專利名稱：一種生產熱水和/或蒸汽的方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置。
背景技術：
過去，大多數熱水鍋爐及蒸汽發(fā)生裝置是間接式的，即燃料燃燒盛有水的鍋爐或列管式鍋爐從而產生熱水和/或蒸汽，這類鍋爐熱效率低，裝置笨重，污染環(huán)境。近年來世界各國正在開發(fā)直接式蒸汽發(fā)生裝置，將燃料和空氣燃燒后直接與水接觸，燃燒產生熱量傳遞給水而產生蒸汽的裝置，這種裝置由于大量水噴入火焰周圍和中心而因控制不當易被熄滅，熱量利用率低；發(fā)生蒸汽量小，又無法生產熱水，裝置效率低，限制了直接式裝置的應用推廣。
本

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，經發(fā)明人長期從事鍋爐開發(fā)研究及工業(yè)生產實踐，開發(fā)提供一種結構獨特，操作簡便靈活，熱效率高，維持費低的新一代熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，包括一外圓筒體1、一內圓筒體2、圓頂3、底4，其特征在于外圓筒體分上下兩部份，上半部為熱水和/或蒸汽發(fā)生區(qū)，下半部為盛熱水和/或蒸汽容器部分，外圓筒體下半部內徑為上半部內徑的1.5-2.0倍；上半部內外圓筒體間設有被圓筒隔板5分成內室7和外室8相通的通水內腔6，內腔外室8設有兩邊對稱的煙道氣通道9，其出口頂端直通圓筒體頂外，下端伸入圓筒體下半部內；圓頂中心有一燃料入口10，燃料入口上方設混合器11，通過管線使混合器與燃料入口相連，燃料入口下方設燃料入口噴嘴和點火組件12；內圓筒體底部為錐體，錐體下壁上設有蒸汽及燃燒氣導出孔13；在所述圓筒體上下沿著圓周截面設有多層水入口噴嘴14；噴嘴與內圓筒體壁之間夾角呈20-80°的角，每層噴嘴設4-40個噴嘴；圓筒體下半部上方設有蒸汽出口15及冷水噴嘴17，中部設有熱水出口16，在圓筒體上設有多個測溫和測壓裝置及自動調節(jié)閥，并與計算機相聯實現自動控制。
按照本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置中，根據用戶要求，適當調節(jié)工藝參數，例如混合燃料進料速度和進料量，噴嘴噴水量等可生產熱水(各種所需溫度的熱水)或蒸汽或同時生產熱水和蒸汽，優(yōu)選生產各種溫度的熱水。所述內外圓筒體的尺寸取決于裝置的生產能力與所需熱水和/或蒸汽量，各操作工藝參數如燃料、水、空氣的壓力和流量等，其上部內圓筒體長與內徑之比為1-5∶1，優(yōu)選2-4∶1。
所述內外兩室相通的通水內腔是指內圓筒體與外圓筒子體上部間所包圍的空間，一般20-200毫米徑向差(指上部內圓筒體的外徑與外圓筒體內徑之差)，在通水內腔內設有一與內外圓筒體形狀相同的圓筒隔板，使其下部留有空間，內腔分成相通的內外兩室，水可以從外室通向內室。在外室內兩邊對稱設有煙道氣排出管，進入通水內腔外室的水通過煙道氣通道首先對排出的煙道氣和夾帶的蒸汽進行簡接冷卻，以便回收熱量和熱水，經熱交換預熱后進入內室的水由噴嘴層噴嘴噴入內圓筒體上部燃燒室，以利于產生更多的熱水和/或蒸汽，提高熱量利用率，同時保持圓筒體內壁處于低溫狀態(tài)。所述煙道氣排出管根據裝置高度、熱量平衡以及煙道氣排出管道有足夠冷卻空間，煙道氣排出管通常為10×20-500毫米的弧形扁管或盤管。
所述內圓筒體上的水入口噴嘴層是在內圓筒體從上到下間隔一定距離沿著圓筒體的圓周截面設置多層水入口噴嘴層，一般設置1-10層，優(yōu)選2-4層，每層間的距離可以相同或不同，最上層噴嘴層優(yōu)選設在燃料噴嘴組件下方附近，可避免圓筒體頂附近造成高溫區(qū)。每層設置的噴嘴數目可以相同或不同，一般為4-40個噴嘴。噴嘴的類型和尺寸與噴水壓力和流量，裝置能力，燃料燃燒形成白灼火焰包封的溫度以及內圓筒體內的溫度和壓力等的因素相關，可以選擇通用型噴嘴或霧化噴嘴或通用型噴嘴和霧化噴嘴混合使用，優(yōu)選霧化噴嘴。這些類型的噴嘴是公知的市售產品。各層噴嘴以及每一層各噴嘴設置角度可以相同或不同，但要相互配合，使水與白灼火焰包封全方位接觸充分均勻，一般與內圓筒體壁之間夾角為20-80°，最低層噴嘴的角度在＞45-＜90°之間，不同角度的設置有利于水與白灼火焰包封接觸充分與均勻，熱能在瞬間傳遞給水而產生熱水和/或蒸汽。水通過各層噴嘴以不同角度進入燃燒區(qū)，立刻與形成的白灼火焰包封(溫度高達1800-2000℃)充分接觸，熱傳遞效應以及汽化吸熱作用，使高溫白灼火焰包封的溫度由原來的外部高內部低變成外部低內部高，熱量傳遞給水，水迅速升溫產生熱水或汽化發(fā)生蒸汽，隨時控制噴水量就可方便調節(jié)熱水產生量及溫度以及蒸汽的量。也可以通過設置在圓筒體下半部上方的冷水噴嘴來進一步調節(jié)熱水的溫度。如果生產熱水，可通過此冷水噴嘴噴冷水與蒸汽接觸，使蒸汽變成熱水，同時大大減少蒸汽通過煙道氣通道排出量，有利熱量回收。產生的熱水進入圓筒體下半部內，隨時由熱水出口排出。而少量蒸汽與煙道氣一道通過煙道氣排出孔及熱水而進入煙道氣通道排出。
所述混合器是燃料和空氣進入熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置燃燒區(qū)之前首先進行充分混合的設備，以便確保燃料在燃燒區(qū)內充分完全燃燒，產生的白灼火焰包封約1分鐘內迅速使內圓筒體內達到1800-2000℃溫度，混合器為公知市售混合器。在混合器的燃料與空氣入口管線以及混合燃料入口處可設有可自動調節(jié)的閥，并與計算機控制系統(tǒng)相聯，接受來自計算機的信號，從而調節(jié)進入混合器中燃料和空氣的壓力和流量，即調節(jié)流速或流量。
所述燃料可以是氣體燃料如天然氣、煤氣、液化石油氣等，液體燃料如丙烷、丁烷等，固體粉末燃料或固液混合燃料如水煤漿或油煤漿或水油煤漿等；進入混合器的燃料和空氣預先根據生產熱水和/或蒸汽量、壓力、流量等燃燒化學熱量平衡計算預定量，同時可通過與其相聯的計算機根據來自測溫和測壓裝置測得的數據信號來調整控制經由自動調節(jié)閥的燃料和空氣進入量。
所述燃料入口噴嘴組件位于圓筒體頂部內圓筒體中心燃料入口處下方，水入口噴嘴層上方。該組件有多個噴嘴，優(yōu)選為3-5個噴嘴和點火裝置組成，其一個噴嘴在中心，其它2-4個噴嘴圍繞中心噴嘴排列在圓面上。這些噴嘴和點火裝置均為公知設備，燃料通過燃料噴嘴進入燃燒區(qū)時通過點火裝置如電火花點火燃燒，形成外部溫度高內部溫度低的白灼火焰包封，白灼火焰包封溫度高達2000℃，并釋放大量熱能；與水充分接觸時，大量熱能傳遞給水，產生混有N2、CO2及蒸汽等燃燒氣通過導出孔進入煙道氣排出管。燃料進入燃料入口噴嘴通常壓力為0.2-2.OMpa，以利于燃燒火焰形成的白灼火焰包封與水接觸，在壓力下順利通過導出孔。與此同時，位于每層噴嘴附近的測溫和測壓裝置測得信號反饋計算機，從而進行整個體系控制和調節(jié)。所述測溫裝置為熱敏傳感器，也可以用熱電偶或紅外線測溫裝置；測壓裝置為通常市售測壓裝置。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置可以各種方式安裝，例如立式或者幾個發(fā)生裝置并聯一起使用。
本發(fā)明提供的生產熱水和/或蒸汽的方法包括下列步驟1、燃料和空氣按預定計算量經混合器進行充分混合。
2、在熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置中，混合燃料由燃料入口噴嘴和點火組件進入裝置燃燒區(qū)，通過點火組件點燃燃料產生的火焰包封，溫度高達1800-2000℃，混合燃料壓力為0.2-2Mpa，3、來自通水內腔的水由各層水入口噴嘴噴入預定量水與白灼火焰包封接觸，水噴入壓力為0.5-1.5Mpa，迅速進行熱交換產生熱水和/或蒸汽，含蒸汽的煙道氣經由錐形底部蒸汽和燃燒氣導出孔通過熱水后由煙道氣通道排出裝置外。熱水和蒸汽分別由熱水出口和蒸汽出口隨時導出，如果需要可由冷水噴嘴進一步調節(jié)熱水溫度。
4、由測溫和測壓裝置測得的溫度和壓力信號通過計算機反饋各物料入口調節(jié)閥調節(jié)各自流量進行自動控制。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置結構合理、獨特，燃料入口噴嘴層設在內圓筒體頂上部燃燒區(qū)，帶壓燃料通過噴嘴噴入燃燒區(qū)呈均勻霧狀分布，經點火燃燒后形成白灼火焰包封直向底部，白灼火焰包封溫度外部高，內部低，達1800-1200℃，熱量向圓周輻射，在一分鐘內使整個內圓筒體內溫度上升到1800-2000℃左右，設在圓筒體上的多層水入口噴嘴，由于每層噴嘴設置的數目和角度，以及各層各噴嘴噴入水量，完全能與白灼火焰包封全方位充分接觸，迅速進行熱交換，產生大量熱水或蒸汽，使白灼火焰包封溫度變成內部溫度高于外部溫度，尤其靠近內圓筒體內表面處附近溫度較低，形成由中心到內表面形成溫度遞度并產生熱流，熱交換更加充分。內圓筒體不需高質量保溫材料，如果需要可涂敷耐高溫搪瓷材料。頂層水入口噴嘴設置在在燃料入口噴嘴附近，避免內圓筒體頂面局部區(qū)呈高溫區(qū)。多層噴嘴設置可使水與白灼火焰包封多次充分接觸進行熱交換，熱量利用更充分，從而提高了熱效率；并能有效控制整個內圓筒體內溫度防止局部溫度過熱。
設在各層水入口噴嘴層附近的測溫和測壓量裝置及時測得溫度和壓力信號，經與此相聯的計算機處理后反饋各進料調節(jié)閥的進料量和速度，隨時調整體系的熱平衡及動態(tài)平衡，使體系始終處于最佳的操作運行狀態(tài)。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置特點為1、小型輕便，結構獨特，成本低，投資少，操作簡便，可自動控制操作。
2、熱效率高，為90％以上；維修費低。
3、燃料適應性強，可使用氣體、液體和固體粉末燃料或固液混合燃料。
4、裝置開停方便，可調性強，通過計算機隨時調節(jié)熱水或蒸汽發(fā)生量、并可幾個并聯一起使用。
按照本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置可被廣泛替代目前的熱水鍋爐及蒸汽發(fā)生裝置。


圖1為熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置的結構示意簡圖，圖2為熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置的進水入口噴嘴層剖面布置示意圖，具體實施方式
本發(fā)明用下列具體實施方案結合附圖來進一步說明本發(fā)明，但本發(fā)明保護范圍并不限于具體實施方案。
本發(fā)明提供的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，包括一外圓筒體1和一個內圓筒體2，內圓筒體與外圓筒體間有一通水內腔6被圓筒隔板5分成相通內外兩室7、8，內圓筒體外徑與外圓筒體的內徑差為8厘米，外圓筒體其上半部長1.4米，下半部為1.0米，筒體長2.4米，圓筒體直徑80厘米。內外圓筒體的圓頂3的中心燃料入口為5厘米直徑，設置在該燃料入口上方的混合器11為市售通用型混合器，進入混合器的燃料和空氣首先通過經燃燒化學熱量平衡計算量，但通常采用空氣過量約1.2-1.3倍的化學計算的空氣。
首先將上述預定計算量通過與計算機相聯的自動調節(jié)閥(未標)，燃料和空氣的壓力分別為0.4Mpa。設在燃料入口下方的燃料入口噴嘴和點火裝置組件12包括5個噴嘴和一個電火花裝置，燃料和空氣通過混合器混合后進入燃料入口噴嘴，同時用電火花裝置點燃燃料形成白灼火焰包封，在一分鐘內使內圓筒體內溫度迅速升高，白灼火焰包封呈外部溫度高于內部溫度，達到2000℃。在內圓筒體上自上至下沿著內圓筒體圓周截面設置三層水入口噴嘴14，距圓頂分別10、60、100厘米，各層噴嘴數目分別12、8、8，噴嘴角度約45°-60°不等，各層噴嘴噴入水首先通過內腔外室8對煙道氣排出管進行冷卻，同時預熱水后進入內腔內室7，再由噴嘴噴入圓筒體內，由自動調節(jié)閥(未示出)來控制噴入的水量，噴入水壓力為0.4Mpa，當燃料點燃后約1分鐘進行噴水，使高溫白灼火焰包封瞬時與水全方位均勻充分接觸，熱量迅速傳遞霧化水而產生熱水，每小時產生熱水8.0-60噸，不斷在帶壓下導出裝置外；與此同時設在各噴嘴層附近的熱敏元件和測壓裝置及時測得燃燒區(qū)內的溫度和壓力，反饋于計算機；以便及時調整控制燃料、空氣及水的進入速度。經測試計算熱效率為98.6％。
權利要求
1.一種熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，包括一外圓筒體(1)、內圓筒體(2)、圓頂(3)、底(4)，其特征在于外圓筒體分上下兩部份，上部為熱水和/或蒸汽發(fā)生區(qū)，下半部為盛熱水和/或蒸汽容器部份，外圓筒體下半部內徑為上半部內徑的1.5-2.0倍；上半部內外圓筒體間設有被圓筒隔板(5)分成內室(7)、外室(8)相通的通水內腔(6)，內腔外室(8)設有兩邊對稱的煙道氣通道(9)，其出口頂端直通圓筒體頂外，下端伸入圓筒體下半部內；圓頂中心有一燃料入口(10)，燃料入口上方設混合器(11)，通過管線使混合器與燃料入口相連，燃料入口下方設燃料入口噴嘴和點火組件(12)；內圓筒體底部為錐體，錐體下壁上設有蒸汽及燃燒氣導出孔(13)；在所述圓筒體上下沿著圓周截面設有多層水入口噴嘴(14)；噴嘴與內圓筒體壁之間夾角呈20-80°的角，每層噴嘴設4-40個噴嘴；圓筒體下半部上方設有蒸汽出口(15)及冷水噴嘴(17)，中下部設有熱水出口(16)，在圓筒體上設有多個測溫和測壓裝置及自動調節(jié)閥，并與計算機相聯實現自動控制。
2.根據權利要求1所述的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于所述圓筒體長與內徑之比為1-5∶1。
3.根據權利要求1所述的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于所述水入口噴嘴層為1-10層，噴嘴為霧化噴嘴。
4.根據權利要求1所述的熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，其特征在于所述煙道氣排出管為弧形扁管或盤管，為10×20-500毫米。
5.一種熱水和/或蒸汽的生產方法包括下列步驟(1)、燃料和空氣按預定計算量經混合器進行充分混合；(2)、在熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置中，混合燃料由燃料入口噴嘴和點火組件進入裝置燃燒區(qū)，通過點火組件點燃燃料產生的火焰包封，溫度高達1800-2000℃，混合燃料壓力為0.2-2Mpa；(3)、來自通水內腔的水由各層水入口噴嘴噴入預定量水與白灼火焰包封接觸，水噴入壓力為0.5-1.5Mpa，迅速進行熱交換產生熱水和/或蒸汽；(4)、由測溫和測壓裝置測得的溫度和壓力信號通過計算機反饋各物料入口調節(jié)閥調節(jié)各自流量進行自動控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，包括內外圓筒體、圓頂和底，其特征在于外圓筒體下半部內徑為上半部內徑的1.5－2.0倍；上半部內外圓筒體間設有被圓筒隔板(5)分成內外兩室(7)、(8)相通的通水內腔(6)，內腔外室(8)設有兩邊對稱的煙道氣通道(9)，其出口頂端直通圓筒體頂外，下端伸入圓筒體下半部內；圓頂中心有一燃料入口(10)，燃料入口上方設混合器(11)，通過管線與燃料入口相連，燃料入口下方設燃料入口噴嘴和點火組件(12)；內圓筒體底部為錐體，錐體下壁上設有蒸汽及燃燒氣導出孔(13)；在所述圓筒體上下沿著圓周截面設有多層水入口噴嘴(14)；噴嘴與內圓筒體壁之間夾角呈20－80°的角，每層噴嘴設4－40個噴嘴；該裝置結構獨特，操作簡單，熱效率高大于90％，維修費低，適應性強，是新一代熱水和/或蒸汽發(fā)生裝置，可替代現行熱水鍋爐和蒸汽發(fā)生裝置。
文檔編號F24H1/00GK1587796SQ200410059499
公開日2005年3月2日 申請日期2004年6月28日 優(yōu)先權日2004年6月28日
發(fā)明者王逢旦 申請人:王逢旦