一种顶部燃烧的盘式蒸汽锅炉的制作方法

1.本发明涉及一种蒸汽发生器，更具体地说，它涉及一种顶部燃烧的盘式蒸汽锅炉。


背景技术：

2.锅炉是一种利用燃料燃烧后释放的热能或工业生产中的余热传递给容器内的水，使水达到所需要的温度(热水)或一定压力蒸汽的热力设备。现有的蒸汽锅炉，锅炉内冷介质与火焰(热气)接触的面积小，传热系数较小；需要通过降低冷介质的流速或提高锅炉整体的体积来满足对蒸汽压力的要求。现有技术，不利于锅炉的小型化。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种顶部燃烧的盘式蒸汽锅炉，达到增加锅炉燃烧室内传热系数的目的，使达到相同的蒸汽压力要求，锅炉的体积更小。
4.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种顶部燃烧的盘式蒸汽锅炉，包括锅炉本体；锅炉本体包括燃烧室、燃烧器和风机；所述燃烧室包括筒体和第一换热部；风机与燃烧器连接；风机用于将燃气与空气混合后输送至燃烧器；燃烧器设置于筒体的顶部；燃烧器用于使燃气在筒体内燃烧；第一换热部设置于筒体内；第一换热部包括第一换热单元和第二换热单元；第一换热单元为弹簧盘管；第二换热单元为组合式蚊香盘管；第一换热单元设置于第二换热单元上方，第一换热单元与第二换热单元连通；燃烧器设置于第一换热单元中部；所述组合式蚊香盘管包括多个换热盘；所述换热盘包括第一换热管和第二换热管；第一换热管和第二换热管呈蚊香状螺旋；第一换热管和第二管热管组合为蚊香盘状；中心采用s形管连通；多个换热盘堆叠设置；相邻两个换热盘通过管道连通；第一换热部用于使水在燃烧室内充分换热。
5.本方案增加锅炉燃烧室内的传热系数的原理如下：
6.换热管内流体速度公式：
7.v＝q/(s
×
t)
8.可知：在相同流量条件下，管内流速v与横截面积s成反比，单管流体流动列管式布置得换热管内横截面积减少了几十倍，从而管内流速提高了几十倍；再由管内流体流动雷诺数公式
9.re＝ρ
×v×
d/λ
10.可得：管内雷诺数增加了几十倍；管内传热系数
11.hi∈r
e0.8
12.说明管内传热系数与管内雷诺数成正比，雷诺数越大，管内传热系数越大；换热管外由于采用蚊香盘式结构，仅有管之间的间隙可以流动，减少了管外流体流动的横截面积，同理增加了管外雷诺数，增加了管外传热系数；最后根据热交换总传热系数公式：
13.1/h
总
1/hi 1/ho14.得到：总的传热系数随着管内、管外传热系数的增加而增加；再由传热面积公式
[0015][0016]
可知：在需要传热量相同及传热过程温差相同时，总传热系数越大，需要的换热面积越小，从而减少了换热管长度以及外筒体的高度(或长度)；合理布置后同时减少产品的体积且制作难度的降低提高了生产效率，大大减少了用户的占地成本、制造过程中的材料及人工成本。
[0017]
进一步的，第一换热管和第二换热管之间间隙的宽为2～8毫米；相邻换热盘之间间隙的高为2～8毫米。
[0018]
进一步的，还包括间距保持板，间距保持板用于保持第一换热管和第二换热管之间的宽度；以及保持相邻换热盘之间的高度。
[0019]
进一步的，还包括换热器，所述换热器包括换热罩和第二换热部；所述燃烧室下方设置有排烟口；排烟口与换热器换热罩连通；换热罩内设置有第二换热部；还包括除氧水箱与第一水泵；除氧水箱与第二换热部连通；第一水泵用于使水在除氧水箱与换热器之间循环。
[0020]
进一步的，所述第二换热部，采用如权利要求1所述的组合式蚊香盘管。
[0021]
进一步的，还包括第二水泵，第二水泵用于将除氧水箱内水输入第一换热部。
[0022]
进一步的，所述第二水泵为隔膜柱塞泵。
[0023]
进一步的，第一换热部上设置有蒸汽出口，所述蒸汽出口与气液分离器连接。
[0024]
进一步的，所述气液分离器包括分离筒，所述分离筒具有锥筒部；分离筒上部设置有气液入口，气液入口与蒸汽出口连通；还包括设置在分离筒顶部的出气管；所述出气管与分离筒同轴设置；出气管伸入分离筒内；出气管具有进气口；气液入口位置高于进气口；锥筒部下端设置有储液筒；储液筒用于储存液体，以及防止气体从锥筒部下端溢出；储液筒上设置有液体出口。
[0025]
进一步的，储液筒上方设置有第一旋流板。
附图说明
[0026]
图1是实施例示意图
[0027]
图2是实施例另一角度示意图
[0028]
图3是锅炉本体示意图
[0029]
图4是第一换热部示意图
[0030]
图5是第一换热部换热盘示意图
[0031]
图6是间距保持板示意图
[0032]
图7是燃烧器示意图
[0033]
图8是点火装置示意图
[0034]
图9是点火装置剖视图
[0035]
图10换热器示意图
[0036]
图11是第二换热部示意图
[0037]
图12是气液分离器示意图
[0038]
图中：1、锅炉本体；11、燃烧室；12、筒体；13、第一换热部；131、第一换热单元；132、
第二换热单元；1321、第一换热管；1322、第二换热管；1323、s形管；1324、180度回转管；1325、弯管；133、间距保持板；1331、支撑槽；14、燃烧器；141、连接部；142、燃烧部；143、燃烧口；15、点火装置；151、固定块；1511、第一空气吸口；1512、第二空气吸口；1513、收缩腔；152、燃气喷嘴；1521、调节螺钉；1522、调节杆；1523、燃气喷口；153、空气管；154、喷射管；155、烧嘴；156、点火针；1561、绝缘层；1562、调节螺母；16、风机；161、文丘里管；162、空气滤芯；163、燃气管道；21、罩体；22、集气罩；23、发散罩；24、第二换热部；241、冷水入口；242、冷水出口；3、气液分离器；31、分离筒；311、锥筒部；312、出气管；313、出气口；314、均流板；315、第二旋流板；316、气液入口；32、储液筒；321、第一旋流板；322、液体出口；4、除氧水箱；5、第二水泵。
具体实施方式
[0039]
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。
[0040]
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上，该“连接”不限定固定连接或活动连接，具体连接方式应根据所要解决的具体技术问题来判断。
[0041]
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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。
[0042]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0043]
实施例：
[0044]
一种顶部燃烧的盘式蒸汽锅炉，包括锅炉本体1，锅炉本体1包括燃烧室11、燃烧器14和风机16；风机16的出风口通过天方地圆弯头与燃烧器14连通；风机16的进风口与文丘里管161连通；文丘里管161与燃气管道163和空气入口连通；所述空气入口处设置有空气滤芯162。燃气空气可以在文丘里管161内完成混合；最后通过风机16输送至燃烧器14。
[0045]
燃烧室11包括筒体12和第一换热部13；燃烧器14设置于筒体12的顶部；燃烧器14包括燃烧筒；所述燃烧筒包括连接部141和燃烧部142；连接部141呈筒状；燃烧部142呈上大下小的锥筒状；燃烧部142下端封闭；燃烧部142上设置有燃烧口143，燃烧口143沿锥筒状燃烧部142的母线排列；燃烧口143呈长方形状。连接部141下端与燃烧部142连接，上端与天方地圆弯头连接。优选的，所述锥筒状的燃烧部142，其母线与轴线的夹角为10～25度。优选的，所述燃烧口143的宽为1～3毫米，长为2～6毫米。将燃烧器14设置为锥筒状，可以提高高温烟气与第一换热部13的换热效率。
[0046]
还包括点火装置15，所述点火装置15与筒体12顶部连接，点火装置15的烧嘴155靠近燃烧部142；优选的烧嘴155与燃烧部142锥面距离为3～5毫米。点火装置15包括，点火段
和燃料段；所述燃料段可以将燃气与空气按比例混合后送入点火段；点火段用于产生火花引燃燃气。还包括固定块151，所述燃料段包括设置在固定块151上的燃气喷嘴152和空气吸口，以及设置于固定块151内的收缩腔1513；收缩腔1513沿燃气行进方向直径逐渐减小。还包括燃气喷嘴152，燃气喷嘴152与固定块151螺纹配合，使燃气喷嘴152与固定块151连接；燃气喷嘴152上设置有进气口，进气口与燃气管道163连接；燃气喷嘴152上还设置有燃气喷口1523；燃气喷口1523通过喷嘴腔与进气口连通。燃气喷口1523沿收缩腔1513轴线方向，设置于收缩腔1513的中部。所述燃气喷嘴152包括调节机构；所述调节机构包括调节杆1522和位移机构；调节杆1522的顶端为锥面；调节杆1522的顶端与燃气喷口1523相配合；在位移机构的带动下，调节杆1522可以远离或靠近燃气喷口1523。所述位移机构包括调节螺钉1521；调节杆1522与调节螺钉1521连接；调节螺钉1521与喷嘴螺纹配合；由于小孔节流效应，调节螺钉1521与燃气喷口1523的距离变化，会导致进气量的变化，进而调节燃气量。固定块151上还设置有空气吸口，空气吸口与收缩腔1513连通；空气吸口包括第一空气吸口1511和第二空气吸口1512。还包括空气管153；空气管153与固定块151螺纹连接；空气管153一端与空气吸口连通，另一端安装后与燃烧室11连通。燃烧室11内的高温新鲜空气可以经空气管153进入收缩腔1513内。第二空气吸口1512作为备用空气吸口。备用时，采用堵头将第二空气吸口1512堵塞；堵头与固定块151螺纹连接；使用时，第二空气吸口1512与锅炉燃烧室11外部空气连通。所述点火段包括设置在固定块151上的喷射管154和设置于喷射管154上的烧嘴155；喷射管154与收缩腔1513连通；还包括设置于喷射管154内的点火针156；点火针156用于与烧嘴155配合产生火花。喷射管154与固定块151通过螺纹配合连接。点火针156外设置有绝缘层1561；还包括点火针156调节机构；所述点火针156调节机构包括调节螺母1562；调节螺母1562套设于绝缘层1561上；调节螺母1562与固定块151螺纹配合；点火针156插入喷射管154；点火针156的针头延伸至烧嘴155的喷口。点火装置15上的小火用于点燃燃烧器14的大火。
[0047]
固定块151接地后，喷射管154与喷嘴接地。点火针156与高压电极连接。点火针156的针头与喷嘴距离较近，高压击穿空气，产生电火花即可引燃燃气。调节点火针156与喷嘴之间的距离，可以达到最佳的引燃小火距离，增加点火成功率。
[0048]
第一换热部13设置于筒体12内；第一换热部13包括第一换热单元131和第二换热单元132；第一换热单元131为弹簧盘管；即换热管呈弹簧状；弹簧盘管的螺距为2～8毫米。第二换热单元132为组合式蚊香盘管；第一换热单元131设置于第二换热单元132上方，第一换热单元131与第二换热单元132连通；燃烧器14设置于第一换热单元131中部。所述组合式蚊香盘管包括多个换热盘；所述换热盘包括第一换热管1321和第二换热管1322；第一换热管1321和第二换热管1322呈蚊香状螺旋；第一换热管1321和第二管热管组合为蚊香盘状；蚊香盘中心采用s形管1323将第一换热管和第二换热管连通；换热盘具有介质入口和介质出口，通过上述设置后，换热盘的介质出口和介质入口均在换热盘的外侧，便于多个换热盘之间连通；由于换热盘呈中心对称状，因此介质入口和介质出口可以任意定义。第一换热部多个换热盘堆叠设置，相邻两个换热盘通过管道连通。第一换热管1321和第二换热管1322之间间隙的宽为2～8毫米。优选的，多个换热盘之间由下至上，上层相对下层旋转90度；其旋转方向均为顺时针或逆时针；通过上述设置，上层换热盘第一换热管1321和第二管热管之间的缝隙，刚好被下层换热盘第一换热管1321或第二管热管所遮蔽；可以增加热气的流
通距离，使其能够更加充分的与换热盘换热。相邻两层换热盘之间通过180度回转管1324和弯管1325连通。通过上述设置，180度回转管1324和弯管1325可以填补第二换热部24外侧的缝隙，使第二换热部24和筒体12之间间隙更小。进而提高管外的传热系数。还包括间距保持板133，间距保持板133上有换热管支撑槽1331；间距保持板133上的支撑槽1331的槽间距与第一换热管1321和第二换热管1322的间隙距离相等；间距保持板133上下两侧均有换热管支撑槽1331；间距保持板133的高度与相邻换热盘之间的间隙距离相适应，使其满足，通过间距保持板133可以保持换热盘之间的间隙距离。间距保持板133由耐热材料制成，通过间距保持板133避免在高温下，第二换热单元132各部件间距的变化，导致传热系数的变化。
[0049]
所述锅炉还包括换热器和除氧水箱4，所述换热器包括换热罩和第二换热部24；所述燃烧室11下方设置有排烟口；排烟口与换热器换热罩连通；换热罩内设置有第二换热部24；还包括除氧水箱4与第一水泵；除氧水箱4与第二换热部24连通；第一水泵用于使水在除氧水箱4与换热器之间循环。所述第二换热部24为前述组合式蚊香盘管；所述组合式蚊香盘管管道两端分别设置有冷水入口241和冷水出口242；第一水泵一端与除氧水箱4连接；另一端与冷水入口241或冷水出口242连接。所述换热罩包括罩体21、发散罩23和集气罩22；换热盘设置于罩体21内；罩体21为圆筒状；发散罩23设置于罩体21下端；发散罩23直径，由下至上逐渐变大；发散罩23下端为烟气入口；集气罩22设置于罩体21上端；集气罩22直径，由下至上逐渐变小；集气罩22上端为烟气出口。所述第一水泵为循环泵。还包括第二水泵5，第二水泵5用于将除氧水箱4内水输入第一换热部13。第二水泵5为隔膜柱塞泵。储水箱内设置有浮球阀。
[0050]
筒体12上设置有蒸汽出口；第一换热部13与蒸汽出口连通，所述蒸汽出口与气液分离器3连接。所述气液分离器3包括分离筒31，所述分离筒31具有锥筒部311；分离筒31上部设置有气液入口316，气液入口316与蒸汽出口连通；还包括设置在分离筒31顶部的出气管312；所述出气管312与分离筒31同轴设置；出气管312伸入分离筒31内；出气管312具有进气口；进气口上设置有均流板314；气液入口316位置高于进气口；锥筒部311下端设置有储液筒32；储液筒32用于储存液体，以及防止气体从锥筒部311下端溢出；储液筒32上设置有液体出口322。储液筒32上方设置有第一旋流板321。出气管312上设置有第二旋流板315。气液入口316的混合物进入气液分离器3后与第二旋流板315配合，可以分离部分液滴。
[0051]
本实施例还包括plc控制系统；所述plc控制系统用于控制燃气进气、风机16启停、点火装置15点火、水箱进水、第一水泵和第二水泵5启停。
[0052]
本实施例工作原理如下：
[0053]
软化过的常温水经浮球流入除氧水箱4，当水到达水箱设定的水位时，浮球阀自动关闭，当水箱中水位低于设定水位时，浮球阀自动开启，水再次进入除氧水箱4，除氧水箱4中的水通过循环泵，提供的动力，从换热器的顶部进水管，进入换热器，充分换热后从换热器底部出水管回到除氧水箱4，水泵在提供循环动力的同时，加快换热管内流体的速度。提高管内传热系数，从而提高换热器的总传热系数，减少了烟气的排烟温度，减少能源的损耗，通过换热器对水的升温可以降低氧气的溶解度，使溶解氧逸出，提高除氧效率。被加热的水从除氧水箱4经隔膜柱塞泵，进入燃烧室11内后，依次经过第一换热单元131和第二换热单元132后，就会产生汽水混合物，接着进入汽水分离器进行处理后，干燥的蒸汽进入下游管道进行供气；汽水系统在气液分离器3、换热器、除氧水箱4、燃烧室11换热管处均设置
了污水、污渍排放系统。
[0054]
系统启动条件满足后，plc控制系统进入点火程序，按“先小火后大火”的顺序，期间风机16持续传动，依次打开燃气旁通电磁阀和燃气组合阀后，燃气和空气按一定比例进入文丘里混合管，混合气体经风机16进入顶部安装的燃烧器14内，在燃烧器14表面进行“短焰或无焰”燃烧。产生的火焰与第一换热部13进行辐射传热，高温烟气，先与第一换热单元131进行对流传热，烟气从顶部到底部，依次跟每层换热盘进行对流传热，烟气温度从顶部到底部逐渐降低，与此同时，从隔膜柱塞泵出口进入燃烧室11换热管内的水温度逐渐升高，燃烧室11内完全理想的全逆流模型进行换热，大大提高传热系数。从燃烧室11出去的烟气再次进入换热器，在换热器内，烟气温度从底部到顶部逐渐降低，换热管内的水从顶部到底部逐渐升高，同样完全理想的全逆流模型进行换热。经换热器后，最后由烟囱排入大气中。
[0055]
除上述优势外，本实施例还具有以下优势：
[0056]
1、锥形燃烧器14喷射的火焰与第一换热单元131碰撞后，向下反射，与筒状燃烧器14相比，避免了反弹的火焰与燃烧器14喷射火焰的碰撞，更有利于热量传导。且锥形燃烧器14避免了圆筒状燃烧器14，火焰强度有强弱分布的问题；锥形燃烧器14从上至下火力强弱更加均衡。
[0057]
2、汽水分离器，以旋风除液为主，其结构简单维护成本低。
[0058]
3、点火装置15利用了射流原理，使燃气与空气比例固定在可燃区内，大大提高了点火的成功率，减少或者避免了爆燃现象。
[0059]
4、通过文丘里管161和燃烧器14内空腔，可以使空气与燃气混合均匀，提高了燃烧效率。
[0060]
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例作出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。