CN107388221A - 一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉 - Google Patents

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    • F22D1/02Feed-water heaters, i.e. economisers or like preheaters with water tubes arranged in the boiler furnace, fire tubes, or flue ways

Abstract

本发明涉及锅炉领域,尤其涉及一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉。其技术方案:一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,包括烟箱,烟箱上设置有蒸汽出口;所述烟箱内安装有波纹炉胆,波纹炉胆的一端连接有燃烧机,燃烧机设置于烟箱的外部;波纹炉胆的另一端依次连接有螺纹烟管和节能器,螺纹烟管设置于烟箱内,节能器设置于烟箱的外部,波纹炉胆的直径为1.05~1.3m之间。本发明提供了一种热效率高、氮氧化物排放量低的冷凝卧式蒸汽锅炉。

Description

一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉
技术领域
[0001] 本发明涉及锅炉领域,尤其涉及一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉。
背景技术
[0002] 为了适应国民经济的可持续发展和环境保护的要求,煤炭型燃料己逐步改变为 油、气型燃料。油、气型燃料易于输送和使用,在保证良好的燃烧条件下,基本上不产生环境 污染,发热值高,这使得燃油、燃气锅炉实现运行自动化、高效率。近年来,由于燃油燃气锅 炉体型小、自动化程度高、安装方便,并在各种热媒下都可以得到十分方便而灵活的应用, 燃油燃气锅炉得到了广泛的发展和应用。
[0003] 常规的WNS卧式三回程燃油气蒸汽锅炉由波纹炉胆-二回程烟管-三回程烟管和节 能器串联组成。工程实践中发现,常规的锅炉有二方面的明显缺点:1、锅炉热效率低,在 90 % -92 % ;2、锅炉的氮氧化物排放150-200mg/Nm3,由于氮氧化物排放量大,大部分地区已 经严禁销售该型锅炉。
[0004] 专利申请号为CN201520065311 • 6的实用新型专利公布了一种冷凝卧式蒸汽锅炉, 包括燃油燃烧器,锅炉本体,保温层及壳体,管道阀门仪表,省煤器,冷凝器,烟风道,锅炉本 体设于地基上,燃油燃烧器与锅炉本体直接相连,在锅炉本体外设有一层保温层,省煤器和 冷凝器通过管道与锅炉本体外壳相连,省煤器和冷凝器通过管道阀门控制,经省煤器排出 的气体通过冷凝器作用后经烟风道排入空气中。本新型由于在锅炉的壳体上设有省煤器, 当燃油燃烧器燃烧时,排出的烟气能够利用烟气余热加热给水,起到吸收余热,降低排烟热 损失,并提高给水温度的作用;本新型冷凝器与省煤器相连,冷凝器能够将燃气锅炉中的排 烟温度冷却到40-S0°C,能对省煤器排出的气体进行调节,能使锅炉的工作效率得到显著提 高。
[0005]上述蒸汽锅炉的冷凝器能提高热能利用,提高燃烧热效率。但因为燃烧最高温度 区域并未有效控制,烟气中热力型NOx大量产生,其中热力型N0X是空气中氮在高温(1400°C 以上)下氧化产生。这造成氮氧化物的排放量高,造成空气污染。常规的WNS卧式三回程燃油 气蒸汽锅炉的波纹炉胆内烟气温度达到15〇〇°C左右,因而,造成NOx大量产生,其NOx的排放 量达到 50-200mg/Nm3。
发明内容
[0006]本发明克服了现有技术的不足,提供一种热效率高且氮氧化物排放量低的冷凝卧 式蒸汽锅炉。
[0007]为解决上述的技术问题,本发明采用以下技术方案:
[0008] —种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,包括烟箱,烟箱上设置有蒸汽出口;所述烟 箱内安装有波纹炉胆,波纹炉胆的一端连接有燃烧机,燃烧机设置于烟箱的外部;波纹炉胆 的另一端依次连接有螺纹烟管和节能器,螺纹烟管设置于烟箱内,节能器设置于烟箱的外 部,波纹炉胆的直径为1.05〜1.3m之间。
[0009] 作为本发明的优选方案,所述节能器的另一端还依次连接有连接管和冷凝器,冷 凝器与烟箱通过管道连通。
[0010] 作为本发明的优选方案,所述连接管与燃烧机之间连接有烟气回流管。烟气回流 管将从节能器排出的烟气重新送入燃烧机内进行燃烧,这部分烟气占到燃烧机总进气量的 12%
[0011] 作为本发明的优选方案,所述燃烧机为超低氮燃烧器。超低氮燃烧机能减少氮氧 化物的生成,从而相应减少氮氧化物的排放。
[0012] 作为本发明的优选方案,所述燃烧机内分别设置有一级燃烧区和二级燃烧区,二 级燃烧区位于一级燃烧区上方;一级燃烧区和二级燃烧区分别连接有进气管,烟气回流管 与一级燃烧区上的进气管连通。将燃料按比例分配在一级燃烧区和二级燃烧区,并将所需 的进气量按比例通入一级燃烧区和二级燃烧区的进气量。控制一级燃烧区内过量空气系数 a>l,一级燃烧区内过量空气系数a<l。
[0013]作为本发明的优选方案,所述冷凝器为ND钢螺旋鳍片管冷凝器。ND钢材料制成的 泠凝器减少烟气中酸性气体对烟肉的腐蚀。
[0014] 作为本发明的优选方案,所述螺纹烟管的形状为螺旋形,使得螺纹烟管与烟箱内 的水进行充分换热,有效提高热效率。
[0015] 作为本发明的优选方案,所述波纹炉胆的直径为1. lm。
[0016]与现有技术相比,本发明的有益效果是:
[0017] 1、本发明的波纹炉胆的直径由原来的lm增大到1.05〜1.3m,波纹炉胆与烟箱中的 水充分换热,不仅提高了热效率,还使得波纹炉胆内的烟气最高温度由1500 °C降低到1200 °C〜1300°C之间。炉内最高温度降低到1400°C以下时,热力型NOx大幅度减少,总N〇x的排放 量可大幅度降低,使得NOx排放量由原来的50-200mg/Nm3降低到30mg/Nm3以下,具有意想不 到的效果。
[0018] 2、本发明的冷凝器能吸收锅炉烟气中的汽化潜能,其热量被有效利用,用于烟箱 中蒸汽的生成,提高了热效率。通过将节能器出口的烟气温度从120 °C降低到8(TC,使得锅 炉热效率从原来的90%-92%提高到9799%。烟气温度降低后,烟气中N〇x部分溶解,进 一步减少了NOx的排放。
[0019] 3、节能器出口的烟气含有较多热量,通过烟气回流管将烟气重新导入燃烧机,提 高了热效率。在总进气量的12%为烟气时,相当于温度较高的混合气体进气,降低了燃烧温 度,减少热力型NOx的生成。通气混合气体时,也相应降低了氧气浓度,进一步降低了 NOx的 排放浓度。
[0020] 4、超低氮燃烧机能减少氮氧化物的生成,从而相应减少氮氧化物的排放。
[0021] 5、在燃烧中已生成的N0遇到烃根CHi和未完全燃烧产物⑶、H2、c和CnHm时,会发生 N0的还原反应,重新还原为N2。利用这一原理,将主要燃料送入一级燃烧区,并将烟气回流 管回收的烟气和一级燃烧区上进气管通入一级燃烧区欧,在a>l条件下,燃烧并生成NOx。送 入一级燃烧区的燃料称为一次燃料,其余15〜20%的燃料送入二级燃烧区。一级燃烧区形 成的烟气和二级燃烧区上进气管的补充进气通入二级燃烧区,在a<l的条件下形成很强的 还原性气氛,使得在一级燃烧区中生成的N0X在二级燃烧区内被还原成氮分子。在二次燃烧 区中不仅使得己生成的NOx得到还原,还抑制了新的NOx的生成,可使NOx的排放浓度进一步 降低。综合采用在采用燃料分级、空气分级、烟气循环,不仅使得燃料充分燃烧,还有效地降 低了 NOx排放,可将烟气中N0x的排放量控制在丨5mg/Nm3以下。
[0022] 6、增加冷凝器后,排烟中含有一些酸性水雾,而ND钢材质的冷凝器能有效减少烟 囱的腐蚀。
[0023] 7、螺旋形的螺纹烟管使得螺纹烟管与烟箱内的水的接触面积增大,有效提高了换 热效率,相应高热效率。从螺纹烟管流出的烟气的温度降低后,烟气进入冷凝器的温度进一 步降低,从而,进一步增加了NOx的溶解,降低NOx的排放。
[0024] 8、波纹炉胆的直径为为最佳选择,当波纹炉胆的直径进一步增大时,对降低 波纹炉胆内温度的效果逐渐降低。
附图说明
[0025]图1是本发明的结构示意图;
[0026]图2是燃烧机的结构示意图。
[0027]图中,卜烟箱,2-波纹炉胆,3-燃烧机,4-螺纹烟管,5-节能器,6-连接管,7-冷凝 器,8-烟气回流管,11-蒸汽出口,31-进气管。
具体实施方式
[0028]下面结合附图,对本发明作详细的说明。
[0029]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对 本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明,并不 用于限定本发明。
[0030] 实施例一
[0031] 如图1所示,本发明包括烟箱1,烟箱1上设置有蒸汽出口 11;其特征在于,所述烟箱 1内安装有波纹炉胆2,波纹炉胆2的一端连接有燃烧机3,燃烧机3设置于烟箱1的外部;波纹 炉胆2的另一端依次连接有螺纹烟管4和节能器5,螺纹烟管4设置于烟箱1内,节能器5设置 于烟箱1的外部,波纹炉胆2的直径为1.05〜1.3m之间。
[0032] 本发明的波纹炉胆2的直径由原来的lm增大到1.05〜1.3m,波纹炉胆2与烟箱1中 的水充分换热,不仅提高了热效率,还使得波纹炉胆2内的烟气最高温度由1500°C降低到 1200°C〜1300°C之间。炉内最高温度降低到1400 °C以下时,热力型NOx大幅度减少,总NOx的 排放量可大幅度降低,使得N〇x排放量由原来的50-200mg/Nm3降低到30mg/Nm3以下,具有意 想不到的效果。
[0033] 实施例二
[0034] 如图1所示,在实施例一的基础上,所述节能器的另一端还依次连接有连接管6和 冷凝器7,冷凝器7与烟箱1通过管道连通。
[0035] 本发明的冷凝器7能吸收锅炉烟气中的汽化潜能,其热量被有效利用,用于烟箱1 中蒸汽的生成,提高了热效率。通过将节能器5出口的烟气温度从l2〇°C降低到80°C,使得锅 炉热效率从原来的90%-92%提高到97 %-99%。烟气温度降低后,烟气中NOx部分溶解,进 一步减少了NOx的排放。
[0036] 实施例三
[0037]如图1和图2所示,在实施例一或实施例二的基础上,所述连接管6与燃烧机3之间 连接有烟气回流管8。
[0038]节能器5出口的烟气含有较多热量,通过烟气回流管8将烟气重新导入燃烧机3,提 高了热效率。在总进气量的12%为烟气时,相当于温度较高的混合气体进气,降低了燃烧温 度,减少热力型NOx的生成。通气混合气体时,也相应降低了氧气浓度,进一步降低了 N〇x的 排放浓度。
[0039] 实施例四
[0040]在上述任意一项实施例的基础上,所述燃烧机3为超低氮燃烧器。超低氮燃烧机能 减少氮氧化物的生成,从而相应减少氮氧化物的排放。
[0041] 实施例五
[0042]如图2所示,在上述任意一项实施例的基础上,所述燃烧机3内分别设置有一级燃 烧区和二级燃烧区,二级燃烧区位于一级燃烧区上方;一级燃烧区和二级燃烧区分别连接 有进气管31,烟气回流管8与一级燃烧区上的进气管31连通;一级燃烧区内过量空气系数a >1,一级燃烧区内过量空气系数a<l。
[0043] 在燃烧中已生成的N0遇到烃根CHi和未完全燃烧产物C0、H2、C和CnHm时,会发生N0 的还原反应,重新还原为N2。利用这一原理,将主要燃料送入一级燃烧区,并将烟气回流管 回收的烟气和一级燃烧区上进气管通入一级燃烧区欧,在a>l条件下,燃烧并生成N0x。送入 一级燃烧区的燃料称为一次燃料,其余15〜20 %的燃料送入二级燃烧区。一级燃烧区形成 的烟气和二级燃烧区上进气管的补充进气通入二级燃烧区,在a<l的条件下形成很强的还 原性气氛,使得在一级燃烧区中生成的N0X在二级燃烧区内被还原成氮分子。在二次燃烧区 中不仅使得已生成的NOx得到还原,还抑制了新的NOx的生成,可使NOx的排放浓度进一步降 低。综合采用在采用燃料分级、空气分级、烟气循环,不仅使得燃料充分燃烧,还有效地降低 了 NOx排放,可将烟气中NOx的排放量控制在15mg/Nm3以下。
[0044] 实施例六
[0045] 在上述任意一项实施例的基础上,所述冷凝器7为ND钢螺旋鳍片管冷凝器。增加冷 凝器7后,排烟中含有一些酸性水雾,而ND钢材质的冷凝器7能有效减少烟囱的腐蚀。
[0046] 实施例七
[0047]在上述任意一项实施例的基础上,所述螺纹烟管4的形状为螺旋形。螺旋形的螺纹 烟管4使得螺纹烟管4与烟箱1内的水的接触面积增大,有效提高了换热效率,相应高热效 率。从螺纹烟管4流出的烟气的温度降低后,烟气进入冷凝器7的温度进一步降低,从而,进 一步增加了 NOx的溶解,降低NOx的排放。
[0048]实施例八
[0049]在上述任意一项实施例的基础上,所述波纹炉胆2的直径为1 • lm。波纹炉胆2的直 径为1 • lm时为最佳选择,当波纹炉胆2的直径进一步增大时,对降低波纹炉胆2内温度的效 果逐渐降低。

Claims (8)

1. 一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,包括烟箱(1),烟箱(1)上设置有蒸汽出口 (11);其特征在于,所述烟箱(1)内安装有波纹炉胆(2),波纹炉胆(2)的一端连接有燃烧机 (3),燃烧机(3)设置于烟箱(1)的外部;波纹炉胆(2)的另一端依次连接有螺纹烟管⑷和节 能器⑸,螺纹烟管⑷设置于烟箱⑴内,节能器⑸设置于烟箱⑴的外部,波纹炉胆⑵的 直径为1.05〜1.3m之间。
2. 根据权利要求1所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,其特征在于,所述节能 器的另一端还依次连接有连接管05)和冷凝器(7),冷凝器(7)与烟箱(1)通过管道连通。
3. 根据权利要求2所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,其特征在于,所述连接 管⑹与燃烧机⑶之间连接有烟气回流管⑻。
4. 根据权利要求3所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,其特征在于,所述燃烧 机(3)为超低氮燃烧器。
5. 根据权利要求4所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,其特征在于,所述燃烧 机⑶内分别设置有一级燃烧区和二级燃烧区,二级燃烧区位于一级燃烧区上方;一级燃烧 区和二级燃烧区分别连接有进气管(31),烟气回流管(8)与一级燃烧区上的进气管(31)连 通;一级燃烧区内过量空气系数a>l,一级燃烧区内过量空气系数a<l。
6. 根据权利要求2所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,其特征在于,所述冷凝 器⑺为ND钢螺旋鳍片管冷凝器。
7. 根据权利要求1所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,其特征在于,所述螺纹 烟管⑷的形状为螺旋形。
8. 根据权利要求1〜7任意一项所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉,其特征在 于,所述波纹炉胆⑵的直径为1. lm。
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