等离子体蒸汽锅炉装置的制作方法

本发明涉及工业及民用锅炉技术领域，尤其是涉及一种等离子体蒸汽锅炉装置。

背景技术：

锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、高温烟气的热能等形式，而经过锅炉转换，向外输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。

蒸汽锅炉指的是把水加热到一定参数并生产高温蒸汽的工业锅炉，水在锅炉中受热变成蒸气，火在炉膛中发出热量，就是蒸气锅炉的原理。蒸汽锅炉属于特种设备，该锅炉的设计、加工、制造、安装及使用都必须接受技术监督部门的监管，用户只有取得锅炉使用证，才能使用蒸汽锅炉。

目前，现有的蒸汽锅炉多数以煤炭、石油、天然气以及生物质为燃料，对锅炉进行加热，从而产生蒸汽。

本申请人发现现有技术至少存在以下技术问题：

在现有技术中，蒸汽锅炉在运行中产生粉尘、污水、废气及固体废弃物，对环境有污染，需处理三废；工艺流程复杂，自动化程度比较低，装置运行不灵活，无法随时启停，运行效率比较低；在使用蒸汽锅炉前，需要先进行烘炉与保温，热量的利用率比较低；设备比较多，占地面积大，存在易燃、易爆物品，需进行储备与存放，浪费了大量空间；需要对炉内进行多次吹风和引风，增加热量损失。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供等离子体蒸汽锅炉装置，以解决现有技术中存在的蒸汽锅炉在运行中产生粉尘、污水、废气及固体废弃物，对环境有污染的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的一种等离子体蒸汽锅炉装置，包括等离子系统、锅炉系统和蒸汽系统，其中，所述等离子系统的前端穿过所述锅炉系统内且所述等离子系统的外壁与所述锅炉系统通过法兰相连接，所述锅炉系统与所述蒸汽系统通过管道相连通；

所述等离子系统能喷射高温等离子体并能对所述锅炉系统和所述蒸汽系统加热；

所述锅炉系统内的雾化水能吸收热量变成水蒸气并进入到所述蒸汽系统；

所述蒸汽系统能吸收所述水蒸气内的水分形成干蒸汽，并能将吸收的水分再次加热形成所述干蒸汽。

可选地，所述等离子系统包括等离子枪、供气单元、电控单元、循环水单元和绝缘套筒，所述等离子枪与所述供气单元通过气管道相连通，所述等离子枪与所述循环水单元通过水管道相连通，所述等离子枪与所述电控单元电连接，所述绝缘套筒套在所述等离子枪上且所述等离子枪与所述绝缘套筒配合连接，所述等离子枪能喷射高温所述等离子体。

可选地，所述锅炉系统包括蒸汽锅炉、雾化喷嘴和受热体，所述受热体位于所述蒸汽锅炉内且所述受热体与所述蒸汽锅炉通过支架相连接，所述雾化喷嘴连接在所述蒸汽锅炉的内壁上，所述雾化喷嘴与水箱通过喷淋管道相连通，所述等离子系统的前端穿过所述蒸汽锅炉并能将高温所述等离子体喷射到所述受热体内，所述蒸汽锅炉与所述蒸汽系统通过管道相连通。

可选地，所述受热体为漏斗型结构。

可选地，所述受热体上设置有百叶窗和出气口，所述百叶窗和所述出气口的个数均为多个，所有所述百叶窗和所述出气口分布在所述受热体的两侧和上部。

可选地，所述蒸汽锅炉上设置有炉门，所述炉门上设置有连接孔，所述等离子系统穿过所述连接孔且所述等离子系统的外壁与所述连接孔通过法兰配合连接。

可选地，所述蒸汽系统包括汽水分离器、闪蒸罐和分水盘，所述汽水分离器与所述锅炉系统通过蒸汽管道相连通，所述闪蒸罐与所述锅炉系统通过热风管道相连通，所述汽水分离器与所述分水盘通过疏水管道相连通，所述分水盘位于所述闪蒸罐上的送气管道内且所述送气管道与所述汽水分离器上的蒸汽出口管道相连通。

可选地，所述汽水分离器的内部设置有多层折板；所述汽水分离器的下部为锥形漏斗型结构。

可选地，所述闪蒸罐内设置有填充料。

可选地，所述蒸汽管道的支路上设置有安全阀。

本发明提供的一种等离子体蒸汽锅炉装置，等离子系统采用的能源为电力，并产生高温等离子体来对受热体加热，炽热的受热体会对蒸汽锅炉的雾化水加热形成水蒸气，水蒸气在流经汽水分离器形成干蒸汽；同时高温等离子体会从受热体进入到闪蒸罐中，并对闪蒸罐中来自于汽水分离器的水滴进行加热，形成水蒸气，本装置运行过程中，不会产生对环境有污染的废弃物，同时也使得热量的再次利用，节约了电能，以解决现有技术中存在的蒸汽锅炉在运行中产生粉尘、污水、废气及固体废弃物，对环境有污染的技术问题。

本发明优选技术方案至少还可以产生如下技术效果：

工艺流程简单，自动化程度高，运行机动灵活，可随时启停，运行效率高，无需烘炉与保温，热量得到充分的利用。

设备紧凑，占地面积少，无易燃、易爆物品，无需储备、存放，节省了大量空间。

由于蒸汽锅炉内无燃烧，无需多次吹风和引风，减少热量损失，节约电能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的等离子体蒸汽锅炉装置的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的等离子体蒸汽锅炉装置的工艺流程图；

图3是本发明实施例提供的等离子体蒸汽锅炉装置的受热体的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的等离子体蒸汽锅炉装置的受热体的侧视图；

图中1、等离子系统；11、等离子枪；12、供气单元；13、电控单元；14、循环水单元；15、绝缘套筒；16、等离子体；2、锅炉系统；21、蒸汽锅炉；22、雾化喷嘴；23、受热体；231、百叶窗；232、出气口；24、支架；25、喷淋管道；3、蒸汽系统；31、汽水分离器；311、折板；32、闪蒸罐；321、填充料；33、分水盘；4、蒸汽管道；41、安全阀；5、热风管道；6、疏水管道；7、送气管道；8、蒸汽出口管道；9、尾气排管。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，″多个″的含义是两个或两个以上；术语″上″、″下″、″左″、″右″、″内″、″外″、″前端″、″后端″、″头部″、″尾部″等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语″第一″、″第二″、″第三″等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语″安装″、″相连″、″连接″应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可视具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明提供了一种等离子体蒸汽锅炉装置，包括等离子系统1、锅炉系统2和蒸汽系统3，其中，等离子系统1的前端穿过锅炉系统2内且等离子系统1的外壁与锅炉系统2通过法兰相连接，锅炉系统2与蒸汽系统3通过管道相连通；

等离子系统1能喷射高温等离子体16并能对锅炉系统2和蒸汽系统3加热；锅炉系统2内的雾化水能吸收热量变成水蒸气并进入到蒸汽系统3；蒸汽系统3能吸收水蒸气内的水分形成干蒸汽，并能将吸收的水分再次加热形成干蒸汽。本发明提供的一种等离子体蒸汽锅炉装置，等离子系统采用的能源为电力，并产生高温等离子体16来对受热体23加热，炽热的受热体23会对蒸汽锅炉21的雾化水加热形成水蒸气，水蒸气在流经汽水分离器31形成干蒸汽；同时高温等离子体16会从受热体23进入到闪蒸罐32中，并对闪蒸罐32中来自于汽水分离器31的水滴进行加热，形成水蒸气，本装置运行过程中，不会产生对环境有污染的废弃物，同时也使得热量的再次利用，节约了电能，以解决现有技术中存在的蒸汽锅炉在运行中产生粉尘、污水、废气及固体废弃物，对环境有污染的技术问题。

作为可选地实施方式，等离子系统1包括等离子枪11、供气单元12、电控单元13、循环水单元14和绝缘套筒15，等离子枪11可以采用直流非转移弧等离子发生器，等离子枪11可以产生的高温、高焓、高压的等离子体16，其热量高于普通化石燃料燃烧的热量，且热力集中；等离子枪11与供气单元12通过气管道相连通，供气单元12为等离子枪11提供连续可靠的电离介质—压缩空气，要求无油、无水、无杂质，压力为0.8～1mpa，流量不小于6nm3/h；等离子枪11与循环水单元14通过水管道相连通，循环水单元14为等离子枪11提供循环冷却水，要求纯净、去离子，水温不超过35℃，压力1～1.2mpa，流量不小于8nm3/h；等离子枪11与电控单元13电连接，电控单元13为等离子枪11提供可靠的高频引弧电源，可连续运行的起弧及工作电源，整套的自动控制设备；绝缘套筒15套在等离子枪11上且等离子枪11与绝缘套筒15配合连接，绝缘套筒15把带电体等离子枪11的外壳与蒸汽锅炉21绝缘开，防止漏电或短路，绝缘套筒15的材料可以为耐高温的云母、陶瓷、玻璃钢等；等离子枪11能持续喷射高温等离子体16，等离子体16的电弧中心温度可达近万度，形成的热气流可达上千度。

作为可选地实施方式，锅炉系统2包括蒸汽锅炉21、雾化喷嘴22和受热体23，受热体23位于蒸汽锅炉21内且受热体23与蒸汽锅炉21通过支架24相连接，雾化喷嘴22连接在蒸汽锅炉21的内壁上，雾化喷嘴22的个数为多个且所有的雾化喷嘴22均匀的分布在蒸汽锅炉21的内壁上，雾化喷嘴22与水箱通过喷淋管道25相连通，喷淋管道25提供蒸发所需的水源，分若干支路向雾化喷嘴22供水，要求喷淋管道25压力大于1mpa；雾化喷嘴22可以向蒸汽锅炉21内喷洒处雾化水，雾化水经过受热转换为水蒸气，同时雾化水也可以起到给蒸汽锅炉21降温的作用，等离子枪11的前端穿过蒸汽锅炉21并能将高温等离子体16喷射到受热体23内，进而实现给受热体23加热，当雾化水落在受热体23表面上时，就会迅速蒸发，产生水蒸气，蒸汽锅炉21与蒸汽系统3通过管道相连通。

作为可选地实施方式，受热体23为漏斗型结构，并水平放置在蒸汽锅炉21内，受热体23上设置有百叶窗231和出气口232，百叶窗231和出气口232的个数均为多个，所有百叶窗231和出气口232分布在受热体23的两侧和上部，受热体23的上部为靠近蒸汽管道4的一侧，百叶窗231的一端固定在出气口232的一侧，百叶窗231的另一侧翘起来，增大受热体23与雾化水的接触面积，同时也有利于热气流的传导和扩散。受热体23是直接将雾化水变成水蒸汽的载体，是锅炉系统2的核心部件。受热体23直接与高温等离子体16接触，在等离子体16的焓值达到高峰时，迅速将其吸收、储存，尔后再释放。将高温小流量变成低温大流量，提供较大的散热面积和蒸发空间。受热体23是由耐高温、耐热振、耐冲蚀、热容量大，表面不易焚化的材料制成，如：刚玉、紫铜、不锈钢、钛合金等。

作为可选地实施方式，蒸汽锅炉21可以为卧式金属炉，蒸汽锅炉21的一侧面上设置有炉门，通过炉门可以方便安装与维修锅炉系统2，炉门上设置有连接孔，等离子枪11穿过连接孔且绝缘套筒15的外壁与连接孔通过法兰配合连接。

作为可选地实施方式，蒸汽系统3包括汽水分离器31、闪蒸罐32和分水盘33，汽水分离器31与锅炉系统2通过蒸汽管道4相连通，蒸汽锅炉21内产生的水蒸气通过蒸汽管道4进入到汽水分离器31内，闪蒸罐32与锅炉系统2通过热风管道5相连通，受热体23内的等离子体热气流会通过热风管道5进入到闪蒸罐32内，并为闪蒸罐32加热，汽水分离器31与分水盘33通过疏水管道6相连通，汽水分离器31中分离出来的水滴会经过疏水管道6流入到分水盘33里，分水盘33位于闪蒸罐32上的送气管道7内，分水盘33内的水滴会经过送气管道7进入到闪蒸罐32内，送气管道7与汽水分离器31上的蒸汽出口管道8相连通，送气管道7的另一端连接在蒸汽出口管道8的侧面。

作为可选地实施方式，汽水分离器31的内部设置有多层折板311；汽水分离器31的下部为锥形漏斗型结构。汽水分离器31的作用是将来自蒸汽锅炉21内水蒸气中的水分去除，留下干蒸汽。当水蒸气经过折板311时，细小的水滴撞到折板311上并下坠到锥形漏斗中，再进入疏水管道6内，进而进入到分水盘33中；同时，干蒸汽则绕过折板311继续前行，进入到蒸汽出口管道8中。

作为可选地实施方式，闪蒸罐32内设置有填充料321。填充料321为不锈钢异形填料，进入到闪蒸罐32内的等离子体热气流流经填充料321，使得填充料321加热；同时分水盘33上落下来的水滴，沿填充料321均匀流下，与填充料321的表面充分接触，进行热交换，再次将水滴蒸发成水蒸气，而该水蒸气会通过送气管道7进入到蒸汽出口管道8中，并与与汽水分离器31内的干蒸汽一起汇入到蒸汽出口管道8中。

闪蒸罐32为圆柱形金属容器，闪蒸罐32的底部为圆锥形结构，闪蒸罐32的底部设置有排污口，通过打开排污口，可以排放闪蒸罐32内的积水。闪蒸罐32侧面设置有尾气排管9，尾气排管9是等离子体尾气排放口，可用作蒸汽过热器的热源，也可作为它用。

作为可选地实施方式，蒸汽管道4的支路上设置有安全阀41。安全阀41是用于防止蒸汽锅炉21内压力过高，当蒸汽锅炉21内蒸汽压力超过设定值时，安全阀41的阀门自动打开，释放过高的压力，正常后自动关闭。

本发明的等离子体蒸汽锅炉装置的工作原理：

首先，等离子枪11产生的高温等离子体16，首先加热蒸汽锅炉21中的受热体23，使受热体23吸收和储存大量热能，并扩散、传递至整个受热体23，使其受热表面积迅速增大，直至炽热状态；

接着，在蒸汽锅炉21的炉壁上分布的雾化喷嘴22，不断向蒸汽锅炉21内喷洒雾化水。雾化水受热形式有两种，其一：悬浮在蒸汽锅炉21内细小的水粒与高温气体相遇后，在高温下爆裂，产生电子飘离，激发电子运动，电子碰撞的能量向周围传递，形成大规模的电子相互碰撞，产生二次热能，形成水蒸气，当水蒸气离开了高温区后，便停止了这种运动，沿蒸汽管道4上升；其二，直接落在炽热的受热体23表面上的水滴，受热后迅速蒸发，形成水蒸气，沿蒸汽管道4上升；

然后，水蒸气沿蒸汽管道4进入汽水分离器31内，细微的水滴撞击折板311后，落入疏水管道6中，而干蒸汽继续前行，进入蒸汽出口管道8中；

最后，高温等离子体16穿过受热体23后，经热风管道5进入闪蒸罐32中，来加热填充料321，而且从疏水管道6进入分水盘33中的水滴流进入到闪蒸罐32内，并与炽热的填充料321进行热交换，蒸发成水蒸气并沿送气管道7进入到蒸汽出口管道8中，而且与汽水分离器31中出来的干蒸汽汇合，送达工作点。

高温等离子体16将大部分热能先加热了受热体23，受热体23经过导流、穿插、掺混，将高温、高速的等离子体16射流，充分吸收、均匀受热，增大了热容量和体表面积，加速了水的蒸发。喷入水的流量与加热功率匹配，保证其升温、储热与蒸发、散热的平衡，源源不断的产生高温蒸汽。本发明集辐射、传导、对流三种导热方式于一身，使热传质效率大幅提高，热能传递，远大于其它常规热传输速度。

热等离子体具有高焓、高温、高速、能量集中、热转换效率高的特点，是民用工业的新热源，在高温领域已被利用，但是在低温领域很少应用，而实际上低温行业需要加热的方面很多，如：化工、建材、医疗、纺织、造纸等。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。