CN110425511A - 超低氮燃气蒸汽锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种超低氮燃气蒸汽锅炉，包括炉体，炉体内设有上集箱、下集箱、设于上集箱和下集箱之间的第一水管群和第二水管群，第二水管群设于第一水管群的外围并与第一水管群隔离设置，第一水管群和第二水管群的顶端均穿过上隔板与上集箱连通，底端均穿过下隔板与下集箱连通；上集箱的底部一侧设有锅炉进水管；第一水管群的一侧设有气体分布器，气体分布器朝向第一水管群的一侧设有燃烧器，气体分布器的进气口通入预混气体。本发明所述超低氮蒸汽锅炉可显著降低蒸汽锅炉的氮氧化物排放量，增加热源与水的接触面积和换热效率，充分利用锅炉的排烟余热，锅炉体积较小，能耗损失较小，节能减排。
Description
技术领域
本发明涉及燃气蒸汽锅炉技术领域，具体涉及为一种超低氮燃气蒸汽锅炉。
背景技术
现有燃气蒸汽锅炉中，一般由炉膛、第一回程烟管、第二回程烟管、壳体、回燃室、前后烟箱等几部分组成，扩散式燃烧产生的火焰通过炉膛辐射及第一回程、第二回程烟管加热锅炉中的水产生蒸汽。由于燃烧火焰长，通常锅炉为卧式结构。该型锅炉体积大、重量重、锅炉炉水容积大。实际使用中存在占地面积大、启动慢、热效率低、烟气氮氧化物排放高等缺陷。
发明内容
为解决上述现有技术存在的问题，本发明提出一种超低氮燃气蒸汽锅炉，可缩小锅炉体积、启动快、降低氮氧化物排放，并能充分利用烟气余热，提高热效率的蒸汽锅炉。
为实现以上技术目的，本发明采用以下技术方案：
超低氮燃气蒸汽锅炉，包括炉体，炉体内设有上集箱、下集箱、设于上集箱和下集箱之间的第一水管群和第二水管群，第二水管群设于第一水管群的外围并与第一水管群隔离设置，第一水管群和第二水管群的顶端均穿过上隔板与上集箱连通，底端均穿过下隔板与下集箱连通；上集箱的底部一侧设有锅炉进水管；第一水管群的一侧设有气体分布器，气体分布器朝向第一水管群的一侧设有燃烧器，气体分布器的进气口通入预混气体。
作为本发明的优选方案之一，燃烧器与第一水管群形成一个包围体，包围体即为锅炉的炉膛，火焰在炉膛中燃烧；第一水管群由多根上下贯通的平行设置的上升管组成，多根上升管沿热流方向均匀布置，第二水管群由多根上下贯通的平行设置的下降管组成；水管群通过耐火隔板与第二水管群隔离，或者，通过焊接在外围相邻上升管之间的膜式壁与第二水管群隔离。
作为本发明的优选方案之一，上集箱的顶端设有蒸汽出口，上集箱的底部一侧设有锅炉进水口，锅炉进水管穿过锅炉进水口与炉水连通；燃烧器表面形成燃烧火焰并产生热流，锅炉进水通过下降管进入下集箱，下集箱内的水由下至上经过第一水管群与热流换热后在上集箱内形成高温蒸汽，并由蒸汽出口排出；炉体的一侧设有烟气出口，热流与第一水管群换热后从烟气出口排出。
作为本发明的优选方案之一，所述炉体为圆筒形，所述上集箱和下集箱为相对设置的圆盘状结构，上集箱的顶端设有上部人孔，下集箱的底端设有下部人孔及排污孔；气体分布器伸出炉体的一侧连接混合器，燃气和空气在混合器内混合后送入气体分布器内。
作为本发明的优选方案之一，所述燃烧器具有垂直燃烧面或弧形燃烧面或人字燃烧面。
作为本发明的优选方案之一，所述燃烧器沿预混气体流动方向依次设有冷却管排和稳焰管排，冷却管排和稳焰管排均设于上集箱与下集箱之间，并与上集箱和下集箱连通；预混气体经冷却管排后燃烧，再经稳焰管排后形成稳定的燃烧火焰。
作为本发明的优选方案之一，所述冷却管排由数个矩形柱状或圆柱状或翅片管式的冷却管排列构成，稳焰管排由数个圆柱状的稳焰管排列构成。
作为本发明的优选方案之一，还包括设于炉体一侧的火管余热器，火管余热器包括壳体、设于壳体内的立式火管以及形成于立式火管外壁之间的腔体，腔体内填充锅炉补水，壳体的顶端通过烟气管道连接至炉体的烟气出口，壳体的底端设有低温烟气出口，烟气在立式火管内由上至下与软水换热后形成低温烟气，并从低温烟气出口排出。
作为本发明的优选方案之一，所述腔体的顶部一侧设有出水管，所述出水管连接至炉体的锅炉进水管，软水在腔体内与立式火管内的烟气换热后形成热水进入锅炉进水管。
作为本发明的优选方案之一，所述腔体的底部一侧设有补水管，补水管设有补水泵。
与现有技术相比，本发明的有益技术效果为：
锅炉与燃烧器一体设计，采用预混燃烧技术，燃烧器设于炉体内部，炉体内间隔设置第一水管群和第二水管群，第一水管群为受热面管，第二水管群为下降管，锅炉进水口设于炉体上部，水源通过第二水管群进入下集箱，再由下集箱进入第一水管群吸收热量形成高温蒸汽，由此，可形成一个自然水动力循环，同时预混气体可在燃烧器上均匀燃烧，燃烧后的烟气与第一水管群换热，冲刷第一水管群的外壁，将烟气热量传递给管内的水，增加热源与水的接触面积和换热效率，降低锅炉的氮氧化物排放量。同时，采用膜式壁或耐火隔板将上升管与下降管隔离，可确保下降管不受热，保证水动力循环可靠。
锅炉的排烟余热通过火管余热器吸收，火管余热器中的水被排烟余热加热后经锅炉进水管送入炉体内，经第二水管群流动至下集箱内，以作为第一水管群的水源，由此可提高水源的温度，保证蒸汽的产量，同时降低排烟的温度，提高能源利用效率。
附图说明
图1为本发明所述超低氮燃气锅炉的结构示意图；
图2为本发明所述超低氮燃气锅炉炉体的剖视图；
图3为本发明所述燃烧器的结构示意图。
图中，1-炉体，2-火管余热器，3-气体分布器，4-混合器；10-上集箱，11-上隔板，12-蒸汽出口，13-锅炉进水管，14-锅炉进水口，15-下集箱，16-下隔板，17-上升管，18-下降管，19-膜式壁，21-立式火管，22-腔体，23-烟气管道，24-出水管，25-补水管，26-补水泵；30-燃烧器,31-冷却管，32-稳焰管，33-上部人孔，34-下部人孔，35-排污孔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行进一步地描述，但本发明的保护范围并不仅仅限于此。
如图1和图2所示，本实施例所述超低氮燃气蒸汽锅炉包括炉体1，炉体1内设有上集箱10、下集箱15、设于上集箱10和下集箱15之间的第一水管群和第二水管群，第二水管群设于第一水管群的外围并与第一水管群隔离设置，第一水管群的顶端穿过上隔板11与上集箱10连通，底端穿过下隔板16与下集箱15连通；上集箱10的底部一侧设有锅炉进水管13，第二水管群的顶端穿过上隔板11与上集箱10连通，底端穿过下隔板16与下集箱15连通；第一水管群的一侧设有气体分布器3，气体分布器3朝向第一水管群的一侧设有燃烧器30，气体分布器3的进气口通入预混气体。
上集箱10用于收集蒸汽，下集箱15用于储存换热水源，第一水管群由多根上下贯通的平行设置的上升管17组成，第二水管群由多根上下贯通的平行设置的下降管18组成，第一水管群与第二水管群间隔设置，第二水管群用于将锅炉进水输送至下集箱15内，第一水管群用于将下集箱15内的水由下至上输送至上集箱10内形成高温蒸汽，由此形成一个自然水动力循环，相比于传统结构，结构更紧凑、换热效率更高。
气体分布器3内通入预混气体，预混气体在燃烧器30处燃烧形成燃烧火焰，火焰辐射加热周围的水管及燃烧器，产生的烟气热流去加热上升管17内的水，可大大增加换热面积和传热效率，一方面实现了小体积内的高效换热，另一方面由于火焰的热量也被燃烧器吸收一部分，降低了火焰温度，大大减少了氮氧化物的合成及排放。
结合图2所示，燃烧器2与第一水管群形成一个包围体，包围体即为锅炉的炉膛，火焰在炉膛中燃烧；第一水管群由多根上下贯通的平行设置的上升管17组成，多根上升管沿热流方向均匀布置，第二水管群由多根上下贯通的平行设置的下降管18组成；第一水管群通过耐火隔板与第二水管群隔离，或者，通过焊接在外围相邻上升管17之间的膜式壁与第二水管群隔离，以确保下降管18不受热，保证水动力循环可靠。管道之间的膜式壁可有效防止加热空间的漏热，在不影响第一水管群受热的同时，保证了燃烧器加热空间与外部的隔热。优选地，下降管18的个数小于上升管17的个数，以保证蒸汽产生量，且下降管18分散在第一水管群包围外的空间内，不与任何上升管接触，下降管的直径可大于上升管的直径，以充分保证下降管18不受热，具体个数和位置关系由实际工况而定。
上集箱10的顶端设有蒸汽出口12，上集箱10的底部一侧设有锅炉进水口14，锅炉进水管13穿过锅炉进水口14与水源连通；水源通过锅炉进水口14和锅炉进水管13进入上集箱内，每根下降管18的顶端均与锅炉上集箱10接通，以保证水源由每根下降管18进入下集箱内；
燃烧器30表面形成燃烧火焰并产生热流，下集箱15内的水由下至上经过每一上升管17与热流换热后在上集箱10内形成高温蒸汽，并由蒸汽出口12排出；炉体1的一侧设有烟气出口，热流与上升管17内的水换热后从烟气出口排出。
本实施例采用的炉体1为圆筒形，上集箱10和下集箱15为相对设置的圆盘状结构；气体分布器3伸出炉体的一侧连接混合器4，燃气和空气在混合器4内混合后送入气体分布器3内。优选地，燃烧器30具有垂直燃烧面或弧形燃烧面或人字形燃烧面，弧形燃烧面或人字形燃烧面安装在圆筒形的炉体1内时，可增加燃烧面积，热能转换效率更高，具体燃烧面的形状、布置结构根据实际情况而定。
结合图3所示，为进一步提高换热效果，降低氮氧化物的排放，本实施例采用的燃烧器30沿预混气体流动方向依次设有冷却管排和稳焰管排，冷却管排由数个矩形柱状的冷却管31排列构成，稳焰管排由数个圆柱状的稳焰管32排列构成，冷却管排和稳焰管排均设于上集箱10与下集箱15之间，并与上集箱10和下集箱15连通；预混气体经冷却管排后燃烧，再经稳焰管排后形成稳定的燃烧火焰。冷却管31之间设有第一缝隙，稳焰管32之间设有第二缝隙，稳焰管32的中心对应第一缝隙设置，由此，当预混气体经过第一缝隙后，气流流速减小，温度降低，压力降低，点火燃烧，燃烧气流经第一缝隙与第二缝隙之间时，气体体积增大，从各个缝隙流出的可燃气体重新形成一个整体火焰，重新燃烧，解决燃烧器的脱火问题，再经第二缝隙流出时，不仅火焰温度被稳焰管32内的水降低，同时使得燃烧气流稳定燃烧，因此，在稳焰管的末端可形成稳定的燃烧火焰，同时最大程度减少烟气中氮氧化物的排放量。
本发明所述超低氮燃气蒸汽锅炉的锅炉进水口一般采用与常规锅炉相同的软化水即可。
本实施例利用炉体的排烟余热加热软水，将加热后的软水作为锅炉炉体的水源，由此最大程度地利用锅炉余热，降低能源损耗，具体实现方式为：
在炉体1的一侧设置火管预热器2，火管余热器2包括壳体、设于壳体内的立式火管21以及形成于立式火管外壁之间的腔体22，腔体22内填充软水，壳体的顶端通过烟气管道23连接至炉体的烟气出口，壳体的底端设有低温烟气出口，烟气在立式火管21内由上至下与软水换热后形成低温烟气，并从低温烟气出口排出。
腔体22的顶部一侧设有出水管24，所述出水管24连接至炉体的锅炉进水管13，软水在腔体22内与立式火管21内的烟气换热后形成热水进入锅炉进水管13，从而形成锅炉的换热水源。由此，既可以保证水源的动力循环需求，还可以保证水源的温度和压力，提高锅炉整体换热效果。
为保证水源的供应充足，在腔体22的底部一侧设有补水管25，补水管25设有补水泵26，当水位低于一定值时，及时开启补水泵26进行补水。同时，由于火管余热器具有一定的蓄热能力，即使补水泵26在启停，火管余热器的换热效率也不会降低。为确保锅炉的可靠运行，最低运行水位超过上管板11至少10cm。锅炉进水管13浸没在上管板11上部的水里。
为了方便对锅炉内部进行维修保养，上集箱10中心位置设置了一个上部人孔33，下集箱中心位置设置了一个下部人孔34，人孔可以拆卸。另外设置了排污管35以实现对锅炉的排污。
以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.超低氮燃气蒸汽锅炉，包括炉体，其特征在于：
炉体内设有上集箱、下集箱、设于上集箱和下集箱之间的第一水管群和第二水管群，第二水管群设于第一水管群的外围并与第一水管群隔离设置，
第一水管群和第二水管群的顶端均穿过上隔板与上集箱连通，底端均穿过下隔板与下集箱连通；上集箱的底部一侧设有锅炉进水管；
第一水管群的一侧设有气体分布器，气体分布器朝向第一水管群的一侧设有燃烧器，气体分布器的进气口通入预混气体。
2.根据权利要求1所述的超低氮燃气蒸汽锅炉，其特征在于：
燃烧器与第一水管群形成一个包围体，包围体即为锅炉的炉膛，火焰在炉膛中燃烧；第一水管群由多根上下贯通的平行设置的上升管组成，多根上升管沿热流方向均匀布置，第二水管群由多根上下贯通的平行设置的下降管组成；
第一水管群通过耐火隔板与第二水管群隔离，或者，通过焊接在外围相邻上升管之间的膜式壁与第二水管群隔离。
3.根据权利要求2所述的超低氮燃气蒸汽锅炉，其特征在于：
上集箱的顶端设有蒸汽出口，上集箱的底部一侧设有锅炉进水口，锅炉进水管穿过锅炉进水口与炉水连通；
燃烧器表面形成燃烧火焰并产生热流，锅炉进水通过下降管进入下集箱，下集箱内的水由下至上经过第一水管群与热流换热后在上集箱内形成高温蒸汽，并由蒸汽出口排出；炉体的一侧设有烟气出口，热流与第一水管群换热后从烟气出口排出。
4.根据权利要求1所述超低氮燃气蒸汽锅炉，其特征在于：所述炉体为圆筒形，所述上集箱和下集箱为相对设置的圆盘状结构；上集箱的顶端设有上部人孔，下集箱的底端设有下部人孔及排污孔；
气体分布器伸出炉体的一侧连接混合器，燃气和空气在混合器内混合后送入气体分布器内。
5.根据权利要求4所述的超低氮燃气蒸汽锅炉，其特征在于：所述燃烧器具有垂直燃烧面或弧形燃烧面或人字形燃烧面。
6.根据权利要求5所述的超低氮燃气蒸汽锅炉，其特征在于：所述燃烧器沿预混气体流动方向依次设有冷却管排和稳焰管排，冷却管排和稳焰管排均设于上集箱与下集箱之间，并与上集箱和下集箱连通；
预混气体经冷却管排后燃烧，再经稳焰管排后形成稳定的燃烧火焰。
7.根据权利要求6所述的超低氮燃气蒸汽锅炉，其特征在于：所述冷却管排由数个矩形柱状或圆柱状或翅片管式的冷却管排列构成，稳焰管排由数个圆柱状的稳焰管排列构成。
8.根据权利要求1-7中任一项所述的超低氮燃气蒸汽锅炉，其特征在于：
还包括设于炉体一侧的火管余热器，
火管余热器包括壳体、设于壳体内的立式火管以及形成于立式火管外壁之间的腔体，腔体内填充锅炉补水，
壳体的顶端通过烟气管道连接至炉体的烟气出口，壳体的底端设有低温烟气出口，烟气在立式火管内由上至下与软水换热后形成低温烟气，并从低温烟气出口排出。
9.根据权利要求8所述的超低氮燃气蒸汽锅炉，其特征在于：
所述腔体的顶部一侧设有出水管，所述出水管连接至炉体的锅炉进水管，软水在腔体内与立式火管内的烟气换热后形成热水进入锅炉进水管。
10.根据权利要求9所述的超低氮燃气蒸汽锅炉，其特征在于：所述腔体的底部一侧设有补水管，补水管连接锅炉补水泵。
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