一种生产热水和/或蒸汽的方法及其装置.pdf

本发明涉及一种热水和/或蒸汽发生装置，包括内外圆筒体、圆顶和底，其特征在于外圆筒体下半部内径为上半部内径的1.5－2.0倍；上半部内外圆筒体间设有被圆筒隔板(5)分成内外两室(7)、(8)相通的通水内腔(6)，内腔外室(8)设有两边对称的烟道气通道(9)，其出口顶端直通圆筒体顶外，下端伸入圆筒体下半部内；圆顶中心有一燃料入口(10)，燃料入口上方设混合器(11)，通过管线与燃料入口相连，燃料入口下方设燃料入口喷嘴和点火组件(12)；内圆筒体底部为锥体，锥体下壁上设有蒸汽及燃烧气导出孔(13)；在所述圆筒体上下沿着圆周截面设有多层水入口喷嘴(14)；喷嘴与内圆筒体壁之间夹角呈20－80°的角，每层喷嘴设4－40个喷嘴；该装置结构独特，操作简单，热效率高大于90％，维修费低，适应性强，是新一代热水和/或蒸汽发生装置，可替代现行热水锅炉和蒸汽发生装置。

1、  一种热水和/或蒸汽发生装置，包括一外圆筒体(1)、内圆筒体(2)、圆顶(3)、底(4)，其特征在于外圆筒体分上下两部份，上部为热水和/或蒸汽发生区，下半部为盛热水和/或蒸汽容器部份，外圆筒体下半部内径为上半部内径的1.5-2.0倍；上半部内外圆筒体间设有被圆筒隔板(5)分成内室(7)、外室(8)相通的通水内腔(6)，内腔外室(8)设有两边对称的烟道气通道(9)，其出口顶端直通圆筒体顶外，下端伸入圆筒体下半部内；圆顶中心有一燃料入口(10)，燃料入口上方设混合器(11)，通过管线使混合器与燃料入口相连，燃料入口下方设燃料入口喷嘴和点火组件(12)；内圆筒体底部为锥体，锥体下壁上设有蒸汽及燃烧气导出孔(13)；在所述圆筒体上下沿着圆周截面设有多层水入口喷嘴(14)；喷嘴与内圆筒体壁之间夹角呈20-80°的角，每层喷嘴设4-40个喷嘴；圆筒体下半部上方设有蒸汽出口(15)及冷水喷嘴(17)，中下部设有热水出口(16)，在圆筒体上设有多个测温和测压装置及自动调节阀，并与计算机相联实现自动控制。

2、  根据权利要求1所述的热水和/或蒸汽发生装置，其特征在于所述圆筒体长与内径之比为1-5∶1。

3、  根据权利要求1所述的热水和/或蒸汽发生装置，其特征在于所述水入口喷嘴层为1-10层，喷嘴为雾化喷嘴。

4、  根据权利要求1所述的热水和/或蒸汽发生装置，其特征在于所述烟道气排出管为弧形扁管或盘管，为10×20-500毫米。

5、  一种热水和/或蒸汽的生产方法包括下列步骤：
(1)、燃料和空气按预定计算量经混合器进行充分混合；
(2)、在热水和/或蒸汽发生装置中，混合燃料由燃料入口喷嘴和点火组件进入装置燃烧区，通过点火组件点燃燃料产生的火焰包封，温度高达1800-2000℃，混合燃料压力为0.2-2Mpa；
(3)、来自通水内腔的水由各层水入口喷嘴喷入预定量水与白灼火焰包封接触，水喷入压力为0.5-1.5Mpa，迅速进行热交换产生热水和/或蒸汽；
(4)、由测温和测压装置测得的温度和压力信号通过计算机反馈各物料入口调节阀调节各自流量进行自动控制。

一种生产热水和/或蒸汽的方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种热水和/或蒸汽发生装置。
背景技术
过去，大多数热水锅炉及蒸汽发生装置是间接式的，即燃料燃烧盛有水的锅炉或列管式锅炉从而产生热水和/或蒸汽，这类锅炉热效率低，装置笨重，污染环境。近年来世界各国正在开发直接式蒸汽发生装置，将燃料和空气燃烧后直接与水接触，燃烧产生热量传递给水而产生蒸汽的装置，这种装置由于大量水喷入火焰周围和中心而因控制不当易被熄灭，热量利用率低；发生蒸汽量小，又无法生产热水，装置效率低，限制了直接式装置的应用推广。
本发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，经发明人长期从事锅炉开发研究及工业生产实践，开发提供一种结构独特，操作简便灵活，热效率高，维持费低的新一代热水和/或蒸汽发生装置。
本发明提供的热水和/或蒸汽发生装置，包括一外圆筒体1、一内圆筒体2、圆顶3、底4，其特征在于外圆筒体分上下两部份，上半部为热水和/或蒸汽发生区，下半部为盛热水和/或蒸汽容器部分，外圆筒体下半部内径为上半部内径的1.5-2.0倍；上半部内外圆筒体间设有被圆筒隔板5分成内室7和外室8相通的通水内腔6，内腔外室8设有两边对称的烟道气通道9，其出口顶端直通圆筒体顶外，下端伸入圆筒体下半部内；圆顶中心有一燃料入口10，燃料入口上方设混合器11，通过管线使混合器与燃料入口相连，燃料入口下方设燃料入口喷嘴和点火组件12；内圆筒体底部为锥体，锥体下壁上设有蒸汽及燃烧气导出孔13；在所述圆筒体上下沿着圆周截面设有多层水入口喷嘴14；喷嘴与内圆筒体壁之间夹角呈20-80°的角，每层喷嘴设4-40个喷嘴；圆筒体下半部上方设有蒸汽出口15及冷水喷嘴17，中部设有热水出口16，在圆筒体上设有多个测温和测压装置及自动调节阀，并与计算机相联实现自动控制。
按照本发明提供的热水和/或蒸汽发生装置中，根据用户要求，适当调节工艺参数，例如混合燃料进料速度和进料量，喷嘴喷水量等可生产热水(各种所需温度的热水)或蒸汽或同时生产热水和蒸汽，优选生产各种温度的热水。所述内外圆筒体的尺寸取决于装置的生产能力与所需热水和/或蒸汽量，各操作工艺参数如燃料、水、空气的压力和流量等，其上部内圆筒体长与内径之比为1-5∶1，优选2-4∶1。
所述内外两室相通的通水内腔是指内圆筒体与外圆筒子体上部间所包围的空间，一般20-200毫米径向差(指上部内圆筒体的外径与外圆筒体内径之差)，在通水内腔内设有一与内外圆筒体形状相同的圆筒隔板，使其下部留有空间，内腔分成相通的内外两室，水可以从外室通向内室。在外室内两边对称设有烟道气排出管，进入通水内腔外室的水通过烟道气通道首先对排出的烟道气和夹带的蒸汽进行简接冷却，以便回收热量和热水，经热交换预热后进入内室的水由喷嘴层喷嘴喷入内圆筒体上部燃烧室，以利于产生更多的热水和/或蒸汽，提高热量利用率，同时保持圆筒体内壁处于低温状态。所述烟道气排出管根据装置高度、热量平衡以及烟道气排出管道有足够冷却空间，烟道气排出管通常为10×20-500毫米的弧形扁管或盘管。
所述内圆筒体上的水入口喷嘴层是在内圆筒体从上到下间隔一定距离沿着圆筒体的圆周截面设置多层水入口喷嘴层，一般设置1-10层，优选2-4层，每层间的距离可以相同或不同，最上层喷嘴层优选设在燃料喷嘴组件下方附近，可避免圆筒体顶附近造成高温区。每层设置的喷嘴数目可以相同或不同，一般为4-40个喷嘴。喷嘴的类型和尺寸与喷水压力和流量，装置能力，燃料燃烧形成白灼火焰包封的温度以及内圆筒体内的温度和压力等的因素相关，可以选择通用型喷嘴或雾化喷嘴或通用型喷嘴和雾化喷嘴混合使用，优选雾化喷嘴。这些类型的喷嘴是公知的市售产品。各层喷嘴以及每一层各喷嘴设置角度可以相同或不同，但要相互配合，使水与白灼火焰包封全方位接触充分均匀，一般与内圆筒体壁之间夹角为20-80°，最低层喷嘴的角度在＞45-＜90°之间，不同角度的设置有利于水与白灼火焰包封接触充分与均匀，热能在瞬间传递给水而产生热水和/或蒸汽。水通过各层喷嘴以不同角度进入燃烧区，立刻与形成的白灼火焰包封(温度高达1800-2000℃)充分接触，热传递效应以及汽化吸热作用，使高温白灼火焰包封的温度由原来的外部高内部低变成外部低内部高，热量传递给水，水迅速升温产生热水或汽化发生蒸汽，随时控制喷水量就可方便调节热水产生量及温度以及蒸汽的量。也可以通过设置在圆筒体下半部上方的冷水喷嘴来进一步调节热水的温度。如果生产热水，可通过此冷水喷嘴喷冷水与蒸汽接触，使蒸汽变成热水，同时大大减少蒸汽通过烟道气通道排出量，有利热量回收。产生的热水进入圆筒体下半部内，随时由热水出口排出。而少量蒸汽与烟道气一道通过烟道气排出孔及热水而进入烟道气通道排出。
所述混合器是燃料和空气进入热水和/或蒸汽发生装置燃烧区之前首先进行充分混合的设备，以便确保燃料在燃烧区内充分完全燃烧，产生的白灼火焰包封约1分钟内迅速使内圆筒体内达到1800-2000℃温度，混合器为公知市售混合器。在混合器的燃料与空气入口管线以及混合燃料入口处可设有可自动调节的阀，并与计算机控制系统相联，接受来自计算机的信号，从而调节进入混合器中燃料和空气的压力和流量，即调节流速或流量。
所述燃料可以是气体燃料如天然气、煤气、液化石油气等，液体燃料如丙烷、丁烷等，固体粉末燃料或固液混合燃料如水煤浆或油煤浆或水油煤浆等；进入混合器的燃料和空气预先根据生产热水和/或蒸汽量、压力、流量等燃烧化学热量平衡计算预定量，同时可通过与其相联的计算机根据来自测温和测压装置测得的数据信号来调整控制经由自动调节阀的燃料和空气进入量。
所述燃料入口喷嘴组件位于圆筒体顶部内圆筒体中心燃料入口处下方，水入口喷嘴层上方。该组件有多个喷嘴，优选为3-5个喷嘴和点火装置组成，其一个喷嘴在中心，其它2-4个喷嘴围绕中心喷嘴排列在圆面上。这些喷嘴和点火装置均为公知设备，燃料通过燃料喷嘴进入燃烧区时通过点火装置如电火花点火燃烧，形成外部温度高内部温度低的白灼火焰包封，白灼火焰包封温度高达2000℃，并释放大量热能；与水充分接触时，大量热能传递给水，产生混有N₂、CO₂及蒸汽等燃烧气通过导出孔进入烟道气排出管。燃料进入燃料入口喷嘴通常压力为0.2-2.OMpa，以利于燃烧火焰形成的白灼火焰包封与水接触，在压力下顺利通过导出孔。与此同时，位于每层喷嘴附近的测温和测压装置测得信号反馈计算机，从而进行整个体系控制和调节。所述测温装置为热敏传感器，也可以用热电偶或红外线测温装置；测压装置为通常市售测压装置。
本发明提供的热水和/或蒸汽发生装置可以各种方式安装，例如立式或者几个发生装置并联一起使用。
本发明提供的生产热水和/或蒸汽的方法包括下列步骤：
1、燃料和空气按预定计算量经混合器进行充分混合。
2、在热水和/或蒸汽发生装置中，混合燃料由燃料入口喷嘴和点火组件进入装置燃烧区，通过点火组件点燃燃料产生的火焰包封，温度高达1800-2000℃，混合燃料压力为0.2-2Mpa，
3、来自通水内腔的水由各层水入口喷嘴喷入预定量水与白灼火焰包封接触，水喷入压力为0.5-1.5Mpa，迅速进行热交换产生热水和/或蒸汽，含蒸汽的烟道气经由锥形底部蒸汽和燃烧气导出孔通过热水后由烟道气通道排出装置外。热水和蒸汽分别由热水出口和蒸汽出口随时导出，如果需要可由冷水喷嘴进一步调节热水温度。
4、由测温和测压装置测得的温度和压力信号通过计算机反馈各物料入口调节阀调节各自流量进行自动控制。
本发明提供的热水和/或蒸汽发生装置结构合理、独特，燃料入口喷嘴层设在内圆筒体顶上部燃烧区，带压燃料通过喷嘴喷入燃烧区呈均匀雾状分布，经点火燃烧后形成白灼火焰包封直向底部，白灼火焰包封温度外部高，内部低，达1800-1200℃，热量向圆周辐射，在一分钟内使整个内圆筒体内温度上升到1800-2000℃左右，设在圆筒体上的多层水入口喷嘴，由于每层喷嘴设置的数目和角度，以及各层各喷嘴喷入水量，完全能与白灼火焰包封全方位充分接触，迅速进行热交换，产生大量热水或蒸汽，使白灼火焰包封温度变成内部温度高于外部温度，尤其靠近内圆筒体内表面处附近温度较低，形成由中心到内表面形成温度递度并产生热流，热交换更加充分。内圆筒体不需高质量保温材料，如果需要可涂敷耐高温搪瓷材料。顶层水入口喷嘴设置在在燃料入口喷嘴附近，避免内圆筒体顶面局部区呈高温区。多层喷嘴设置可使水与白灼火焰包封多次充分接触进行热交换，热量利用更充分，从而提高了热效率；并能有效控制整个内圆筒体内温度防止局部温度过热。
设在各层水入口喷嘴层附近的测温和测压量装置及时测得温度和压力信号，经与此相联的计算机处理后反馈各进料调节阀的进料量和速度，随时调整体系的热平衡及动态平衡，使体系始终处于最佳的操作运行状态。
本发明提供的热水和/或蒸汽发生装置特点为：
1、小型轻便，结构独特，成本低，投资少，操作简便，可自动控制操作。
2、热效率高，为90％以上；维修费低。
3、燃料适应性强，可使用气体、液体和固体粉末燃料或固液混合燃料。
4、装置开停方便，可调性强，通过计算机随时调节热水或蒸汽发生量、并可几个并联一起使用。
按照本发明提供地热水和/或蒸汽发生装置可被广泛替代目前的热水锅炉及蒸汽发生装置。
附图说明
图1为热水和/或蒸汽发生装置的结构示意简图，
图2为热水和/或蒸汽发生装置的进水入口喷嘴层剖面布置示意图，
具体实施方式
本发明用下列具体实施方案结合附图来进一步说明本发明，但本发明保护范围并不限于具体实施方案。
本发明提供的热水和/或蒸汽发生装置，包括一外圆筒体1和一个内圆筒体2，内圆筒体与外圆筒体间有一通水内腔6被圆筒隔板5分成相通内外两室7、8，内圆筒体外径与外圆筒体的内径差为8厘米，外圆筒体其上半部长1.4米，下半部为1.0米，筒体长2.4米，圆筒体直径80厘米。内外圆筒体的圆顶3的中心燃料入口为5厘米直径，设置在该燃料入口上方的混合器11为市售通用型混合器，进入混合器的燃料和空气首先通过经燃烧化学热量平衡计算量，但通常采用空气过量约1.2-1.3倍的化学计算的空气。
首先将上述预定计算量通过与计算机相联的自动调节阀(未标)，燃料和空气的压力分别为0.4Mpa。设在燃料入口下方的燃料入口喷嘴和点火装置组件12包括5个喷嘴和一个电火花装置，燃料和空气通过混合器混合后进入燃料入口喷嘴，同时用电火花装置点燃燃料形成白灼火焰包封，在一分钟内使内圆筒体内温度迅速升高，白灼火焰包封呈外部温度高于内部温度，达到2000℃。在内圆筒体上自上至下沿着内圆筒体圆周截面设置三层水入口喷嘴14，距圆顶分别10、60、100厘米，各层喷嘴数目分别12、8、8，喷嘴角度约45°-60°不等，各层喷嘴喷入水首先通过内腔外室8对烟道气排出管进行冷却，同时预热水后进入内腔内室7，再由喷嘴喷入圆筒体内，由自动调节阀(未示出)来控制喷入的水量，喷入水压力为0.4Mpa，当燃料点燃后约1分钟进行喷水，使高温白灼火焰包封瞬时与水全方位均匀充分接触，热量迅速传递雾化水而产生热水，每小时产生热水8.0-60吨，不断在带压下导出装置外；与此同时设在各喷嘴层附近的热敏元件和测压装置及时测得燃烧区内的温度和压力，反馈于计算机；以便及时调整控制燃料、空气及水的进入速度。经测试计算热效率为98.6％。