一种燃气蒸汽发生设备的制作方法

本发明涉及蒸汽发生设备技术领域，具体涉及一种燃气蒸汽发生设备。

背景技术：

在国家“煤改气”政策的推动下，近几年来，燃气蒸汽发生设备已经广泛应用在国民的生产和生活中。普通的模块式燃气蒸汽发生设备，由多组(一般为1到4组)蒸汽发生模组组成，各组之间相互独立，可以单独使用。每组蒸汽发生模组又由结构类似的三级蒸汽单元机组通过铜管连接组成，使三级蒸汽单元机组内的换热器相互连通，串联成一个单一通路。以三级三层翅片式换热器为例，冷水从顶层的换热器进入，依次流经第一级顶层换热器，第二级顶层换热器，第三级顶层换热器，通过铜管连接第三级顶层换热器的出口与第三极中间层换热器的入口，水流又依次经过第三极中间层，第二级中间层，第一级中间层；将第一级中间层与第一级的底层换热器用铜管相连，水流受热后的汽水混合物又依次经过第一级底层换热器，第二级底层换热器，第三级底层换热器，吸收热量变成蒸汽从第三级底层出口流向蒸汽出口管。

但该做法的弊端是：一、第一、第二、第三级蒸汽单元机组之间采用异形铜管相连，管件受热后会产生应力，多次使用导致管件连接处发生一定的形变，使用过程中容易泄露管内的介质，出现漏水或漏气现象。二、异形连接管加工过程中存在公差，导致任意两级之间的硬连接存在偏差，不容易装配，有的时候需要现场人工拉伸或弯曲这些异形连接管。三、装配接头多，耗费人工多。四、燃烧室内的翅片式换热器中的翅片吸收热量后，没有足够的冷媒(流经管道的水)将热量带走，长时间受热后，翅片容易融化粘连，导致换热器受热不均，导致换热器局部干烧，烧坏换热器后漏水。五、翅片式换热器一般由多根不锈钢管焊接延伸的翅片组成，在两端各自有一个互为进出口的接头，其余管件都是依靠两端的弧形弯头通过钎焊工艺将管件两两首尾相连，串成一个水流通路，钎焊的弧形弯头在使用过程中受热后再承受内部高压，容易开裂，出现漏水的情况。六、冷水经过换热器管道的路径短，吸收热量不够，导致产出的蒸汽品质不高，含水量大。七、受设备体积和换热器体积的限制，模块式单台蒸汽发生器的蒸发量受限。八、传统的火排燃烧器燃烧后产生的氮氧化物远超国家排放标准，不够环保。

技术实现要素：

本发明是针对现有技术的不足之处，提供一种全新的燃气蒸汽发生设备，其蒸汽发生模组采用改进后的列管式光管换热器代替现有技术中的三层翅片式换热器，并采用低氮火排燃烧器代替原有的普通火排燃烧器，以解决背景技术中存在的种种弊端。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种燃气蒸汽发生设备，包括机架和设置在该机架内一组以上的蒸汽发生模组，所述蒸汽发生模组包括燃烧室和依次由上到下设置在该燃烧室内的翅片式换热器、列管式光管换热器和低氮火排燃烧器；所述翅片式换热器上设有冷水进口和热水出口；所述列管式光管换热器上设有热水进口和蒸汽出口；所述热水出口与所述热水进口相连通。

具有上述结构的燃气蒸汽发生设备，其蒸汽发生模组采用改进后的列管式光管换热器代替现有技术中的三层翅片式换热器，并与燃烧室顶层的的翅片式换热器相互串联，冷水直接吸收的热量更加充分，可以产出更高品质的蒸汽。采用全新的低氮火排燃烧器放置在燃烧室的底层作为烘烤层，提高了换热量的同时减少了氮氧化物的产生，节能环保。

具体的，所述翅片式换热器、列管式换热器和低氮火排燃烧器的数量均为一个。

进一步地，所述列管式光管换热器包括换热管束和设置在所述换热管束两端的汇流板；所述换热管束由一层以上相互平行的换热管层组成；所述换热管层由若干根并列设置的换热管组成，且所述换热管层中两两换热管通过设置在所述汇流板内的汇流槽连通，所述汇流槽交错间隔设置在汇流板内；所述汇流板上还设有汇流口。

具有上述结构的列管式光管换热器与设置在燃烧室顶层的翅片式换热器不同，列管式光管换热器不带有翅片，因此缩短了换热管与管之间的间距，解决了目前蒸汽发生模组因翅片式换热器靠近火排，翅片的热量不能及时传递到换热管而容易导致变形的缺陷；与此同时，通过设置汇流板和汇流槽，让换热管层内的换热管两两之间也相互串联，省去了不同管之间相互连接的异形管件，大大节省了安装的人工成本，同时也避免了管件接头漏水的问题。另外，列管式光管换热器在汇流板内设置汇流槽，然后再用端板封闭汇流板，不仅能适用钎焊工艺，也能适应激光焊工艺。

具体的，所述换热管的长度在一米以上。

具体的，所述换热管为不锈钢材质，可耐高温高压。

具体的，所述汇流板可一体成型。

具体的，所述汇流口为冷介质进口或热介质出口。

进一步地，还包括换热管固定器，所述换热管固定器上均布有与所述换热管管径相匹配的通孔，所述换热管的两端分别贯穿所述通孔。

具体的，所述换热管固定器沿换热管管道轴线方向均匀设置有多个。

通过换热管固定器固定换热管，并在换热管束的两端采用一体成型的汇流板焊接固定，均衡了燃烧时管件受到的热应力；加之使用时持续有换热介质流过整个换热管束，可防止管件受热变形损坏。另外，现有技术中的翅片式换热器中换热管与管之间带有翅片，管与管之间没有相互支撑。而采用改进后的列管式光管换热器取代中层的翅片式换热器，并设置换热管固定器对换热管束进行固定，可将现有技术中的多级蒸汽单元机组内的换热器合并为一级，使换热管道拉长，省去了不同级机组内的换热器相互连接的管件。

进一步地，所述低氮火排燃烧器包括火排组和设置在所述火排组下方的火排燃气管，所述火排组由多个并列设置的火排单元组成；所述火排单元的顶端设有若干火排孔，底端设有双进气孔，内部设有连通所述若干火排孔和双进气孔的气腔；所述火排燃气管上对应所述双进气孔的位置设有燃气喷嘴；所述火排单元上凹设有用于将所述气腔分隔成第一气腔和第二气腔的十字形凹槽。

通过设置双进气孔，增大了燃气比例，使燃烧混合得更加充分，从而降低了氮氧化物的排放。

通过凹设的十字形凹槽，可将火排单元内部分成两个气腔，细化了燃气的分布，避免了燃气集中在某一点燃烧，大大提高了燃烧率，降低了氮氧化物的排放。

进一步地，还包括水冷系统，所述水冷系统包括多个并列设置的导热片组和依次贯穿所述多个导热片组的冷却水管，所述导热片组由分设在所述第一气腔和第二气腔外侧的第一导热片和第二导热片组成。

通过冷却水管对火排组进行水冷，大大降低了火排孔表面的温度，使得氮氧化合物生成的环境温度条件降低，从而降低了氮氧化物的排放。

进一步地，所述火排燃气管上还设有燃气进口，所述燃气进口处连接有燃气进气管，所述燃气进气管的管路上设有燃气比例阀。

通过设置燃气比例阀可以控制燃气供应量，从而调节燃烧的程度。

进一步地，所述冷水进口处连接有进水管，所述进水管的管路上设有水泵、单向阀、电磁阀和水流信号传感器；所述蒸汽出口处连接有蒸汽输出管，所述蒸汽输出管的管路上设有蒸汽压力传感器和温度传感器。

进一步地，所述燃烧室的顶部设有抽风口，所述排风口处设有抽风机；所述抽风机的下端与翅片式换热器之间还设有导流板。

设置导流板可以帮助抽风机的吸风均匀，防止不均匀引起的局部温度偏高，降低了氮氧化物的生成。

进一步地，所述燃烧室的内壁还设有隔热板。

具体的，所述隔热板为耐高温的隔热棉毡板。

通过在燃烧室内壁设置隔热板，可防止燃烧时火焰加热燃烧室外框，对外产生热辐射，浪费能源；同时可以保证整机的外壳温度不高，避免使用过程中的意外烫伤。

进一步地，所述蒸汽发生模组上下排列设置或左右排列设置在机架内。

进一步地，所述机架上对应各所述蒸汽发生模组设有独立控制的控制电路板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明的燃气蒸汽发生设备，其蒸汽发生模组采用改进后的列管式光管换热器放置在燃烧室的中间层作为汽化层，并与燃烧室顶层的翅片式换热器相互串联，大大增加了换热管路路径，冷水直接吸收的热量更加充分，可以产出更高品质的蒸汽。

2、本发明的燃气蒸汽发生设备，通过在汇流板内设置汇流槽，让之前使用铜管连接的地方现在也变成直接换热的地方，整个热交换的面积增加了。在相同体积下换热面积增大了，可以提高蒸发量。另外，换热器在汇流板内设置汇流槽，再用端板封闭汇流板，不仅能适用钎焊工艺，也能适应激光焊工艺。

3、本发明的燃气蒸汽发生设备，通过换热管固定器固定换热管，并在换热管束的两端采用一体成型的汇流板焊接固定，均衡了燃烧时管件受到的热应力；加之使用时持续有换热介质流过整个换热管束，防止管件受热变形损坏。另外，采用改进后的列管式光管换热器取代翅片式换热器，并设置换热管固定器对换热管束进行固定，可将现有技术中的多级蒸汽单元机组内的换热器合并为一级，使换热管道拉长，省去了不同级机组内的换热器相互连接的管件，在节省了安装的人工成本同时也避免了管件接头漏水的问题。

4、本发明的燃气蒸汽发生设备，采用低氮火排燃烧器作为燃烧室的底层，通过在双进气孔的位置设置燃气喷嘴，大大增大了燃气比例，改变了燃气与空气之间的配比，使燃烧混合得更加充分，从而降低了氮氧化物的排放污染，达到低氮的效果。

5、本发明的燃气蒸汽发生设备，通过在低氮火排燃烧器上设置水冷系统，冷却水管可通过导热片组的传热从而对火排组进行水冷，进而达到了快速降温的效果，使得氮氧化物生成的环境温度条件降低，有效降低了氮氧化物的排放，更加节能环保。

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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明燃气蒸汽发生设备的整体结构示意图；

图2为图1中蒸汽发生模组的整体结构示意图；

图3为图2蒸汽发生模组的内部结构示意图；

图4为图3中列管式光管换热器的结构示意图；

图5为图4中a部的局部放大图；

图6为图3中低氮火排燃烧器的结构示意图；

图7为图6中火排单元的结构示意图。

其中，附图标记的含义如下：

机架10、蒸汽发生模组20、翅片式换热器11、冷水进口12、热水出口13、列管式光管换热器21、换热管束211、汇流板212、汇流槽2121、汇流口2122、换热管固定器213、蒸汽出口22、热水进口23、低氮火排燃烧器31、火排单元311、火排孔3111、火排燃气管312、燃气喷嘴3121、冷却水管313、第一导热片3141、第二导热片3142、第一进气孔31121、第二进气孔31122、第一气腔31131、第二进气腔31132、十字形凹槽315、燃气进口32、冷却水进口33、冷却水出口34、点火枪35、脉冲点火器36、主进水管41、进水支管42、蒸汽输出管43、电磁阀44、冷却水进水管51、冷却水出水管52、主燃气进气管61、燃气进气支管62、燃气比例阀63、抽风机70、控制电路板80。

具体实施方式

为了更好地理解和实施，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于说明本发明，不用来限制本发明的范围。

本发明公开了一种燃气蒸汽发生设备，如图1-3所示，包括机架10和设置在该机架10内的一组以上的蒸汽发生模组20，在本实施例中，该蒸汽发生模组20数量为4组，且上下左右排列设置在该机架10内；该蒸汽发生模组20包括燃烧室和依次从上到下设置在该燃烧室内的翅片式换热器11、列管式光管换热器21和低氮火排燃烧器31；该翅片式换热器11的一端设有冷水进口12，另一端设有热水出口13；该列管式光管换热器21上对应该热水出口13位置的一端设有热水进口23，另一端设有蒸汽出口22；所述热水出口13与所述热水进口23通过一连接管连通；所述冷水进口12处连接有进水支管42，该进水支管42的管路上设有电磁阀44、单向阀和水流信号传感器(图中未示出)，所述电磁阀44与主进水管41相连接，该主进水管41的管路上设有水泵(图中未示出)。冷水从冷水进口12进入后，首先经过翅片式换热器11进行预热后，从热水出口13流出；随后从列管式光管换热器21上的热水进口23进入，经过列管式光管换热器21进行加热气化，并从另一端的蒸汽出口22出来；该蒸汽出口22处连接有蒸汽输出管43，蒸汽输出管43的管路上设有蒸汽压力传感器(图中未示出)。该翅片式换热器11与列管式光管换热器21在冷水进口12和蒸汽出口22之间形成唯一通路，换热管路路径大大加长，冷水直接吸收的热量更加充分，可以产出更高品质的蒸汽。

参阅图4-5，该列管式光管换热器21包括换热管束211和设置在所述换热管束211两端的汇流板212；所述换热管束211由一层以上相互平行的换热管层组成。在本实施例中，该换热管束211由三层换热管层组成，且换热管层与层之间相互交错布置。通过设置交错布置的换热管层，使得换热管层与层之间留有间隙，更有利于热量的传递。所述换热管层由若干根并列设置的换热管组成。优选的，该换热管为不锈钢材质，可耐高温。该汇流板212上设有汇流口2122和依次串联两两换热管的若干汇流槽2121。具体的，该汇流口2122为冷介质进口或热介质出口。在本实施例中，所述汇流口分别为热水进口23或蒸汽出口22。通过设置汇流槽2121和汇流口2122，让换热管两两之间也相互串联，省去了不同管之间相互连接的异形管件，大大节省了安装的人工成本，同时也避免了管件接头漏水的问题。另外，还包括换热管固定器213，所述换热管固定器213上均匀分布有与所述换热管管径相匹配的通孔，所述换热管的两端分别贯穿通孔。通过换热管固定器213固定换热管，有效防止了换热管在加热变形时产生应力，避免破坏整个换热器结构。该换热管固定器213沿换热管管道轴线方向均匀设置有多个。在本实施例中，该换热管固定器213数量为5个。通过换热管固定器13固定换热管，并在换热管束211的两端采用一体成型的汇流板212焊接固定，均衡了燃烧时管件受到的热应力；加之使用时持续有换热介质流过整个换热管束211，可防止管件受热变形损坏。采用改进后的列管式光管换热器21取代中层的翅片式换热器，并设置换热管固定器13对换热管束211进行固定，可将换热管道拉长，省去了不同级机组内的换热器相互连接的管件。

参阅图6-7，该低氮火排燃烧器31包括火排组和设置在所述火排组下方的火排燃气管312，该火排组由多个并列设置的火排单元311组成；该火排单元311的顶端设有若干火排孔3111，优选的，火排孔3111呈腰形孔状；该火排单元311的底端还设有第一进气孔31121和第二进气孔31122，内部设有连通所述若干火排孔3111和两进气孔的气腔；火排燃气管312的顶端对应该双进气孔的位置设有燃气喷嘴3121；通过设置双进气孔，大大增大了燃气比例，从而改变了燃气与空气之间的配比，使燃烧混合得更加充分，从而降低了氮氧化物的排放污染，达到低氮的效果。该火排燃气管312的下端的中心位置设有燃气进口32，该燃气进口32处连接有燃气进气支管62，该燃气进气支管62的管路上还设有燃气比例阀63，该燃气比例阀63的另一端设有主燃气进气管61。通过设置燃气比例阀63能控制燃气的供应量，从而调节燃烧程度。另外，该火排单元311还凹设有用于将所述气腔分隔成第一气腔31131和第二气腔31132的十字形凹槽315。通过设置相隔离的第一气腔31131和第二气腔31132，细化了燃气的分布，避免燃气聚集在某一点燃烧，提高了燃烧率，有效降低了氮氧化物的排放。

再参阅图6-7，该低氮火排燃烧器31还包括水冷系统，该水冷系统包括多个并列设置的导热片组和冷却水管313，该导热片组由分设在第一气腔31131和第二气腔31132外侧的第一导热片3141和第二导热片3142组成，优选的，该第一导热片3141和第二导热片3142均为导热性能高的金属片。该第一导热片3141上设有第一安装孔，该第二导热片3142上设有第二安装孔，冷却水管313依次穿过多个第一安装孔和多个第二安装孔进行固定，优选的，该冷却水管313呈u形。该冷却水管313上设有冷却水进口33和冷却水出口34，该冷却水进口33与冷却水进水管51相连，该冷却水出口34与冷却水出水管52相连。通过在火排组上设置水冷系统，冷却水管313可通过多个并列设置的导热片组的传热从而对火排组进行水冷，进而达到了快速降温的效果，有效降低了氮氧化物的排放。

另外，再参阅图2-3，该低氮火排燃烧器31上还设有点火枪35，优选的，该点火枪35为三个，燃烧室上设有与该点火枪35电连接的脉冲点火器36。该燃烧室的顶部还设有抽风口，所述抽风口处设有抽风机70，优选的，该抽风机70为三个。抽风机70的下端与翅片式换热器11之间还设有导流板(图中未示出)，通过设置导流板可以帮助抽风机70的吸风均匀，防止不均匀引起的局部温度偏高，降低了氮氧化物的生成。燃烧室的内壁还设有四面包裹的隔热板(图中未示出)，优选的，该隔热板为耐高温的隔热棉毡板，通过设置隔热板，可防止燃烧时火焰加热燃烧室外框，对外产生热辐射，浪费能源；同时可以保证整机的外壳温度不高，避免使用过程中的意外烫伤。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。