本发明专利技术公开一种U形管结构的全预混水冷燃气锅炉，包括同轴设置的水冷燃烧器和水冷换热器，水冷燃烧器中设置预混器和水冷燃烧头，水冷燃烧器的出水口连通水冷换热器的进水口，预混器连通水冷燃烧头的进气口；水冷燃烧头包括燃烧头水冷管束和燃烧头上集箱，燃烧头上集箱内外嵌套布置，燃烧头水冷管束两端分别连通内侧和外侧的燃烧头上集箱；燃烧头上集箱的进水口连通锅炉给水，水冷管束的单根水冷管采用U型；水冷燃烧头内侧设置均流孔板，点火枪设置在水冷燃烧头外侧；烟气由水冷燃烧头流出后均匀流向水冷换热器中的各个水冷管束，然后由外圈水冷管束与炉墙间的间隙向下流至承露盘再经烟囱排出，换热能力大大提高，有助于锅炉的安全稳定运行。安全稳定运行。安全稳定运行。
【技术实现步骤摘要】
一种U形管结构的全预混水冷燃气锅炉
[0001]本专利技术属于天然气安全稳定低氮燃烧、燃烧器及锅炉设计领域，具体涉及一种U形管结构的全预混水冷燃气锅炉。
技术介绍
[0002]燃烧器根据燃烧前是否混合及混合的程度分为扩散式燃烧器、部分预混式燃烧器和全预混燃烧器。扩散式燃烧器结构简单，运行安全可靠，无回火风险，但火焰较长，燃烧空间较大；部分预混式燃烧器主要用于传统小型壁挂式燃气锅炉，热负荷较大时结构笨重；全预混燃气燃烧方式燃烧强度大，火焰短，燃烧设备体积小，燃烧均匀，不会产生局部高温区，在大型燃气锅炉中具有显著优势，但其低负荷时可能发生回火，高负荷时可能发生脱火，且燃烧温度高，NOx排放高，极大地限制了全预混燃气燃烧器在民用和工业上的发展。为了降低全预混燃烧器燃烧温度从而降低NOx排放并保证完全燃烧，多采用提高过量空气系数的方式，由此也产生了排烟损失大，锅炉效率低的问题；此外，全预混燃烧器金属丝网空隙很小，极易发生堵塞和烧毁问题。由此产生了一种全预混水冷燃烧器，以水冷管束代替传统燃烧头，通过水冷管束来降低燃烧区温度，降低NOx排放，同时通过控制管圈间隙防止回火和脱火的发生。水冷燃烧器近几年发展迅速，但多用于小型壁挂炉，因其对锅炉的适配性较差，改造工作量大。
[0003]传统的锅炉采用上下方形集箱结构，由4块钢板或上下半边封头加短筒体焊接而成，直管管束和上下集箱均需焊接，直管两端尚需缩颈，增加工艺成本，焊点太多；传统锅炉中燃烧器燃烧后的烟气流向一侧水冷换热器管束，继而绕着外圈管束与炉墙间的间隙流出，不同位置处的水冷管束温度分布极不均匀，易导致爆管等事故的发生。
技术实现思路
[0004]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种U形管结构的全预混水冷燃气锅炉，在不回火不脱火稳定燃烧的基础上降低氮氧化物排放，适配老旧锅炉进行低氮改造。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种U形管结构的全预混水冷燃气锅炉，包括水冷燃烧器和水冷换热器，水冷燃烧器和水冷换热器为圆柱形，水冷换热器同轴设置在水冷燃烧器外侧，水冷燃烧器中设置预混器和水冷燃烧头，水冷燃烧器的出水口连通水冷换热器的进水口，预混器的出口连通水冷燃烧头的进气口；水冷燃烧头包括燃烧头水冷管束和两个燃烧头上集箱，两个燃烧头上集箱内外嵌套布置，燃烧头水冷管束两端分别连通内侧和外侧的燃烧头上集箱；燃烧头上集箱的进水口连通锅炉给水，燃烧头上集箱的出水口连通水冷换热器的进水口，燃烧头水冷管束的单根水冷管采用U型；水冷燃烧头内侧设置均流孔板，均流孔板为圆筒形，其顶部敞口，底部密封；水冷燃烧头内侧与均流孔板之间设有间隙，点火枪设置在水冷燃烧头外侧。
[0006]燃烧头水冷管束至少包括两圈燃烧头直管，燃烧头水冷管束中外圈燃烧头水冷管束间隙大于内圈燃烧头水冷管束间隙，相邻两圈燃烧头直管错列布置。
[0007]水冷燃烧头内侧与均流孔板间间隙为5-10mm。
[0008]预混器包括同轴设置的外筒和内筒，外筒同轴设置在内筒的外侧，内筒的底部密闭，内筒下部筒壁上开设若干内筒喷孔；内筒和外筒之间设置导流通道，所述导流通道从上向下通流面积逐渐减小，所述导流通道将进入外筒与内筒之间环形空间的空气导向外筒的中心方向；内筒的下方依次设置旋流叶片和消旋结构；消旋结构采用若干导流直板，所述直板与直板之间以及直板与外筒之间形成若干平行于外筒轴线的气流通道。
[0009]旋流叶片沿圆周方向均匀布置20～30片，所述气流通道的数目为4～10个。
[0010]水冷换热器包括换热器上集箱和换热器水冷管束，换热器上集箱包括内侧和外侧两个换热器上集箱，换热器水冷管束的两端分别连通内侧的换热器上集箱和外侧的换热器上集箱；内侧和外侧两个换热器上集箱同心布置，换热器水冷管束的单根水冷管采用U型；内侧的换热器上集箱上设置换热器进水口，外侧的换热器上集箱上设置换热器出水口。
[0011]水冷换热器包括换热器上集箱、换热器下集箱和换热器水冷管束，换热器水冷管束的一端连接换热器上集箱，另一端连接换热器下集箱；换热器水冷管束中单支水冷管包括三根换热器直管，相邻两根换热器直管通过弯管连接；换热器下集箱的底部设置换热器进水口，换热器上集箱的顶部设置换热器出水口。
[0012]水冷燃烧头和水冷换热器顶部和底部水平方向均设置有烟气挡板和隔热层，隔热层设置在烟气挡板外侧，水冷换热器的底部外侧设置有一圈竖直方向的烟气挡板。
[0013]沿锅炉底部周向设置有冷凝换热器，冷凝换热器的下方设置承露盘，锅炉的烟囱设置在承露盘下方，承露盘和烟囱的高度从四周到中心逐渐降低，承露盘中部开孔，烟囱的最低处开设冷凝液排出口。
[0014]冷凝换热器的冷凝管采用U形，冷凝换热器的冷凝管沿烟气冲刷方向采用错列的光管、螺旋翅片管、H形翅片管或针翅管，冷凝管采用单管圈、双管圈、三管圈或四管圈结构。
[0015]与现有技术相比，本专利技术至少具有以下有益效果：
[0016]本专利技术所述全预混水冷燃气锅炉，烟气由中心的水冷燃烧头流出后均匀流向水冷换热器中的各个水冷管束，然后由外圈水冷管束与炉墙间的间隙向下流至承露盘再经烟囱排出，流动与换热均匀，换热能力大大提高，有助于锅炉的安全稳定运行；
[0017]通过改变水冷燃烧头管束间隙、管束尺寸等参数，能够实现燃烧头内圈水冷管束间形成混合气窄间隙流道从而防止回火，安全燃烧；燃烧头外圈水冷管束间控制合理间隙以防止脱火，稳定火焰；流动及换热均匀，换热效率高，可降低锅炉排烟温度，提高锅炉效率，有助于锅炉安全稳定运行；
[0018]燃烧器整体呈圆柱形，竖直伸入炉膛内部，无需改动锅炉本体管束，与锅炉本体管束适配性很强，燃烧头水冷管束降低火焰根部温度，减少热力型氮氧化物排放，满足低氮燃烧排放标准，可用于传统锅炉低氮改造，可以很好地适配老旧锅炉进行低氮改造，替代传统的扩散式和预混式燃烧器，在防回火和脱火的同时降低NOx排放。
[0019]进一步的，锅炉给水进入水冷燃烧头之前先经过冷凝换热器吸收烟气余热，降低烟气排放温度，换热能力大大提高，有助于锅炉的安全稳定运行。
[0020]进一步的，混合器可适应较大比例调节并在负荷变化范围内始终保持良好的混合特性，流场分布均匀，避免了全预混燃烧采用高过量空气系数带来的锅炉效率降低的问题，保证燃烧效率。
[0021]进一步的，相邻两根水冷直管采用弯管连接进行过渡，省去上下集箱钢板成形焊接的成本或直接省去下集箱，减少管口焊接工作量50％，另外，还能减小上下集箱的尺寸，从而减小了钢材损耗。
附图说明
[0022]图1为本专利技术锅炉整体结构示意图。
[0023]图2为本专利技术水冷燃烧器预混器结构示意图。
[0024]图3a为本专利技术侧方旋流方式旋流叶片布置示意图。
[0025]图3b为本专利技术下方旋流方式旋流叶片布置示意图。
[0026]图4为本专利技术水冷燃烧器均流孔板结构示意图。
[0027]图5为本专利技术水冷燃烧器燃烧头结构示意图。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种U形管结构的全预混水冷燃气锅炉，其特征在于，包括水冷燃烧器(1)和水冷换热器(2)，水冷燃烧器(1)和水冷换热器(2)为圆柱形，水冷换热器(2)同轴设置在水冷燃烧器(1)外侧，水冷燃烧器(1)中设置预混器(12)和水冷燃烧头(13)，水冷燃烧器(1)的出水口连通水冷换热器(2)的进水口，预混器(12)的出口连通水冷燃烧头(13)的进气口；水冷燃烧头(13)包括燃烧头水冷管束和两个燃烧头上集箱(133)，两个燃烧头上集箱(133)内外嵌套布置，燃烧头水冷管束两端分别连通内侧和外侧的燃烧头上集箱(133)；燃烧头上集箱(133)的进水口连通锅炉给水，燃烧头上集箱(133)的出水口连通水冷换热器(2)的进水口，燃烧头水冷管束的单根水冷管采用U型；水冷燃烧头内侧设置均流孔板(131)，均流孔板(131)为圆筒形，其顶部敞口，底部密封；水冷燃烧头内侧与均流孔板(131)之间设有间隙，点火枪(136)设置在水冷燃烧头外侧。2.根据权利要求1所述U形管结构的全预混水冷燃气锅炉，其特征在于，燃烧头水冷管束(134)至少包括两圈燃烧头直管，燃烧头水冷管束(134)中外圈燃烧头水冷管束间隙大于内圈燃烧头水冷管束间隙，相邻两圈燃烧头直管错列布置。3.根据权利要求1所述U形管结构的全预混水冷燃气锅炉，其特征在于，水冷燃烧头(13)内侧与均流孔板间间隙为5-10mm。4.根据权利要求1所述的全预混水冷燃气锅炉，其特征在于，预混器(12)包括同轴设置的外筒(121)和内筒(126)，外筒(121)同轴设置在内筒(126)的外侧，内筒(126)的底部密闭，内筒(126)下部筒壁上开设若干内筒喷孔；内筒(126)和外筒(121)之间设置导流通道，所述导流通道从上向下通流面积逐渐减小，所述导流通道将进入外筒(121)与内筒(126)之间环形空间的空气导向外筒的中心方向；内筒(126)的下方依次设置旋流叶片(124)和消旋结构(125)；消旋结构(125)采用若干导流直板，所述直板与直板之间以及直板与外筒(121)之间形成若干平行于外筒(121)轴线的气流通道。5.根据权利要求4所述U形管结构的...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宁，赵钦新，邓世丰，邵怀爽，梁志远，王云刚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：
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