一种安全高效的蒸汽锅炉系统的制作方法

1.本发明涉及一种锅炉，特别涉及一种安全高效的蒸汽锅炉系统。


背景技术：

2.生产蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为蒸汽炉，燃气蒸汽锅炉就是指利用燃气燃烧来加热并且产生额定压力的蒸汽锅炉。锅炉是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。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要的热能，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。蒸汽锅炉多用于火电站、船舶、机车和工矿企业，其用途也非常广泛，电热蒸汽锅炉可用于纺织、印染、造纸、食品、橡胶、塑料、化工、医药、钢铁、冶金等工业产品加工工艺过程所需蒸汽，并可供企业、机关、宾馆、学校、餐饮、服务性等行业的取暖、洗浴、空调及生活热水。
3.现有燃气锅炉系统设计一般要注重以下几个方面：
4.(1)安全是所有工作中的重中之重，对于燃气锅炉燃烧器的安全也不能忽视。
5.(2)节能。普通锅炉热效率基本在90％左右，效率较低。
6.对于目前的燃气锅炉，其燃烧头的结构设计上存在缺陷，由于参与燃烧的空气含有粉尘，经长时间燃烧会产生一些积碳，这些积碳会堵住现有燃烧头的气流通道，如果不及时清洁，会使燃烧器发生爆炸。除外，当前的燃气锅炉其热效率不高，一般基本仅在90％左右。这两方面的不足有待进一步改进。


技术实现要素：

7.本发明的目的是提供一种安全高效的蒸汽锅炉系统，这种蒸汽锅炉系统使用的燃烧器解决了积碳淤堵引起爆炸的潜在安全问题，同时该蒸汽锅炉系统提高了热效率，减少燃料用量，降低氮氧化物和颗粒物排放。
8.本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种安全高效的蒸汽锅炉系统，包括面式燃烧器、锅炉本体、连接烟道、节能器、下烟室、常压冷凝器、烟囱，所述面式燃烧器与锅炉本体连接，所述锅炉本体通过连接烟道与节能器连接，所述节能器通过下烟室与常压冷凝器连接，所述常压冷凝器与烟囱连接；
9.所述面式燃烧器包括燃烧头、混合器、手动调节阀、阀组、风压开关、鼓风机、点火装置以及控制系统，所述燃烧头通过混气管道a与混合器的一端连接，所述混合器下方通过天然气管路b与阀组连接，所述混合器的另一端通过空气管路c与鼓风机连接，所述手动调节阀设置在天然气管路b上，所述风压开关设置在空气管路c上；所述点火装置靠近燃烧头且处于燃烧头的平行平面上；所述控制系统用于控制混合器、阀组、风压开关、鼓风机以及点火装置；
10.所述燃烧头由燃烧面罩、水冷管以及燃烧面组成，所述燃烧面罩通过混气管路a与混合器相通，水冷管之间留有缝隙，水冷管并排穿过燃烧面罩，所述水冷管的两端分别连接水管构成循环水路，所述燃烧面呈矩形，由若干间隔相等的金属片排列而成，所述金属片之
间留出的间隙作为混合气游走的通道，所述点火装置靠近燃烧面。；
11.本发明的进一步设置为：所述混合器内设涡旋轮和混合室，所述涡旋轮与混合室的空气进入端相对旋转配合，所述混合室呈圆筒锥状，混合室的圆筒壁上开设有若干出气孔，混合室还通过天然气管路b依次与手动调节阀、阀组连接，所述阀组通过天然气管路b与天然气供端连接。
12.本发明的进一步设置为：所述涡旋轮上设有若干金属扇叶，所述金属扇叶沿涡旋轮一圈呈360度分布，所有金属扇叶各自都不在同一平面上；
13.驱动涡旋轮使得天然气和空气被送入混合室，在涡旋轮形成的涡旋气流下，天然气和空气进行充分混合后由出气孔排出并通过混气管路a直至燃烧头。
14.本发明的进一步设置为：所述节能器近底部通过管路与进水阀连接，所述进水阀通过管路与循环水泵连接，循环水泵与保温水箱连接，保温水箱与节能器相连，构成水循环。
15.本发明的进一步设置为：所述锅炉本体与节能器之间设有节能器流向锅炉本体的水流管路w，所述水流管路w与锅炉本体连接侧的锅炉本体上设有水位传感器，锅炉本体顶部设有压力阀、安全阀、放风阀，所述节能器还与水泵相连，水泵与保温水箱相连，保温水箱、水泵、节能器、水流管路w、锅炉本体形成水通道。
16.本发明的进一步设置为：所述常压冷凝器设有同侧进出的s型冷凝管道。
17.本发明的进一步设置为：还提供了所述蒸汽锅炉系统的工作方法，包括如下步骤：
18.1)水循环开启：打开进水阀，打开循环水泵，使保温水箱、循环水泵、节能器三者进行水循环；
19.2)燃烧器蒸汽压力采集阶段：采集蒸汽压力信号传送到控制系统，控制系统发出指令控制鼓风机，实现空气进给量的控制，空气经过空气管路c进入混合器；
20.3)鼓风机空气进给和天然气进给阶段：打开鼓风机进给空气，通过风压开关调节空气压力，将风压开关的动作信号和流量计采集的流量信号传送至控制系统，打开手动调节阀由控制系统及设定好风燃比的阀组实现对天然气进给量的控制，控制系统在对阀组进行开度调节控制流量的同时，还接收通过内置于阀组的压力传感器实时反馈的压力信号，以达到预设空气和天然气的进量配比和适配压力，天然气通过天然气管路b进入混合器；
21.4)混合器混合阶段：从鼓风机来的空气从空气管道c进入混合器，而天然气从混合器下方的管路b进入混合器，空气和天然气在混合器中混合，由于空气和天然气不断的涌入，混合气体通过混合器另一端排出后经混气管道a流入燃烧头；
22.5)点火装置点火阶段：当阀组被打开时，此时点火装置由控制系统发出信号指令同步点火，使点火动作不晚于天然气从燃烧头流出的时间；
23.由天然气和空气组成一定比例的混合气流入燃烧头，该股混合气被点燃，混合气燃烧产生的热量被采集反馈至控制系统；若热量值超出需求，则通过控制系统减少鼓风机空气进给量，从而减少天然气的进给量；若热量值达不到需求，则通过控制系统增加鼓风机空气进给量，在预混风燃比可控的比例不变得情况下，天然气进给量增加，混合气燃烧热量提高；
24.6)高温烟气进入锅炉本体阶段：步骤5)点火后燃气燃烧达到2000-2200℃的高温烟气进入锅炉本体，进行第一级换热；
25.7)烟气进入节能器阶段：经步骤6)后降为255-265℃的烟气通过连接烟道进入节能器，由保温水箱、循环水泵、进水阀、节能器构成的水循环与烟气进行换热形成第二级换热，进一步降低烟气温度到75-85℃；
26.8)烟气进入常压冷凝器阶段：经步骤7)后的烟气通过下烟室进入到常压冷凝器，常压冷凝器对75-85℃的烟气进行继续降温，形成第三级换热，最终烟气温度降为50-60℃，低于排烟设计温度，并从烟囱流出到下一设备。
27.本发明的进一步设置为：所述烟气的颗粒物排放浓度＜5mg/nm3,二氧化硫浓度＜10mg/nm3，氮氧化物浓度＜25mg/nm3，林格曼黑度≤1。
28.综上所述，本发明具有以下有益效果：通过控制系统及相关传感器的设计，实现以蒸汽压力、燃烧头热量为指标信号控制空气进给量，再由空气进给量指标信号通过控制系统来控制阀组的开度，实现天然气的配比，达到预设的空气与天然气的混合比例。另外，通过燃烧头若干间隔相等的金属片排列设计，在不对空气做粉尘过滤等额外处理下，也可避免由于粉尘燃烧不尽产生的积碳使燃烧头气流间隙堵塞，使爆炸等危险情况不再发生。通过三级换热设计，将高达2000-2200℃的温度降为50-60℃的烟囱排出温度，整个系统热效率达到98％。
附图说明
29.图1是一种安全高效的蒸汽锅炉系统结构示意图；
30.图2是图1中面式燃烧器结构示意图；
31.图3是图2中燃烧头结构示意图；
32.图4是图3中燃烧头的燃烧面结构示意图；
33.图5是图2中混合器剖面结构示意图；
34.图6是一种安全高效的蒸汽锅炉系统侧视图；
35.图7是一种安全高效的蒸汽锅炉系统俯视图；
36.附图标记：1、面式燃烧器；2、锅炉本体；3、连接烟道；4、节能器；5、下烟室；6、常压冷凝器；7、烟囱；8、进水阀；9、水位传感器；11、燃烧头；12、混合器；13、手动调节阀；14、阀组；15、风压开关；16、鼓风机；61、s型冷凝管道；111、燃烧面罩；112、水冷管；113、燃烧面；121、涡旋轮；122、混合室；1131、金属片；1132、间隙；1211、金属扇叶；1221、出气孔。
具体实施方式
37.以下结合附图对本发明作进一步详细说明：
38.如图1-图7所示，一种安全高效的蒸汽锅炉系统，包括面式燃烧器1、锅炉本体2、连接烟道3、节能器4、下烟室5、常压冷凝器6、烟囱7，面式燃烧器1与锅炉本体2连接，锅炉本体2通过连接烟道3与节能器4连接，节能器4通过下烟室5与常压冷凝器6连接，常压冷凝器6与烟囱7连接。
39.面式燃烧器1还包括燃烧头11、混合器12、手动调节阀13、阀组14、风压开关15、鼓风机16、点火装置以及控制系统，燃烧头11通过混气管道a与混合器12的一端连接，混合器12下方通过天然气管路b与阀组14连接，混合器12的另一端通过空气管路c与鼓风机16连接，手动调节阀13设置在天然气管路b上，风压开关15设置在空气管路c上。所述点火装置靠
近燃烧头11且处于燃烧头11的平行平面上；所述控制系统通过信号控制混合器12、阀组14、风压开关15、鼓风机16以及点火装置；
40.燃烧头11由燃烧面罩111、水冷管112以及燃烧面113组成，燃烧面罩111通过混气管路a与混合器12相通，水冷管112之间留有缝隙，水冷管112并排穿过燃烧面罩111，水冷管112的两端分别连接水管构成循环水路，燃烧面113呈矩形，由若干间隔相等的金属片1131排列而成，金属片1131之间留出的间隙1132作为混合气游走的通道，点火装置靠近燃烧面113；鼓风机16送进一定空气时，阀组14根据空气量做出相应开度的开阀动作，送进与空气成一定比例的天然气，空气和天然气在混合器中进行均匀混合后经混气管道a送入燃烧头11，混合均匀的空气和天然气流经各水冷管112之间的缝隙直至由若干间隔相等的金属片1131排列而成的燃烧面113，相比传统网孔设计，该燃烧面一方面可避免因燃烧的细小积碳堵塞而发生爆炸，威胁人生安全，另一方面可提升燃烧器工作效率和使用寿命。
41.本实施例中，混合器12内设涡旋轮121和混合室122，涡旋轮121与混合室122的空气进入端相对旋转配合，混合室122呈圆筒锥状，混合室122的圆筒壁上开设有若干出气孔1221，混合室122还通过天然气管路b依次与手动调节阀13、阀组14连接，阀组14通过天然气管路b与天然气供端连接。
42.本实施例中，涡旋轮121上设有若干金属扇叶1211，金属扇叶1211沿涡旋轮121一圈呈360度分布，所有金属扇叶1211各自都不在同一平面上。
43.驱动涡旋轮121使得天然气和空气被送入混合室122，在涡旋轮121形成的涡旋气流下，天然气和空气进行充分混合后由出气孔1221排出并通过混气管路a直至燃烧头11。
44.本实施例中，控制系统用于控制混合器12、阀组14、风压开关15、鼓风机16以及点火装置。本实施例通过控制系统及相关传感器的设计，实现以蒸汽压力、燃烧头热量为指标信号控制空气进给量，再由空气进给量指标信号通过控制系统来控制阀组的开度，实现天然气的配比，达到预设的空气与天然气的混合比例。
45.本实施例中，节能器4近底部通过管路与进水阀8连接，进水阀8通过管路与循环水泵连接，循环水泵与保温水箱连接，保温水箱与节能器4相连，构成水循环。
46.本实施例中，锅炉本体2与节能器4之间设有节能器4流向锅炉本体2的水流管路w，水流管路w与锅炉本体2连接侧的锅炉本体2上设有水位传感器9，锅炉本体2顶部设有压力阀、安全阀、放风阀，节能器4还与另一水泵相连，水泵与保温水箱相连，保温水箱、水泵、节能器4、水流管路w、锅炉本体2形成水通道。
47.本实施例中，常压冷凝器6设有同侧进出的s型冷凝管道61。
48.本实施例中，一种安全高效的蒸汽锅炉系统使用方法如下：
49.1)水循环开启：打开进水阀8，打开循环水泵，使保温水箱、循环水泵、节能器4三者进行水循环；
50.2)燃烧器蒸汽压力采集阶段：采集蒸汽压力将压力信号传送到控制系统，控制系统发出指令控制鼓风机16，实现空气进给量的控制，空气经过空气管路c进入混合器12；
51.3)鼓风机空气进给和天然气进给阶段：鼓风机16进给一定量的空气，通过风压开关15调节空气压力，将风压开关15的动作信号和流量计采集的流量信号传送至控制系统，打开手动调节阀13由控制系统及设定好风燃比的阀组14实现对天然气进给量的控制，控制系统在对阀组14进行开度调节控制流量的同时，还接收通过内置于阀组14的压力传感器实
时反馈的压力信号，以达到预设空气和天然气的进量配比和适配压力，天然气通过天然气管路b进入混合器12；
52.4)混合器混合阶段：从鼓风机16来的空气从混合器12设有涡旋轮121的一端进入混合器12，在金属扇叶1211旋转的作用下，空气被带进混合室122，而天然气从混合室122下方的管路b进入混合室122，空气和天然气在混合室122中混合，由于空气和天然气不断的涌入，混合气体从混合室122开设的出气孔1221流出，并通过混合器12另一端排出后经混气管道a流入燃烧头11；
53.5)点火装置点火阶段：当阀组14被打开时，此时点火装置由控制系统发出信号指令同步点火，使点火动作不晚于天然气从燃烧头11流出的时间。
54.由天然气和空气组成一定比例的混合气流入燃烧头11，该股混合气被点燃，混合气燃烧产生的热量被采集反馈至控制系统；若热量值超出需求，则通过控制系统减少鼓风机16空气进给量，从而减少天然气的进给量；若热量值达不到需求，则通过控制系统增加鼓风机16空气进给量，在预混风燃比可控的比例不变得情况下，天然气进给量增加，混合气燃烧热量提高；
55.6)高温烟气进入锅炉本体阶段：步骤5)点火后燃气燃烧达到2000-2200℃的高温烟气将进入锅炉本体2，由保温水箱、水泵、节能器4、水流管路w、锅炉本体2形成水通道开启，，高温烟气与循环水进行换热构成第一级换热；
56.7)烟气进入节能器阶段：经步骤6)后降为255-265℃左右的烟气通过连接烟道3进入节能器4，由保温水箱、循环水泵、进水阀8、节能器4构成的水循环构成第二级换热，进一步降低烟气温度到75-85℃；
57.8)烟气进入常压冷凝器阶段：经步骤7)后的烟气通过下烟室5进入到常压冷凝器6，常压冷凝器6在烟气进入前首先往s型冷凝管道61通冷水，在s型中循环的冷水对75-85℃的烟气进行继续降温，形成第三级换热，最终烟气温度降为50-60℃，低于排烟设计温度，并从烟囱7流出到下一设备。本实施例通过三级换热设计，将烟气原本高达2000-2200℃度的温度降为50-60℃的烟囱排出温度，整个系统热效率达到98％。
58.本实施例中，所述烟气的颗粒物排放浓度＜5mg/nm3,二氧化硫浓度＜10mg/nm3，氮氧化物浓度＜25mg/nm3，林格曼黑度≤1；有效减少了对空气的污染。
59.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做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。