CN112762425B - 一种多功能复合燃烧器发电装置 - Google Patents

Abstract

一种多功能复合燃烧器发电装置，包括储水胆、燃烧腔、凝汽式汽轮机、除氧器，燃烧腔由柱形隔板分隔为燃烧室和预热室；预热室内设置储水胆；储水胆内设置电热棒套管；电热棒套管内设有电热棒；储水胆通过高压蒸汽通道与汽轮机连通；汽轮机与发电机连接；储水胆连接汽轮机，汽轮机连接除氧器，除氧器通过脱氧凝水管连接冷水预热器，冷水预热器通过热水管连接水蒸汽发生器，水蒸汽发生器连接储水胆，形成一个水蒸汽内循环体系。本发明采用立式结构，是由储水胆内腔加热和外腔加热同时加热，热量损失很少，水蒸汽在密闭系统循环，水损失更少；烟气排放几乎为零，燃烧器的热效率可达90%以上。本发明可提高热效率，消除污染和节约资源，降低生产成本。

Description

一种多功能复合燃烧器发电装置

技术领域

本发明涉及蒸汽发电技术，具体涉及一种多功能复合燃烧器发电装置。

技术背景

现有的火电厂的火力发电技术是将水通过锅炉加热成高温 、高压的过热蒸汽 ，然后输送到汽轮机，通过汽轮机膨胀做功带动发电机进行发电。最后蒸汽冷却后又被给水泵进一步升压送回锅炉中重复参加上述循环过程。总体，火力发电站的主要设备系统包括：燃料供给系统、给水系统、蒸汽系统、冷却系统、电气系统及其他一些辅助处理设备。发电机发出的电经变压器升压后输入电网。

火力发电厂的汽水系统主要由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵，冷却水塔等组成，包括汽水循环、化学水处理和冷却系统等。

在蒸汽不断做功的过程中，蒸汽压力和温度不断降低，最后排入凝汽器并被冷却水冷却，凝结成水。凝结水由凝结水泵打至低压加热后再经过除氧器除氧，给水泵将预加热除氧后的水送至高压加热器，经过加热后的热水打入锅炉，在过热器中把水加热到过热的蒸汽，送至汽轮机做功，这样周而复始不断的做功。在汽水系统中的蒸汽和凝结水，由于疏通管道很多并且还要经过许多的阀门设备，这样就难免产生跑、冒、滴、漏等现象，这些现象都会或多或少地造成水的损失，因此必须不断的向系统中补充经过化学处理过的软化水。

现行的火力发电厂规模庞大，占地面积多，投资金额巨大，资金回收的周期较长，给投资方和用户带来较大负担。

火力发电厂存在的污染问题也不可小觑：烟气污染，粉尘污染，资源浪费,其中水的浪费也很严重，一座1000MW火力发电厂每日的耗水量约为十万吨。火力发电污染严重，电力工业已经成为中国最大的污染排放产业之一，是目前急需解决的问题之一。

火力发电的成本较高，热效率较低，是当前亟待解决的另一问题。

发明内容

综上所述，本发明的目的在于提供针一种多功能复合燃烧器发电装置，该发电装置最大限度的利用最清洁的燃料，使用最经济的加热技术，采用最节省热能的保温设计，将火力发电技术推向新的前沿。

为解决上述难题，实现创新高度的目标，在提高热效率，消除污染和节约资源方面的问题，本发明是通过以下技术方案予以解决：

一种多功能复合燃烧器发电装置，包括储水胆、燃烧腔、胆内温度传感器、胆内压力传感器、电热棒套管、电热棒、水位控制传感器、水蒸汽发生器、加热器、送风机、燃气流量计、点火枪、火焰视镜、凝气式汽轮机、除氧器、发电机、排烟道、冷水预热器、脱氧凝水管、热水管、进水管、安全阀、高压蒸汽通道、高压蒸汽阀、柱形隔板；所述的燃烧腔由柱形隔板分隔为燃烧室和预热室；预热室内设置储水胆；储水胆内设置电热棒套管；电热棒套管内设有电热棒；储水胆通过高压蒸汽通道与汽轮机连通；汽轮机与发电机连接；所述的储水胆连接汽轮机，汽轮机连接除氧器，除氧器通过脱氧凝水管连接冷水预热器，冷水预热器通过热水管连接水蒸汽发生器，水蒸汽发生器连接储水胆，形成一个水蒸汽内循环体系。

进一步的，所述的燃烧腔顶部设有排烟道，其侧壁设有火焰视镜。

进一步的，所述的冷水预热器设置于排烟道内。

进一步的，所述的储水胆设有胆内温度传感器、胆内压力传感器、水位控制传感器，其外侧设有压力表和安全阀。

进一步的，所述的燃气流量计通过燃气阀、燃气泵与燃烧室连接；燃烧室内设有点火枪；柱形隔板上设有烧眼。

进一步的，所述的燃烧室底部设有送风机。

进一步的，所述的高压蒸汽通道设有高压蒸汽阀。

上述的储水胆与电热棒套管之间设有密封垫。

上述的水蒸汽发生器内设有加热器。

上述的进水管通过三通阀连接热水管。

上述的脱氧凝水管、热水管、进水管均设有水泵。

上述的进水管还设有电磁水阀。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明设计了一种全方位，无死角的双层套装燃烧器。

2、本发明设计了一种水蒸汽内循环体系，内部蒸汽在体系内循环运行，省去传统的炉外蒸汽再冷却环节。

本发明的设计原理

1、燃烧器的结构：在炉膛下面外侧安装三通阀（接水管，蒸汽管和上通管）。在需要补水时自动打开水阀，储水胆内即有净化水流进，随时补充循环蒸汽的短缺；在不需要补水时自动关闭水阀，打开预热蒸汽阀，使二次循环蒸汽直接从储水胆进入，经加热，使蒸汽达到设定提升的温度和压力。燃烧器的上方安装排烟道，道内安装冷水预热器，充分利用燃烧的余热。燃烧器的上侧安装蒸汽通道，与汽轮机的入口连接。

储水胆由钛合金制成，具有耐高温，不易结垢，使用寿命长的优点。

2、蒸汽内循环。采用凝汽式汽轮机，燃烧器蒸汽出口通道接汽轮机的蒸汽入口。通道由不锈钢板制成。将蒸汽凝结水通入除氧器，再泵入冷水预热系统进入燃烧器的储水胆内，继续加热到设定的高温高压状态，并连续进入汽轮机系统工作，实现蒸汽内循环，周而复始。

冷水预热器是将螺旋状水管装在预热箱内，连接后端的蒸汽温水管，便于给储水胆补充蒸汽和高温水，以利于蒸汽和水在胆内闪速汽化。体系内所用的水为反渗透水。

3、二次蒸汽直接进入储水胆，迅速升温至设定的温度和压力，省去传统的强制冷却后再进锅炉加热的设计步骤，简化了高温蒸汽被冷凝后再加热汽化环节。

4、内外腔的加热壁由钢板制成，外腔加热壁与储水胆之间设有柱形隔板，板上有排列均匀的小孔（烧眼），孔的直径2-3毫米，孔间距离5-8厘米，有利于储水胆受热均匀和闪速加热。

5、热源采用燃气（氢气，天然气、煤制气、轻烃气化燃气或混合燃气）加热，外腔加热为动态加热，起到储水胆保温和在必要时适量提高燃气流量和温度，闪速升到设定温度的目标。

6、燃气对储水胆外壁的加热过程可以是连续的，也可以是间断的，由中央控制（DCS）系统管理。

7、锅炉水中的溶解氧会造成对炉体及管道的腐蚀，随着含氧浓度的增加，腐蚀速度加快，加入锅炉除氧剂以清除水中的氧，对保护锅炉、管道和与发电相关联的设备都有重要作用。

8、在储水胆内安装锅炉水位控制的传感器，即时反馈水位的高低，通过电磁水阀，流量计等装置供水，确保锅炉内水的必需用量。

9、本发明中的电热棒采用硅钼棒或硅碳棒加热，由于该类加热器使用温度高，具有耐高温、抗氧化、耐腐蚀、升温快、寿命长、高温变形小、安装维修方便等特点，同时，使用硅钼（碳）棒加热既省电，操作方便，又安全可靠。

10、本发明中的所使用的燃烧气采用氢气、轻烃气化燃气、煤制气、天然气，本发明首选氢气，因为氢气燃烧后只生成水，有利于节能环保。

11、本发明将储水胆内的水路和蒸汽路共用一条管道，当首次将水温升至预定的蒸汽温度和压力之后，蒸汽在循环体系内循环运行，之后补充的水只是满足蒸汽缺失的部分。

12、本发明采用（DCS）中央控制系统，自动操作，自检故障报警，准确可靠。

13、燃烧器的温度和压力可根据用户需要设计，生产热水，饱和蒸汽，过热蒸汽，高压蒸汽或超高压蒸汽等。

本发明设计的全方位，无死角双层套装燃烧器，与传统发电锅炉比较如下：

1、传统发电锅炉是将冷水或预热水注入炉腔内，在炉膛内点火加热，火的中心温度高，散射到周围的温度低，所以炉膛内的温度不均匀，导致热效率低，升温时间长。

而本燃烧器的设计方案：在吸取传统锅炉的利弊之后，研究发明一种新式燃烧器，该燃烧器采用立式结构，是由储水胆内腔加热和外腔加热同时加热，而且热量损失很少。水蒸汽在密闭系统循环，水损失更少；发电全过程以电热棒和燃气组合加热，烟气排放几乎为零，燃烧器的热效率可达90%以上。

2、本发明的投资少，占地面积小，生产成本低，便于维修保养。

3、本发明即可提高热效率，消除污染和节约资源，又明显降低生产成本，可为国家，社会及企业带来巨大的经济效应，生态效益和社会效益。

综上所述，本发明专利的创新点在于：

1、燃烧器的结构创新；采用双层套装式加热，其中心用硅钼棒或硅碳棒加热，保持恒温，外层用燃气加热，调温灵活快速甚至于达到闪速升温效果。

2、热源创新；设计两个加热区，使燃烧器的受热环境无死角，温度均匀快速。

3、用加热棒加热（硅钼棒或硅碳棒）；在高温区加热使用寿命长，更换方便，成本低。

4、二次蒸汽连续进入储水胆，实现了蒸汽循环使用，最大限度的提高热效率，可节约水电和人力资源。

5、生产运行采用（DCS）中央控制系统，自动操作，自检故障报警，准确可靠。

适用范围：

6、本发明适用于需建自备电厂的重化工行业，大中型企业，大中型酒店或规模化的服务业；该燃烧器小型化设计的可适用于宾馆饭店，高层楼宇，旅游区，较大社区，较集中的村庄供电，也可自建发电厂，与国电联网，缓解国网供电压力。

7、本发明除发电外，经简化结构后，还可为只需要供蒸汽或热水的用户使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：1-储水胆， 2-燃烧腔，3-胆内温度传感器，4-胆内压力传感器，5-烧眼，6-电热棒套管，7-电热棒，8-水位控制传感器，9-水蒸汽发生器，10-加热器，11-送风机，12-密封垫，13-燃气流量计，14-点火枪，15-火焰视镜，16-凝气式汽轮机，17-除氧器，18-发电机，19-输电线，20-排烟道，21-冷水预热器，22-脱氧凝水管，23-热水管，24-压力表，25-进水管，26-电磁水阀，27-水泵，28-燃气阀，29-燃气泵，30-安全阀，31-三通阀，32-高压蒸汽通道，33-高压蒸汽阀, 34-柱形隔板。

具体实施方式

本发明通过以下实施例进一步详述。需要说明的是：下述实施例是说明性的，不是限定性的，不能以下述实施例限定本发明的保护范围。

如图1所示，一种多功能复合燃烧器发电装置，包括储水胆1、燃烧腔2、胆内温度传感器3、胆内压力传感器4、电热棒套管6、电热棒7、水位控制传感器8、水蒸汽发生器9、加热器10、送风机11、燃气流量计13、点火枪14、汽轮机16、除氧器17、发电机18、排烟道20、冷水预热器21、脱氧凝水管22、热水管23、进水管25、安全阀30、高压蒸汽通道32、柱形隔板34，所述的燃烧腔2由柱形隔板34分隔为燃烧室和预热室；预热室内设有储水胆1；储水胆1内设有电热棒套管6；电热棒套管6内设有电热棒7；储水胆1通过高压蒸汽通道32与汽轮机16连通；汽轮机16与发电机18连接，通过输电线19送入电网。

所述的储水胆1连接汽轮机16，汽轮机16连接除氧器17，除氧器17通过脱氧凝水管22连接冷水预热器21，冷水预热器21通过热水管23连接水蒸汽发生器9，水蒸汽发生器9连接储水胆1，形成一个水蒸汽内循环体系。

所述的燃烧腔2顶部设有排烟道20，其侧壁设有火焰视镜15。

所述的冷水预热器21设置于排烟道20内。

所述的储水胆1设有胆内温度传感器3、胆内压力传感器4、水位控制传感器8，其外侧设有压力表24和安全阀30。

所述的燃气流量计13通过燃气阀28、燃气泵29与燃烧室连接；燃烧室内设有点火枪14；柱形隔板34设有烧眼5。

所述的燃烧室底部设有送风机11。

所述的高压蒸汽通道32设有高压蒸汽阀33。

所述的储水胆1与电热棒套管6之间设有密封垫12。

所述的水蒸汽发生器9内设有加热器10。

所述的脱氧凝水管22、热水管23、进水管25均设有水泵27。

所述的进水管25通过三通阀31连接热水管23。

所述的进水管25还设有电磁水阀26。

所述的储水胆1与电热棒套管6之间设有密封垫12。

所述的水蒸汽发生器9内设有加热器10。

实施例

推上电闸，启动中央控制（DCS）系统，设定操作参数，当控制系统运行正常后，指令执行开启进水管25的电磁水阀26、水泵27，将锅炉除氧剂加入反渗透水，泵入储水胆1内。接着开起送风机11，使燃烧腔2内有空气缓慢流动。当水位控制传感器8显示水位达到储水胆1的50%时，即进行下一步骤。

开启电热棒7的电源加热，打开燃气阀28，燃气泵29，经燃气流量计13将燃气送入燃烧腔2内，同时打开点火枪14，通过火焰视镜15观察火焰的燃烧状态以及火焰颜色，由此可判断当时的火焰温度。根据经验初步判断，当火焰为樱桃红色时一般是750～825℃，当火焰为黄色到浅黄色时的温度约为1090～1320℃，当火焰为白色时温度在1320～1540℃。

储水胆1内水蒸汽压力可分为中压和高压两种方式。

选择中压锅炉时，当压力和温度达到中压阶段（锅炉出口蒸汽压力为3.83MPa，蒸汽温度为450℃）即可开启蒸汽阀33，蒸汽通过蒸汽通道32高速冲入汽轮机16，汽轮机膨胀做功并带动发电机18产生电流，电流经输电线19进入变电系统，完成发电程序。

若选择高压锅炉（锅炉出口蒸汽压力为9.81MPa，温度达到540℃）时，即开启蒸汽阀33，高压蒸汽通过高压蒸汽通道32高速冲入汽轮机16，使汽轮机膨胀做功，带动发电机18产生电流，电流经输电线19进入变电系统，完成发电程序。

汽轮机16做功后，蒸汽凝结成水，出口水温度27℃-30℃。汽轮机16的水中含有氧气，氧气长期积累浓度增大后，对设备产生腐蚀。为保护设备安全，需将汽轮机16的凝结水送入除氧器17，经除氧器17脱氧后再经水泵27送入排烟道20中的冷水预热器21，经烟道热风预热，产生热水和水蒸汽的混合水汽进入热水管23，然后由水泵27将此水汽经三通阀31控制送入水蒸汽发生器9，在水蒸汽发生器9内经加热器10的控制加热，由水泵27连续将水汽送入储水胆1，此时，储水胆1内充满了高温蒸汽，在燃烧腔2的火焰加热和电热棒7的恒温加热双重作用下，高温蒸汽闪速升至预定的温度和压力，完成了蒸汽的循环利用并连续将电流送进电网。

Claims (9)

1.一种多功能复合燃烧器发电装置，包括储水胆（1）、燃烧腔（2）、胆内温度传感器（3）、胆内压力传感器（4）、电热棒套管（6）、电热棒（7）、水位控制传感器（8）、水蒸汽发生器（9）、加热器（10）、送风机（11）、燃气流量计（13）、点火枪（14）、火焰视镜（15）、凝气式汽轮机（16）、除氧器（17）、发电机（18）、排烟道（20）、冷水预热器（21）、脱氧凝水管（22）、热水管（23）、进水管（25）、安全阀（30）、高压蒸汽通道（32）、柱形隔板（34），其特征在于：所述的燃烧腔（2）由柱形隔板（34）分隔为燃烧室和预热室；预热室内设有储水胆（1）；储水胆（1）内设有电热棒套管（6）；电热棒套管（6）内设有电热棒（7）；储水胆（1）通过高压蒸汽通道（32）与汽轮机（16）连通；汽轮机（16）与发电机（18）连接；所述的储水胆（1）连接汽轮机（16），汽轮机（16）连接除氧器（17），除氧器（17）通过脱氧凝水管(22)连接冷水预热器(21)，冷水预热器(21)通过热水管(23)连接水蒸汽发生器(9)，水蒸汽发生器(9)连接储水胆（1），形成一个水蒸汽内循环体系；所述的柱形隔板（34）上设有烧眼（5）。

2.根据权利要求1所述的一种多功能复合燃烧器发电装置，其特征在于：所述的燃烧腔（2）顶部设有排烟道（20），其侧壁设有火焰视镜（15）。

3.根据权利要求1所述的一种多功能复合燃烧器发电装置，其特征在于：所述的冷水预热器（21）设置于排烟道（20）内。

4.根据权利要求1所述的一种多功能复合燃烧器发电装置，其特征在于：所述的储水胆（1）设有胆内温度传感器（3）、胆内压力传感器（4）、水位控制传感器（8），其外侧设有压力表（24）和安全阀（30）。

5.根据权利要求1所述的一种多功能复合燃烧器发电装置，其特征在于：所述的燃气流量计（13）通过燃气阀（28）、燃气泵（29）与燃烧室连接；燃烧室内设有点火枪（14）。

6.根据权利要求1所述的一种多功能复合燃烧器发电装置，其特征在于：所述的燃烧室底部设有送风机（11）。

7.根据权利要求1所述的一种多功能复合燃烧器发电装置，其特征在于：所述的高压蒸汽通道（32）设有高压蒸汽阀（33）。

8.根据权利要求1所述的一种多功能复合燃烧器发电装置，其特征在于：所述的储水胆（1）与电热棒套管（6）之间设有密封垫（12）。

9.根据权利要求1所述的一种多功能复合燃烧器发电装置，其特征在于：所述的水蒸汽发生器（9）内设有加热器（10）。

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