一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器及烟气余热综合回收的方法与流程

文档序号:12436623阅读:295来源:国知局
一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器及烟气余热综合回收的方法与流程

本发明涉及蒸汽发生器技术领域,特别是一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器及烟气余热综合回收的方法,可以适用于多种燃气锅炉。



背景技术:

工业领域对水蒸气的需求量极大,就目前技术而言,蒸汽主要由蒸汽锅炉产生,传统蒸汽锅炉主要依靠燃料在炉膛中燃烧产生热量直接加热锅筒来产生蒸汽,该方法虽然能产生蒸汽,但烟气带走大量热量,排烟温度有几百度,因而热效率较低,即使使用换热器对烟气进行余热回收,最终排烟温度也在150℃左右,仍然有较大部分热量没有回收利用,并且换热器易腐蚀,体积庞大,结构复杂,使用寿命短等缺点。雾霾情况的严重在不少地方提出禁止运行10吨以下的燃煤锅炉来采暖或生产蒸汽,这样,会有大量的燃气锅炉填补这个市场。目前的燃气蒸汽锅炉效率大多不高于90%,排烟温度高,多在150℃以上,余热得不到充分利用。



技术实现要素:

本发明的目的是克服上述现有技术的不足,提供一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器及烟气余热综合回收的方法,烟气的余热首先用于加热助燃空气,然后对烟气余热进一步回收用于加热给水,可以做到烟气余热的极限回收。本发明的蒸汽发生器能长期安全可靠的产生蒸汽或生产热水或热媒油,并能对烟气的热量充分回收利用,降低排烟温度,减少热损失,提高热效率。

本发明是通过以下技术方案来实现的:

一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器,包括蒸汽发生器和设置于所述蒸汽发生器底部的加热装置,所述加热装置包括空气管道、燃气管道、第一四通换向阀、第二四通换向阀、第一蓄热室、第二蓄热室和燃烧装置,所述第一蓄热室和第二蓄热室分别设置于所述蒸汽发生器底部的四周,所述第一蓄热室由外向内依次设置有第一保温层和第一蓄热层,所述第二蓄热室由外向内依次设置有第二保温层和第二蓄热层,所述燃烧装置包括与所述第一蓄热室连接的燃烧室,所述燃烧室与热管换热区连通,所述热管换热区外设置有烟气出口,所述热管换热区内设置有烟气导流板和由若干根热管组成的热管蔟;所述第一四通换向阀分别与第一蓄热室、第二蓄热室、第一排烟管道和空气管道连通,所述第二四通换向阀分别与第一蓄热室、第二蓄热室、第二排烟管道和助燃空气管道连通;助燃空气依次通过空气管道和第一四通换向阀,经第一蓄热室,助燃空气被第一蓄热层加热后通过第二四通换向阀进入燃烧室,燃气通过燃气管道进入燃烧室与助燃空气混合在燃烧室中燃烧,燃烧后的烟气通过热管换热区内的烟气导流板在热管间流动,经过热管换热区换热后的烟气经过第二四通换向阀进入第二蓄热室,加热第二蓄热层,再通过第一四通换向阀,经第一排烟管道引出,所述第一排烟管道为热水管道和烟气管道套接,所述烟气管道设置于所述热水管道的内部。

在一个燃烧周期内,在上半个周期,助燃空气依次通过所述空气管道和所述第一四通换向阀,经第一蓄热室内蓄热材料,空气在其中被原已经被加热的蓄热材料加热后通过第二四通换向阀进入燃烧室,空气被加热的温度约300℃左右。燃气通过燃气管道进入燃烧室与空气混合在燃烧室中燃烧,燃烧后的热烟气1000℃以下,通过烟气导流板在热管间流动,经过折流,可以延长烟气与热管的接触时间,此部分热管外有翅片,可以扩大换热面积,与传统锅炉的光管相比,换热面积可以增加8~10倍,因此,相同功率的设备可以做的更紧凑。在本发明中,第一四通换向阀为低温四通阀,第二四通换向阀为高温四通阀。

经过热管换热区换热后,烟气温度降到350℃左右,然后经过高温四通阀进入第二蓄热室,加热内部的蓄热材料,而后通过低温四通阀,经排烟风机引出,第一排烟管道为热水管道和烟气管道套接,烟气管道设置于热水管道的内部,由锅炉给水进一步回收烟气余热,烟气温度可降低到50℃左右;热管换热区内根据加热负荷不同设置有若干个热管,热管的上部设置于蒸汽发生器内部,下部设置于热管换热区内部。

在本发明中,通过高温四通阀和低温四通阀同时动作,可以保证燃烧器燃烧需要的高温空气的持续供应,同时,也可以保证高温烟道内流向不变,这样,对于除了用天然气等干净燃气为燃料外,如发生炉烟气或生物质气等较脏的燃气锅炉,可以有效的在高温烟气管道中进行高温除尘后再进行余热回收。

本发明提出的连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器的突出特点是:(1)排烟温度低,可以充分回收烟气余热,包括烟气中蒸汽的汽化潜热,从而可以提高热效率到95%以上;(2)热管烟气加热侧增加翅片,可以增加换热面积8~10倍,可以缩小设备体积;(3)热管的换热效率高,且系统中单根热管的损坏不会造成整个系统的停止,设备使用寿命长;(4)所用蓄热材料比表面积大,阻力损失小,可以根据具体情况形成围护结构,设备体积小,换热效果好;(5)火焰温度控制在1000℃左右,热力型NOX的生成受到抑制。

低温四通阀、高温四通阀的设置使烟气和空气在空气管道和排烟管道中进行自由切换,水和烟气在套管中发生热交换,烟气温度进一步降低,水吸收热量进入蒸汽发生器中;同时这两个四通阀的设置使蒸汽发生器实现连续式蓄热燃烧,使燃气燃烧充分,最终的热效率可达95%以上,烟气回收率可达99%以上。

本发明提出的蒸汽发生器能长期安全可靠的产生蒸汽,并能对烟气的热量充分回收利用,降低排烟温度,减少热损失,提高热效率。

优选地,所述的第一保温层和第二保温层的厚度分别为150~200mm,所述的第一蓄热层和第二蓄热层的截面宽度分别为100~150mm。第一蓄热层和第二蓄热层的蓄热材料总高度及结构形式根据设备功率的大小分别计算。第一蓄热层和第二蓄热层的比表面积在1000m2/m3左右。

优选地,所述的第一蓄热层和所述的第二蓄热层的蓄热材料选自陶瓷小球、蜂窝陶瓷或金属蜂窝陶瓷中的一种。第一蓄热层和所述第二蓄热层的蓄热材料可以为相同的蓄热材料或者不同的蓄热材料,只要其能达到相同的蓄热效果即可。空气和烟气在蓄热层中稳定流动,实现蓄热层对空气的加热以及烟气对蓄热层的加热。

优选地,所述的烟气导流板在所述热管换热区内交替设置,使烟气的运动轨迹呈S型。烟气导流板的设计其延长了烟气与热管的接触时间,使热管吸收更多热量。

优选地,所述的热管下端设置有增大吸热面积的翅片,提高换热效率。

优选地,所述的蒸汽发生器顶部设置有将蒸汽排出的蒸汽管道。蒸汽管道用于将蒸汽发生器中产生的蒸汽及时排出。

优选地,所述的蒸汽发生器外部设置有用于监测蒸汽发生器内部温度的温度传感器、用于监测蒸汽发生器内部压力的压力传感器和用于确保蒸汽发生器安全的安全阀。

所述的热管内部根据加热工艺不同,保持一定的真空度。管内工质在较低在温度下就可以实现蒸发,工质经过处理后,可以有效抑制高温高压下氢气等不凝气体的析出,且可以将析出的氢气气化为水,保证内部的真空度,从而可以延长热管的使用寿命。管内工质可以视实际情况选择,只要能达到需要的效果即可。

本发明的另一个目的是提出了一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器烟气余热综合回收的方法,包括如下步骤:

(1)将空气由鼓风机送入第一四通换向阀,依次经第一管道、第一蓄热室、第四管道、第二四通换向阀和空气管道到达进入燃烧器,在此过程中,空气被第一蓄热室中的第一蓄热层由环境温度加热到250℃~350℃,同时,燃气由燃气管道到达燃烧器与空气混合燃烧;燃烧产生的烟气经由热管换热区后由热管吸收并传输到蒸汽发生器内部加热水产蒸汽,当蒸汽到达设定要求后由蒸汽管道引出;同时,烟气在烟气导流板的引导下运动到烟气出口进入第二排烟管道,然后依次经第二四通换向阀和第三管道进入第二蓄热层并发生热交换,烟气的温度降低,烟气依次经过第二管道和第一四通换向阀,在此过程中,烟气余热被蓄存在第二蓄热层内,由引风机将烟气送入第一排烟管道,排烟管道中的烟气加热热水管道中的水,热水管道中的水经热水输送管道进入蒸汽发生器,烟气的温度进一步降低,排入大气环境中;

(2)将空气由鼓风机送入第一四通换向阀,依次经第二管道、第二蓄热室、第三管道、第二四通换向阀和空气管道到达燃烧器,在此过程中,空气被第二蓄热室中的第二蓄热层由环境温度加热到250℃~350℃,同时,燃气由燃气管道到达燃烧器与空气混合燃烧;燃烧产生的烟气经由热管换热区后由热管吸收并传输到蒸汽发生器内部加热水产蒸汽,当蒸汽到达设定要求后由蒸汽管道引出;同时,烟气在烟气导流板的引导下运动到烟气出口进入第二排烟管道,然后依次经第二四通换向阀和第四管道进入第一蓄热层并发生热交换,烟气的温度降低,烟气依次经过第一管道和第一四通换向阀,在此过程中,烟气余热被蓄存在第一蓄热层内,由引风机将烟气送入第一排烟管道,排烟管道中的烟气加热热水管道中的水,热水管道中的水经热水输送管道进入蒸汽发生器,烟气的温度进一步降低,排入大气环境中。

(3)再重复上述步骤(1)和步骤(2),循环进行,实现烟气余热综合回收。

本发明的有益效果是:

(1)本发明提出的蒸汽发生器采用连续式蓄热燃烧技术,燃气燃烧充分,排烟顺畅;

(2)通过热管的高效换热技术提高热效率;

(3)通过蓄热材料对烟气的热量极限回收利用,降低排烟温度,减少热损失,因而热效率很高,本系统最终热效率可达95%以上,排烟温度比环境温度高不大于30℃。

附图说明

图1是本发明的一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器的结构示意图;

图2是本发明的一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器的结构示意图;

图中:1、鼓风机;2、空气管道;3、低温四通阀;4、第一管道;5、第二管道;6、引风机;7、进水管道;8、热水管道;9、第一排烟管道;10、热水输送管道;11、第二保温层;12、第二蓄热层;13、第三管道;14、烟气出口;15、第二排烟管道;16、烟气导流板;17、热空气管道;18、高温四通阀;19、阀门;20、燃气管道;21、燃烧器;22、第四管道;23、第一蓄热层;24、温度传感器;25、压力传感器;26、安全阀;27、压力容器;28、热管;29、热管换热区;30、蒸汽管道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器,包括蒸汽发生器和设置于蒸汽发生器底部的加热装置,加热装置包括空气管道、燃气管道、第一四通换向阀、第二四通换向阀、第一蓄热室、第二蓄热室和燃烧装置,第一蓄热室和第二蓄热室分别设置于蒸汽发生器底部的四周,第一蓄热室由外向内依次设置有第一保温层和第一蓄热层,第二蓄热室由外向内依次设置有第二保温层和第二蓄热层,燃烧装置包括与第一蓄热室连接的燃烧室,燃烧室与热管换热区连通,热管换热区外设置有烟气出口,热管换热区内设置有烟气导流板和由若干根热管组成的热管蔟;第一四通换向阀分别与第一蓄热室、第二蓄热室、第一排烟管道和空气管道连通,第二四通换向阀分别与第一蓄热室、第二蓄热室、第二排烟管道和助燃空气管道连通;助燃空气依次通过空气管道和第一四通换向阀,经第一蓄热室,助燃空气被第一蓄热层加热后通过第二四通换向阀进入燃烧室,燃气通过燃气管道进入燃烧室与助燃空气混合在燃烧室中燃烧,燃烧后的烟气通过热管换热区内的烟气导流板在热管间流动,经过热管换热区换热后的烟气经过第二四通换向阀进入第二蓄热室,加热第二蓄热层,再通过第一四通换向阀,经第一排烟管道引出,第一排烟管道为热水管道和烟气管道套接,烟气管道设置于热水管道的内部。在本发明中,第一四通换向阀为低温四通阀,第二四通换向阀为高温四通阀。

实施例

参阅图1~2,图1和图2均为连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器的结构示意图。

本发明所提出的连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器,包括蒸汽发生器和设置于所述蒸汽发生器底部的加热装置,加热装置包括空气管道2、燃气管道20、低温四通阀3、高温四通阀18、第一蓄热室、第二蓄热室和燃烧装置,第一蓄热室和第二蓄热室分别设置于蒸汽发生器底部的四周,第一蓄热室由外向内依次设置有第一保温层和第一蓄热层23,第二蓄热室由外向内依次设置有第二保温层11和第二蓄热层12,燃烧装置包括与第一蓄热室连接的燃烧室,燃烧室与热管换热区29连通,热管换热区29外设置有烟气出口14,热管换热区29内设置有烟气导流板16和由若干根热管28组成的热管蔟;低温四通阀3分别与第一蓄热室、第二蓄热室、第一排烟管道9和空气管道连通,高温四通阀18分别与第一蓄热室、第二蓄热室、第二排烟管道15和助燃空气管道连通;助燃空气依次通过空气管道2和低温四通阀3,经第一蓄热室,助燃空气被第一蓄热层23加热后通过高温四通阀18进入燃烧室,燃气通过燃气管道20进入燃烧室与助燃空气混合在燃烧室中燃烧,燃烧后的烟气通过热管换热区29内的烟气导流板16在热管28间流动,经过热管换热区29换热后的烟气经过高温四通阀18进入第二蓄热室,加热第二蓄热层12,再通过低温四通阀3,经第一排烟管道9引出,第一排烟管道9为热水管道8和烟气管道套接,烟气管道设置于热水管道8的内部,热水管道8中的水通过进水管道7提供。热管28的上部设置于蒸汽发生器内部,下部设置于热管换热区29内部。热水管道8和烟气管道套接,使水和烟气在套管中发生热交换,烟气温度进一步降低,水吸收热量进入蒸汽发生器中。

在本实施例中,热管28均布竖直排列在热管换热区29内,通过烟气导流板16延长烟气与热管的接触时间。热管蒸发侧在烟气吸收热量,通过放热冷凝段在锅筒放热完成热量的传递。

蒸汽发生器可以为压力容器、锅炉或者任何本领域技术人员可以想到的储存蒸汽的容器都可以,可以用于生产蒸汽,也可以用于生产热水或加热热媒油等,在本实施例中蒸汽发生器为压力容器27。压力容器27外部设置有用于监测压力容器内部温度的温度传感器24、用于监测压力容器内部压力的压力传感器25和用于确保压力容器安全的安全阀26。

低温四通阀3、高温四通阀18的设置使烟气和空气在空气管道2和第一排烟管道9中进行自由切换,水和烟气在套管中发生热交换,烟气温度进一步降低,水吸收热量进入蒸汽发生器中;同时这两个四通阀的设置使蒸汽发生器实现连续式蓄热燃烧,使燃气燃烧充分,最终的热效率可达95%以上,烟气回收率可达98%以上。四通阀可以是二位四通阀或三位四通阀,其可以满足烟气和空气在第一管道4和第二管道5、或者第三管道13和第四管道22中进行自由切换即可,在本实施例中优选高温四通阀和低温四通阀均为二位四通阀。

第一蓄热层23和第二蓄热层12的蓄热材料选自陶瓷小球、蜂窝陶瓷或金属蜂窝陶瓷中的一种。第一蓄热层23和第二蓄热层12的蓄热材料可以为相同的蓄热材料或者不同的蓄热材料,其能起到想到相同的效果均可。本装置中,第一蓄热层及第一保温层一起作为炉墙,或者第二蓄热层及第二保温层一起作为炉墙,由于蓄热材料具有较大的换热面积,比表面积可达1000立方每平方,因此,在保证换热效果的前提下,可以有效减少设备体积。传统的锅炉相比,翅片管取代了光管,换热面积提高了8~10倍,在保证换热效果的同时,可以进一步缩小设备空间。空气和烟气在蓄热层中稳定流动,实现蓄热层对空气的加热以及烟气对蓄热行的加热。第一保温层和第二保温层11为陶瓷纤维毡,第一保温层和第二保温层11的厚度分别为150~200mm,第一蓄热层和第二蓄热层的截面宽度分别为100~150mm,蓄热材料总高度及结构形式根据设备功率的大小分别计算。第一保温层使第一蓄热机构储存的热量不容易散发出去,第二保温层使第二蓄热机构储存的热量不容易散发出去。

蒸汽发生器顶部设置有将蒸汽排出的蒸汽管道30。蒸汽管道30用于将蒸汽发生器中产生的蒸汽及时排出。

热管换热区29内设置有若干个烟气导流板16,烟气导流板16在热管换热区29烟道内交替设置,使烟气的运动轨迹呈“S”型。烟气导流板16的设计其延长了烟气与热管的接触时间,使热管吸收更多热量。烟气导流板16的数量可根据实际需要设置,在本实施例中烟气导流板的数量为3个,其就可以达到烟气回收的效果。

本发明的连续式蓄热燃烧式燃气热管蒸汽发生器的烟气余热综合回收的方法,包括如下步骤:

(1)空气由鼓风机1送入空气管道2首先经过低温四通阀3,然后依次经第一管道4、第一蓄热层23、第四管道22、高温四通阀18和热空气管道17,到达燃烧器21进入燃烧室,在此过程中,空气被第一蓄热层23由环境温度加热到250℃~350℃;同时,燃气由燃气管道20,经阀门19,达燃烧器21与空气混合燃烧;燃烧产生的高温烟气由热管28吸收并传输到压力容器27加热水产蒸汽,当蒸汽到达设定要求后由蒸汽管道30引出,同时,烟气在烟气导流板16的引导下按“S”轨迹运动到烟气出口14,增加了与热管28的接触时间,使热管28吸收更多的热量;烟气由烟气出口14进入第二排烟管道15,依次经高温四通阀18、第三管道13、第二蓄热层12并发生热交换,第二蓄热层12吸收烟气的热量,温度升高,烟气温度降低,经第二管道5进入低温四通阀3,在此过程中,烟气余热被蓄存在第二蓄热层12内,烟气被冷却,温度由320℃降低到100℃左右,这个温度主要是保证烟气内水蒸汽不凝结,再由引风机6送入第一排烟管道9,第一排烟管道9中的烟气加热由进水管道7进入热水管道8中的水,烟气经过引风机6后,在此过程中水和烟气在热水管道8中发生热交换,水的温度升高经热水输送管道10进入压力容器27,烟气的温度进一步降低到50℃~60℃,排入大气环境中;在上半周期,第一蓄热层23被冷却,第二蓄热层12被加热;

(2)空气由鼓风机1送入空气管道2首先经过低温四通阀3,此时低温四通阀3已换向,空气依次经第二管道5、第二蓄热层12、第三管道13和高温四通阀18,此时高温四通阀18已换向,空气进入热空气管道17,到达燃烧器21,在此过程中,空气被第二蓄热室蓄热材料层12由环境温度加热到250℃~350℃,同时,燃气由燃气管道20,经阀门19,达燃烧器21与空气混合在燃烧室内燃烧;燃烧产生的高温烟气由热管28吸收并传输到压力容器27加热水产蒸汽,当蒸汽到达设定要求后由蒸汽管道30引出,同时,烟气在烟气导流板16的引导下按“S”轨迹运动到烟气出口14,增加了与热管28的接触时间,使热管28吸收更多的热量;烟气由烟气出口14依次经第二排烟管道15、高温四通阀18和第四管道22后,经第一蓄热层23并发生热交换,第一蓄热层23吸收烟气的热量,温度升高,烟气温度降低,经第一管道4进入低温四通阀3,在此过程中,烟气余热被蓄存在第一蓄热层23内,烟气被冷却,温度由320℃降低到100℃左右,这个温度主要是保证烟气内水蒸汽不凝结,再由引风机6送入第一排烟管道9,烟气经过引风机后,在此过程中水和烟气在热水管道8中发生热交换,水的温度升高经热水输送管道10进入压力容器27,烟气的温度进一步降低到50℃~60℃,排入大气环境中,在下半周期,第二蓄热层12被冷却,第一蓄热层23被加热;

以上步骤(1)和步骤(2)两个过程形成一个周期然后循环进行,烟气的热量得以极限回收利用,因而热效率很高,烟气的热量回收率可以达到98%以上。通过高温四通阀和低温四通阀同时动作,可以保证燃烧器燃烧需要的高温空气的持续供应,同时,也可以保证高温烟道内流向不变,这样,对于除了用天然气等干净燃气为燃料外,如发生炉烟气或生物质气等较脏的燃气锅炉,可以有效的在高温烟气管道中进行高温除尘后再进行余热回收。

本发明提出的蒸汽发生器其烟气的余热首先用于加热助燃空气,然后对烟气余热进一步回收用于加热给水,可以做到烟气余热的极限回收;其能对烟气的热量充分回收利用,降低排烟温度,减少热损失,提高热效率;连续式蓄热燃烧技术,燃气燃烧充分,排烟顺畅,通过热管的高效换热技术提高热效率。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明,该实施例并非用以限制本发明的专利范围,凡未脱离本发明所为的等效实施或变更,均应包含于本案的专利范围中。

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