一种高效节能锅炉及其控制方法与流程

本发明涉及锅炉燃烧，尤其涉及一种高效节能锅炉及其控制方法。

背景技术：

1、蒸汽锅炉使用气体燃料，在炉内燃烧放出来的热量，加热锅内的水，并使其汽化成蒸汽的热能转换设备。水在锅筒中不断被炉里气体燃料燃烧释放出来的能量加热温度升高并产生带压蒸汽。由于水的沸点随压力的升高而升高，锅是密封的，水蒸气在里面的膨胀受到限制而产生压力形成热动力，严格的说锅炉的水蒸气是水在锅筒中定压加热至饱和水再汽化形成的，作为一种能源广泛使用。

2、中国专利公开号：cn104456510a公开了一种节能蒸汽锅炉，包括由外炉壁与内炉壁组成一带夹层腔的炉体、炉膛、进水管、出水管、蒸汽管和排烟管，特点是：在炉膛上方的炉体内部设有上封板和下封板之间组成且与炉体夹层腔相连通的换热水包，在上封板与下封板之间均匀设有若干竖向、平行排列的烟道管，在上封板与炉体的内炉壁之间设有缓冲室，在炉体的外炉壁顶部固定一环绕排烟管并与排烟管构成蒸汽腔的外套筒，蒸汽管固定在外套筒上且贯通蒸汽腔；由此可见，所述节能蒸汽锅炉存在以下问题：未将使用后的蒸汽充分利用，以及未将锅炉加热部分的热能和使用后蒸汽中的热能进行充分利用，造成能量浪费，降低节能效果。

技术实现思路

1、为此，本发明提供一种高效节能锅炉及其控制方法，用以克服现有技术中：未将使用后的蒸汽充分利用，以及未将锅炉加热部分的热能和使用后蒸汽中的热能进行充分利用，造成能量浪费，降低节能效果的问题。

2、为实现上述目的，一方面，本发明提供一种高效节能锅炉，包括：

3、锅炉主体，锅炉主体内设有存储待加热水液形成蒸汽的储水室和用以对储水室进行加压的加压器；

4、初加热模块，其与所述锅炉主体的储水室相连，包括第一初加热单元和第二初加热单元，第一初加热单元用以通过用户端使用后的蒸汽对待加入锅炉储水室的水进行第一次初加热，第二初加热单元用以通过吸收气体燃烧时逸散的热能对完成第一次初加热的水进行第二次初加热，提高进入锅炉储水室的水温；

5、燃烧模块，包括第一燃烧单元和第二燃烧单元，第一燃烧单元用以直接对锅炉主体进行持续加热，以使锅炉输出设定温度的蒸汽，第二燃烧单元用以收集第一燃烧单元未充分燃烧的气体进行二次燃烧进一步提高经第一初加热单元输出的水温；

6、检测模块，其分别与所述锅炉主体、所述初加热模块以及所述燃烧模块相连，用以检测用户端使用后的蒸汽温度、加压器的压强、第一燃烧单元外层温度、第一燃烧单元的未充分燃烧气体内各可燃组分浓度，以及根据需要的蒸汽温度及经第一初加热单元加热后的水温确定第二初加热单元内的水流速度。

7、再利用模块，其分别与所述锅炉主体和所述初加热模块中第一初加热单元相连，用以收集用户端使用后的蒸汽和蒸汽液化的水液，以及第一初加热单元使用后的蒸汽和蒸汽液化的水液；

8、节能控制模块，其分别与所述初加热模块、所述燃烧模块和所述检测模块相连，用以根据检测模块检测到的第一燃烧单元的不充分气体内各可燃组分浓度和锅炉使用后的蒸汽温度控制第一初加热单元和第二初加热单元的工作过程，或调整第一初加热温度和第二初加热温度后控制第一初加热单元和第二初加热单元的工作过程。

9、进一步地，所述初加热模块包括第一初加热单元和第二初加热单元，

10、第一初加热单元，其与提供水流的水口相连，用以通过收集用户端使用后的蒸汽对待加入锅炉储水室中的水进行第一次初加热，包括：预热腔、气体回收管道、第一水流通道以及第一流速控制阀，气体回收管道用以对收集锅炉使用后的蒸汽，并传输至预热腔内，第一水流通道上设置有用以控制通过第一水流通道内水流速的第一流速控制阀，第一水流通道呈螺旋状设置在预热腔内；

11、第二初加热单元，其与第一水流通道的水流出水口相连，用以通过吸收第一燃烧单元侧壁的热能对通过所述第一初加热单元的水行第二次初加热，包括第二水流速控制阀和第二水流通道，第二水流通道与第一水流通道的水流出水口相连，第二水流通道连接设置有控制通过第二水流通道内水流速的第二流速控制阀，且第二水流通道呈螺旋状无缝隙密布绕设在第一燃烧单元的炉体外壁。

12、进一步地，所述加热模块分为第一燃烧单元和第二燃烧单元，其中：

13、第一燃烧单元，其用以通过燃烧天然气对锅炉主体进行直接加热，包括进气口、第一燃烧室以及第一出气口，第一出气口将第一燃烧室内的气体收集并传输至第二燃烧单元；

14、第二燃烧单元，其与所述第一出气口相连并设置在第一初加热单元预热腔内，用以燃烧第一燃烧单元产生的不充分气体对第一初加热单元进行加热，包括检测通道、第二燃烧室以及第二出气口，检测通道与第一出气口相连，用以提供检测不充分气体中可燃气体浓度的场所，第二燃烧室用以通过燃烧不充分气体对待加入锅炉储水室中的水进行辅助加热。

15、进一步地，所述再利用模块收集所述初加热单元使用后的废蒸汽和锅炉使用后未被第一初加热单元收集的蒸汽或水液，将两种气体收集并液化成待利用水。

16、进一步地，所述节能控制模块设置有若干种初加热策略对待加入锅炉储水室的水进行第一次初加热，包括：

17、第一初加热策略，在使用后蒸汽温度低于预设温度且不充分气体可燃度大于预设可燃度时，启动第一初加热单元和第二燃烧单元对待加入锅炉储水室中的水进行第一次初加热；

18、第二初加热策略，在使用后蒸汽温度高于预设温度且不充分气体可燃度小于预设可燃度时，启动第一初加热单元对待加入锅炉储水室中的水进行第一次初加热，不启动第二燃烧单元；

19、第三初加热策略，在使用后蒸汽温度低于预设温度且不充分气体可燃度小于预设可燃度时，启动第一初加热单元对待加入锅炉储水室中的水进行第一次初加热，不启动第二燃烧单元。

20、进一步地，所述节能控制模块根据使用后的蒸汽的温度与第一水流通道进水口的水温调整气体回收管道的蒸汽流速以及第一水流流速与气体回收管道的流速比，流速比根据气体回收管道的蒸汽流速与第一水流通道进水口的水温确定。

21、进一步地，所述节能控制模块在使用后蒸汽温度高于预设温度且不充分气体可燃度大于预设可燃度时，对第一初加热温度进行调整，第一初加热温度的调整值能够根据使用后蒸汽温度与预设温度的差值或比值确定，或根据不充分气体可燃度与预设可燃度的差值或比值确定。

22、进一步地，所述节能控制模块在调整第一初加热温度时，同时调整通过所述第二初加热单元的第二水流流速，

23、其中，第二水流流速的调整值，根据第一初加热温度的调整值与原第一初加热温度的比值以及第一燃烧单元外层温度确定。

24、进一步地，所述节能控制模块根据所需单位时间蒸汽量确定第一燃烧单元的输入燃料与氧气的配比，

25、在所需单位时间蒸汽量大于预设蒸汽量范围时，减小输入燃料与氧气的比值，增大燃料与氧气的输入量；

26、在所需单位时间蒸汽量小于预设蒸汽量范围时，增大输入燃料与氧气的比值，减小燃料与氧气的输入量。

27、另一方面，本发明还提供一种高效节能锅炉的控制方法系统，包括：

28、步骤s1，根据锅炉的使用场景确定目标蒸汽温度和所需单位时间蒸汽量；

29、步骤s2，加压器根据目标蒸汽温度确定储水室压强，节能控制模块确定第一燃烧单元的输入燃料与氧气的配比；

30、步骤s3，所述检测模块对锅炉主体、初加热模块以及燃烧模块进行检测，并记录各个检测结果；

31、步骤s4，所述节能控制模块根据检测结果触发对应的初加热策略或调整第一初加热温度和第二水流流速；

32、步骤s5，若调整第一初加热温度和第二初加热温度，则重复步骤s3与步骤s4直至触发任一初加热策略；

33、步骤s6，所述再利用模块收集处理锅炉在供热过程中回收的全部气体及水液，实现锅炉的高效节能。

34、与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置初加热模块对待加入到锅炉中的水进行两次初加热，升高水加入至锅炉时的温度以减少对水加热需要的能量，实现节能的效果，根据用户端使用后的蒸汽温度和未充分燃烧气体内各可燃组分浓度确定对水进行第一次初加热的加热过程，并在需要调整第一次初加热温度时调整第二次初加热的加热过程，保证了对水的初加热效果，提高了气体燃料的能量利用率，实现了锅炉的高效节能。

35、进一步地，本发明锅炉的初加热模块中包括第一初加热单元和第二初加热单元，通过使用不同的逸散能量对待加入锅炉储水室的水进行加热，通过使用将要浪费的能量对水加热，实现了锅炉的节能效果。

36、进一步地，本发明锅炉燃烧模块设置包括第一燃烧单元和第二燃烧单元，第一燃烧单元用以提供加热锅炉储水室的热量，第二燃烧单元通过燃烧第一燃烧单元的未充分燃烧的气体进一步提高经第一初加热单元输出的水温，进一步提高了节能效果，同时保证了第一次初加热的水温，提高了锅炉的加热稳定性。

37、进一步地，本发明锅炉的再利用模块可以收集锅炉加热过程中的全部使用后的蒸汽或液化的水液，可以根据实际使用需要再进行利用，进一步实现了锅炉的高效节能。

38、进一步地，本发明锅炉设置有多种初加热策略，可以根据使用后蒸汽温度与不充分气体可燃度确定对应的初加热策略，可以保证对第一次初加热后的水温处于一个稳定区间，提高了锅炉的加热稳定性。

39、进一步地，本发明锅炉在无适用的初加热策略时，对第一初加热温度和通过第二初加热单元的第二水流流速进行调整，增加待加入锅炉储水室的水吸收的热能，提高了锅炉的节能效果。