CN1908512A - 一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉 - Google Patents

Abstract

一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，包括燃气燃烧器、锅壳、水箱组件、集烟室、抽风机、排烟管、蒸汽出口管，锅壳下部是一个凹形的盛水结构，燃气燃烧器设在锅壳凹形的盛水结构内，集烟室装于锅壳顶部，集烟室顶部设有抽风机，抽风机连接排烟管，其特征在于：在锅壳内装有多根三维复合火管，三维复合火管的下端与燃气燃烧器的火焰相通，上端与集烟室相通。本发明由于采用了三维复合火管，故制汽机理新颖，结构简单合理，体积小，占用空间小，安装方便，易于操作，自动化程度高，安全可靠。对燃气和水质适应能力强，产汽速度快，蒸汽温度高，没有汽水混合及意外熄火故障，可广泛应用于工业、商业、日常生活等方面。

Description

一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉

技术领域

本发明涉及一种锅炉，特别是一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉。

背景技术

现在中小型燃气锅炉趋向快装化、转型化、自动化。立式锅炉由于结构简单，安装操作方便，占地面积小，应用极广。新型的立式锅炉，效率可达85％-90％，一般为蒸气锅炉。锅炉容量一般在1.0t/h以下，蒸汽压力一般在1.0MPa以下。用于热水供应的锅炉容量可达1.4MW。但是，这些锅炉均属于压力容量的监管范围，产品生产及进入用户的门槛较多、较高。例如：操作工须特别考核的锅炉证上岗，企业须专门设置锅炉房，还要办理劳动、消防部门的年审，一次性投入设备购置费少则几万元，多则几十万元，甚至上百万元。这对间歇性使用蒸气的中小企业，如酒楼食肆、服装、粮食制品配套都非常不便。市面上大量使用的燃气锅炉，仍然用4寸-5寸炉头或燃油、燃气燃烧机直接加热盛水盘产生蒸气。由于盛水盘底面受热面积有限，燃烧产生热气流又得不到有效应用，热交换效率低，蒸气产生慢，燃气耗费大。同时，近年不少实用新型专利，提出的盛水盘内增设火管的各种方案，把火管做成单层、双层直管或之字形弯管等等，利用火管吸收燃气燃烧时产生的热气流对盛水盘内的水进行加热，目的是增大水的受热面积和使高温热气流在火管内回旋，延长烟气热能交换给水的时间，从而提高燃气蒸炉的热效率和蒸气产生速度，但这种方法仍有如下不足之处：(1)烟气在管道内流道中心与接近管壁边界层热分子仍然缺乏有效能量交换；(2)依靠管道直角之字形布置，有助产生过流断面狭窄，延长烟气在火管内滞留时间，即增加烟气和水的热交换时间。但气阻也随之增大，影响烟气顺利排放，造成流入燃气燃烧器空气不足，燃烧温度降低，一氧化碳浓度增大，对大气环境产生污染，甚至引发燃烧器因缺氧而自动熄火造成经济损失。(3)对于不同的燃气，每立方米的燃气完全燃烧时，其产生的烟气立方数是不同的。例如：1立方LPG完全燃烧时，产生的烟气约31立方。而1立方戊烷燃气则产生39立方烟气。当火管气阻和风机排风量一定时，就无法简单调节燃气燃烧器进气压力、喷咀直径及火管气阻、阀门达到对气种变更的适应。(4)现有产品都忽略了水产生蒸气后对蒸气进一步强化升温的措施，使蒸气在锅壳内及出气口到达用气具前，因温度的降低而重新液化，处于气水混合状态。大大降低了蒸气产出，浪费了燃料。(5)简单地采用多火管提高水的受热面积，使结构复杂，焊接工艺困难。而且，狭小的管道空间，在使用中生成的水垢非常难清理，影响了热能交换。产品对水质的适应性能差。(6)依靠多层火管或之字形多回路火管增加水的受热面积是十分有限的，而却会造成整体结构重量增大，成本升高，资源浪费，安装不便。

发明内容

本发明的目的在于提供一种采用结构更合理的三维复合火管，热能利用率更高、安全可靠、节能环保，成本较低的常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉。

本发明的目的可以通过以下措施来达到：一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，包括燃气燃烧器、锅壳、水箱组件、集烟室、抽风机、排烟管、蒸气出口管，锅壳下部是一个凹形的盛水结构，燃气燃烧器设在锅壳凹形的盛水结构内，集烟室装于锅壳顶部，集烟室顶部设有抽风机，抽风机连接排烟管，其特征在于：在锅壳内装有多根三维复合火管，三维复合火管的下端与燃气燃烧器的火焰相通，上端与集烟室相通。

本发明的目的还可以通过以下措施来达到：每根三维复合火管都由外管、内管组成环形烟气通道，外管上带有放射状的翅片，内管两端分别由下节流孔板、上节流孔板封接，下节流孔板、上节流孔板的外径还与外管内壁连接，内管柱面上开有若干螺旋形热气对流孔，同时设有分布全管的肋片。在外管的下端留有较长导流段，与锅壳凹面连接，并与燃气燃烧器的高温烟气相通，外管的上端留有较短的烟气出口扩散段，顶端与锅壳的上顶面连接，并与集烟室相通。在上节流孔板的上部装设有相同通气孔径的动节流孔板及紧固螺母，上节流孔板与动节流孔板之间可相对转动，并由紧固螺母定位。水箱组件焊接在锅壳的侧壁，之间通过锅壳侧壁上的蒸汽孔、高水位孔、低水位孔相通。在水箱组件内设有连续进水管、进水阀门、出水管，以及由杠杆、浮球组成的水位调节机构，在水箱组件的底部设有排水管，在水箱组件上还设有蒸汽压力温度传感器显示仪表。在锅壳的凹部设有排水管，并开有观火孔。在锅壳顶部设有蒸汽出口管，在蒸汽出口管附近设置了蒸汽安全阀。锅壳顶部及外径均设有隔热材料包裹。在水箱组件靠下部处设有最低水位浮子感应开关。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1、安全性。本发明为常压锅壳式快速蒸汽锅炉，不属于高压锅炉设计、安装、操作、运行、监管的范围。使用时，由燃气生产企业营销公司上门为用户安装，用户按产品使用说明书操作即可。产品各项安全指标均由国家燃气燃具检测中心测定。

2、节能性。本发明采用热流体空气动力学和工程热力学的热交换及蒸发原理。相同的锅壳空间热交换面积提高5-6倍，相同的产汽容量可节约燃气30-50％，蒸汽产生速度比现有技术提高1倍。

3、环保性。燃烧所需空气及烟气排放能与燃气种类充分匹配，燃烧温度高，一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物等废气排放均能达到国家大气环境一、二级标准。不必使用功率大、噪音高的鼓风机助燃，对环境无噪音污染。

4、经济性。购置与安装费用与相同容量的锅炉相比，大约为蒸汽锅炉的1/6-1/8；与传统蒸炉对比则高出3-4倍。但使用节能、环保、快捷所带来的经济效益，则在3-6个月内完全可收回投资。

5、结构合理、工艺性好。使用性能监察完善、体积小、占用空间少、安装快速、自动化程度高。

6、可靠性。产气快速、汽水分离干净，产汽量和蒸气温度恒定，不会产生故障性蒸汽不足及熄火。

附图说明

图1为本发明的内部结构示意图；

图2为本实用新型的结构俯视图；

图3为图1的A-A向结构剖视图；

图4为三维复合火管的结构剖视图；

图5为图4的B-B向结构剖视图；

图6为图5的C-C向结构剖视图；

图7为图4的D-D向结构剖视图；

图8为图4的A处放大图。

具体实施方式

本发明下面将结合附图(实施例)作进一步详述：

参照图1～图8，本发明包括燃气燃烧器1、锅壳2、水箱组件3、三维复合火管4、集烟室5、抽风机6、排烟管7、蒸汽出口管8等几大部分。水箱组件3包括连续进水管9、进水阀门10、杠杆11、浮球12、出水管13、最低水位浮子感应开关14、蒸汽压力温度传感器显示仪表17、排水管19等。三维复合火管4是一个集成组件，是一个集空气动力学、分子热力学、燃烧理论、热传导理论及系统热平衡结构于一体的新型热交换器，它由带翅片4-1的外管4-2及带肋片4-3的的内管4-4复合成同心圆柱，组成环形烟气通道。内管4-4两端分别由下节流孔板4-5、上节流孔板4-6封焊；环状的下节流孔板4-5、上节流孔板4-6的外径还和外管4-2内壁点焊固定。内管4-4的螺旋形柱面上开有若干热汽对流孔4-9。同时加工出均匀分布全管的肋片4-3。在外管4-2的下端留有较长导流段4-10与锅壳2凹面焊接；并与燃气燃烧器1的高温烟气相通；外管4-2的上端留有较短的烟气出口扩散段4-11，项端与锅壳2的上顶面连接，并与集烟室5相通。

在锅壳2内，占空间五分之三的下部是一个凹形盛水结构，三维复合火管4设在凹位内的燃气燃烧器1火焰相通。集烟室5顶部设有抽风机6，抽风机6连接排烟管7。水箱组件3设在锅壳2的侧壁，与园柱形的锅壳2焊接成一体，它们之间通过锅壳2侧壁上的蒸汽孔2-1、高水位孔2-2、低水位孔2-3相通，使锅壳2下半部保持盛载待蒸发的水。冷水从水箱组件3靠锅壳侧壁上的低水位孔2-3进入锅壳2；当锅壳2的水位在低水位孔2-3孔口水平面时，浮球12下降，通过连接浮球12的杠杆11，开启进水阀门10，水便从进水管9、出水管13进入水箱组件3，由低水位孔2-3进入锅壳2；而当锅壳2内的水位升到高水位孔2-2孔口水平时，浮球12上升；杠杆11关闭进水阀门10，完成自动供水补给。为了防止供水故障，使锅壳2出现干烧，水箱组件3内设置了最低水位浮子感应开关14，当锅壳2内水位低于水位孔2-3孔口水平面时，浮子感应开关14的磁感应开关被接通，电信号送到燃气燃烧器1内的工C集成控制电路15，使磁吸线圈自动断开，燃气阀门16的燃气供应中断，并且使装在外壳上的蜂鸣器及闪光灯同时发出故障信号。

当燃气燃烧器1点火后，烟气感应开关便自动开启抽风机6抽放废气，保障燃烧所需空气进入。在锅壳2凹部设有排水管19，在水箱组件3底部设有排水管20，在不用蒸汽时将残水排出。为了方便用户操作，在锅壳2的凹部还设了观火孔。为了平衡水箱组件3内水位下降时，水箱组件3上方产生的负压，影响进入锅壳2内的水流速度，水箱组件3侧壁上开有与蒸汽相通的蒸汽孔2-1，并设有蒸汽压力温度传感器显示仪表17，锅壳2内的强大高温蒸汽由蒸汽孔2-1进入水箱组件3，不仅解决了水箱组件3内水位下降形成的负压，还预热了水箱组件3内的冷水，使锅壳2内的水快速达到蒸发温度。在锅壳2顶面蒸汽出口管8附近还焊接了蒸汽安全阀18；锅壳2顶部及锅壳外径均用隔热材料21包裹，以提高热能利用率和防止触摸外壳时烫伤。

三维复合火管的工作原理如下：与外管4-2紧贴的翅片4-1的一部分浸泡在锅壳21内待蒸发水区域，而另一部分处于蒸汽区域。当燃气燃烧器1的高温烟气流经外管4-2起烟囱效应的导流段得以加速，再经过下节流孔板4-5均匀分散的小孔4-51，进入外管4-2和内管4-4构成的环形空间，靠近外管4-2边壁的烟气分子迅速把热能传递给外管4-2外部，几乎布满全管带螺旋螺距均匀的翅片4-1。翅片4-1具有波纹状曲面，形成三维空间。相邻的三维复合火管，翅片按左右旋布置，加强水分子及蒸汽动能交换。翅片很薄，仅0.5mm，受热快，传热也快。而且传热的环形面积很大。贴近翅片4-1的水分子得到动能后，便在翅片4-1的曲面发生三维运动，把动能传递到距翅片较远而动能较低的水分子，这样在短时间内(约1分钟)锅壳2盛水区域的水分子迅速升温达到蒸发温度。刚脱离水的张力蒸发出来的水蒸汽，由于比重减少而向上运动，又碰到三维复合火管4上部高温翅片4-1而得到进一步提升蒸气温度。高温蒸气输送到蒸汽用具途中，虽然沿途略有降温，但过热蒸汽避免了重新液化，影响使用和能源损失。

当上述烟气在环形烟道流动时，靠近外管4-2边壁的高温烟气分子把热能传给翅片4-1而降温时，靠近内管4-4的高温烟气分子却受到内管4-4表面均匀分布全管的肋片4-3阻碍，在肋片4-3的正面形成正压区，而在肋片的背面产生涡流，成为负压区。这样把热能传递给翅片4-1的烟气分子便在压差的推动下，迅速向内管4-4的负压区转移，重新获得内管4-4补充的热能。而处于正压区的高温烟气分子则向外管4-2边壁流动，把烟气分子热能再度传递给外管4-2的翅片4-1。翅片4-1则把热能传导给水及水蒸汽。如此，便形成无数个微小的热循环，加强了烟气热分子在三维空间的热对流交换。据测定，仅仅带肋片4-3的内管4-4和光滑内管相比，可提高热交换能力30％以上。为了让被下节流孔板4-5及上节流孔板4-6封闭的内管4-4内空气热能得到充分利用，在内管4-4的圆柱形外壁螺旋形地开了小孔4-9，使外管4-2与内管4-4的环形烟气还可以通过4-9孔产生强烈的旋转气流，对流热交换加热工质。

为了将排烟温度降到合理的温度，在上节流孔板4-6的上侧加装了相同通气孔径的动节流孔板4-7及紧固螺母4-8。在固定的上节流孔板4-6与动节流孔板4-7孔口完全重合时，排烟的气阻最小，节流孔板孔口有错位时，则按错位的大小而得到不同的气阻。调节合适后，用螺母4-8紧固。对不同燃气的废气排量要求也可通过这种方法调节气阻大小而确保燃烧器有足够空气进入，达到节能、环保，适用燃气的效果。

Claims (10)

1.一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，包括燃气燃烧器(1)、锅壳(2)、水箱组件(3)、集烟室(5)、抽风机(6)、排烟管(7)、蒸汽出口管(8)，锅壳(2)下部是一个凹形的盛水结构，燃气燃烧器(1)设在锅壳(2)凹形的盛水结构内，集烟室(5)装于锅壳(2)顶部，集烟室(5)顶部设有抽风机(6)，抽风机(6)连接排烟管(7)，其特征在于：在锅壳(2)内装有多根三维复合火管(4)，三维复合火管(4)的下端与燃气燃烧器(1)的火焰相通，上端与集烟室(5)相通。

2.根据权利要求1所述的一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，其特征在于：每根三维复合火管(4)都由外管(4-2)、内管(4-4)组成环形烟气通道，外管(4-2)上带有放射状的翅片(4-1)，内管(4-4)两端分别由下节流孔板(4-5)、上节流孔板(4-6)封接，下节流孔板(4-5)、上节流孔板(4-6)的外径还与外管(4-2)内壁连接，内管(4-4)柱面上开有若干螺旋形热气对流孔(4-9)，同时设有分布全管的肋片(4-3)。

3.根据权利要求1或2所述的一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，其特征在于：在外管(4-2)的下端留有较长导流段(4-10)，与锅壳(2)凹面连接，并与燃气燃烧器(1)的高温烟气相通，外管(4-2)的上端留有较短的烟气出口扩散段(4-11)，顶端与锅壳(2)的上顶面连接，并与集烟室(5)相通。

4.根据权利要求2所述的一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，其特征在于：在上节流孔板(4-6)的上部装设有相同通气孔径的动节流孔板(4-7)及紧固螺母(4-8)，上节流孔板(4-6)与动节流孔板(4-7)之间可相对转动，并由紧固螺母(4-8)定位。

5.根据权利要求1所述的一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，其特征在于：水箱组件(3)焊接在锅壳(2)的侧壁，之间通过锅壳(2)侧壁上的蒸汽孔(2-1)、高水位孔(2-2)、低水位孔(2-3)相通。

6.根据权利要求1所述的一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，其特征在于：在水箱组件(3)内设有连续进水管(9)、进水阀门(10)、出水管(13)，以及由杠杆(11)、浮球(12)组成的水位调节机构，在水箱组件(3)的底部设有排水管(19)，在水箱组件(3)上还设有蒸汽压力温度传感器显示仪表(17)。

7.根据权利要求1所述的一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，其特征在于：在锅壳(2)的凹部设有排水管(20)，并开有观火孔。

8.根据权利要求1所述的一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，其特征在于：在锅壳(2)顶部设有蒸汽出口管(8)，在蒸汽出口管(8)附近设置了蒸汽安全阀(18)。

9.根据权利要求1所述的一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，其特征在于：锅壳(2)顶部及外径均设有隔热材料(21)包裹。

10.根据权利要求1所述的一种常压节能锅壳式快速蒸汽锅炉，其特征在于：在水箱组件(3)靠下部处设有最低水位浮子感应开关(14)。

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