一种立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器及燃气锅炉制造技术

本发明专利技术公开一种立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器及燃气锅炉，燃气锅炉包括燃烧器、炉膛、换热器和烟道；燃烧器采用预混器内置及膜式壁冷却的燃烧方式，以中心并排管束或弧侧管束为燃烧器头部，炉膛为燃烧器和换热器围成的两个半圆柱形空间，换热器是连接上、下环形集箱沿径向1～3圈圆弧形展开的水管管束；燃烧器和换热器可两者对调；预混气经燃烧器燃烧后，产生烟气冲刷相对的换热区域并由烟道汇集排出。本发明专利技术结构紧凑，阻力低，换热效率高；燃气流程短，混合分配均匀，防爆燃，安全性高，适用天然气与低/零碳燃料掺烧及纯燃料燃烧；燃烧温度低，负荷均匀，调节比大，NOx排放低；燃烧器与换热器采用整体或部分可拆卸法兰连通到集箱，可维护性高。可维护性高。可维护性高。

【技术实现步骤摘要】
一种立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器及燃气锅炉


[0001]本专利技术属于高效节能环保紧凑式燃烧器、换热器、锅炉设计领域，具体涉及一种立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器及燃气锅炉。

技术介绍

[0002]随着环保标准的愈加严格，低氮燃烧与高效换热成为燃气锅炉研发的技术关键，与此同时，设计紧凑的燃气锅炉是用户青睐的选择。立式燃气锅炉由于占地面积小、钢耗低、产汽快、自动化程度高等优势，成为当前广泛应用的工业锅炉。
[0003]然而，目前很多立式燃气锅炉氮氧化物排放高，低氮燃烧改造困难。预混水冷燃烧是一种新型燃烧方式，燃气和燃烧所需空气完全混合后，由水冷管束缝隙喷出后进行燃烧，水冷管束的设置使得火焰根部被冷却，锅炉的氮氧化物排放显著降低。水冷燃烧已成为解决工业燃气锅炉氮氧化物排放的关键技术。目前的预混水冷燃烧器头部通常由圆柱面水冷管束或单平面水冷管束组合而成，火焰面积小，燃烧器热负荷小，锅炉功率低，运行时的调节比低。此外，传统的水冷低氮燃烧器低负荷时易发生积碳，长期运行容易导致管束报废。
[0004]安徽博瑞特公司在CN 212841492.U专利中公开了一种圆柱形低氮节能承压水管锅炉结构，采用单平面水冷管束作为燃烧器，利用膜式水冷管围成梯形等形状的炉膛，同时将燃烧器分配头做成可拆卸抽屉式，在实现低氮燃烧的同时，便于燃烧器的拆卸与清洗，但该结构燃烧器热负荷低，调节比低。浙江力聚公司在CN 110425531.A、CN 107990552.A、CN 108036509.A专利中公开了三种采用多燃烧面或多预混器或多分配器的预混水冷燃气锅炉结构，解决了立式预混水冷燃气锅炉的燃烧器热负荷低和运行时调节比低等问题，但占地面积大，结构紧凑性差，且结构复杂，成本高，可维护性差。
[0005]此外，目前的预混器设置在燃烧器最前端，将燃气和空气混合后对预混气体进行均流，燃气流程长、燃气和空气混合不均匀、流动阻力大、流场均匀性差，锅炉点火燃烧时易发生爆燃，影响了锅炉的安全运行。且目前的燃烧器头部水冷管束多为两圈光管错列布置，由燃烧器头部水冷管束缝隙喷出的火焰刚度不够，导致火焰稳定性差，难以形成稳定的火焰面，不易点火及低负荷稳定运行。

技术实现思路

[0006]为了解决立式燃气锅炉存在的上述问题，本专利技术对传统燃烧器进行改进，将燃气喷管内置于燃烧器后方，将燃烧器内的气体预混过程及均流过程合二为一，提出了一种新型内置预混水冷燃烧器，对立式燃气锅炉进行结构改进，采用预混水冷燃烧方式，在圆柱形炉膛中间设置轴对称或中心对称的可拆卸双平面预混水冷燃烧器，或直接利用一侧或两侧的半圆柱形炉膛受热面管束作为水冷燃烧器的一部分，增大了燃烧器热负荷及调节比，锅炉氮氧化物排放低、换热效率高、结构紧凑，可维护性好。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，包括第一分配室、第二分配室以及水冷管束，第一分配室设置空气入口，第一分
配室中设置燃气分配管，燃气分配管开设燃气入口；第一分配室连通第二分配室；第二分配室包括隔板和分配孔板，隔板的一端与第一分配室连接，另一端与分配孔板连接；隔板和分配孔板所围的竖直区域为第二分配室，分配孔板正对所述水冷管束，水冷管束为膜式壁管束，膜式壁管束上设置气流通孔，膜式壁面为平面、圆弧形面或弯折面。
[0008]进一步的，第一分配室中设置第一均流孔板和多个扰流柱，第一分配室与第二分配室之间设置第二均流孔板，燃气分配管于第一均流孔板和第二均流孔板之间设置，扰流柱设置在第一均流孔板的前方和后方，扰流柱沿燃气分配管长度方向布置，扰流柱的两端与第一分配室连接，扰流柱的截面为三角形、V形、方形或圆形，V形截面时，V形的弯折角朝向来流空气方向，扰流柱设置3
‑
50个。
[0009]进一步的，燃气分配管包括第一燃气分配管、第二燃气分配管、第一燃气喷孔、第二燃气喷孔和扰流板；第一燃气分配管的一端或两端开设燃气入口，第一燃气分配管与第二燃气分配管连通，第一燃气分配管的出气面均匀开设第一燃气喷孔，在第二燃气分配管的侧面上均匀开设第二燃气喷孔；第一燃气喷孔设置1～8排，第二燃气喷孔设置1～4排，第一燃气喷孔顺列或错列布置，第二燃气喷孔顺列或错列布置；第一燃气分配管和第二燃气分配管分界面的顶部和底部焊接扰流板。
[0010]进一步的，第一燃气分配管内沿燃气进气方向流通面积不变或逐渐减小，第二分配室沿混合气流动方向流通面积不变或逐渐减小。
[0011]进一步的，第一燃气分配管水平置于第一分配室上方，3～20个均匀排布的第二燃气分配管一端与第一燃气分配管垂直连通，另一端伸入第一分配室内部；燃气入口位于第一燃气分配管的一端、两端和/或中间，燃气入口开设1～3个，第二燃气分配管上沿着空气来流方向或背离空气来流方向或在两个方向上均设置均匀排布的第二燃气喷孔。
[0012]进一步的，燃烧器内燃气和空气的混合气垂直于分配孔板进气或平行于分配孔板进气，分配孔板设置1～3层；第一分配室的尾部设置第三均流孔板，平行于分配孔板进气时设置转弯导流板，转弯导流板位于第一分配室与第二分配室交界处，转弯导流板与第三均流孔板连接；转弯导流板两侧与第一分配室和第二分配室的两侧相接，横截面为直角“U”形、圆滑过渡的“U”形、“V”形、“L”形或“一”字形；当转弯导流板为“一”字形时，转弯导流板与第三均流孔板固定连接或铰接。
[0013]进一步的，混合气平行于分配孔板进气时，第二分配室内沿垂直于混合气流动方向均匀设置1～10个平行于混合气流动方向的竖直隔板，竖直隔板前缘与第二分配室顶部相接，竖直隔板后缘与分配孔板相接或与分配孔板间隔5～20mm，竖直隔板顶端和底端分别与第二分配室顶面和底面相接。
[0014]进一步的，膜式壁管束包括多根光管，相邻两根光管之间通过扁钢焊接，扁钢长度方向与光管管排平行，扁钢位于光管管排中心线上或偏离光管管排中心线，扁钢对应地与光管进行两侧焊接或单侧焊接；扁钢厚度为3～20mm，且扁钢的厚度方向和光管接触的弧形面焊接熔深至少3mm，扁钢从下到上开设有规则的预混气喷孔，即气流通孔，预混气喷孔中心线垂直或倾斜于扁钢平面，预混气喷孔为单列、双列或三列，预混气喷孔多于一列时，相邻两列预混气喷孔顺列或错列排布，预混气喷孔为圆形、长圆形、三角形或矩形；长圆形预混气喷孔长轴平行或垂直于管纵向中心线；三角形预混气喷孔的顶角呈360
°
旋转角度，可正放、倒放或倾斜布置，矩形预混气喷孔长边平行或垂直于管纵向中心线。
[0015]进一步的，水冷管束包括至少两排光管，扁钢焊接于第一排光管上，扁钢位于第二排光管之间，与第二排光管之间形成窄间隙，扁钢上焊接均匀排布的扁钢翅片或垫块；扁钢翅片为弧面或矩形面，垫块截面为方形、圆形或长圆形，垫块与第二排光管进行焊接，光管、垫块及扁钢之间形成均匀排布的气流通孔；扁钢上设置可调喷孔挡板对预混气喷孔或垫块形成的气流通孔进行遮挡，可调喷孔挡板上开设与气流通孔大小和位置相同的预混气喷孔，可调喷孔挡板沿膜式壁本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，包括第一分配室(12)、第二分配室(13)以及水冷管束，第一分配室(12)设置空气入口(112)，第一分配室(12)中设置燃气分配管(121)，燃气分配管(121)开设燃气入口(111)；第一分配室(12)连通第二分配室(13)；第二分配室(13)包括隔板(131)和分配孔板(132)，隔板(131)的一端与第一分配室(12)连接，另一端与分配孔板(132)连接；隔板(131)和分配孔板(132)所围的竖直区域为第二分配室(13)，分配孔板(132)正对所述水冷管束，水冷管束为膜式壁管束，膜式壁管束上设置气流通孔，膜式壁面为平面、圆弧形面或弯折面。2.根据权利要求1所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，第一分配室(12)中设置第一均流孔板(122)和多个扰流柱(125)，第一分配室(12)与第二分配室(13)之间设置第二均流孔板(123)，燃气分配管(121)在第一均流孔板(122)和第二均流孔板(123)之间设置，扰流柱(125)设置在第一均流孔板(122)的前方和后方，扰流柱(125)沿燃气分配管(121)长度方向布置，扰流柱(125)的两端与第一分配室(12)连接，扰流柱(125)的截面为三角形、V形、方形或圆形，V形截面时，V形的弯折角朝向来流空气，扰流柱(125)设置3
‑
50个。3.根据权利要求1所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，燃气分配管(121)包括第一燃气分配管(1211)、第二燃气分配管(1212)、第一燃气喷孔(1213)、第二燃气喷孔(1214)和扰流板(1215)；第一燃气分配管(1211)的一端或两端开设燃气入口(111)，第一燃气分配管(1211)与第二燃气分配管(1212)连通，第一燃气分配管(1211)的出气面均匀开设第一燃气喷孔(1213)，在第二燃气分配管(1212)的侧面上均匀开设第二燃气喷孔；第一燃气喷孔(1213)设置1～8排，第二燃气喷孔(1214)设置1～4排，第一燃气喷孔(1213)顺列或错列布置，第二燃气喷孔(1214)顺列或错列布置；第一燃气分配管(1211)和第二燃气分配管(1212)分界面的顶部和底部焊接扰流板(1215)。4.根据权利要求3所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，第一燃气分配管(1211)内沿燃气进气方向流通面积不变或逐渐减小，第二分配室(13)沿混合气流动方向流通面积不变或逐渐减小。5.根据权利要求3所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，第一燃气分配管(1211)水平置于第一分配室(12)上方，3～20个均匀排布的第二燃气分配管(1212)一端与第一燃气分配管(1211)垂直连通，另一端伸入第一分配室(12)内部；燃气入口(111)位于第一燃气分配管(1211)的一端、两端和/或中间，燃气入口(111)开设1～3个，第二燃气分配管(1212)上沿着空气来流方向或背离空气来流方向或在两个方向上均设置均匀排布的第二燃气喷孔(1214)。6.根据权利要求1所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，燃烧器(1)内燃气和空气的混合气垂直于分配孔板(132)进气或平行于分配孔板(132)进气，分配孔板(132)设置1～3层；第一分配室(12)的尾部设置第三均流孔板(124)，平行于分配孔板(132)进气时设置转弯导流板(126)，转弯导流板(126)位于第一分配室(12)与第二分配室(13)交界处，转弯导流板(126)与第三均流孔板(124)连接；转弯导流板(126)两侧与第一分配室(12)和第二分配室(13)的两侧相接，横截面为直角“U”形、圆滑过渡的“U”形、“V”形、“L”形或“一”字形；当转弯导流板(126)为“一”字形时，转弯导流板(126)与第三均流孔板(124)固定连接或铰接。
7.根据权利要求1所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，混合气平行于分配孔板(132)进气时，第二分配室(13)内沿垂直于混合气流动方向设置1～10个平行于混合气流动方向的竖直隔板，竖直隔板前缘与第二分配室(13)顶部相接，竖直隔板后缘与分配孔板(132)相接或与分配孔板(132)间隔5～20mm，竖直隔板顶端和底端分别与第二分配室(13)顶面和底面相接。8.根据权利要求1所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，膜式壁管束包括多根光管，相邻两根光管之间通过扁钢(16)焊接，扁钢(16)长度方向与光管管排平行，扁钢(16)位于光管管排中心线上或偏离光管管排中心线，扁钢(16)对应地与光管进行两侧焊接或单侧焊接；扁钢(16)厚度为3～20mm，且扁钢(16)的厚度方向和光管接触的弧形面焊接熔深至少3mm，扁钢(16)从下到上开设有规则的预混气喷孔(161)，即气流通孔，预混气喷孔(161)中心线垂直或倾斜于扁钢(16)平面，预混气喷孔(161)为单列、双列或三列，预混气喷孔(161)多于一列时，相邻两列预混气喷孔顺列或错列排布，预混气喷孔(161)为圆形、长圆形、三角形或矩形；长圆形预混气喷孔长轴平行或于垂直管纵向中心线；三角形预混气喷孔的呈正放、倒放或倾斜布置，矩形预混气喷孔长边平行或垂直于管纵向中心线。9.根据权利要求1所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，水冷管束包括至少两排光管，扁钢(16)焊接于第一排光管(1421)上，扁钢(16)位于第二排光管(1422)之间与第二排光管(1422)形成间隙，扁钢(16)上焊接均匀排布的扁钢翅片(163)或垫块(162)；扁钢翅片(163)为弧面或矩形面，垫块(162)截面为方形、圆形或长圆形，垫块(162)与第二排光管(1422)进行焊接，光管、垫块(162)及扁钢(16)之间形成均匀排布的气流通孔；扁钢(16)上设置可调喷孔挡板(18)对预混气喷孔(161)或垫块(162)形成的气流通孔进行遮挡，可调喷孔挡板(18)上开设与气流通孔大小和位置相同的预混气喷孔(161)，可调喷孔挡板(18)沿膜式壁管轴向滑动，滑动范围能覆盖预混气喷孔(161)。10.根据权利要求1所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，膜式壁管束包括多根光管，光管之间焊接槽钢、工字钢、弧形钢、角钢、小圆管或半圆管，光管之间焊接弧形钢时，弧形钢的弧度α为：0＜α＜π，光管之间焊接角钢时，角钢夹角β为：0＜β＜180
°
。11.根据权利要求1所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器，其特征在于，膜式壁管束为翅片管与光管的组合，翅片管相对两侧弯折，光管朝向炉膛或背向炉膛，翅片管为螺旋翅片管、圆形翅片管、方形翅片管或H形翅片管。12.一种立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧燃气锅炉，其特征在于，包括燃烧器(1)、换热器(2)、烟道(3)、节能器(4)、冷凝器(5)、烟囱(6)及风机(7)；燃烧器(1)和换热器(2)围成两个轴对称的半圆柱形炉膛，炉膛内设置平面换热段(14)和弧形换热段(21)两个受热面；燃烧器(1)设置于半圆柱形炉膛弦侧，换热器(2)设置于半圆柱形炉膛弧侧，或燃烧器(1)设置于半圆柱形炉膛弧侧，换热器(2)设置于半圆柱形炉膛弦侧，或燃烧器(1)和换热器(2)分别设置于两个半圆柱形炉膛弧侧；燃烧器(1)采用预混水冷燃烧器，以平面换热段(14)或弧形换热段(21)的管束作为燃烧器(1)的水冷管束；燃烧器(1)位于半圆柱形炉膛弦侧时，两个半圆柱形炉膛的烟气分别向柱体外部流动；燃烧器(1)位于半圆柱形炉膛弧侧时，两个半圆柱形炉膛之间连通，烟气向柱体内流动或由柱体一侧流入并由另一侧流出；燃烧器(1)、换热器(2)、烟道(3)、节能器(4)、冷凝器(5)和烟囱(6)沿着烟气流向连通；燃烧器(1)采用
权利要求1
‑
12任一项所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧器。13.根据权利要求12所述的立式水管内置预混膜式壁冷却燃烧燃气锅炉，其特征在于，平面换热段(14)包括管状上集箱(141)、并排换热管束(142)和管状下集箱(143)；并排换热管束(142)两端分别连接管状上集箱(141)和管状下集箱(143)；弧形换热段(21)包括环形上集箱(211)、内圈换热管束(212)、外圈换热管束(213)和环形下集箱(215)，外圈换热管束(213)和内圈换热管束(212)沿着半圆柱面设置，外圈换热管束(213)和内圈换热管束(212)的两端连接环形上集箱(211)和环形下集箱(215)；外圈换热管束(213)和内圈换热管束(2...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钦新，王宁，邓世丰，曲腾，邵怀爽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：