專利名稱：一種生產(chǎn)熱水和/或蒸汽的方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置。
背景技術(shù)：
過去，大多數(shù)熱水鍋爐及蒸汽發(fā)生裝置是間接式的，即燃料燃燒盛有水的鍋爐或列管式鍋爐從而產(chǎn)生熱水和/或蒸汽，這類鍋爐熱效率低，裝置笨重，污染環(huán)境。近年來世界各國正在開發(fā)直接式蒸汽發(fā)生裝置，將燃料和空氣燃燒后直接與水接觸，燃燒產(chǎn)生熱量傳遞給水而產(chǎn)生蒸汽的裝置，這種裝置由于大量水噴入火焰周圍和中心而因控制不當(dāng)易被熄滅，熱量利用率低；發(fā)生蒸汽量小，又無法生產(chǎn)熱水，裝置效率低，限制了直接式裝置的應(yīng)用推廣。
本

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，經(jīng)發(fā)明人長期從事鍋爐開發(fā)研究及工業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐，開發(fā)提供一種結(jié)構(gòu)獨(dú)特，操作簡便靈活，熱效率高，維持費(fèi)低的新一代熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，包括一外圓筒體1、一內(nèi)圓筒體2、圓頂3、底4，其特征在于外圓筒體分上下兩部份，上半部為熱水和/或蒸汽發(fā)生區(qū)，下半部為盛熱水和/或蒸汽容器部分，外圓筒體下半部內(nèi)徑為上半部內(nèi)徑的1.5-2.0倍；上半部內(nèi)外圓筒體間設(shè)有被圓筒隔板5分成內(nèi)室7和外室8相通的通水內(nèi)腔6，內(nèi)腔外室8設(shè)有兩邊對稱的煙道氣通道9，其出口頂端直通圓筒體頂外，下端伸入圓筒體下半部內(nèi)；圓頂中心有一燃料入口10，燃料入口上方設(shè)混合器11，通過管線使混合器與燃料入口相連，燃料入口下方設(shè)燃料入口噴嘴和點(diǎn)火組件12；內(nèi)圓筒體底部為錐體，錐體下壁上設(shè)有蒸汽及燃燒氣導(dǎo)出孔13；在所述圓筒體上下沿著圓周截面設(shè)有多層水入口噴嘴14；噴嘴與內(nèi)圓筒體壁之間夾角呈20-80°的角，每層噴嘴設(shè)4-40個噴嘴；圓筒體下半部上方設(shè)有蒸汽出口15及冷水噴嘴17，中部設(shè)有熱水出口16，在圓筒體上設(shè)有多個測溫和測壓裝置及自動調(diào)節(jié)閥，并與計(jì)算機(jī)相聯(lián)實(shí)現(xiàn)自動控制。
按照本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置中，根據(jù)用戶要求，適當(dāng)調(diào)節(jié)工藝參數(shù)，例如混合燃料進(jìn)料速度和進(jìn)料量，噴嘴噴水量等可生產(chǎn)熱水(各種所需溫度的熱水)或蒸汽或同時生產(chǎn)熱水和蒸汽，優(yōu)選生產(chǎn)各種溫度的熱水。所述內(nèi)外圓筒體的尺寸取決于裝置的生產(chǎn)能力與所需熱水和/或蒸汽量，各操作工藝參數(shù)如燃料、水、空氣的壓力和流量等，其上部內(nèi)圓筒體長與內(nèi)徑之比為1-5∶1，優(yōu)選2-4∶1。
所述內(nèi)外兩室相通的通水內(nèi)腔是指內(nèi)圓筒體與外圓筒子體上部間所包圍的空間，一般20-200毫米徑向差(指上部內(nèi)圓筒體的外徑與外圓筒體內(nèi)徑之差)，在通水內(nèi)腔內(nèi)設(shè)有一與內(nèi)外圓筒體形狀相同的圓筒隔板，使其下部留有空間，內(nèi)腔分成相通的內(nèi)外兩室，水可以從外室通向內(nèi)室。在外室內(nèi)兩邊對稱設(shè)有煙道氣排出管，進(jìn)入通水內(nèi)腔外室的水通過煙道氣通道首先對排出的煙道氣和夾帶的蒸汽進(jìn)行簡接冷卻，以便回收熱量和熱水，經(jīng)熱交換預(yù)熱后進(jìn)入內(nèi)室的水由噴嘴層噴嘴噴入內(nèi)圓筒體上部燃燒室，以利于產(chǎn)生更多的熱水和/或蒸汽，提高熱量利用率，同時保持圓筒體內(nèi)壁處于低溫狀態(tài)。所述煙道氣排出管根據(jù)裝置高度、熱量平衡以及煙道氣排出管道有足夠冷卻空間，煙道氣排出管通常為10×20-500毫米的弧形扁管或盤管。
所述內(nèi)圓筒體上的水入口噴嘴層是在內(nèi)圓筒體從上到下間隔一定距離沿著圓筒體的圓周截面設(shè)置多層水入口噴嘴層，一般設(shè)置1-10層，優(yōu)選2-4層，每層間的距離可以相同或不同，最上層噴嘴層優(yōu)選設(shè)在燃料噴嘴組件下方附近，可避免圓筒體頂附近造成高溫區(qū)。每層設(shè)置的噴嘴數(shù)目可以相同或不同，一般為4-40個噴嘴。噴嘴的類型和尺寸與噴水壓力和流量，裝置能力，燃料燃燒形成白灼火焰包封的溫度以及內(nèi)圓筒體內(nèi)的溫度和壓力等的因素相關(guān)，可以選擇通用型噴嘴或霧化噴嘴或通用型噴嘴和霧化噴嘴混合使用，優(yōu)選霧化噴嘴。這些類型的噴嘴是公知的市售產(chǎn)品。各層噴嘴以及每一層各噴嘴設(shè)置角度可以相同或不同，但要相互配合，使水與白灼火焰包封全方位接觸充分均勻，一般與內(nèi)圓筒體壁之間夾角為20-80°，最低層噴嘴的角度在＞45-＜90°之間，不同角度的設(shè)置有利于水與白灼火焰包封接觸充分與均勻，熱能在瞬間傳遞給水而產(chǎn)生熱水和/或蒸汽。水通過各層噴嘴以不同角度進(jìn)入燃燒區(qū)，立刻與形成的白灼火焰包封(溫度高達(dá)1800-2000℃)充分接觸，熱傳遞效應(yīng)以及汽化吸熱作用，使高溫白灼火焰包封的溫度由原來的外部高內(nèi)部低變成外部低內(nèi)部高，熱量傳遞給水，水迅速升溫產(chǎn)生熱水或汽化發(fā)生蒸汽，隨時控制噴水量就可方便調(diào)節(jié)熱水產(chǎn)生量及溫度以及蒸汽的量。也可以通過設(shè)置在圓筒體下半部上方的冷水噴嘴來進(jìn)一步調(diào)節(jié)熱水的溫度。如果生產(chǎn)熱水，可通過此冷水噴嘴噴冷水與蒸汽接觸，使蒸汽變成熱水，同時大大減少蒸汽通過煙道氣通道排出量，有利熱量回收。產(chǎn)生的熱水進(jìn)入圓筒體下半部內(nèi)，隨時由熱水出口排出。而少量蒸汽與煙道氣一道通過煙道氣排出孔及熱水而進(jìn)入煙道氣通道排出。
所述混合器是燃料和空氣進(jìn)入熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置燃燒區(qū)之前首先進(jìn)行充分混合的設(shè)備，以便確保燃料在燃燒區(qū)內(nèi)充分完全燃燒，產(chǎn)生的白灼火焰包封約1分鐘內(nèi)迅速使內(nèi)圓筒體內(nèi)達(dá)到1800-2000℃溫度，混合器為公知市售混合器。在混合器的燃料與空氣入口管線以及混合燃料入口處可設(shè)有可自動調(diào)節(jié)的閥，并與計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)相聯(lián)，接受來自計(jì)算機(jī)的信號，從而調(diào)節(jié)進(jìn)入混合器中燃料和空氣的壓力和流量，即調(diào)節(jié)流速或流量。
所述燃料可以是氣體燃料如天然氣、煤氣、液化石油氣等，液體燃料如丙烷、丁烷等，固體粉末燃料或固液混合燃料如水煤漿或油煤漿或水油煤漿等；進(jìn)入混合器的燃料和空氣預(yù)先根據(jù)生產(chǎn)熱水和/或蒸汽量、壓力、流量等燃燒化學(xué)熱量平衡計(jì)算預(yù)定量，同時可通過與其相聯(lián)的計(jì)算機(jī)根據(jù)來自測溫和測壓裝置測得的數(shù)據(jù)信號來調(diào)整控制經(jīng)由自動調(diào)節(jié)閥的燃料和空氣進(jìn)入量。
所述燃料入口噴嘴組件位于圓筒體頂部內(nèi)圓筒體中心燃料入口處下方，水入口噴嘴層上方。該組件有多個噴嘴，優(yōu)選為3-5個噴嘴和點(diǎn)火裝置組成，其一個噴嘴在中心，其它2-4個噴嘴圍繞中心噴嘴排列在圓面上。這些噴嘴和點(diǎn)火裝置均為公知設(shè)備，燃料通過燃料噴嘴進(jìn)入燃燒區(qū)時通過點(diǎn)火裝置如電火花點(diǎn)火燃燒，形成外部溫度高內(nèi)部溫度低的白灼火焰包封，白灼火焰包封溫度高達(dá)2000℃，并釋放大量熱能；與水充分接觸時，大量熱能傳遞給水，產(chǎn)生混有N2、CO2及蒸汽等燃燒氣通過導(dǎo)出孔進(jìn)入煙道氣排出管。燃料進(jìn)入燃料入口噴嘴通常壓力為0.2-2.OMpa，以利于燃燒火焰形成的白灼火焰包封與水接觸，在壓力下順利通過導(dǎo)出孔。與此同時，位于每層噴嘴附近的測溫和測壓裝置測得信號反饋計(jì)算機(jī)，從而進(jìn)行整個體系控制和調(diào)節(jié)。所述測溫裝置為熱敏傳感器，也可以用熱電偶或紅外線測溫裝置；測壓裝置為通常市售測壓裝置。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置可以各種方式安裝，例如立式或者幾個發(fā)生裝置并聯(lián)一起使用。
本發(fā)明提供的生產(chǎn)熱水和/或蒸汽的方法包括下列步驟1、燃料和空氣按預(yù)定計(jì)算量經(jīng)混合器進(jìn)行充分混合。
2、在熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置中，混合燃料由燃料入口噴嘴和點(diǎn)火組件進(jìn)入裝置燃燒區(qū)，通過點(diǎn)火組件點(diǎn)燃燃料產(chǎn)生的火焰包封，溫度高達(dá)1800-2000℃，混合燃料壓力為0.2-2Mpa，3、來自通水內(nèi)腔的水由各層水入口噴嘴噴入預(yù)定量水與白灼火焰包封接觸，水噴入壓力為0.5-1.5Mpa，迅速進(jìn)行熱交換產(chǎn)生熱水和/或蒸汽，含蒸汽的煙道氣經(jīng)由錐形底部蒸汽和燃燒氣導(dǎo)出孔通過熱水后由煙道氣通道排出裝置外。熱水和蒸汽分別由熱水出口和蒸汽出口隨時導(dǎo)出，如果需要可由冷水噴嘴進(jìn)一步調(diào)節(jié)熱水溫度。
4、由測溫和測壓裝置測得的溫度和壓力信號通過計(jì)算機(jī)反饋各物料入口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)各自流量進(jìn)行自動控制。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置結(jié)構(gòu)合理、獨(dú)特，燃料入口噴嘴層設(shè)在內(nèi)圓筒體頂上部燃燒區(qū)，帶壓燃料通過噴嘴噴入燃燒區(qū)呈均勻霧狀分布，經(jīng)點(diǎn)火燃燒后形成白灼火焰包封直向底部，白灼火焰包封溫度外部高，內(nèi)部低，達(dá)1800-1200℃，熱量向圓周輻射，在一分鐘內(nèi)使整個內(nèi)圓筒體內(nèi)溫度上升到1800-2000℃左右，設(shè)在圓筒體上的多層水入口噴嘴，由于每層噴嘴設(shè)置的數(shù)目和角度，以及各層各噴嘴噴入水量，完全能與白灼火焰包封全方位充分接觸，迅速進(jìn)行熱交換，產(chǎn)生大量熱水或蒸汽，使白灼火焰包封溫度變成內(nèi)部溫度高于外部溫度，尤其靠近內(nèi)圓筒體內(nèi)表面處附近溫度較低，形成由中心到內(nèi)表面形成溫度遞度并產(chǎn)生熱流，熱交換更加充分。內(nèi)圓筒體不需高質(zhì)量保溫材料，如果需要可涂敷耐高溫搪瓷材料。頂層水入口噴嘴設(shè)置在在燃料入口噴嘴附近，避免內(nèi)圓筒體頂面局部區(qū)呈高溫區(qū)。多層噴嘴設(shè)置可使水與白灼火焰包封多次充分接觸進(jìn)行熱交換，熱量利用更充分，從而提高了熱效率；并能有效控制整個內(nèi)圓筒體內(nèi)溫度防止局部溫度過熱。
設(shè)在各層水入口噴嘴層附近的測溫和測壓量裝置及時測得溫度和壓力信號，經(jīng)與此相聯(lián)的計(jì)算機(jī)處理后反饋各進(jìn)料調(diào)節(jié)閥的進(jìn)料量和速度，隨時調(diào)整體系的熱平衡及動態(tài)平衡，使體系始終處于最佳的操作運(yùn)行狀態(tài)。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置特點(diǎn)為1、小型輕便，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，成本低，投資少，操作簡便，可自動控制操作。
2、熱效率高，為90％以上；維修費(fèi)低。
3、燃料適應(yīng)性強(qiáng)，可使用氣體、液體和固體粉末燃料或固液混合燃料。
4、裝置開停方便，可調(diào)性強(qiáng)，通過計(jì)算機(jī)隨時調(diào)節(jié)熱水或蒸汽發(fā)生量、并可幾個并聯(lián)一起使用。
按照本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置可被廣泛替代目前的熱水鍋爐及蒸汽發(fā)生裝置。


圖1為熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置的結(jié)構(gòu)示意簡圖，圖2為熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置的進(jìn)水入口噴嘴層剖面布置示意圖，具體實(shí)施方式
本發(fā)明用下列具體實(shí)施方案結(jié)合附圖來進(jìn)一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明保護(hù)范圍并不限于具體實(shí)施方案。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，包括一外圓筒體1和一個內(nèi)圓筒體2，內(nèi)圓筒體與外圓筒體間有一通水內(nèi)腔6被圓筒隔板5分成相通內(nèi)外兩室7、8，內(nèi)圓筒體外徑與外圓筒體的內(nèi)徑差為8厘米，外圓筒體其上半部長1.4米，下半部為1.0米，筒體長2.4米，圓筒體直徑80厘米。內(nèi)外圓筒體的圓頂3的中心燃料入口為5厘米直徑，設(shè)置在該燃料入口上方的混合器11為市售通用型混合器，進(jìn)入混合器的燃料和空氣首先通過經(jīng)燃燒化學(xué)熱量平衡計(jì)算量，但通常采用空氣過量約1.2-1.3倍的化學(xué)計(jì)算的空氣。
首先將上述預(yù)定計(jì)算量通過與計(jì)算機(jī)相聯(lián)的自動調(diào)節(jié)閥(未標(biāo))，燃料和空氣的壓力分別為0.4Mpa。設(shè)在燃料入口下方的燃料入口噴嘴和點(diǎn)火裝置組件12包括5個噴嘴和一個電火花裝置，燃料和空氣通過混合器混合后進(jìn)入燃料入口噴嘴，同時用電火花裝置點(diǎn)燃燃料形成白灼火焰包封，在一分鐘內(nèi)使內(nèi)圓筒體內(nèi)溫度迅速升高，白灼火焰包封呈外部溫度高于內(nèi)部溫度，達(dá)到2000℃。在內(nèi)圓筒體上自上至下沿著內(nèi)圓筒體圓周截面設(shè)置三層水入口噴嘴14，距圓頂分別10、60、100厘米，各層噴嘴數(shù)目分別12、8、8，噴嘴角度約45°-60°不等，各層噴嘴噴入水首先通過內(nèi)腔外室8對煙道氣排出管進(jìn)行冷卻，同時預(yù)熱水后進(jìn)入內(nèi)腔內(nèi)室7，再由噴嘴噴入圓筒體內(nèi)，由自動調(diào)節(jié)閥(未示出)來控制噴入的水量，噴入水壓力為0.4Mpa，當(dāng)燃料點(diǎn)燃后約1分鐘進(jìn)行噴水，使高溫白灼火焰包封瞬時與水全方位均勻充分接觸，熱量迅速傳遞霧化水而產(chǎn)生熱水，每小時產(chǎn)生熱水8.0-60噸，不斷在帶壓下導(dǎo)出裝置外；與此同時設(shè)在各噴嘴層附近的熱敏元件和測壓裝置及時測得燃燒區(qū)內(nèi)的溫度和壓力，反饋于計(jì)算機(jī)；以便及時調(diào)整控制燃料、空氣及水的進(jìn)入速度。經(jīng)測試計(jì)算熱效率為98.6％。
權(quán)利要求
1.一種熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，包括一外圓筒體(1)、內(nèi)圓筒體(2)、圓頂(3)、底(4)，其特征在于外圓筒體分上下兩部份，上部為熱水和/或蒸汽發(fā)生區(qū)，下半部為盛熱水和/或蒸汽容器部份，外圓筒體下半部內(nèi)徑為上半部內(nèi)徑的1.5-2.0倍；上半部內(nèi)外圓筒體間設(shè)有被圓筒隔板(5)分成內(nèi)室(7)、外室(8)相通的通水內(nèi)腔(6)，內(nèi)腔外室(8)設(shè)有兩邊對稱的煙道氣通道(9)，其出口頂端直通圓筒體頂外，下端伸入圓筒體下半部內(nèi)；圓頂中心有一燃料入口(10)，燃料入口上方設(shè)混合器(11)，通過管線使混合器與燃料入口相連，燃料入口下方設(shè)燃料入口噴嘴和點(diǎn)火組件(12)；內(nèi)圓筒體底部為錐體，錐體下壁上設(shè)有蒸汽及燃燒氣導(dǎo)出孔(13)；在所述圓筒體上下沿著圓周截面設(shè)有多層水入口噴嘴(14)；噴嘴與內(nèi)圓筒體壁之間夾角呈20-80°的角，每層噴嘴設(shè)4-40個噴嘴；圓筒體下半部上方設(shè)有蒸汽出口(15)及冷水噴嘴(17)，中下部設(shè)有熱水出口(16)，在圓筒體上設(shè)有多個測溫和測壓裝置及自動調(diào)節(jié)閥，并與計(jì)算機(jī)相聯(lián)實(shí)現(xiàn)自動控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于所述圓筒體長與內(nèi)徑之比為1-5∶1。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于所述水入口噴嘴層為1-10層，噴嘴為霧化噴嘴。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于所述煙道氣排出管為弧形扁管或盤管，為10×20-500毫米。
5.一種熱水和/或蒸汽的生產(chǎn)方法包括下列步驟(1)、燃料和空氣按預(yù)定計(jì)算量經(jīng)混合器進(jìn)行充分混合；(2)、在熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置中，混合燃料由燃料入口噴嘴和點(diǎn)火組件進(jìn)入裝置燃燒區(qū)，通過點(diǎn)火組件點(diǎn)燃燃料產(chǎn)生的火焰包封，溫度高達(dá)1800-2000℃，混合燃料壓力為0.2-2Mpa；(3)、來自通水內(nèi)腔的水由各層水入口噴嘴噴入預(yù)定量水與白灼火焰包封接觸，水噴入壓力為0.5-1.5Mpa，迅速進(jìn)行熱交換產(chǎn)生熱水和/或蒸汽；(4)、由測溫和測壓裝置測得的溫度和壓力信號通過計(jì)算機(jī)反饋各物料入口調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)各自流量進(jìn)行自動控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，包括內(nèi)外圓筒體、圓頂和底，其特征在于外圓筒體下半部內(nèi)徑為上半部內(nèi)徑的1.5－2.0倍；上半部內(nèi)外圓筒體間設(shè)有被圓筒隔板(5)分成內(nèi)外兩室(7)、(8)相通的通水內(nèi)腔(6)，內(nèi)腔外室(8)設(shè)有兩邊對稱的煙道氣通道(9)，其出口頂端直通圓筒體頂外，下端伸入圓筒體下半部內(nèi)；圓頂中心有一燃料入口(10)，燃料入口上方設(shè)混合器(11)，通過管線與燃料入口相連，燃料入口下方設(shè)燃料入口噴嘴和點(diǎn)火組件(12)；內(nèi)圓筒體底部為錐體，錐體下壁上設(shè)有蒸汽及燃燒氣導(dǎo)出孔(13)；在所述圓筒體上下沿著圓周截面設(shè)有多層水入口噴嘴(14)；噴嘴與內(nèi)圓筒體壁之間夾角呈20－80°的角，每層噴嘴設(shè)4－40個噴嘴；該裝置結(jié)構(gòu)獨(dú)特，操作簡單，熱效率高大于90％，維修費(fèi)低，適應(yīng)性強(qiáng)，是新一代熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，可替代現(xiàn)行熱水鍋爐和蒸汽發(fā)生裝置。
文檔編號F24H1/00GK1587796SQ200410059499
公開日2005年3月2日 申請日期2004年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月28日
發(fā)明者王逢旦 申請人:王逢旦