CN202216228U - 卧式燃氢蒸汽锅炉 - Google Patents

Abstract

一种卧式燃氢蒸汽锅炉包括具有保温层的外壳，外壳内设有燃烧室和对流段，燃气燃烧器、双锅筒装置、节能器、烟道、汽水分离装置、防爆门，其中，燃烧室右面的壳体中还封装有连接上锅筒和下锅筒的热交换管束，其面向燃烧室的一排对流段管束的管子是通过板连接而形成管子连续壁面，该连续壁面形成封闭的燃烧室，并把燃烧室与对流段隔开，在炉膛尾部设通向对流段的通道，使燃烧室内的燃烧气体或烟气流经炉膛燃烧室后反向流过对流段管束，上锅筒通过水管连接节能器的出水集箱以保持一定水位。所述汽水分离装置安装在上锅筒内上部，其下部紧靠蒸发液面。所述防爆门具有三个，除了设置在燃烧室和节能器侧外，还在对流段侧设置防爆门。

Description

卧式燃氢蒸汽锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种燃气蒸汽锅炉，更具体地说是制造一种适合于利用化工生产过程中产生的氢气作为燃料的卧式燃氢蒸汽锅炉。

背景技术

为了利用化工生产过程中产生的、作为废气的氢气，近年来一些从事化工化学生产和研究的相关单位推出了几种燃氢蒸汽锅炉，但是它们具有基本上相同结构形式的炉膛（即燃烧室）和蒸发段（对流段）的设计，其中，比较典型的一种是授予“上海氯碱化工股份有限公司”、专利号03231105.2、申请日2003，5，12的“燃氢蒸汽锅炉” 的中国实用新型专利。该锅炉包括壳体、设有耐火衬里的燃烧室、下降水管、上升水管、花隔板、对流室、换热火管、氢气燃烧构件和水分布器等。这是一种立式的燃氢蒸汽锅炉，立式锅炉在对流室中水的储存量因受到其体积的限制而使锅炉运行中液位波动很大，较难控制。通常，由于立式锅炉结构布置原因，蒸发面积、热交换面积和防爆门的设计都会受到限制，例如，立式锅炉一般为水火管结构，蒸发段在火管式锅炉锅筒上部位置，由于结构的局限性，使蒸汽室不可能很大，因此，必须采用外置汽包，汽包一方面用以增加蒸汽室体积，同时做汽水分离用。这种外置汽包的汽水分离只是一次分离，蒸汽带水率要达到4%以上，如果再存在液位难控制的情况，蒸汽带水率就远超过这个百分比，蒸汽品质较差，而且这使得锅炉本体上又多了一个外置设备，结构繁琐，安装和维修困难。立式锅炉的防爆门同样受到结构的局限性，一般只能设有一个或二个防爆门，安全性还是比较堪忧的。

发明内容

本实用新型的目的是为克服上述立式燃氢蒸汽锅炉的不足而提供一种卧式燃氢蒸汽锅炉。

实现上述目的的技术方案是：一种卧式燃氢蒸汽锅炉包括具有保温层的外壳，外壳内右侧设有作为炉膛的燃烧室，左侧设有对流段，燃气燃烧器、具有蒸汽出口的上锅筒、下锅筒、垂直连接上下锅筒并位于对流段内的对流段管束和沿着外壳内壁垂直布置、连接上下锅筒并位于燃烧室内的燃烧室管束的双锅筒装置、由进水集箱、出水集箱和热交换管构成的节能器、烟道、汽水分离装置、防爆门，其中，燃气燃烧器设置在壳体前侧外燃烧室的横向轴线位置，所述对流段中面向燃烧室的一排对流段管束的管子是通过板连接而形成管子连续壁面，该连续壁面形成封闭的燃烧室，并把燃烧室与对流段隔开，在炉膛尾部设通向对流段的通道，使燃烧室内的燃烧气体或烟气流经炉膛燃烧室后反向流过对流段管束，流到其下游与之连通的节能器及位于节能器后面的烟道，所述上锅筒通过水管连接节能器的出水集箱，并控制其储存的水的液面以保持一定水位，所述汽水分离装置安装在上锅筒内上部，其下部紧靠蒸发液面，其上表面紧贴上锅筒顶部并通过管道连接上锅筒的蒸汽出口以使蒸汽通过此顶部蒸汽出口排出。

如以上所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其中，所述防爆门具有三个，分别设置在燃烧室上的第一防爆门、对流段上的第二防爆门和节能器侧的第三防爆门。

如以上所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其中，所述燃烧器包括燃烧器燃烧头、氢气供给管、空气供给管、风量风压控制机构和点火装置，其中，燃烧头采用扩散外混式燃烧头，具有与氢气供给管连接的氢气进口管、与所述空气供给管连接的空气进口管和安装在氢气进口管前端的燃烧盘，该燃烧盘中心部分与氢气进口管连接部分表面设有多个氢气进入孔，而中心部分外的一部分盘面延伸至氢气进口管和空气进口管的间隔中，其上设有一次空气流入的弧形长条状的导流槽或导流片，所述燃烧盘的边缘则与所述空气进口管之间形成供二次空气流过的环形间隙D，所述间隙D是可调整的，以可调整一、二次风分配比例，并引起氢气与空气的混流作用。

如以上所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其中，所述汽水分离装置包括具有设置在上锅筒内上部的两道汽水分离处理功能的汽水分离构件，该构件底部为孔板，紧贴蒸发面，为初步汽水分离，位于两道汽水分离构件下的是一瓷环汽水分离部件，最后再设一道孔板式汽水分离构件，以便蒸汽流经这多重汽水分离。 

如以上所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其中，所述锅炉从燃烧室、对流段至节能器的壁面、包括对流段内对流段管束及其管子壁面、凡是燃烧气体流过的部位均采用无死角布置的圆弧过渡结构。

由上可见，本实用新型的卧式燃氢蒸汽锅炉是采用横向布置的卧式锅筒，包括作为炉膛分设有的燃烧室和对流段、上下锅筒、连接上下锅筒的对流段管束、由进水集箱、出水集箱和热交换管构成的节能器、汽水分离装置、防爆门、燃气燃烧器，其中，面向燃烧室对流段管束是通过板连接而形成管子连续壁面（膜式壁结构），此壁面与热交换管束以及与对流段管束之间分别形成间隔和通道，以使燃烧室内的燃烧气体或烟气可流过，流到其下游与之连通的节能器，从而增加了燃氢锅炉热交换面积和热效率，而且上锅筒是通过水管连接节能器的出水集箱，使上锅筒中储存的水的液面以保持一定水位。同时，由于上锅筒有足够大的容积，蒸汽室很大，因此顶壁上可安装内置式汽水分离装置，实现汽水二次分离，加上可靠的液位控制，蒸汽含水率能达到3%以下，蒸汽品质好，并且还使锅炉本体的结构紧凑，安装和维护也方便。

此外，为安全考虑，防爆门除了可设置在燃烧室和节能器侧面外，还能设置在对流段侧。这对防止氢气爆炸十分重要的，其泄爆面积高于立式燃氢蒸汽锅炉约150～200%。而且，还采用经加工修饰的氢气通道，实现锅炉内部烟气流程无死角的圆滑过渡，避免造成燃气积聚，以进一步提升锅炉燃烧的安全可靠性。

附图说明

图1是本实用新型的卧式燃氢蒸汽锅炉的主视剖视图，主要表示上下锅筒、连接上下锅筒的对流段管束、燃烧室管束以及相对炉膛和炉膛中的布置情况；

图2是图1 的A-A剖视图，表示锅炉燃烧时燃烧气体在燃烧室和对流段管束中的运行路线和及其经过的通道的结构布置；

图3是本实用新型的卧式燃氢蒸汽锅炉中的上下锅筒和省煤器的结构及连接关系，以及汽水分离装置在上锅筒内的安装结构；

图4是图1的燃气燃烧器的放大的剖视图；

图5是图4的A向视图，表示安装在燃烧器第二环形出风口的导流片转向其表面与第二环形出风口的轴线平行而处于打开状态的示意图；

图6是图4的A向视图，表示安装在燃烧器第二环形出风口上的导流片转向其表面与第二环形出风口的轴线垂直而处于封闭状态的示意图。

具体实施方式

请参阅图1至图3，本实用新型的卧式燃氢蒸汽锅炉包括外壳1、双锅筒装置2、节能器3、烟道5、汽水分离装置6、燃气燃烧器7、防爆门8、9、10，其中，外壳1具有保温层，侧壁上设有烟气出口11，外壳内是炉膛，炉膛右侧设有燃烧室12，炉膛左侧设有对流段13，并它们各自以长度方向布置。

双锅筒装置2具有上锅筒21、下锅筒22、作为热交换管束的、垂直连接上下锅筒并位于对流段内的对流段管束23和沿着外壳内壁垂直布置、连接上下锅筒并位于燃烧室内的燃烧室管束23”，上锅筒21的上部设有蒸汽出口211、安全阀组212、压力开关和压力变送器组213、放空口214，在左右两侧可装有液位显示和控制器215以及进水孔217和排污口216。双锅筒装置2的上锅筒21和下锅筒22分别安装在外壳1的左侧上下壁上，其对流段管束23和燃烧室管束23”作为水的上升和下降管道，一部分则穿过左侧炉膛的对流段13，另一部分穿过右侧炉膛燃烧室12并铺设在靠近炉壁壁或炉膛壁周围。此外，对流段管束23和燃烧室管束23”的上升管形成水冷壁，下降管布置在炉膛外并覆有保护层.

节能器3是由位于下方的进水集箱31、位于上方的出水集箱32和连接进水集箱和出水集箱的热交换管33构成的。节能器3安装在外壳1的前左侧壁上，其进口连接烟气出口11，在工作时烟气经过热交换管33并加热流过热交换管33中的水。节能器3的进水集箱31连接给水设备，出水集箱32作为对双锅筒装置2的供水而通过水管连接上锅筒21的进水孔217，并控制上锅筒21储存的水量以保持一定水位和保证水位水面以上足够容积的蒸汽室，同时因上锅筒21的液面面积大于立式燃氢蒸汽锅炉，液位波动很小。

烟道5连接节能器3的出口，燃烧气体的烟气从省煤器3排出后温度是较立式燃氢蒸汽锅炉要低，说明卧式燃氢蒸汽锅炉热量回收的效率很高。

汽水分离装置6包括具有设置在上锅筒内上部的两道汽水分离处理功能的汽水分离构件61，该构件底部为孔板，紧贴蒸发面，为初步汽水分离，位于两道汽水分离构件下的是一瓷环汽水分离部件62，最后再设一道孔板式汽水分离构件61，以使蒸汽流经这多重汽水分离构件，从上锅筒顶部出口如211，排出优质的蒸汽。

请参阅图5和图6，燃气燃烧器7设置在壳体一侧外燃烧室的横向轴线位置。燃烧器包括燃烧器燃烧头71、空气供给箱73、风量风压控制机构74和点火装置75，其中，燃烧头71采用扩散外混式燃烧头，包括内筒711、外筒712、燃烧盘713、氢气供给管72，其中 , 所述氢气供给管72包括一主氢气供给管721和多个分流氢气供给管722，所述内筒711、外筒712是套装的并部分突出地安装于空气供给箱73的一侧中并在它们之间形成与空气供给箱连通的第二环形出风口76。该第二环形出风口76的环形间隙距离以D1表示，一般，D1为20-40mm。

所述主氢气供给管721经过空气供给箱安置在内筒711的中心位置，所述燃烧盘713安装在主氢气供给管721上并位于内筒711前部，其位于中央部位设有与主氢气供给管连通的蜂窝状的出气小孔7131和位于中央部位外周设有与空气供给箱73连通的弧状的漩流气槽的空气通道7132：所述分流氢气供给管722 位于内筒711内并以均布方式连接主氢气供给管721，并在所述内筒711的内壁和主氢气供给管721之间形成环绕分流氢气供给管及与外壳中空气供给箱连通的第一环形出风口78，所述分流氢气供给管722作为自由端的前端位于内筒内而延伸过所述燃烧盘外侧。该第一环形出风口78的间隙距离以D2表示，一般为D2为50-150mm。此外，它与所述燃烧盘的漩流气槽的空气通道7132所在面是部分相对的。所述的分流氢气供给管722设有置于燃烧盘713外侧并至少有6-8条，以进一步增加输入可燃废气体的气量，提高燃烧温度。

为调整和控制第二环形出风口76的环形间隙输出的风量大小或混流效果，可通过在第二环形出风口76上安装转动风板形式的调风机构来调节。因此，本发明中的所述燃烧器7还包括一导流装置77，该导流装置设置在所述第二环形出风口76上，包括多个通过活动轴772安装在内筒711和外筒712之间导流片771、安装在各个导流片771一侧上的活动夹773、以联动地推动方式连接各个活动夹773的连杆固定片774，垂直地与所述连杆固定片774相连接并使导流片771变角度转动的万向联动杆775，以操纵导流片771转动到图5a的全部打开的位置、图5b的关闭的位置或任何一预定角度位置。这样能将第二环形出风口76助燃空气根据燃烧需要控制混入氢气的进入量、进入速度和角度，也就是可在第一环形出风口78的配合下实现对一、二次风与氢气混流的分配比例的调整。

所述风量风压控制机构74包括设置在空气供给箱73底部的含有进风口的进风管731，安装在进风管中的风门挡板732、设置在进风管外壁上的伺服电机733、风压开关734、设置在进风管右外侧带动风门挡板和转动的风门挡板连杆735.所述点火装置75包括安装在靠近燃烧盘的点火元件 （按常规方式安装在燃烧盘中心氢气进入孔和/或分流氢气供给管旁）和火焰检测器、安装在空气供给箱后的点火变压器。 

防爆门具有三个，分别为设置在燃烧室上第一防爆门8、对流段上的第二防爆门9和节能器侧的第三防爆门10。万一出现燃气在炉膛内爆燃，三防爆门能及时泄压，以免损伤锅炉。

一方面，本实用新型的锅炉的燃烧室12右面的壳体1中封装有一系列沿着外壳内壁或炉膛壁垂直布置燃烧室管束23″，另一方面，壳体1中面向燃烧室的一排对流段管束为区别于对流段管束23以23′表示的的管子是通过板连接而形成管子连续壁面24（膜式壁），该连续壁面24形成封闭的燃烧室，并把燃烧室12与对流段13隔开，在炉膛尾部设通向对流段的通道， 使燃烧室12内的燃烧气体或烟气可流过由燃烧室管束23″和连续壁面24组成的燃烧室，并从对流段管束中以相反方向流过，流到其下游与之连通的节能器3及位于节能器后面的烟道5。此外，对于安装在紧靠炉膛壁的那些对流段管束23以区别于其它位置的以23”表示，也采用通过板连接的连续壁面24那样的结构布置（膜式壁），以提高燃烧室密封性。 

在另一较佳实施例中，本实用新型的锅炉从燃烧室12、对流段13至节能器3的壁面、包括对流段内的对流段管束23，包含23′和燃烧室管束23”、凡是燃烧气体流过的部位均采用无死角布置的圆弧过渡结构。

卧式燃氢蒸汽锅炉的蒸发面积大于立式燃氢蒸汽锅炉的蒸发面积15～30%，从而使锅炉液位容易控制，由于氢等可燃废气易爆，燃烧速度快，因此卧式燃氢蒸汽锅炉较之常规燃气锅炉炉膛尺寸要大出15～20%，以避免在点火时，热空气突然膨胀爆燃所引起的炉膛瞬间升压而造成回火或对设备的损伤。

Claims (8)

1.一种卧式燃氢蒸汽锅炉，包括具有保温层的外壳，外壳内右侧设有作为炉膛的燃烧室，左侧设有对流段，燃气燃烧器、具有蒸汽出口的上锅筒、下锅筒、垂直连接上下锅筒并位于对流段内的对流段管束和沿着外壳内壁垂直布置、连接上下锅筒并位于燃烧室内的燃烧室管束的双锅筒装置、由进水集箱、出水集箱和热交换管构成的节能器、烟道、汽水分离装置、防爆门，其特征在于，燃气燃烧器设置在壳体前侧外燃烧室的横向轴线位置，所述对流段中面向燃烧室的一排对流段管束的管子是通过板连接而形成管子连续壁面，该连续壁面形成封闭的燃烧室，并把燃烧室与对流段隔开，在炉膛尾部设通向对流段的通道，使燃烧室内的燃烧气体或烟气流经炉膛燃烧室后反向流过对流段管束，流到其下游与之连通的节能器及位于节能器后面的烟道，所述上锅筒通过水管连接节能器的出水集箱，并控制其储存的水的液面以保持一定水位，所述汽水分离装置安装在上锅筒内上部，其下部紧靠蒸发液面，其上表面紧贴上锅筒顶部并通过管道连接上锅筒的蒸汽出口以使蒸汽通过此顶部蒸汽出口排出。

2.根据权利要求1所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其特征在于，所述防爆门具有三个，分别设置在燃烧室上的第一防爆门、对流段上的第二防爆门和节能器侧的第三防爆门。

3.根据权利要求1所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其特征在于，所述燃烧器包括燃烧器燃烧头、空气供给箱、风量风压控制机构和点火装置，其中，燃烧头采用扩散外混式燃烧头，包括内筒、外筒、燃烧盘、氢气供给管，其中，氢气供给管包括主氢气供给管和分流氢气供给管，所述内筒、外筒是套装的并部分突出地安装于空气供给箱的一侧表面上并在它们之间形成与空气供给箱连通的第二环形出风口，所述主氢气供给管经过空气供给箱安置在内筒的中心位置，所述燃烧盘安装在主氢气供给管上并位于内筒前部，其位于中央部位具有与主氢气供给管连通的蜂窝状的出气小孔和位于中央部位外周具有与空气供给箱连通的弧状的漩流气槽的空气通道：所述分流氢气供给管具有若干条，所述分流氢气供给管的一端均布连接于主氢气供给管的外径处，另一端位于内筒内而延伸过所述燃烧盘外侧：并在所述内筒内壁和主氢气供给管之间形成环绕分流氢气供给管及与外壳中空气供给箱连通的第一环形出风口，该第一环形出风口与所述燃烧盘的漩流气槽的空气通道是相对的； 

所述风量风压控制机构包括设置在空气供给箱底部的进风管，安装在进风管中的风门挡板、设置在进风管外壁上的伺服电机、风压开关、风门挡板连杆。

4.根据权利要求3所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其特征在于，所述燃烧器还包括一导流装置，所述导流装置设置在所述第二环形出风口上，该导流装置包括多个通过活动轴安装在内筒和外筒之间导流片、安装在各个导流片一侧上的活动夹、以联动地推动方式连接各个活动夹的连杆固定片，垂直地与所述连杆固定片相连接并使导流片变角度转动的万向联动杆，以控制第二环形出风口助燃空气混入燃烧废气的进入量、进入速度与角度。

5.根据权利要求3所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其特征在于，所述的分流氢气供给管设有至少6-8条。

6.根据权利要求1所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其特征在于，所述汽水分离装置包括具有设置在上锅筒内上部的两道汽水分离处理功能的汽水分离构件，该构件底部为孔板，紧贴蒸发面，为初步汽水分离，位于两道汽水分离构件下的是一瓷环汽水分离部件，最后再设一道孔板式汽水分离构件，以便蒸汽流经这多重汽水分离。

7.根据权利要求1所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其特征在于，所述锅炉从燃烧室、对流段至节能器的壁面、包括对流段内对流段管束及其管子壁面、凡是燃烧气体流过的部位均采用无死角布置的圆弧过渡结构。

8.根据权利要求3所述的卧式燃氢蒸汽锅炉，其特征在于，所述第二环形出风口的环形间隙(D1)的距离为20-40mm，所述第一环形出风口的环形间隙(D2)的距离为50-150mm。

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