1.本实用新型涉及矿用低浓度瓦斯应用技术领域，具体是一种瓦斯低氮燃烧生产蒸汽的装置。


背景技术：

2.目前，煤矿开采过程中会伴随产生的浓度在1～10％v内的低热值瓦斯气，基于安全考虑，一般该瓦斯气进行直接放空排放处理，这样，一方面导致资源浪费和环境污染；另一方面，煤矿生产过程需要的蒸汽和热水等需要天然气或高浓度瓦斯气燃烧锅炉等提供，因此，如果低浓度瓦斯气进行安全高效回收利用生产蒸汽，替代天然气锅炉为煤矿生产提供热能，在实现资源回收和环保治理的同时，可产生可观的经济效益。
3.利用燃气燃烧生产蒸汽的方法，主要有自然循环式锅炉、强制循环锅炉或蒸汽发生器等类型设备；强制循环锅炉中普遍采用的直流锅炉由给水泵、炉体、蒸发管、汽水分离器、燃烧器、控制系统等组成，由于直流锅炉容积较小，一般小型锅炉不属于压力容器监管范围，且具有启动速度快、操作自动化程度高、使用灵活方便、安全可靠等优点，得到用户的广泛青睐，尤其是一些特殊场合使用更体现出其优势。目前，直流锅炉由于其燃烧器结构及燃烧控制方法，通常只适用于燃烧较高浓度的天然气、煤气等，对于低热值的低浓度瓦斯气，如浓度在1～10％v内的瓦斯气通常不适用，低热值瓦斯气的回收利用需要更加安全可靠、自动化控制、安全燃烧生产蒸汽的设备和系统。


技术实现要素：

4.本实用新型提出一种瓦斯低氮燃烧生产蒸汽的装置，解决了现有技术中低热值瓦斯无法利用，导致资源浪费和环境污染的问题。
5.本实用新型的技术方案是这样实现的：
6.一种瓦斯低氮燃烧生产蒸汽的装置，包括炉体、软化水储罐和汽水分离器；
7.所述炉体的顶部设置有排气筒；所述炉体的外壁设置有水夹套，所述炉体的内部设置有内侧蒸汽蒸发盘管、外侧蒸汽蒸发盘管和燃烧器；所述燃烧器的燃烧头位于内侧蒸汽蒸发盘管的内侧；
8.所述外侧蒸汽蒸发盘管套设于内侧蒸汽蒸发盘管的外围，且所述外侧蒸汽蒸发盘管与内侧蒸汽蒸发盘管之间留有第一烟气流道，所述外侧蒸汽蒸发盘管与炉体的侧壁之间留有第二烟气流道；所述内侧蒸汽蒸发盘管和外侧蒸汽蒸发盘管的上端设置有烟气折流装置，所述内侧蒸汽蒸发盘管的上端与烟气折流装置之间留有第一烟气通道，所述内侧蒸汽蒸发盘管的内侧经该第一烟气通道与第一烟气流道连通；所述外侧蒸汽蒸发盘管的下端与炉体的底壁之间留有第二烟气通道，所述第一烟气流道经该第二烟气通道与第二烟气流道连通；
9.所述内侧蒸汽蒸发盘管的下端与外侧蒸汽蒸发盘管的下端连通；所述内侧蒸汽蒸发盘管的上端与第一接口连接；所述烟气折流装置的内部具有导气腔，所述外侧蒸汽蒸发
盘管的上端与该导气腔连通；所述导气腔与第二接口连接；
10.所述水夹套的上端设置有进水口和气相平衡口；所述进水口与软化水进水管道连接，所述软化水进水管道与软化水储罐连接并延伸至软化水储罐内的液面之下；所述软化水进水管道上设置有软化水控制阀；所述气相平衡口经气相管道与软化水储罐的上端连通，所述气相管道上设置气相平衡阀；
11.所述软化水储罐的下端经第一供水管道与软化水进水泵的进水端连接，所述第一供水管道上设置有第一控制阀；所述水夹套的下端经第二供水管道与软化水进水泵的进水端连接，所述第二供水管道上设置有第二控制阀；所述软化水进水泵的出水端连接软化水供水管道，所述软化水供水管道上设置有软化水流量计、软化水调节阀和软化水压力传感器；
12.所述汽水分离器的进口端与蒸汽管道连通，所述蒸汽管道上设置有蒸汽压力传感器和蒸汽调节阀；
13.所述第一接口和第二接口中，一个与软化水供水管道连接，另一个与蒸汽管道连接；
14.所述燃烧器连接气体混合构件；所述气体混合构件与高浓度瓦斯管路连接，所述高浓度瓦斯管路上设置有高浓度瓦斯流量计和高浓度瓦斯调节阀；所述气体混合构件经阻火器构件与低浓度瓦斯管路连接，所述低浓度瓦斯管路上设置有低浓度瓦斯流量计、低浓度瓦斯浓度检测仪和低浓度瓦斯调节阀；
15.所述燃烧器、软化水控制阀、气相平衡阀、第一控制阀、第二控制阀、软化水进水泵、软化水流量计、软化水调节阀、软化水压力传感器、蒸汽压力传感器、蒸汽调节阀、高浓度瓦斯流量计、高浓度瓦斯调节阀、低浓度瓦斯流量计、低浓度瓦斯浓度检测仪和低浓度瓦斯调节阀均与控制系统控制连接。
16.进一步地，所述烟气折流装置为内部具有夹层空腔的折流罩体，所述外侧蒸汽蒸发盘管的上端与该折流罩体的中部连通，所述折流罩体的边端与第二接口连接。
17.进一步地，所述烟气折流装置为蚊香盘管，所述蚊香盘管的一端与外侧蒸汽蒸发盘管的上端连接，所述蚊香盘管的另一端与第二接口连接。
18.进一步地，所述第一接口与软化水供水管道连接，所述第二接口与蒸汽管道连接。
19.进一步地，所述汽水分离器的出水端经回流管道与水夹套连通，所述回流管道上设置有回流控制阀，所述回流控制阀与控制系统控制连接。
20.进一步地，所述高浓度瓦斯管路上还设置有高浓度快速切断阀，所述高浓度快速切断阀相比于高浓度瓦斯流量计和高浓度瓦斯调节阀远离气体混合构件；所述高浓度快速切断阀远离气体混合构件一侧的高浓度瓦斯管路上连接有高浓度瓦斯切换回流管，所述高浓度瓦斯切换回流管上设置有高浓度回流切换阀；
21.所述低浓度瓦斯管路上还连接有空气进气管，所述空气进气管相比于低浓度瓦斯流量计、低浓度瓦斯浓度检测仪和低浓度瓦斯调节阀远离气体混合构件，所述空气进气管上设置有空气切换阀；所述空气进气管远离气体混合构件一侧的低浓度瓦斯管路上连接有低浓度瓦斯切换回流管，所述低浓度瓦斯切换回流管上设置有低浓度回流切换阀；所述空气进气管与低浓度瓦斯切换回流管之间的低浓度瓦斯管路上设置有低浓度快速切断阀；
22.所述高浓度快速切断阀、高浓度回流切换阀、空气切换阀、低浓度回流切换阀和低
浓度快速切断阀均与控制系统控制连接。
23.进一步地，所述燃烧器的下端设置有安全防爆装置。
24.进一步地，所述炉体为立式结构，所述燃烧器设置于炉体内部的下端，且所述燃烧器通过法兰与炉体连接。
25.进一步地，所述燃烧头为防回火燃烧头。
26.进一步地，所述汽水分离器上设置有分离器压力传感器，所述分离器压力传感器与控制系统控制连接。
27.本实用新型的有益效果为：
28.本实用新型结构简单，使用方便；实现了低热值瓦斯的回收利用，避免资源浪费和环境污染；实现了瓦斯高效预混低氮燃烧生产蒸汽，通过空燃比和燃烧负荷的调节与蒸汽产生量的关联智能控制，保证了设备安全可靠运行，为低热值瓦斯气的回收利用提供了适宜的设备和方法。本实用新型可广泛应用于各种高、低热值燃气生产蒸汽和热水，实现燃气的安全低氮燃烧和高效利用。
附图说明
29.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本实用新型一个实施例的第一部分结构示意图；
31.图2是本实用新型一个实施例的第二部分结构示意图。
32.其中：
33.1、软化水进水泵；2、软化水流量计；3、软化水调节阀；4、软化水压力传感器；5、第一接口；6、第一供水管道；7、第一控制阀；8、外侧蒸汽蒸发盘管；9、内侧蒸汽蒸发盘管；10、软化水储罐；11、软化水进水管道；12、气相管道；13、进水口；14、排气筒；15、气相平衡口；16、烟气折流装置；17、第二接口；18、蒸汽压力传感器；19、蒸汽调节阀；20、分离器压力传感器；21、汽水分离器；22、控制系统；23、高浓度瓦斯管路；24、高浓度瓦斯流量计；25、高浓度瓦斯调节阀；26、低浓度瓦斯管路；27、低浓度瓦斯流量计；28、低浓度瓦斯浓度检测仪；29、低浓度瓦斯调节阀；30、燃烧器；31、炉体；32、水夹套；33、燃烧头；34、第一烟气流道；35、第二烟气流道；36、第一烟气通道；37、第二烟气通道；38、导气腔；39、软化水控制阀；40、气相平衡阀；41、第二供水管道；42、第二控制阀；43、软化水供水管道；44、蒸汽管道；45、回流管道；46、回流控制阀；47、安全防爆装置；48、高浓度快速切断阀；49、高浓度瓦斯切换回流管；50、高浓度回流切换阀；51、空气进气管；52、空气切换阀；53、低浓度瓦斯切换回流管；54、低浓度回流切换阀；55、低浓度快速切断阀。
具体实施方式
34.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下
所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
35.如图1
‑
2所示，本实施例中的瓦斯低氮燃烧生产蒸汽的装置，包括炉体31、软化水储罐10和汽水分离器21。
36.所述炉体31的顶部设置有排气筒14。所述炉体31的外壁设置有水夹套32，所述炉体31的内部设置有内侧蒸汽蒸发盘管9、外侧蒸汽蒸发盘管8和燃烧器30；所述燃烧器30的燃烧头33位于内侧蒸汽蒸发盘管9的内侧。本实施例中，所述炉体31为立式结构，所述燃烧器30设置于炉体31内部的下端，且所述燃烧器30通过法兰与炉体31连接。所述燃烧头33为防回火燃烧头33，由微孔耐高温材质构件组成。所述燃烧器30的下端设置有安全防爆装置47，提高安全性。
37.所述外侧蒸汽蒸发盘管8套设于内侧蒸汽蒸发盘管9的外围，且所述外侧蒸汽蒸发盘管8与内侧蒸汽蒸发盘管9之间留有第一烟气流道34，所述外侧蒸汽蒸发盘管8与炉体31的侧壁之间留有第二烟气流道35。所述内侧蒸汽蒸发盘管9和外侧蒸汽蒸发盘管8的上端设置有烟气折流装置16，所述内侧蒸汽蒸发盘管9的上端与烟气折流装置16之间留有第一烟气通道36，所述内侧蒸汽蒸发盘管9的内侧经该第一烟气通道36与第一烟气流道34连通。所述外侧蒸汽蒸发盘管8的下端与炉体31的底壁之间留有第二烟气通道37，所述第一烟气流道34经该第二烟气通道37与第二烟气流道35连通。
38.所述内侧蒸汽蒸发盘管9的下端与外侧蒸汽蒸发盘管8的下端连通；所述内侧蒸汽蒸发盘管9的上端与第一接口5连接；所述烟气折流装置16的内部具有导气腔38，所述外侧蒸汽蒸发盘管8的上端与该导气腔38连通；所述导气腔38与第二接口17连接。本实施例中，所述烟气折流装置16为内部具有夹层空腔的折流罩体，夹层空腔形成所述的导气腔38，所述外侧蒸汽蒸发盘管8的上端与该折流罩体的中部连通，所述折流罩体的边端与第二接口17连接。另一种实施情况下，所述烟气折流装置16为蚊香盘管，蚊香盘管的盘状结构可作为折流结构使用，其内部的管路形成所述导气腔38。所述蚊香盘管的一端与外侧蒸汽蒸发盘管8的上端连接，所述蚊香盘管的另一端与第二接口17连接。
39.所述水夹套32的上端设置有进水口13和气相平衡口15。所述进水口13与软化水进水管道11连接，所述软化水进水管道11与软化水储罐10连接并延伸至软化水储罐10内的液面之下；所述软化水进水管道11上设置有软化水控制阀39。所述气相平衡口15经气相管道12与软化水储罐10的上端连通，所述气相管道12上设置气相平衡阀40，当水夹套32内的气压过大时，可通过气相平衡口15进行泄压。
40.所述软化水储罐10的下端经第一供水管道6与软化水进水泵1的进水端连接，所述第一供水管道6上设置有第一控制阀7。所述水夹套32的下端经第二供水管道41与软化水进水泵1的进水端连接，所述第二供水管道41上设置有第二控制阀42。所述软化水进水泵1的出水端连接软化水供水管道43，所述软化水供水管道43上设置有软化水流量计2、软化水调节阀3和软化水压力传感器4。
41.所述汽水分离器21的进口端与蒸汽管道44连通，所述蒸汽管道44上设置有蒸汽压力传感器18和蒸汽调节阀19。
42.所述第一接口5和第二接口17中，一个与软化水供水管道43连接，另一个与蒸汽管道44连接。本实施例中，所述第一接口5与软化水供水管道43连接，所述第二接口17与蒸汽管道44连接。不同连接方式的区别在于，本实施例中，第一接口5作为软化水的进水口13，第
二接口17作为蒸汽的出口；如果反向连接，则第二接口17作为软化水的进水口13，第一接口5作为蒸汽的出口；两种连接方式都可以满足设备的工作需要。
43.所述燃烧器30连接气体混合构件；所述气体混合构件与高浓度瓦斯管路23连接，所述高浓度瓦斯管路23上设置有高浓度瓦斯流量计24和高浓度瓦斯调节阀25；所述气体混合构件经阻火器构件与低浓度瓦斯管路26连接，所述低浓度瓦斯管路26上设置有低浓度瓦斯流量计27、低浓度瓦斯浓度检测仪28和低浓度瓦斯调节阀29。经高浓度瓦斯管路23和低浓度瓦斯管路26送入的气体经气体混合构件混合后供给燃烧器30燃烧使用。阻火器构件可防止回火，避免低浓度瓦斯遇火发生危险，这里的阻火器构件为微通道阻火器构件。
44.所述燃烧器30、软化水控制阀39、气相平衡阀40、第一控制阀7、第二控制阀42、软化水进水泵1、软化水流量计2、软化水调节阀3、软化水压力传感器4、蒸汽压力传感器18、蒸汽调节阀19、高浓度瓦斯流量计24、高浓度瓦斯调节阀25、低浓度瓦斯流量计27、低浓度瓦斯浓度检测仪28和低浓度瓦斯调节阀29均与控制系统22控制连接，控制系统22控制设备整体工作。
45.本实施例中，所述汽水分离器21的出水端经回流管道45与水夹套32连通，所述回流管道45上设置有回流控制阀46，所述回流控制阀46与控制系统22控制连接。汽水分离器21的高温出水被引回水夹套32循环利用，可提高能源利用率，避免浪费。本实施例中，所述汽水分离器21上设置有分离器压力传感器20，所述分离器压力传感器20与控制系统22控制连接，以便监测汽水分离器21的压力情况。
46.由于篇幅原因，将本实施例结构由图1和图2两部分进行表示，图2中管路为图1中管路的延伸部分，即图2中高浓度瓦斯管路23为图1中高浓度瓦斯管路23的延伸，图2中低浓度瓦斯管路26为图1中低浓度瓦斯管路26的延伸。参见图2，本实施例中，所述高浓度瓦斯管路23上还设置有高浓度快速切断阀48，所述高浓度快速切断阀48相比于高浓度瓦斯流量计24和高浓度瓦斯调节阀25远离气体混合构件；所述高浓度快速切断阀48远离气体混合构件一侧的高浓度瓦斯管路23上连接有高浓度瓦斯切换回流管49，所述高浓度瓦斯切换回流管49上设置有高浓度回流切换阀50。所述低浓度瓦斯管路26上还连接有空气进气管51，所述空气进气管51相比于低浓度瓦斯流量计27、低浓度瓦斯浓度检测仪28和低浓度瓦斯调节阀29远离气体混合构件，所述空气进气管51上设置有空气切换阀52；所述空气进气管51远离气体混合构件一侧的低浓度瓦斯管路26上连接有低浓度瓦斯切换回流管53，所述低浓度瓦斯切换回流管53上设置有低浓度回流切换阀54；所述空气进气管51与低浓度瓦斯切换回流管53之间的低浓度瓦斯管路26上设置有低浓度快速切断阀55。所述高浓度快速切断阀48、高浓度回流切换阀50、空气切换阀52、低浓度回流切换阀54和低浓度快速切断阀55均与控制系统22控制连接。
47.本实施例的工作过程如下：
48.首先，启动软化水及蒸汽循环系统，开启软化水控制阀39、第二控制阀42、软化水调节阀3、蒸汽调节阀19和气相平衡阀40，启动软化水进水泵1，在虹吸作用下，软化水进水泵1将软化水储罐10内的软化水抽出经软化水进水管道11进入水夹套32，然后软化水经过第二供水管和软化水进水泵1进入软化水供水管道43，在此处，软化水通过软化水流量计2进行计量、通过软化水调节阀3进行调节后进入炉体31内的内侧蒸汽蒸发盘管9和外侧蒸汽蒸发盘管8，再经过烟气折流装置16和汽水分离器21后回流至水夹套32欧内，形成软化水循
环。如果汽水分离器21的出水端没有与水夹套32连通，则可通过临时管道循环回软化水储罐10或做它用。
49.当软化水循环稳定后，开启低浓度瓦斯调节阀29、高浓度瓦斯调节阀25和燃烧器30；控制系统22根据低浓度瓦斯流量计27测得的数值、低浓度瓦斯浓度检测仪28测得的数值和预先设定的空燃比来计算得出需要配置的高浓度瓦斯的流量，并与高浓度瓦斯流量计24测得的数值进行比较，以调节高浓度瓦斯调节阀25来补充所需的高浓度瓦斯；高浓度瓦斯与低浓度瓦斯在气体混合构件内混合后供给燃烧器30燃烧。具体来说，来自低浓度瓦斯管路26的低浓度瓦斯气先通过低浓度瓦斯浓度检测仪28进行瓦斯浓度检测和低浓度瓦斯流量计27进行流量检测，通过低浓度瓦斯调节阀29调节控制来气的气量，然后根据设定的空燃比通过高浓度瓦斯调节阀25控制高浓度瓦斯的流量，通过高浓度瓦斯流量计24来监测高浓度瓦斯的流量，通过高浓度瓦斯管路23补充高浓度瓦斯气，以满足合适空燃比的要求和热负荷需要。当低浓度瓦斯气的浓度大于预先设定的空燃比时，打开空气切换阀52，经空气进气管51补充相应流量的空气，满足合适空燃比的要求和加热蒸汽负荷的需要。
50.随着燃烧器30稳定燃烧，燃烧器30燃烧头33的辐射热传递给内侧蒸汽蒸发盘管9、烟气折流装置16及部分上部外侧蒸汽蒸发盘管8；同时高温烟气上升遇到烟气折流装置16后折返向下流动，一部分烟气通过内侧蒸汽蒸发盘管9与外侧蒸汽蒸发盘管8间的第一烟气流道34向下流动，在底部穿过第二烟气通道37后沿第二烟气流道35向上折返流动，从排气筒14排到大气；另一部分烟气则穿过外侧蒸汽蒸发盘管8的相邻盘管间的缝隙进入到第二烟气流道35，然后经排气筒14排放。内侧蒸汽蒸发盘管9与外侧蒸汽蒸发盘管8内的软化水被加热形成蒸汽，蒸汽经烟气折流装置16内部的导气腔38后送至汽水分离器21进行分离，分离后的热水经回流管道45回流至水夹套32内重复利用，避免能量损失。软化水先经过水夹套32预热后再进入到炉体31内进行加热生产蒸汽，同样提高了能源的利用率，可大幅提高蒸汽产量。
51.本实施例中的炉体31内的蒸汽发生器的结构、燃烧器30的布置及烟气的流动方式，实现了内侧蒸汽蒸发盘管9、外侧蒸汽蒸发盘管8里外和上下三维立体空间接触加热，达到了高效回收燃烧热能和生产蒸汽的目的。
52.在运行过程中，如果出现熄火或回火现象，系统将进入连锁保护状态，控制系统22切断高浓度快速切断阀48和低浓度快速切断阀55，切断高、低浓度瓦斯进气；打开高浓度回流切换阀50和低浓度回流切换阀54，高浓度瓦斯气经高浓度瓦斯切换回流管49切换进入原管道系统，低浓度瓦斯气经低浓度瓦斯切换回流管53切换进入原排空系统。同时打开空气切换阀52，进行空气吹扫。上述连锁保护控制确保了煤矿低浓度瓦斯和高浓度瓦斯燃烧的过程安全，在燃烧器30意外回火或熄火情况下，保证可燃气体的切断，避免安全事故发生。
53.在操作运行过程中，通过预混瓦斯气的燃烧热量和炉体31的加热效率，与发生蒸汽量进行关联控制，当蒸汽量变化时，燃烧器30的负荷同步匹配控制，满足生产蒸汽量需要。
54.上述操作，考虑到过程的灵活性，软化水也可以直接通过软化水储罐10和软化水进水泵1泵间的第一供水管道6和第一控制阀7控制，直接抽吸软化水进入内侧蒸汽蒸发盘管9。另外，该燃烧器30的高浓度瓦斯管路可以直接引入天然气，低浓度瓦斯管路引入空气进行混合燃烧，控制方法同前述的低浓度瓦斯气与高浓度瓦斯气的预混控制方法；这样，本
实施例可实现高、低浓度瓦斯气和天然气的燃烧生产蒸汽。
55.本实施例实现了低热值瓦斯的回收利用，避免资源浪费和环境污染；实现了瓦斯高效预混低氮燃烧生产蒸汽，通过空燃比和燃烧负荷的调节与蒸汽产生量的关联智能控制，保证了设备安全可靠运行，为低热值瓦斯气的回收利用提供了适宜的设备和方法。本实用新型可广泛应用于各种高、低热值燃气生产蒸汽和热水，实现燃气的安全低氮燃烧和高效利用。
56.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。