CN108443876B - 水冷式表面燃烧低氮燃烧器、具有其的锅炉及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及水冷式表面燃烧低氮燃烧器、具有其的锅炉及其使用方法，包括混合箱、集风筒，混合箱的一侧固定连接有封盖，集风筒的一端设置于混合箱的空腔内；混合箱的箱体上设置有助燃风进风口和天然气进风口，天然气进风口上设置有弯折状的燃气中心管；燃气中心管包括水平管部和竖直管部；水平管部靠近竖直管部的管壁上设置有旋流片组件和若干个沿周向均匀布设在管壁上的溢流孔，在水平管部上还设置有导流板组件，集风筒另一端的外部延伸套设有螺旋冷却管；螺旋冷却管设置有冷水进水口和热水出水口。其具有结构设计合理、操作及使用方便、有效降低工人的劳动强度、提高作业效率、运行安全稳定可靠、自动化程度高、维护成本较低等优点。

Description

水冷式表面燃烧低氮燃烧器、具有其的锅炉及其使用方法

技术领域

本发明涉及锅炉、窑炉燃烧器技术领域，尤其涉及一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器及其使用方法。

背景技术

随着我国环境保护及空气污染治理力度的加大，国内燃油燃气锅炉燃烧器改造也势在必行。近年来国内外诸多厂家围绕低氮环保、节能增效的宗旨，加大资金技术的投入，对传统燃烧器进行改进升级。但是，市场中大部分燃烧器普遍存在燃烧不充分、氮氧化物超标工效较低等缺点。燃烧器在燃烧运行过程中产生的氮氧化物废气，是燃气燃烧器产生的主要废气，它对大气环境有着较大的影响。目前，常用的低氮燃烧器降低产生氮氧化物的方法主要是通过加大助燃风流量、回流烟气再循环加入到助燃风里的方法，来稀释助燃风中氧气的比例，降低燃烧温度，从而降低氮氧化物的产生。此种方法虽然在一定程度上降低了氮氧化物的产生，但是因助燃风温度比较低，特别是在冬天，加大量的低温助燃风会得不到充分的燃烧，未燃烧的助燃风会带走炉膛的热量，造成热能的损失，降低了燃烧效率。因此，需要提出改进的燃气燃烧器的技术方案，能在产生极低的氮氧化物的同时，提高燃气的燃烧效率，获得更好的节能环保的效果。

发明内容

针对现有技术中低氮燃烧器存在的上述不足，本发明的目的在于：提供一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器、具有其的锅炉及其使用方法，其具有结构设计合理、操作及使用方便、有效降低工人的劳动强度、提高作业效率、运行安全稳定可靠、自动化程度高、维护成本较低等优点。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现：

一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器，所述水冷式表面燃烧低氮燃烧器包括混合箱、集风筒，所述混合箱的一侧固定连接有封盖，集风筒的一端设置于混合箱的空腔内；所述混合箱的箱体上设置有助燃风进风口和天然气进风口，所述天然气进风口上设置有弯折状的燃气中心管；所述燃气中心管包括水平管部和竖直管部，所述水平管部的一端封闭，另一端与竖直管部相连通，所述水平管部设置于集风筒内，所述水平管部靠近竖直管部的管壁上设置有旋流片组件和若干个沿周向均匀布设在管壁上的溢流孔，在水平管部上还设置有导流板组件，所述导流板组件包括若干个外圈导流板和内圈导流板，所述内圈导流板和外圈导流板依次交替设置在水平管的外周壁上；所述集风筒另一端的外部延伸套设有螺旋冷却管；所述螺旋冷却管设置有冷水进水口和热水出水口，所述集风筒的外壁上还设置有点火器，点火枪上连接有点火电极，所述螺旋冷却管的一侧设置有封头；助燃风经过助燃风进风口流至集风筒内与天然气在集风筒内依次经旋流片、导流板组件混合后进入集风筒另一端外部延伸的螺旋冷却管内部，混合风经均匀溢出螺旋冷却管之间的缝隙与点火枪配合燃烧。

作为上述方案的进一步优化，所述封盖与混合箱的连接处设置有密封垫圈，所述封盖上还设置有固定把手；所述混合箱为筒体或者柱体，所述集风筒为圆柱筒体；所述助燃风进风口和天然气进风口均设置有连接法兰；所述混合箱与集风筒的连接处还设置有安装法兰。

作为上述方案的进一步优化，所述旋流叶片设置在水平管部与竖直管部连接处附近的水平管部上，所述溢流孔均设置在旋流叶片与导流板组件之间的水平管部上；所述外圈导流板和内圈导流板的数量均可设置为2-4个。

作为上述方案的进一步优化，所述点火枪上还设置有外部火检探针，所述安装法兰上还设置有观火镜。

作为上述方案的进一步优化，所述天然气、助燃风的进气量比值为：1:(10-12)，所述天然气的进气压为0.5-0.6MPa，所述助燃风的进气压为5KPa。

一种锅炉，所述锅炉为蒸汽锅炉、热水锅炉或者工业窑炉，所述锅炉采用上述一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器，所述水冷式表面燃烧低氮燃烧器通过所述安装法兰固定设置在所述锅炉上。

作为上述方案的进一步优化，所述锅炉还包括自动控制系统，自动控制系统与水冷式表面燃烧低氮燃烧器控制连接；所述自动控制系统包括设置在天然气进风口处的天然气流量传感器、设置在助燃风送风道上的助燃风流量传感器、设置在点火枪前端锅炉内的燃烧温度传感器、设置在锅炉排烟口的氮氧化物浓度检测器、设置在螺旋冷却管冷水进水口的冷水流量传感器、设置在螺旋冷却管热水出水口的热水温度传感器，还包括可编程控制器，所述天然气流量传感器、助燃风流量传感器、燃烧温度传感器、氮氧化物浓度检测器、冷水流量传感器、热水温度传感器、内部火检探针、外部火检探针均与可编程控制器电性连接，分别用于检测实时天然气气体流量、实时助燃风流量、实时燃烧温度值、实时氮氧化物排放浓度值、实时冷水流量、实时热水温度、内部燃烧火焰情况和外部火焰燃烧情况并将检测到的响应值发送至可编程控制器中，控制器将接收到的相应值经数据转换后与预设的相应值进行比较，根据比较的结果控制调节天然气进气量、助燃风进气量。

作为上述方案的进一步优化，所述自动控制系统还包括与可编程控制器相连接的显示器、无线收发器，所述显示器与所述天然气流量传感器、助燃风流量传感器、燃烧温度传感器、氮氧化物浓度检测器、冷水流量传感器、热水温度传感器、内部火检探针、外部火检探针相连接，用于显示实时天然气气体流量、实时助燃风流量、实时燃烧温度值、实时氮氧化物排放浓度值、实时冷水流量、实时热水温度、内部和外部燃烧火焰情况；所述无线收发器包括无线接收器、无线网络模块、无线发射器，所述无线接收器与无线发射器通过所述无线网络模块与远程监控中心或者智能终端通信连接。

作为上述方案的进一步优化，所述智能终端包括手机、PAD或者笔记本电脑，所述无线网络模块包括2G、3G、4G或者wifi网络。

本发明上述锅炉的使用方法包括如下步骤：

1)固定安装：通过安装螺栓将水冷式表面燃烧低氮燃烧器上安装法兰安装在锅炉上；连接天然气进风口、点火燃气接口处的进风管道；

2)开机：设定点火枪至运行档位，助燃风的送风道上的送风机处于低档位运行；开启点火器的燃气管路，启动点火按钮，点火电极打火，点火枪着火；

3)主火点燃：点火枪点火且平稳运行1-2分钟后，助燃风的送风道上的送风机频率提高，同时开启天燃气管路，天燃气经过天燃气进气口进入集风筒内的燃气喷头内并排出；助燃风经过助燃风进风口流至集风筒内与天然气在集风筒内依次经旋流片、导流板组件混合后进入集风筒另一端外部延伸的螺旋冷却管内部，当达到一定的压力后，混合风经均匀溢出螺旋冷却管之间的缝隙流出，当遇到点火枪的火焰后而燃烧，由于螺旋冷却管螺旋均匀分布，所以主火火焰会均匀附着在螺旋冷却管圆周；循环冷却水经过螺旋冷却管，带走一部分表面燃烧所产生的热量，冷却表面燃烧火焰根部温度，减少氮氧化物的产生，外部火检探针检测到主火火焰，主火点燃成功，点火枪自动火焰切断；

4)自动控制：在可编程控制器的操作面板上点击熄火按钮，可编程控制器自动关闭各个气路上的电磁阀，并进行炉膛吹扫运行后停止助燃风机的运行，实现了正常停车；当燃烧器正常点火启动5秒后，外部火检探针没有检测到主火火焰，可编程控制器自动关闭各个气路上电磁阀，并进行炉膛吹扫运行后停止助燃风机的运行，实现了紧急停车；内部火检探针检测到混合管与表面燃烧散热管之间有火焰燃烧时，可编程控制器自动关闭各个气路上电磁阀，并进行炉膛吹扫运行后停止助燃风机的运行，实现了紧急停车；显示实时天然气气体流量、实时助燃风流量、实时燃烧温度值、实时氮氧化物排放浓度值、燃烧火焰情况；无线接收器与无线发射器通过所述无线网络模块与远程监控中心或者智能终端通信连接将检测到的上述实时值发送至远程监控中心或者智能终端上。

采用本发明水冷式表面燃烧低氮燃烧器、具有其的锅炉及其使用方法具有如下有益效果：

1.该燃烧器结构合理，操作简便，结合控制系统的自动化，大大降低了运行成本和劳动强度。

2.由于天燃气与助燃风经过旋流片、导流板组件在一定压力下的充分混合，使得燃烧器燃烧充分，功效显著提高。

3.燃烧器在充分燃烧的同时，冷却水通过外部循环系统经过燃烧器螺旋冷却管，带走火焰根部部分热量，降低燃烧温度，从源头上减少了热力型氮氧化物的产生，大大提高了燃气炉的热效率和节能环保优点。

附图说明

附图1为本发明水冷式表面燃烧低氮燃烧器的结构示意图。

附图2为本发明水冷式表面燃烧低氮燃烧器的局部截面结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图1-2对本发明水冷式表面燃烧低氮燃烧器、具有其的锅炉及其使用方法作以详细说明。

一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器，所述水冷式表面燃烧低氮燃烧器包括混合箱1、集风筒2，所述混合箱的一侧固定连接有封盖3，集风筒的一端设置于混合箱的空腔内；所述混合箱的箱体上设置有助燃风进风口4和天然气进风口5，所述天然气进风口上设置有弯折状的燃气中心管6；所述燃气中心管包括水平管部6-1和竖直管部6-2，所述水平管部的一端封闭，另一端与竖直管部相连通，所述水平管部设置于集风筒内，所述水平管部靠近竖直管部的管壁上设置有旋流片组件7和若干个沿周向均匀布设在管壁上的溢流孔8，在水平管部上还设置有导流板组件，所述导流板组件包括若干个外圈导流板9和内圈导流板10，所述内圈导流板和外圈导流板依次交替设置在水平管的外周壁上；所述集风筒另一端的外部延伸套设有螺旋冷却管11；所述螺旋冷却管设置有冷水进水口12和热水出水口13，所述集风筒的外壁上还设置有点火器14，点火枪上连接有点火电极15，所述螺旋冷却管的一侧设置有封头16；助燃风经过助燃风进风口流至集风筒内与天然气在集风筒内依次经旋流片、导流板组件混合后进入集风筒另一端外部延伸的螺旋冷却管内部，混合风经均匀溢出螺旋冷却管之间的缝隙与点火枪配合燃烧。

所述封盖与混合箱的连接处设置有密封垫圈，所述封盖上还设置有固定把手；所述混合箱为筒体或者柱体，所述集风筒为圆柱筒体；所述助燃风进风口和天然气进风口均设置有连接法兰；所述混合箱与集风筒的连接处还设置有安装法兰17。

所述旋流叶片设置在水平管部与竖直管部连接处附近的水平管部上，所述溢流孔均设置在旋流叶片与导流板组件之间的水平管部上；所述外圈导流板和内圈导流板的数量均可设置为2-4个。

所述点火枪上还设置有外部火检探针18，所述安装法兰上还设置有观火镜19。

所述天然气、助燃风的进气量比值为：1:10-12，所述天然气的进气压为0.5-0.6MPa，所述助燃风的进气压为5KPa。

一种锅炉，所述锅炉为蒸汽锅炉、热水锅炉或者工业窑炉，所述锅炉采用上述水冷式表面燃烧低氮燃烧器，所述水冷式表面燃烧低氮燃烧器通过所述安装法兰固定设置在所述锅炉上。

所述锅炉还包括自动控制系统，自动控制系统与水冷式表面燃烧低氮燃烧器控制连接；所述自动控制系统包括设置在天然气进风口处的天然气流量传感器、设置在助燃风送风道上的助燃风流量传感器、设置在点火枪前端锅炉内的燃烧温度传感器、设置在锅炉排烟口的氮氧化物浓度检测器、设置在螺旋冷却管冷水进水口的冷水流量传感器、设置在螺旋冷却管热水出水口的热水温度传感器，还包括可编程控制器，所述天然气流量传感器、助燃风流量传感器、燃烧温度传感器、氮氧化物浓度检测器、冷水流量传感器、热水温度传感器、内部火检探针、外部火检探针均与可编程控制器电性连接，分别用于检测实时天然气气体流量、实时助燃风流量、实时燃烧温度值、实时氮氧化物排放浓度值、实时冷水流量、实时热水温度、内部燃烧火焰情况和外部火焰燃烧情况并将检测到的响应值发送至可编程控制器中，控制器将接收到的相应值经数据转换后与预设的相应值进行比较，根据比较的结果控制调节天然气进气量、助燃风进气量。

所述自动控制系统还包括与可编程控制器相连接的显示器、无线收发器，所述显示器与所述天然气流量传感器、助燃风流量传感器、燃烧温度传感器、氮氧化物浓度检测器、冷水流量传感器、热水温度传感器、内部火检探针、外部火检探针相连接，用于显示实时天然气气体流量、实时助燃风流量、实时燃烧温度值、实时氮氧化物排放浓度值、实时冷水流量、实时热水温度、内部和外部燃烧火焰情况；所述无线收发器包括无线接收器、无线网络模块、无线发射器，所述无线接收器与无线发射器通过所述无线网络模块与远程监控中心或者智能终端通信连接。

所述智能终端包括手机、PAD或者笔记本电脑，所述无线网络模块包括2G、3G、4G或者wifi网络。

本发明上述水冷式表面燃烧低氮燃烧器的使用方法如下：

1)固定安装：通过安装螺栓将水冷式表面燃烧低氮燃烧器上安装法兰安装在锅炉上；连接天然气进风口、点火燃气接口处的进风管道；

2)开机：设定点火枪至运行档位，助燃风的送风道上的送风机处于低档位运行；开启点火器的燃气管路，启动点火按钮，点火电极打火，点火枪着火；

3)主火点燃：点火枪点火且平稳运行1-2分钟后，助燃风的送风道上的送风机频率提高，同时开启天燃气管路，天燃气经过天燃气进气口进入集风筒内的燃气喷头内并排出；助燃风经过助燃风进风口流至集风筒内与天然气在集风筒内依次经旋流片、导流板组件混合后进入集风筒另一端外部延伸的螺旋冷却管内部，当达到一定的压力后，混合风经均匀溢出螺旋冷却管之间的缝隙流出，当遇到点火枪的火焰后而燃烧，由于螺旋冷却管螺旋均匀分布，所以主火火焰会均匀附着在螺旋冷却管圆周；循环冷却水经过螺旋冷却管，带走一部分表面燃烧所产生的热量，冷却表面燃烧火焰根部温度，减少氮氧化物的产生，外部火检探针检测到主火火焰，主火点燃成功，点火枪自动火焰切断；

4)自动控制：在可编程控制器的操作面板上点击熄火按钮，可编程控制器自动关闭各个气路上的电磁阀，并进行炉膛吹扫运行后停止助燃风机的运行，实现了正常停车；当燃烧器正常点火启动5秒后，外部火检探针没有检测到主火火焰，可编程控制器自动关闭各个气路上电磁阀，并进行炉膛吹扫运行后停止助燃风机的运行，实现了紧急停车；内部火检探针检测到混合管与表面燃烧散热管之间有火焰燃烧时，可编程控制器自动关闭各个气路上电磁阀，并进行炉膛吹扫运行后停止助燃风机的运行，实现了紧急停车；显示实时天然气气体流量、实时助燃风流量、实时燃烧温度值、实时氮氧化物排放浓度值、燃烧火焰情况；无线接收器与无线发射器通过所述无线网络模块与远程监控中心或者智能终端通信连接将检测到的上述实时值发送至远程监控中心或者智能终端上。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器，其特征在于：所述水冷式表面燃烧低氮燃烧器包括混合箱(1)、集风筒(2)，所述混合箱的一侧固定连接有封盖(3)，集风筒的一端设置于混合箱的空腔内；所述混合箱的箱体上设置有助燃风进风口(4)和天然气进风口(5)，所述天然气进风口上设置有弯折状的燃气中心管(6)；所述燃气中心管包括水平管部(6-1)和竖直管部(6-2)，所述水平管部的一端封闭，另一端与竖直管部相连通，所述水平管部设置于集风筒内，所述水平管部靠近竖直管部的管壁上设置有旋流片组件(7)和若干个沿周向均匀布设在管壁上的溢流孔(8)，在水平管部上还设置有导流板组件，所述导流板组件包括若干个外圈导流板(9)和内圈导流板(10)，所述内圈导流板和外圈导流板依次交替设置在水平管的外周壁上；所述集风筒另一端的外部延伸套设有螺旋冷却管(11)；所述螺旋冷却管设置有冷水进水口(12)和热水出水口(13)，所述集风筒的外壁上还设置有点火器(14)，点火枪上连接有点火电极(15)，所述螺旋冷却管的一侧设置有封头(16)；助燃风经过助燃风进风口流至集风筒内与天然气在集风筒内依次经旋流片、导流板组件混合后进入集风筒另一端外部延伸的螺旋冷却管内部，混合风经均匀溢出螺旋冷却管之间的缝隙与点火枪配合燃烧。

2.根据权利要求1所述的一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器，其特征在于：所述封盖与混合箱的连接处设置有密封垫圈，所述封盖上还设置有固定把手；所述混合箱为柱体，所述集风筒为圆柱筒体；所述助燃风进风口和天然气进风口均设置有连接法兰；所述混合箱与集风筒的连接处还设置有安装法兰(17)。

3.根据权利要求2所述的一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器，其特征在于：所述旋流叶片设置在水平管部与竖直管部连接处附近的水平管部上，所述溢流孔均设置在旋流叶片与导流板组件之间的水平管部上；所述外圈导流板和内圈导流板的数量均可设置为2-4个。

4.根据权利要求3所述的一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器，其特征在于：所述点火枪上还设置有外部火检探针(18)，所述安装法兰上还设置有观火镜(19)。

5.根据权利要求4所述的一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器，其特征在于：所述天然气、助燃风的进气量比值为：1:(10-12)，所述天然气的进气压为0.5-0.6MPa，所述助燃风的进气压为5KPa。

6.一种锅炉，所述锅炉为蒸汽锅炉、热水锅炉或者工业窑炉，其特征在于：所述锅炉采用上述权利要求5所述的一种水冷式表面燃烧低氮燃烧器，所述水冷式表面燃烧低氮燃烧器通过所述安装法兰固定设置在所述锅炉上。

7.根据权利要求6所述的锅炉，其特征在于：所述锅炉还包括自动控制系统，自动控制系统与水冷式表面燃烧低氮燃烧器控制连接；所述自动控制系统包括设置在天然气进风口处的天然气流量传感器、设置在助燃风送风道上的助燃风流量传感器、设置在点火枪前端锅炉内的燃烧温度传感器、设置在锅炉排烟口的氮氧化物浓度检测器、设置在螺旋冷却管冷水进水口的冷水流量传感器、设置在螺旋冷却管热水出水口的热水温度传感器，还包括可编程控制器，所述天然气流量传感器、助燃风流量传感器、燃烧温度传感器、氮氧化物浓度检测器、冷水流量传感器、热水温度传感器、内部火检探针、外部火检探针均与可编程控制器电性连接，分别用于检测实时天然气气体流量、实时助燃风流量、实时燃烧温度值、实时氮氧化物排放浓度值、实时冷水流量、实时热水温度、内部燃烧火焰情况和外部火焰燃烧情况并将检测到的响应值发送至可编程控制器中，控制器将接收到的相应值经数据转换后与预设的相应值进行比较，根据比较的结果控制调节天然气进气量、助燃风进气量。

8.根据权利要求7所述的锅炉，其特征在于：所述自动控制系统还包括与可编程控制器相连接的显示器、无线收发器，所述显示器与所述天然气流量传感器、助燃风流量传感器、燃烧温度传感器、氮氧化物浓度检测器、冷水流量传感器、热水温度传感器、内部火检探针、外部火检探针相连接，用于显示实时天然气气体流量、实时助燃风流量、实时燃烧温度值、实时氮氧化物排放浓度值、实时冷水流量、实时热水温度、内部和外部燃烧火焰情况；所述无线收发器包括无线接收器、无线网络模块、无线发射器，所述无线接收器与无线发射器通过所述无线网络模块与远程监控中心或者智能终端通信连接。

9.根据权利要求8所述的锅炉，其特征在于：所述智能终端包括手机、PAD或者笔记本电脑，所述无线网络模块包括2G、3G、4G或者wifi网络。

10.一种根据权利要求9所述的锅炉的使用方法，其特征在于，所述使用方法包括如下步骤：

1)固定安装：通过安装螺栓将水冷式表面燃烧低氮燃烧器上安装法兰安装在锅炉上；连接天然气进风口、点火燃气接口处的进风管道；

2)开机：设定点火枪至运行档位，助燃风的送风道上的送风机处于低档位运行；开启点火器的燃气管路，启动点火按钮，点火电极打火，点火枪着火；

3)主火点燃：点火枪点火且平稳运行1-2分钟后，助燃风的送风道上的送风机频率提高，同时开启天燃气管路，天燃气经过天燃气进气口进入集风筒内的燃气喷头内并排出；助燃风经过助燃风进风口流至集风筒内与天然气在集风筒内依次经旋流片、导流板组件混合后进入集风筒另一端外部延伸的螺旋冷却管内部，当达到一定的压力后，混合风经均匀溢出螺旋冷却管之间的缝隙流出，当遇到点火枪的火焰后而燃烧，由于螺旋冷却管螺旋均匀分布，所以主火火焰会均匀附着在螺旋冷却管圆周；循环冷却水经过螺旋冷却管，带走一部分表面燃烧所产生的热量，冷却表面燃烧火焰根部温度，减少氮氧化物的产生，外部火检探针检测到主火火焰，主火点燃成功，点火枪自动火焰切断；

4)自动控制：在可编程控制器的操作面板上点击熄火按钮，可编程控制器自动关闭各个气路上的电磁阀，并进行炉膛吹扫运行后停止助燃风机的运行，实现了正常停车；当燃烧器正常点火启动5秒后，外部火检探针没有检测到主火火焰，可编程控制器自动关闭各个气路上电磁阀，并进行炉膛吹扫运行后停止助燃风机的运行，实现了紧急停车；内部火检探针检测到混合管与表面燃烧散热管之间有火焰燃烧时，可编程控制器自动关闭各个气路上电磁阀，并进行炉膛吹扫运行后停止助燃风机的运行，实现了紧急停车；显示实时天然气气体流量、实时锅炉回烟流量、实时助燃风流量、实时燃烧温度值、实时氮氧化物排放浓度值、燃烧火焰情况；无线接收器与无线发射器通过所述无线网络模块与远程监控中心或者智能终端通信连接将检测到的上述实时值发送至远程监控中心或者智能终端上。