一種連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器的制作方法

本實用新型涉及蒸汽發生器技術領域，特別是一種連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器。

背景技術：

工業領域對水蒸氣的需求量極大，就目前技術而言，蒸汽主要由蒸汽鍋爐產生，傳統蒸汽鍋爐主要依靠燃料在爐膛中燃燒產生熱量直接加熱鍋筒來產生蒸汽，該方法雖然能產生蒸汽，但煙氣帶走大量熱量，排煙溫度有幾百度，因而熱效率較低，即使使用換熱器對煙氣進行余熱回收，最終排煙溫度也在150℃左右，仍然有較大部分熱量沒有回收利用，并且換熱器易腐蝕，體積龐大，結構復雜，使用壽命短等缺點。霧霾情況的嚴重在不少地方提出禁止運行10噸以下的燃煤鍋爐來采暖或生產蒸汽，這樣，會有大量的燃氣鍋爐填補這個市場。目前的燃氣蒸汽鍋爐效率大多不高于90％，排煙溫度高，多在150℃以上，余熱得不到充分利用。

技術實現要素：

本實用新型的目的是克服上述現有技術的不足，提供一種連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器，煙氣的余熱首先用于加熱助燃空氣，然后對煙氣余熱進一步回收用于加熱給水，可以做到煙氣余熱的極限回收。本實用新型的蒸汽發生器能長期安全可靠的產生蒸汽或生產熱水或熱媒油，并能對煙氣的熱量充分回收利用，降低排煙溫度，減少熱損失，提高熱效率。

本實用新型是通過以下技術方案來實現的：

一種連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器，包括蒸汽發生器和設置于所述蒸汽發生器底部的加熱裝置，所述加熱裝置包括空氣管道、燃氣管道、第一四通換向閥、第二四通換向閥、第一蓄熱室、第二蓄熱室和燃燒裝置，所述第一蓄熱室和第二蓄熱室分別設置于所述蒸汽發生器底部的四周，所述第一蓄熱室由外向內依次設置有第一保溫層和第一蓄熱層，所述第二蓄熱室由外向內依次設置有第二保溫層和第二蓄熱層，所述燃燒裝置包括與所述第一蓄熱室連接的燃燒室，所述燃燒室與熱管換熱區連通，所述熱管換熱區外設置有煙氣出口，所述熱管換熱區內設置有煙氣導流板和由若干根熱管組成的熱管蔟；所述第一四通換向閥分別與第一蓄熱室、第二蓄熱室、第一排煙管道和空氣管道連通，所述第二四通換向閥分別與第一蓄熱室、第二蓄熱室、第二排煙管道和助燃空氣管道連通。

助燃空氣依次通過空氣管道和第一四通換向閥，經第一蓄熱室，助燃空氣被第一蓄熱層加熱后通過第二四通換向閥進入燃燒室，燃氣通過燃氣管道進入燃燒室與助燃空氣混合在燃燒室中燃燒，燃燒后的煙氣通過熱管換熱區內的煙氣導流板在熱管間流動，經過熱管換熱區換熱后的煙氣經過第二四通換向閥進入第二蓄熱室，加熱第二蓄熱層，再通過第一四通換向閥，經第一排煙管道引出，第一排煙管道為熱水管道和煙氣管道套接，煙氣管道設置于熱水管道的內部。

在一個燃燒周期內，在上半個周期，助燃空氣依次通過所述空氣管道和所述第一四通換向閥，經第一蓄熱室內蓄熱材料，空氣在其中被原已經被加熱的蓄熱材料加熱后通過第二四通換向閥進入燃燒室，空氣被加熱的溫度約300℃左右。燃氣通過燃氣管道進入燃燒室與空氣混合在燃燒室中燃燒，燃燒后的熱煙氣1000℃以下，通過煙氣導流板在熱管間流動，經過折流，可以延長煙氣與熱管的接觸時間，此部分熱管外有翅片，可以擴大換熱面積，與傳統鍋爐的光管相比，換熱面積可以增加8～10倍，因此，相同功率的設備可以做的更緊湊。在本實用新型中，第一四通換向閥為低溫四通閥，第二四通換向閥為高溫四通閥。

經過熱管換熱區換熱后，煙氣溫度降到350℃左右，然后經過高溫四通閥進入第二蓄熱室，加熱內部的蓄熱材料，而后通過低溫四通閥，經排煙風機引出，排煙管道為熱水管道和煙氣管道套接，煙氣管道設置于熱水管道的內部，由鍋爐給水進一步回收煙氣余熱，煙氣溫度可降低到50℃左右；熱管換熱區內根據加熱負荷不同設置有若干個熱管，熱管的上部設置于蒸汽發生器內部，下部設置于熱管換熱區內部。

在本實用新型中，通過高溫四通閥和低溫四通閥同時動作，可以保證燃燒器燃燒需要的高溫空氣的持續供應，同時，也可以保證高溫煙道內流向不變，這樣，對于除了用天然氣等干凈燃氣為燃料外，如發生爐煙氣或生物質氣等較臟的燃氣鍋爐，可以有效的在高溫煙氣管道中進行高溫除塵后再進行余熱回收。

本實用新型提出的連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器的突出特點是：(1)排煙溫度低，可以充分回收煙氣余熱，包括煙氣中蒸汽的汽化潛熱，從而可以提高熱效率到95％以上；(2)熱管煙氣加熱側增加翅片，可以增加換熱面積8～10倍，可以縮小設備體積；(3)熱管的換熱效率高，且系統中單根熱管的損壞不會造成整個系統的停止，設備使用壽命長；(4)所用蓄熱材料比表面積大，阻力損失小，可以根據具體情況形成圍護結構，設備體積小，換熱效果好；(5)火焰溫度控制在1000℃左右，熱力型NOX的生成受到抑制。

低溫四通閥、高溫四通閥的設置使煙氣和空氣在空氣管道和排煙管道中進行自由切換，水和煙氣在套管中發生熱交換，煙氣溫度進一步降低，水吸收熱量進入蒸汽發生器中；同時這兩個四通閥的設置使蒸汽發生器實現連續式蓄熱燃燒，使燃氣燃燒充分，最終的熱效率可達95％以上，煙氣回收率可達99％以上。

本實用新型提出的蒸汽發生器能長期安全可靠的產生蒸汽，并能對煙氣的熱量充分回收利用，降低排煙溫度，減少熱損失，提高熱效率。

優選地，所述的第一保溫層和第二保溫層的厚度分別為150～200mm，所述的第一蓄熱層和第二蓄熱層的截面寬度分別為100～150mm。第一蓄熱層和第二蓄熱層的蓄熱材料總高度及結構形式根據設備功率的大小分別計算。第一蓄熱層和第二蓄熱層的比表面積在1000m²/m³左右。

優選地，所述的第一蓄熱層和所述的第二蓄熱層的蓄熱材料選自陶瓷小球、蜂窩陶瓷或金屬蜂窩陶瓷中的一種。第一蓄熱層和所述第二蓄熱層的蓄熱材料可以為相同的蓄熱材料或者不同的蓄熱材料，只要其能達到相同的蓄熱效果即可。空氣和煙氣在蓄熱層中穩定流動，實現蓄熱層對空氣的加熱以及煙氣對蓄熱層的加熱。

優選地，所述的煙氣導流板在所述熱管換熱區內交替設置，使煙氣的運動軌跡呈S型。煙氣導流板的設計其延長了煙氣與熱管的接觸時間，使熱管吸收更多熱量。

優選地，所述的熱管下端設置有增大吸熱面積的翅片，提高換熱效率。

優選地，所述的蒸汽發生器頂部設置有將蒸汽排出的蒸汽管道。蒸汽管道用于將蒸汽發生器中產生的蒸汽及時排出。

優選地，所述的蒸汽發生器外部設置有用于監測蒸汽發生器內部溫度的溫度傳感器、用于監測蒸汽發生器內部壓力的壓力傳感器和用于確保蒸汽發生器安全的安全閥。

所述的熱管內部根據加熱工藝不同，保持一定的真空度。管內工質在較低在溫度下就可以實現蒸發，工質經過處理后，可以有效抑制高溫高壓下氫氣等不凝氣體的析出，且可以將析出的氫氣氣化為水，保證內部的真空度，從而可以延長熱管的使用壽命。管內工質可以視實際情況選擇，只要能達到需要的效果即可。

本實用新型的有益效果是：

(1)本實用新型提出的蒸汽發生器采用連續式蓄熱燃燒技術，燃氣燃燒充分，排煙順暢；

(2)通過熱管的高效換熱技術提高熱效率；

(3)通過蓄熱材料對煙氣的熱量極限回收利用，降低排煙溫度，減少熱損失，因而熱效率很高，本系統最終熱效率可達95％以上，排煙溫度比環境溫度高不大于30℃。

附圖說明

圖1是本實用新型的一種連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器的結構示意圖；

圖2是本實用新型的一種連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器的結構示意圖；

圖中：1、鼓風機；2、空氣管道；3、低溫四通閥；4、第一管道；5、第二管道；6、引風機；7、進水管道；8、熱水管道；9、第一排煙管道；10、熱水輸送管道；11、第二保溫層；12、第二蓄熱層；13、第三管道；14、煙氣出口；15、第二排煙管道；16、煙氣導流板；17、熱空氣管道；18、高溫四通閥；19、閥門；20、燃氣管道；21、燃燒器；22、第四管道；23、第一蓄熱層；24、溫度傳感器；25、壓力傳感器；26、安全閥；27、壓力容器；28、熱管；29、熱管換熱區；30、蒸汽管道。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型的內容做進一步詳細說明。

一種連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器，包括蒸汽發生器和設置于蒸汽發生器底部的加熱裝置，加熱裝置包括空氣管道、燃氣管道、第一四通換向閥、第二四通換向閥、第一蓄熱室、第二蓄熱室和燃燒裝置，第一蓄熱室和第二蓄熱室分別設置于蒸汽發生器底部的四周，第一蓄熱室由外向內依次設置有第一保溫層和第一蓄熱層，第二蓄熱室由外向內依次設置有第二保溫層和第二蓄熱層，燃燒裝置包括與第一蓄熱室連接的燃燒室，燃燒室與熱管換熱區連通，熱管換熱區外設置有煙氣出口，熱管換熱區內設置有煙氣導流板和由若干根熱管組成的熱管蔟；第一四通換向閥分別與第一蓄熱室、第二蓄熱室、第一排煙管道和空氣管道連通，第二四通換向閥分別與第一蓄熱室、第二蓄熱室、第二排煙管道和助燃空氣管道連通；助燃空氣依次通過空氣管道和第一四通換向閥，經第一蓄熱室，助燃空氣被第一蓄熱層加熱后通過第二四通換向閥進入燃燒室，燃氣通過燃氣管道進入燃燒室與助燃空氣混合在燃燒室中燃燒，燃燒后的煙氣通過熱管換熱區內的煙氣導流板在熱管間流動，經過熱管換熱區換熱后的煙氣經過第二四通換向閥進入第二蓄熱室，加熱第二蓄熱層，再通過第一四通換向閥，經第一排煙管道引出，第一排煙管道為熱水管道和煙氣管道套接，煙氣管道設置于熱水管道的內部。在本實用新型中，第一四通換向閥為低溫四通閥，第二四通換向閥為高溫四通閥。

實施例

參閱圖1～2，圖1和圖2均為連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器的結構示意圖。

本實用新型所提出的連續式蓄熱燃燒燃氣熱管蒸汽發生器，包括蒸汽發生器和設置于所述蒸汽發生器底部的加熱裝置，加熱裝置包括空氣管道2、燃氣管道20、低溫四通閥3、高溫四通閥18、第一蓄熱室、第二蓄熱室和燃燒裝置，第一蓄熱室和第二蓄熱室分別設置于蒸汽發生器底部的四周，第一蓄熱室由外向內依次設置有第一保溫層和第一蓄熱層23，第二蓄熱室由外向內依次設置有第二保溫層11和第二蓄熱層12，燃燒裝置包括與第一蓄熱室連接的燃燒室，燃燒室與熱管換熱區29連通，熱管換熱區29外設置有煙氣出口14，熱管換熱區29內設置有煙氣導流板16和由若干根熱管28組成的熱管蔟；低溫四通閥3分別與第一蓄熱室、第二蓄熱室、第一排煙管道9和空氣管道連通，高溫四通閥18分別與第一蓄熱室、第二蓄熱室、第二排煙管道15和助燃空氣管道連通；助燃空氣依次通過空氣管道2和低溫四通閥3，經第一蓄熱室，助燃空氣被第一蓄熱層23加熱后通過高溫四通閥18進入燃燒室，燃氣通過燃氣管道20進入燃燒室與助燃空氣混合在燃燒室中燃燒，燃燒后的煙氣通過熱管換熱區29內的煙氣導流板16在熱管28間流動，經過熱管換熱區29換熱后的煙氣經過高溫四通閥18進入第二蓄熱室，加熱第二蓄熱層12，再通過低溫四通閥3，經第一排煙管道9引出，第一排煙管道9為熱水管道8和煙氣管道套接，煙氣管道設置于熱水管道8的內部，熱水管道8中的水通過進水管道7提供。熱管28的上部設置于蒸汽發生器內部，下部設置于熱管換熱區29內部。熱水管道8和煙氣管道套接，使水和煙氣在套管中發生熱交換，煙氣溫度進一步降低，水吸收熱量進入蒸汽發生器中。

在本實施例中，熱管28均布豎直排列在熱管換熱區29內，通過煙氣導流板16延長煙氣與熱管的接觸時間。熱管蒸發側在煙氣吸收熱量，通過放熱冷凝段在鍋筒放熱完成熱量的傳遞。

蒸汽發生器可以為壓力容器、鍋爐或者任何本領域技術人員可以想到的儲存蒸汽的容器都可以，可以用于生產蒸汽，也可以用于生產熱水或加熱熱媒油等，在本實施例中蒸汽發生器為壓力容器27。壓力容器27外部設置有用于監測壓力容器內部溫度的溫度傳感器24、用于監測壓力容器內部壓力的壓力傳感器25和用于確保壓力容器安全的安全閥26。

低溫四通閥3、高溫四通閥18的設置使煙氣和空氣在空氣管道2和第一排煙管道9中進行自由切換，水和煙氣在套管中發生熱交換，煙氣溫度進一步降低，水吸收熱量進入蒸汽發生器中；同時這兩個四通閥的設置使蒸汽發生器實現連續式蓄熱燃燒，使燃氣燃燒充分，最終的熱效率可達95％以上，煙氣回收率可達98％以上。四通閥可以是二位四通閥或三位四通閥，其可以滿足煙氣和空氣在第一管道4和第二管道5、或者第三管道13和第四管道22中進行自由切換即可，在本實施例中優選高溫四通閥和低溫四通閥均為二位四通閥。

第一蓄熱層23和第二蓄熱層12的蓄熱材料選自陶瓷小球、蜂窩陶瓷或金屬蜂窩陶瓷中的一種。第一蓄熱層23和第二蓄熱層12的蓄熱材料可以為相同的蓄熱材料或者不同的蓄熱材料，其能起到想到相同的效果均可。本裝置中，第一蓄熱層及第一保溫層一起作為爐墻，或者第二蓄熱層及第二保溫層一起作為爐墻，由于蓄熱材料具有較大的換熱面積，比表面積可達1000立方每平方，因此，在保證換熱效果的前提下，可以有效減少設備體積。傳統的鍋爐相比，翅片管取代了光管，換熱面積提高了8～10倍，在保證換熱效果的同時，可以進一步縮小設備空間。空氣和煙氣在蓄熱層中穩定流動，實現蓄熱層對空氣的加熱以及煙氣對蓄熱行的加熱。第一保溫層和第二保溫層11為陶瓷纖維氈，第一保溫層和第二保溫層11的厚度分別為150～200mm，第一蓄熱層和第二蓄熱層的截面寬度分別為100～150mm。第一蓄熱層和第二蓄熱層的蓄熱材料總高度及結構形式根據設備功率的大小分別計算。第一蓄熱層和第二蓄熱層的比表面積在1000m²/m³左右。第一保溫層使第一蓄熱機構儲存的熱量不容易散發出去，第二保溫層使第二蓄熱機構儲存的熱量不容易散發出去。

蒸汽發生器頂部設置有將蒸汽排出的蒸汽管道30。蒸汽管道30用于將蒸汽發生器中產生的蒸汽及時排出。

熱管換熱區29內設置有若干個煙氣導流板16，煙氣導流板16在熱管換熱區29煙道內交替設置，使煙氣的運動軌跡呈“S”型。煙氣導流板16的設計其延長了煙氣與熱管的接觸時間，使熱管吸收更多熱量。煙氣導流板16的數量可根據實際需要設置，在本實施例中煙氣導流板的數量為3個，其就可以達到煙氣回收的效果。

本實用新型的蓄熱燃燒式燃氣熱管蒸汽發生器的工作原理是：

(1)空氣由鼓風機1送入空氣管道2首先經過低溫四通閥3，然后依次經第一管道4、第一蓄熱層23、第四管道22、高溫四通閥18和熱空氣管道17，到達燃燒器21進入燃燒室，在此過程中，空氣被第一蓄熱層23由環境溫度加熱到250℃～350℃；同時，燃氣由燃氣管道20，經閥門19，達燃燒器21與空氣混合燃燒；燃燒產生的高溫煙氣由熱管28吸收并傳輸到壓力容器27加熱水產蒸汽，當蒸汽到達設定要求后由蒸汽管道30引出，同時，煙氣在煙氣導流板16的引導下按“S”軌跡運動到煙氣出口14，增加了與熱管28的接觸時間，使熱管28吸收更多的熱量；煙氣由煙氣出口14進入第二排煙管道15，依次經高溫四通閥18、第三管道13、第二蓄熱層12并發生熱交換，第二蓄熱層12吸收煙氣的熱量，溫度升高，煙氣溫度降低，經第二管道5進入低溫四通閥3，在此過程中，煙氣余熱被蓄存在第二蓄熱層12內，煙氣被冷卻，溫度由320℃降低到100℃左右，這個溫度主要是保證煙氣內水蒸汽不凝結，再由引風機6送入第一排煙管道9，第一排煙管道9中的煙氣加熱由進水管道7進入熱水管道8中的水，煙氣經過引風機6后，在此過程中水和煙氣在熱水管道8中發生熱交換，水的溫度升高經熱水輸送管道10進入壓力容器27，煙氣的溫度進一步降低到50℃～60℃，排入大氣環境中；在上半周期，第一蓄熱層23被冷卻，第二蓄熱層12被加熱；

(2)空氣由鼓風機1送入空氣管道2首先經過低溫四通閥3，此時低溫四通閥3已換向，空氣依次經第二管道5、第二蓄熱層12、第三管道13和高溫四通閥18，此時高溫四通閥18已換向，空氣進入熱空氣管道17，到達燃燒器21，在此過程中，空氣被第二蓄熱室蓄熱材料層12由環境溫度加熱到250℃～350℃，同時，燃氣由燃氣管道20，經閥門19，達燃燒器21與空氣混合在燃燒室內燃燒；燃燒產生的高溫煙氣由熱管28吸收并傳輸到壓力容器27加熱水產蒸汽，當蒸汽到達設定要求后由蒸汽管道30引出，同時，煙氣在煙氣導流板16的引導下按“S”軌跡運動到煙氣出口14，增加了與熱管28的接觸時間，使熱管28吸收更多的熱量；煙氣由煙氣出口14依次經第二排煙管道15、高溫四通閥18和第四管道22后，經第一蓄熱層23并發生熱交換，第一蓄熱層23吸收煙氣的熱量，溫度升高，煙氣溫度降低，經第一管道4進入低溫四通閥3，在此過程中，煙氣余熱被蓄存在第一蓄熱層23內，煙氣被冷卻，溫度由320℃降低到100℃左右，這個溫度主要是保證煙氣內水蒸汽不凝結，再由引風機6送入第一排煙管道9，煙氣經過引風機后，在此過程中水和煙氣在熱水管道8中發生熱交換，水的溫度升高經熱水輸送管道10進入壓力容器27，煙氣的溫度進一步降低到50℃～60℃，排入大氣環境中，在下半周期，第二蓄熱層12被冷卻，第一蓄熱層23被加熱；

以上步驟(1)和步驟(2)兩個過程形成一個周期然后循環進行，煙氣的熱量得以極限回收利用，因而熱效率很高，煙氣的熱量回收率可以達到98％以上。通過高溫四通閥和低溫四通閥同時動作，可以保證燃燒器燃燒需要的高溫空氣的持續供應，同時，也可以保證高溫煙道內流向不變，這樣，對于除了用天然氣等干凈燃氣為燃料外，如發生爐煙氣或生物質氣等較臟的燃氣鍋爐，可以有效的在高溫煙氣管道中進行高溫除塵后再進行余熱回收。

本實用新型提出的蒸汽發生器其煙氣的余熱首先用于加熱助燃空氣，然后對煙氣余熱進一步回收用于加熱給水，可以做到煙氣余熱的極限回收；其能對煙氣的熱量充分回收利用，降低排煙溫度，減少熱損失，提高熱效率；連續式蓄熱燃燒技術，燃氣燃燒充分，排煙順暢，通過熱管的高效換熱技術提高熱效率。

上列詳細說明是針對本實用新型可行實施例的具體說明，該實施例并非用以限制本實用新型的專利范圍，凡未脫離本實用新型所為的等效實施或變更，均應包含于本案的專利范圍中。