CN204026629U - 一种燃氢蒸汽锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种燃氢蒸汽锅炉，其创新点在于：主要包括炉体、锅筒、水冷壁管、对流管束、省煤器、氢气燃烧器和安全泄压门，炉体整体由一对分别配备氢气燃烧器的左、右燃烧室之间设置公共对流室，并在公共对流室与两侧的左、右燃烧室之间通过左、右对流室连通构成一个M形；锅筒包括上筒体、下筒体以及对流管束、水冷壁。本实用新型的优点在于：炉体采用双燃烧室进行燃烧，单个氢气燃烧器可适当降低供气量，同时通过双对流室与公共对流室内的水冷壁、对流管束配合吸收辐射热和对流热产生蒸汽，热能利用率高。氢气燃烧器采用多层环绕的助燃气体与燃气混合出风形式，混合均匀，燃烧率达到100%，杜绝了剩余氢气的发生、积聚，安全可靠。

Description

一种燃氢蒸汽锅炉

技术领域

本实用新型涉及一种蒸汽锅炉，特别涉及一种燃氢蒸汽锅炉。 

背景技术

钛白粉学名为二氧化钛， 钛白粉被认为是目前世界上性能最好的一种白色颜料，占全部白色颜料使用量的80%，被广泛应用于涂料、塑料、造纸、印刷油墨、化纤、橡胶、化妆品等工业。 

在以硫酸法制备钛白粉的过程中，会产生副产品稀硫酸，稀硫酸的浓度在20~25%左右，该稀硫酸可通过与铁屑、铁粉反应生成硫酸亚铁，既可以消耗稀硫酸，又可以生产硫酸亚铁等产品，达到环保与经济效益的双丰收。铁粉与稀硫酸反应生产硫酸亚铁的过程中，会副产大量的氢气，大部分钛白粉制造企业基本采用放空的方式处理氢气，造成能源的浪费。 

后来出现一些燃氢蒸汽锅炉，将反应过程中的氢气作为燃料然后后产生蒸汽实现其能源的利用。如专利号ZL 03231105.2公开了一种燃氢蒸汽锅炉，其采用立式结构，对流室和燃烧室自上而下设置，该种结构中对流室的水应结构的限制，在运行中液位拨动大，难以控制，且蒸发、换热面积均有一定的限制，因此换热效率仍存在一定的局限性；再如专利申请号201120231835.X公开了一种卧式燃氢蒸汽锅炉，其采用卧式结构，具有较好的蒸发和换热面积；其采用的扩散外混式燃烧头结构为通用结构，在使用过程中利用燃烧盘具有的旋流气槽以及导流片对助燃空气产生旋流作用，进而与氢气混合燃烧，但由于扩散外混式燃烧头的助燃空气仅仅在氢气的外围进行混合，因此存在微量氢气无法充分燃烧的问题，仍然存在一定的安全隐患。 

因此在上述技术的基础上研发一种热能利用率高、且安全可靠的氢气燃烧锅炉及其专用燃烧套管势在必行。 

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种燃烧充分且安全可靠的燃氢蒸汽锅炉。 

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案为：一种燃氢蒸汽锅炉，其创新点在于：主要包括炉体、锅筒、水冷壁管、对流管束、省煤器、氢气燃烧器和安全泄压门，炉体包括左燃烧室、右燃烧室、左对流室、右对流室和公共对流室，炉体整体由一对左、右燃烧室之间设置公共对流室，并在公共对流室与两侧的左、右燃烧室之间通过独立的左、右对流室连通构成一个M形；在左燃烧室、右燃烧室、公共对流室的两侧以及左对流室、右对流室的外侧均设置安全泄压门；锅筒包括一个上筒体、两个下筒体以及连通上、下筒体的对流管束、水冷壁；所述的上筒体水平设置在炉体左、右对流室上方，且其轴线与左、右对流室的长轴方向平行；所述的两下筒体分别水平设置在公共对流室与左、右燃烧室之间的间隙下方，且其轴线与左、右对流室的长轴方向平行；对流管束穿过左对流室、右对流室和公共对流室；水冷壁布置在燃烧室、左对流室、右对流室以及公共对流室的炉体侧壁上；省煤器设置在炉体烟道出口内；左、右燃烧室分别配备一个独立的氢气燃烧器，该氢气燃烧器主要包括助燃气体供气仓、燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道、辅助燃气体供气管道、点火组件和燃烧控制系统；助燃气体供气仓的仓体前端设置有燃烧套管，仓体下部内置风量风压开关以及由伺服电机驱动的风门调节挡板组，仓体下端设置有由变频电机驱动的助燃气体供气风机；燃烧套管设置在助燃气体供气仓的侧壁上，且其前端伸出助燃气体供气仓侧壁；燃烧套管由同轴设置的内管和外管构成，内管、外管的末端与助燃气体供气仓连通；外管的前端螺纹连接有一导流罩，该导流罩的前端内折向内管侧；燃烧头焊接在内管前端，该燃烧头具有一个位于燃烧头中心的球面形凸起以及一个位于球面形凸起外的环形平面；所述的球面形凸起中心设置一个大圆形通孔，并在大圆形通孔外沿球面形凸起的球面均匀分布若干小圆形通孔，且小圆形孔的轴线穿过球面形凸起的球心；所述的环形平面上设置有若干以燃烧头中心为圆心呈环形阵列分布的弧形孔；燃气供气管道具有一个主燃气供气管道以及若干以主燃气供气管道为中心呈环形分布的辅燃气供气管道，辅燃气供气管道的末端与主燃气供气管道的中部连通，主燃气供气管道末端具有一个燃气流量调节阀；主燃气供气管道设置在内管中，主燃气供气管道的前端与燃烧头球面形凸起的环形边沿连接固定，并与燃烧头球面形凸起的小圆形通孔连通；辅燃气供气管道分布在内管与外管之间，辅燃气供气管道的前端伸出内管前端且倾斜向内管侧；辅助燃气体供气管道内置于主燃气供气管道中心，其前端与燃烧头球面形凸起的大圆形通孔连通，该辅助燃气体供气管道由助燃气体供气风机通过独立的辅助燃气体流量调节阀供气。 

优选的，所述的水冷壁为鳍片管水冷壁。 

本实用新型的优点在于：炉体采用双燃烧室进行氢气的燃烧，单个氢气燃烧器可适当降低供气量，同时通过双对流室与公共对流室内的水冷壁、对流管束配合吸收辐射热和对流热产生蒸汽，确保热能能够充分被对流管束、水冷壁吸收，提高热能利用率。锅筒的上筒体水平设置在炉体的左、右对流室上方，使得上筒体具有很大的液面，蒸发量大，液位波动小，为提高蒸汽参数提供了可能。多处安全卸压门的设置能够对炉体内爆燃的压力及时泄出，以免损伤炉体造成更严重的事故。 

由辅助燃气体供气管道的前端与燃烧头球面形凸起的大圆形通孔连通形成中心助燃气体出风口；主燃气供气管道与燃烧头球面形凸起、辅助燃气体供气管道配合形成内环形燃气出风口；内管与燃烧头环形平面、主燃气供气管道配合形成内环旋流助燃气体出风口；外管与内管的前端配合形成外环助燃气体出风口；呈环形分布的辅燃气供气管道形成位于外环助燃气体出风口内的外环燃气出风口。进而构成一个多层环绕的助燃气体与燃气混合出风形式，混合均匀，杜绝了剩余氢气的发生、积聚，提高安全性能；而辅燃气供气管道的前端伸出内管前端且倾斜向内管侧，同时配合导流罩进行气流导向，使得燃烧时在火焰中心区域产生一个强制性的回流，与中心助燃气体出风口的助燃氧气混合形成一个中心火焰，且中心助燃气体出风口的助燃氧气流量通过独立的流量调节阀调节，确保燃烧不会脱焰、爆炸和回火，更加安全可靠。 

水冷壁采用鳍片管水冷壁，相邻的管间由鳍片相连在一起，使水冷壁管形成一个连续的金属壁膜，完全隔开了火焰与炉体内壁的接触，增加了炉体的密封性能，并可降低炉体的材料要求。 

附图说明

图1为本实用新型燃氢蒸汽锅炉结构示意图； 

图2为本实用新型中锅筒结构示意图； 

图3为本实用新型氢气燃烧器结构示意图； 

图4为本实用新型中燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道和辅助燃气体供气管道连接关系示意图； 

图5为本实用新型中燃烧头剖视图； 

图6为本实用新型中燃烧头侧视图。 

具体实施方式

请参阅图1，本实用新型揭示了一种燃氢蒸汽锅炉结构，主要包括炉体、锅筒、水冷壁管3、对流管束4、省煤器5、氢气燃烧器6和安全泄压门7。 

炉体包括左燃烧室1a、右燃烧室1b、左对流室1c、右对流室1d和公共对流室1e，炉体1整体由一对左燃烧室1a、右燃烧室1b之间设置公共对流室1e，并在公共对流室1e与两侧的左燃烧室1a、右燃烧室1b之间通过独立的左对流室1c、右对流室1d连通构成一个M形。在左燃烧室1a、右燃烧室1b、公共对流室1e的两侧以及左对流室1c、右对流室1d的外侧均设置安全泄压门7。 

如图2所示，锅筒包括一个上筒体21、两个下筒体22以及连通上筒体21、下筒体22的对流管束3、水冷壁4；上筒体21水平设置在炉体左对流室1c、右对流室1d上方，且其轴线与左对流室1c、右对流室1d的长轴方向平行；两下筒体22分别水平设置在公共对流室1e与左燃烧室1a、右燃烧室1b之间的间隙下方，且其轴线与公共对流室1e的长轴方向平行；对流管束3穿过左对流室1c、右对流室1d和公共对流室1e；水冷壁4布置在左燃烧室1a、右燃烧室1b、左对流室1c、右对流室1d和公共对流室1e的炉体侧壁上；省煤器5设置在炉体烟道出口内。 

左燃烧室1a、右燃烧室1b分别配备一个独立的氢气燃烧器6，其主要包括助燃气体供气仓、燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道、辅助燃气体供气管道、点火组件和燃烧控制系统。 

具体的：如图3、4所示， 

一助燃气体供气仓61，该仓体的前端设置有燃烧套管62，仓体下部内置风量风压开关以及由伺服电机651驱动的风门调节挡板组65，仓体下端设置有由变频电机641驱动的助燃气体供气风机64。

一燃烧套管62，设置在助燃气体供气仓的侧壁上，且其前端伸出助燃气体供气仓61侧壁。燃烧套管62由同轴设置的内管622和外管621构成，内管622、外管621的末端与助燃气体供气仓61连通；外管621的前端螺纹连接有一导流罩623，该导流罩623的前端内折向内管侧。 

一焊接在内管前端的燃烧头63，如图5、6所示，该燃烧头63具有一个位于燃烧头中心的球面形凸起631以及一个位于球面形凸起631外的环形平面632；球面形凸起631中心设置一个大圆形通孔631a，并在大圆形通孔631a外沿球面形凸起631的球面均匀分布若干小圆形通孔631b，且小圆形孔631b的轴线穿过球面形凸起631的球心；在环形平面632上设置有若干以燃烧头63中心为圆心呈环形阵列分布的弧形孔632a。 

一燃气供气管道66，具有一个主燃气供气管道661以及若干以主燃气供气管道661为中心呈环形分布的辅燃气供气管道662；主燃气供气管道661设置在内管622中，主燃气供气管道661的前端与燃烧头球面形凸起631的环形边沿连接固定，并与燃烧头球面形凸起631的小圆形通孔631b连通；辅燃气供气管道662分布在内管622与外管621之间，辅燃气供气管道662的前端伸出内管622前端且倾斜向内管侧。辅燃气供气管道662的末端与主燃气供气管道661的中部连通，主燃气供气管道661末端具有一个燃气流量调节阀663； 

一辅助燃气体供气管道67，该辅助燃气体供气管道67内置于主燃气供气管道661中心，其前端与燃烧头球面形凸起631的大圆形通孔631a连通。该辅助燃气体供气管道67由助燃气体供气风机64通过独立的流量调节阀67供气。

点火组件（图中未示出）包括点火器以及给点火器提供高压的点火变压器，点火器的点火头位于燃烧头62的侧前方；上述的风压开关、伺服电机651、变频电机641、燃气流量调节阀663、辅助燃气体流量调节阀67、点火变压器均接入燃烧控制系统。 

氢气燃烧器工作原理： 

助燃气体路径：

变频电机驱动的助燃气体供气风机工作，将大量的空气送入助燃气体供气仓，并从由内管与燃烧头环形平面、主燃气供气管道配合形成内环旋流助燃气体出风口；外管与内管的前端配合形成外环助燃气体出风口排出；

助燃气体供气风机工作时，辅助燃气体供气管道通过辅助燃气体流量调节阀调节空气流量，由辅助燃气体供气管道的前端与燃烧头球面形凸起的大圆形通孔连通形成中心助燃气体出风口排出；

燃气路径：

通过燃气流量调节阀调节流量后进入燃气供气管道，分成两路，一路从主燃气供气管道与燃烧头球面形凸起、辅助燃气体供气管道配合形成内环形燃气出风口排出；另一路由呈环形分布的辅燃气供气管道形成位于外环助燃气体出风口内的外环燃气出风口排出；进而与助燃气体均匀混合形成可燃混合气；

燃烧原理：

点火元件通过点火变压器提供的高压电进行放电，进而产生电弧点燃混合气体进行燃烧；辅燃气供气管道的前端伸出内管前端且倾斜向内管侧，同时配合导流罩进行气流导向，使得燃烧时在火焰中心区域产生一个强制性的回流，与中心助燃气体出风口的空气混合燃烧形成一个中心火焰，避免燃烧过程中出现脱焰、爆炸和回火。

燃氢蒸汽锅炉工作原理： 

两氢气燃烧器点火后，火焰释放含有大量热量的烟气，左、右燃烧室侧壁的水冷壁吸收大量的辐射热，并使得水冷壁管子内的水汽不继流动，从而冷却了炉墙,使炉墙的温度不致太高；水冷壁管子内的水汽混合物通过上升管路和下降管路的不断循环流动，进入上筒体后在其中进行汽水分离，蒸汽部分经分离后进入导汽管导出使用，水则继续进入蒸发受热面循环流动；

烟气分别从左、右燃烧室向左、右对流室移动，在左、右对流室内对流管束外横向冲刷管束，以对流换热的方式将热量传给管束，使管束内的水不断汽化，水在对流管束内受热不同的管子中不断循环流动；进入上筒体后在其中进行汽水分离；烟气再从左、右对流室进入公共对流室，对其内的对流管束再次热交换，使得热能的二次利用；

烟气从公共对流室流经排烟管道前经过省煤器，省煤器外部受烟气加热，烟气流过省煤器外部时不断降温，省煤器内的水流经省煤器内部时不断升温，进而用烟气的余热提高了水温，而使排放到烟囱中的烟气温度降低，加热后的水再补入锅筒内。

Claims (2)

1.一种燃氢蒸汽锅炉，其特征在于：主要包括炉体、锅筒、水冷壁管、对流管束、省煤器、氢气燃烧器和安全泄压门，

炉体包括左燃烧室、右燃烧室、左对流室、右对流室和公共对流室，炉体整体由一对左、右燃烧室之间设置公共对流室，并在公共对流室与两侧的左、右燃烧室之间通过独立的左、右对流室连通构成一个M形；在左燃烧室、右燃烧室、公共对流室的两侧以及左对流室、右对流室的外侧均设置安全泄压门；

锅筒包括一个上筒体、两个下筒体以及连通上、下筒体的对流管束、水冷壁；所述的上筒体水平设置在炉体左、右对流室上方，且其轴线与左、右对流室的长轴方向平行；所述的两下筒体分别水平设置在公共对流室与左、右燃烧室之间的间隙下方，且其轴线与左、右对流室的长轴方向平行；对流管束穿过左对流室、右对流室和公共对流室；水冷壁布置在燃烧室、左对流室、右对流室以及公共对流室的炉体侧壁上；

省煤器设置在炉体烟道出口内；

左、右燃烧室分别配备一个独立的氢气燃烧器，该氢气燃烧器主要包括助燃气体供气仓、燃烧套管、燃烧头、燃气供气管道、辅助燃气体供气管道、点火组件和燃烧控制系统；助燃气体供气仓的仓体前端设置有燃烧套管，仓体下部内置风量风压开关以及由伺服电机驱动的风门调节挡板组，仓体下端设置有由变频电机驱动的助燃气体供气风机；燃烧套管设置在助燃气体供气仓的侧壁上，且其前端伸出助燃气体供气仓侧壁；燃烧套管由同轴设置的内管和外管构成，内管、外管的末端与助燃气体供气仓连通；外管的前端螺纹连接有一导流罩，该导流罩的前端内折向内管侧；燃烧头焊接在内管前端，该燃烧头具有一个位于燃烧头中心的球面形凸起以及一个位于球面形凸起外的环形平面；所述的球面形凸起中心设置一个大圆形通孔，并在大圆形通孔外沿球面形凸起的球面均匀分布若干小圆形通孔，且小圆形孔的轴线穿过球面形凸起的球心；所述的环形平面上设置有若干以燃烧头中心为圆心呈环形阵列分布的弧形孔；燃气供气管道具有一个主燃气供气管道以及若干以主燃气供气管道为中心呈环形分布的辅燃气供气管道，辅燃气供气管道的末端与主燃气供气管道的中部连通，主燃气供气管道末端具有一个燃气流量调节阀；主燃气供气管道设置在内管中，主燃气供气管道的前端与燃烧头球面形凸起的环形边沿连接固定，并与燃烧头球面形凸起的小圆形通孔连通；辅燃气供气管道分布在内管与外管之间，辅燃气供气管道的前端伸出内管前端且倾斜向内管侧；辅助燃气体供气管道内置于主燃气供气管道中心，其前端与燃烧头球面形凸起的大圆形通孔连通，该辅助燃气体供气管道由助燃气体供气风机通过独立的辅助燃气体流量调节阀供气。

2.根据权利要求1所述的燃氢蒸汽锅炉，其特征在于：所述的水冷壁为鳍片管水冷壁。