CN110657572B - 一种室燃三回程水火管超低氮锅炉本体及锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室燃三回程水火管超低氮锅炉本体及锅炉，该锅炉本体包括锅筒外壳、炉胆、前环形管板、后环形管板、二回程导烟管、三回程导烟管、进水管、后端进水分水器、换热水管、前端集水分水环腔、前烟室、后烟室、排烟管以及出水管；其改变了整个锅炉的结构布局，采用二、三回程导烟管圆周均布在燃烧炉膛外部周边，通过增加换热面、提高热媒水流速以及逆流换热等设计，在保证了整体换热效率的前提下，降低燃烧炉膛内的温度，以解决现有锅炉换热效率低、氮氧化物排放难以达标、锅炉耗钢与制造成本高以及燃烧器控制复杂等问题。

Description

一种室燃三回程水火管超低氮锅炉本体及锅炉

技术领域

本发明涉及一种热水锅炉，具体涉及一种室燃三回程水火管超低氮锅炉本体及锅炉。

背景技术

目前民用热水采暖燃气锅炉，普遍选用的是传统室燃三回程火管锅炉，适配扩散燃烧方式的燃烧器。具体结构参见图1、图2。炉胆01位于锅筒壳体02中轴线的下方，二回程烟管03、三回程烟管04位于炉胆01的上方。

受结构限制，热媒水在该结构中进行热交换时效率比较低，传统锅炉炉膛直径较小，辐射换热面少，需要达到使用要求，炉膛燃烧温度必然很高；在炉膛后部还必须设计回燃室05，大量高温烟气聚集在回燃室05内，会生成更多氮氧化物；热媒水是采用的自然对流换热方式，不能瞬间降低炉膛高温烟气；故用传统结构的锅炉配80毫克燃烧器，不能达标氮氧化物≦30毫克排放要求。

目前国内外传统室燃三回程火管锅炉，均是用FGR(烟气再循环技术)系统达标排放的，其工作原理是：通过扩散燃烧方式的燃烧器风机吸口引力，用外循环管道回收锅炉尾部缺氧废气和新风预混再循环，目的是减少炉膛内燃烧气体含氧量，降低炉膛燃烧温度减排氮氧化物。这种方式不足之处是：因为输入的无氧废气不能助燃，所以要达到额定锅炉出力和热效率，锅炉炉膛容积、二三回程烟管须增大与增加；燃烧器壳体电机功率也需加大，锅炉耗钢与制造成本高，燃烧器控制复杂；同时会释放出大量有害物质，高温废气和常温新风混合还会产生大量有害冷凝水，对燃烧器和锅炉换热面有一定损害，燃烧器和锅炉使用寿命相对较短，运行稳定性差。

还有目前传统冷凝锅炉，是在上述锅炉烟气出口串接了冷凝回收器06(实际是一台小锅炉)，降低排烟温度达到冷凝提高热效目的，其结构复杂，耗钢量大，制造成本高，占地空间大，有诸多不完美处。

发明内容

本发明的目的是设计出一种室燃三回程水火管超低氮锅炉本体及锅炉，其改变了整个锅炉的结构布局，采用二、三回程导烟管圆周均布在燃烧炉膛外部周边，通过增加换热面、提高热媒水流速以及逆流换热等设计，在保证了整体换热效率的前提下，降低燃烧炉膛内的温度，以解决现有锅炉换热效率低、氮氧化物排放难以达标、锅炉耗钢与制造成本高以及燃烧器控制复杂等问题。

本发明的具体技术方案是：

本发明提供了一种室燃三回程水火管超低氮锅炉本体，锅筒外壳、炉胆、前环形管板、后环形管板、二回程导烟管、三回程导烟管、进水管、后端进水分水器、换热水管、前端集水分水环腔、前烟室、后烟室、排烟管以及出水管；

炉胆同轴套设于锅筒外壳内；

锅筒外壳前端和炉胆前端之间安装前环形管板，锅筒外壳后端和炉胆后端之间安装后环形管板，从而锅筒外壳、炉胆、前环形管板、后环形管板之间形成热媒水流动腔室；

前环形管板的外壁上同轴安装前烟室，后环形管板的外壁上同轴安装后烟室；前烟室中心开设有用于安装燃烧器的安装孔；后烟室上安装与外界连通的排烟管，且开设有用于安装进水管的通孔；

前端集水分水环腔和后端进水分水器位于炉胆两端，前端集水分水环腔安装在炉胆的前端，且前端集水分水环腔与所述热媒水流动腔室连通，后端进水分水器安装在炉胆的后端，从而炉胆、前端集水分水环腔和后端进水分水器之间形成燃烧炉膛；进水管穿过所述通孔后安装在后端进水分水器上；

换热水管为多根，且沿圆周方向均匀分布在燃烧炉膛内，并将前端集水分水环腔和后端进水分水器连通；

二回程导烟管为多根且沿圆周方向均匀分布，每个二回程导烟管均包括折弯段和平直段，每个二回程导烟管均通过折弯段与所述燃烧炉膛靠近前环形管板一侧连通，每个二回程导烟管的平直段均位于热媒水流动腔室内且与所述前烟室连通；

三回程导烟管为多根且沿圆周方向均匀布置在热媒水流动腔室内，且每根三回程导烟管的一端均与前烟室连通，另一端均与后烟室连通；

出水管安装在锅筒外壳上，且靠近后环形管板一侧。

进一步地，为了提高换热效率，更有益于减少氮氧化物的排放量，上述炉胆为波纹炉胆；三回程导烟管为三回程螺纹导烟管；换热水管为换热螺纹水管。

进一步地，由于热胀冷缩对可能带来的安全隐患，后端进水分水器与炉胆之间为间隙配合，间隙内填充密封填料。

进一步地，为了提升二回程导烟管热交换效率，所述二回程导烟管内腔穿入高效扰流片。

进一步地，上述用于安装进水管的通孔开设在后烟室中部。

进一步地，上述锅炉本体还包括设置在锅筒外壳顶部的吊耳以及设置在锅筒外壳底部的底座；为了防止锅炉内由于压力过大导致的安全隐患，所述锅筒外壳上设置泄压口，泄压口上安装泄压阀；上述锅筒外壳底部安装有连通外部与所述热媒水流动腔室的排污口。

进一步地，上述二回程导烟管的管径大于三回程导烟管的管径，三回程导烟管的数量多于二回程导烟管数量。

进一步地，为了对氮氧化物的排放量进行有效的控制，上述锅炉还包括设置在进水管和出水管之间的旁通管道，所述旁通管道上安装调节阀。

本发明还提供了一种锅炉，该锅炉包括燃烧器以及上述锅炉本体；

燃烧器安装在所述锅炉本体前烟室的安装孔内，燃烧器的点火部位位于燃烧炉膛内。

进一步地，上述燃烧器为扩散燃烧方式的燃烧器，优选80毫克扩散式燃烧器，使用80毫克扩散式燃烧器换热效率最优，同时氮氧化物排放量也能达到≦28毫克，符合排放标准要求。(经试验验证若换热效率或排放要求相对较低时，其他燃烧器也可配合本发明的锅炉本体使用，并且其使用效果也要明显好于现有锅炉)。

本发明的有益效果是：

1、本发明对锅炉本体的结构重新布局，使得多根二回程导烟管、多根三回程导烟管均绕着燃烧炉膛外围圆周方向均匀布置，大大增加了换热面积；

直接在燃烧炉膛内设置换热水管形成一级换热，换热水管和热媒水流动腔室串接，并且多根二回程导烟管、多根三回程导烟管均位于热媒水流动腔室内形成二级换热，通过该设计使得换热次数增加；

换热水管中的水流方向与燃烧炉膛内的烟气流动方向相反，二回程导烟管中的烟气流向与热媒水流动腔室的水流方向相反，这种二级逆流换热设计，也在很大程度上提升了换热效率；

基于以上三点，可见本发明的锅炉本体与现有锅炉相比换热效率大幅度提升，燃烧的烟气温度下降很快，因此产生的氮氧化物就大幅度降低，从而氮氧化物排放很容易满足标准要求。

2、本发明的锅炉本体进水口在后端中部、出水口在锅筒最上端，水阻小，排气畅不会产生气阻气震。

3、本发明采用圆周均匀布置烟气通道、热媒水通道的方式，使得锅筒容积小用料少，原料利用率高，节约材料，降低产品成本。

4、对锅炉烟气阻力流速热力进行了计算，采用高效扰流片，安装入二回程导烟管内，热效率可提高约25％，可使排烟温度降至90℃以下。

5、本发明锅炉本体的后端进水分水器与炉胆之间为间隙配合，间隙内填充密封填料，目前是为避免热胀冷缩后对结构带来的安全隐患。

6、本发明的采用波纹炉胆，换热水管、三回程导烟管外表面均设有螺纹，更利于热交换与减排氮氧化物。

7、本发明采用调节阀，通过控制调节阀开启大小，调节从而调节进入锅炉内的热媒水进水流量，保持炉膛最佳温度，减少氮氧化物的生成。

附图说明

图1为现有锅炉的结构示意图；

图2为图1的侧向剖视图；

图3为本发明实施例提供的锅炉结构示意图；

图4为图3的A向剖视图；

图5为热媒水流动腔室的结构示意图；

图6为燃烧炉膛的结构示意图。

附图标记如下：

01-炉胆、02-锅筒壳体、03-二回程烟管、04-三回程烟管、05-回燃室、06-冷凝回收器。

1-锅筒外壳、2-炉胆、3-前环形管板、4-后环形管板、5-二回程导烟管、6-三回程导烟管、7-进水管、8-后端进水分水器、9-换热水管、10-前端集水分水环腔、11-前烟室、12-后烟室、13-排烟管、14-出水管、15-燃烧器、16-热媒水流动腔室、17-燃烧炉膛、18-折弯段、19-平直段、20-密封填料、21-高效扰流片、22-泄压口、23-排污口、24-旁通管道、25-调节阀、26-吊耳、27-底座。

具体实施方式

为使本发明的目的、优点和特征更加清楚，以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种室燃三回程水火管超低氮锅炉本体及锅炉作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是：附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的；其次，附图所展示的结构往往是实际结构的一部分；再次，各附图需要展示的侧重点不同，有时会采用不同的比例。

实施例

本实施例提供了一种室燃三回程水火管超低氮锅炉，包括燃烧器15以及锅炉本体，如图3至6所示，所述锅炉本体包括锅筒外壳1、炉胆2、前环形管板3、后环形管板4、二回程导烟管5、三回程导烟管6、进水管7、后端进水分水器8、换热水管9、前端集水分水环腔10、前烟室11、后烟室12、排烟管13、出水管14；

炉胆2同轴套设于锅筒外壳1内；

锅筒外壳1前端和炉胆2前端之间安装前环形管板3(前环形管板通过焊接的方式固定)，锅筒外壳1后端和炉胆2(本实施例中炉胆2采用波纹炉胆)后端之间安装后环形管板4(后环形管板通过焊接的方式固定)，从而锅筒外壳1、炉胆2、前环形管板3、后环形管板4之间形成热媒水流动腔室16；

前环形管板3的外壁上同轴安装前烟室11，后环形管板4的外壁上同轴安装后烟室12(前烟室11、后烟室12也采用焊接方式安装且各自的位置)；前烟室11中心开设有安装孔(图中未示出，实际就是燃烧器的位置)；后烟室12上安装与外界连通的排烟管13，且其中部开设有用于安装进水管7的通孔(图中未示出)；

前端集水分水环腔10和后端进水分水器8均位于炉胆2两端，前端集水分水环腔10安装在炉胆2的前端，且前端集水分水环腔10与所述热媒水流动腔室16连通，后端进水分水器8安装在炉胆2的后端，从而炉胆2、前端集水分水环腔10和后端进水分水器8之间形成燃烧炉膛17；进水管7安装在后端进水分水器8上；

换热水管9(本实施例中换热水管采用换热螺纹水管)为多根，且沿圆周方向均匀分布在燃烧炉膛17内，并将前端集水分水环腔10和后端进水分水器8连通；

二回程导烟管5为多根且沿圆周方向均匀分布，每个二回程导烟管5均包括折弯段18和平直段19，每个二回程导烟管5均通过折弯段18与所述燃烧炉膛17靠近前环形管板3一侧连通，每个二回程导烟管的平直段19均位于热媒水流动腔室16内且与所述前烟室11连通；

三回程导烟管6(本实施例中三回程导烟管6采用三回程螺纹导烟管)为多根且沿圆周方向均匀布置在热媒水流动腔室16内，且每根三回程导烟管6的一端均与前烟室11连通，另一端均与后烟室12连通；

出水管14安装在锅筒外壳1上，且靠近后环形管板4一侧；

燃烧器15安装于所述安装孔上，燃烧器15的点火部位位于燃烧炉膛17内。

该锅炉内热媒水的流向依次是：进水管7→后端进水分水器8→换热水管9→前端集水分水环腔10→热媒水流动腔室16→出水管14。

该锅炉内烟气的流向依次是：燃烧炉膛17→二回程导烟管5→前烟室11→三回程导烟管6→后烟室12→排烟管13。

由以上热媒水流向以及烟气流向的描述再结合图3可以看出：燃烧炉膛17内的烟气和换热水管9的热媒水构成第一次逆流换热，二回程导烟管5内的烟气与热媒水流动腔室16的热媒水构成第二次逆流换热，并且燃烧炉膛17外部沿周向均布多根二回程导烟管5、三回程导烟管6从而形成了仿太阳系行星换热方式，能将炉膛高温烟气瞬间辐射热交换输出，从而使燃烧的烟气温度下降很快，因此产生的氮氧化物就大幅度降低，从而氮氧化物排放满足标准要求，若适配80毫克扩散式燃烧器，该锅炉可达到了氮氧化物≦28毫克排放标准。

为了验证本锅炉的效果，2019年6月26日，申请人请有关法定授权监测单位对本发明锅炉在满负荷运行时产生烟气的污染物(污染物主要是：二氧化硫以及氮氧化物)的浓度进行了监测，监测结果表明：二氧化硫的排放浓度平均值＜4毫克，氮氧化物的实测排放浓度平均值为23毫克、折算排放浓度平均值为27毫克，监测结果证明：本锅炉燃烧后二氧化硫的折算浓度满足陕西省地方标准《锅炉大气污染物排放标准》DB61/1226-2018表3天然气锅炉标准限值要求，氮氧化物的折算浓度满足相关环保要求。

另外，本实施例中还可做一下优化设计：

1、由于热胀冷缩对可能带来的安全隐患，后端进水分水器8与炉胆2之间为间隙配合，间隙内填充密封填料20。

2、为了提升二回程导烟管热交换效率，二回程导烟管5内腔穿入高效扰流片21。经试验验证在二回程导烟管中穿入高效扰流片21后，二回程导烟管5热交换效率约提高20％，排烟温降至90℃以下，又可派生出高热效率的一体式超低氮冷凝锅炉本体。

3、为了防止锅炉内由于压力过大导致的安全隐患，所述锅筒外壳1上设置泄压口22，泄压口22上安装泄压阀(泄压阀在图中未示出)。

4、锅筒外壳1底部安装有连通外部与所述热媒水流动腔室16的排污口23，最优的方式如图3所示，排污口23设置在锅筒外壳1右下部。

5、为了确保整个锅炉结构紧凑且各部件布局的合理性，二回程导烟管5的管径大于三回程导烟管6的管径，三回程导烟管6的数量多于二回程导烟管2数量。

6、为了对氮氧化物的排放量进行有效的控制，上述锅炉还包括设置在进水管7和出水管14之间的旁通管道24，所述旁通管道23上安装调节阀25。这一设计的目的在于，在确保热媒水供应量不变的情况控制锅炉的热效率，同时调整氮氧化物的排放量至最佳状态。其工作原理是：当燃烧炉膛17的温度较高时，可关小或关闭调节阀25，进水管7水流量增大，旁通管道24水流量减小，使得燃烧炉膛17温度降低，从而氮氧化物减少。

当燃烧炉膛17的温度较低时，可打开或开大调节阀25，进水管7水流量减小，旁通管道24水流量增加，使得热效率增加。

7、为了方便安装，起吊，锅筒外壳1顶部的设置有吊耳26以及锅筒外壳1底部设置有用于底座27。

本发明的说明书已经对发明内容给出了充分的说明，各组件的具体参数可以根据实际需求设定，普通技术人员足以通过本发明说明书的内容加以实施。在权利要求的框架下，任何基于本发明思路的改进都属于本发明的权利范围。

Claims (10)

1.一种室燃三回程水火管超低氮锅炉本体，其特征在于：包括锅筒外壳(1)、炉胆(2)、前环形管板(3)、后环形管板(4)、二回程导烟管(5)、三回程导烟管(6)、进水管(7)、后端进水分水器(8)、换热水管(9)、前端集水分水环腔(10)、前烟室(11)、后烟室(12)、排烟管(13)以及出水管(14)；

炉胆(2)同轴套设于锅筒外壳(1)内；

锅筒外壳(1)前端和炉胆(2)前端之间安装前环形管板(3)，锅筒外壳(1)后端和炉胆(2)后端之间安装后环形管板(4)，从而锅筒外壳(1)、炉胆(2)、前环形管板(3)、后环形管板(4)之间形成热媒水流动腔室(16)；

前环形管板(3)的外壁上同轴安装前烟室(11)，后环形管板(4)的外壁上同轴安装后烟室(12)；前烟室(11)中心开设有用于安装燃烧器(15)的安装孔；后烟室(12)上安装与外界连通的排烟管(13)，且开设有用于安装进水管(7)的通孔；

前端集水分水环腔(10)和后端进水分水器(8)位于炉胆(2)两端，前端集水分水环腔(10)安装在炉胆(2)的前端，且前端集水分水环腔(10)与所述热媒水流动腔室(16)连通，后端进水分水器(8)安装在炉胆(2)的后端，从而炉胆(2)、前端集水分水环腔(10)和后端进水分水器(8)之间形成燃烧炉膛(17)；进水管(7)穿过所述通孔后安装在后端进水分水器(8)上；

换热水管(9)为多根，且沿圆周方向均匀分布在燃烧炉膛(17) 内，并将前端集水分水环腔(10)和后端进水分水器(8)连通；

二回程导烟管(5)为多根且沿圆周方向均匀分布，每个二回程导烟管(5)均包括折弯段(18)和平直段(19)，每个二回程导烟管(5)均通过折弯段(18)与所述燃烧炉膛(17)靠近前环形管板(3)一侧连通，每个二回程导烟管的平直段(19)均位于热媒水流动腔室(16)内且与所述前烟室(11)连通；

三回程导烟管(6)为多根且沿圆周方向均匀布置在热媒水流动腔室(16)内，且每根三回程导烟管(6)的一端均与前烟室(11)连通，另一端均与后烟室(12)连通；

出水管(14)安装在锅筒外壳(1)上，且靠近后环形管板(4)一侧；

锅炉内热媒水的流向依次是：进水管(7)、后端进水分水器(8)、换热水管(9)、前端集水分水环腔(10)、热媒水流动腔室(16)、出水管(14)；

锅炉内烟气的流向依次是：燃烧炉膛(17)、二回程导烟管(5)、前烟室(11)、三回程导烟管(6)、后烟室(12)以及排烟管(13)；

燃烧炉膛(17)内的烟气和换热水管(9)的热媒水构成第一次逆流换热，二回程导烟管(5)内的烟气与热媒水流动腔室(16)的热媒水构成第二次逆流换热，并且燃烧炉膛(17)外部沿周向均布多根二回程导烟管(5)、三回程导烟管(6)从而形成了仿太阳系行星换热方式。

2.根据权利要求1所述的室燃三回程水火管超低氮锅炉本体，其特征在于：所述炉胆(2)为波纹炉胆；所述三回程导烟管(6)为三回程螺纹导烟管；所述换热水管(9)为换热螺纹水管。

3.根据权利要求2所述的室燃三回程水火管超低氮锅炉本体，其特征在于：所述后端进水分水器(8)与炉胆(2)之间为间隙配合，间隙内填充密封填料(20)。

4.根据权利要求1或2或3所述的室燃三回程水火管超低氮锅炉本体，其特征在于：所述二回程导烟管(5)内腔设置高效扰流片(21)。

5.根据权利要求4所述的室燃三回程水火管超低氮锅炉本体，其特征在于：所述用于安装进水管(7)的通孔开设在后烟室(12)中部。

6.根据权利要求5所述的室燃三回程水火管超低氮锅炉本体，其特征在于：还包括设置在锅筒外壳(1)顶部的吊耳(26)以及设置在锅筒外壳(1)底部的底座(27)；所述锅筒外壳(1)上设置泄压口(22)，泄压口(22)上安装泄压阀；所述锅筒外壳(1)底部安装有连通外部与所述热媒水流动腔室(16)的排污口(23)。

7.根据权利要求6所述的室燃三回程水火管超低氮锅炉本体，其特征在于：所述二回程导烟管(5)的管径大于三回程导烟管(6)的管径，三回程导烟管(6)的数量多于二回程导烟管(5)数量。

8.根据权利要求7所述的室燃三回程水火管超低氮锅炉本体，其特征在于：还包括设置在进水管(7)和出水管(14)之间的旁通管道(24)，所述旁通管道(24)上安装调节阀(25)。

9.一种室燃三回程水火管超低氮锅炉，其特征在于：包括燃烧器(15)以及如权利要求1-8任一所述的锅炉本体；所述燃烧器(15)安装在所述锅炉本体前烟室的安装孔内，燃烧器(15)的点火部位位于燃烧炉膛(17)内。

10.根据权利要求9所述的室燃三回程水火管超低氮锅炉，其特征在于：所述燃烧器为扩散燃烧方式的燃烧器。

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