CN111141028A - 一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉 - Google Patents

一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉 Download PDF

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Abstract

一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，包括燃烧器与换热器，安装在锅炉顶板中心的全预混燃烧器由增压风机、预混室和水冷燃烧头构成，水冷燃烧头的稳焰管与防回火柱可实现大调节比水冷预混燃烧；换热器由一圈水冷壁和一圈或若干圈翅片经过弯折的折边翅片管沿周向均匀布置构成，鼓风机将空气送入预混室和燃气充分混合进入燃烧头孔板内空腔，流出火孔并沿周向分布的水冷管间的窄间隙喷流而出，在稳焰管后点火沿周向和轴向均匀燃烧并向内管圈辐射放热，烟气依次冲刷内、外圈翅片管的基管和翅片，强化换热，通过外壳和外层翅片管间的间隙向下流入承露盘并从烟气出口排入大气，本发明燃烧负荷调节比大，紧凑换热，低氮排放，热效率高。

Description

一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉
技术领域
本发明涉及整体冷凝锅炉技术领域，具体涉及一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉。
背景技术
我国是能源生产和消费的大国，节能减排、提高能源利用效率是我们面临的重要任务，同时我国环境治理还需严控，雾霾问题的持续、频发，北方供暖季间雾霾现象更为严重。长期以来，我国的能源生产和消费中主要以煤为主。我国的大气污染属于“第一代”煤烟型污染，主要是由于煤燃烧造成。为治理雾霾，供暖行业提出了2019年清洁取暖率50％代替散烧煤0.74亿吨，新增气131亿m3；2021年清洁取暖率70％代替散烧煤1.5亿吨，新增气278亿m3；2021年供暖天然气需求达641亿m3以上等诸多要求。为达到要求，采用燃烧天然气的商用燃气冷凝热水炉作为分布式供热方式必不可少，燃烧天然气基本上不排放或排放少量的SO2；氮氧化合物排放量比燃煤减少45％，比燃油减少63％；CO2排放量比燃煤减少52％，比燃油减少26％，其次，商用燃气冷凝热水炉是将天然气的化学能转变成热能实现采暖的供应终端，是分布式供热的最好选择。
目前，常规的商用燃气热水炉等热能动力设备，存在利用效率低的问题。一方面需要不断提高天然气的燃烧效率，另一方面需要进一步降低天然气利用设备的排烟温度，提高设备转换效率。常规天然气热水锅炉的排烟温度一般在130℃以上，蒸汽锅炉在200℃以上，有时甚至高达300℃，该温度远高于天然气烟气水露点温度(通常为55～60℃)，排烟不仅带走大量烟气显热，更重要的是烟气中水蒸气潜热得不到充分利用，降低锅炉排烟温度对于提高天然气锅炉效率和降低运行费用是非常重要的。
冷凝锅炉利用高效的全预混燃烧技术，有效的降低了燃烧过量空气系数，提高了天然气燃烧效率，降低NOx等污染气体的生成与排放，同时采用烟气深度冷却技术，将热能利用设备排烟温度降到烟气露点温度(或水露点)以下，不仅能够充分地吸收烟气的显热还能利用天然气燃烧时产生的水蒸气凝结放热，大大提高了天然气能量在热能利用设备中的转换效率，节约了能源。因此，开发应用燃气冷凝热水锅炉，是减少环境污染、高效利用燃气的有效途径之一。目前市场上冷凝锅炉的结构形式主要有分离式和整体式两种形式，前者是在常规锅炉后加装冷凝段换热器，冷凝率低，锅炉整体热效率提高小；后者是将常规锅炉和冷凝换热器设计为整体结构。目前市场上推出的整体式冷凝锅炉主要有铸铝硅镁模块化商用燃气冷凝热水炉和商用燃气不锈钢盘管冷凝热水炉。铸铝硅镁模块化商用燃气冷凝热水炉虽然效率较高，结构紧凑但模具、材料价格昂贵，国内生产能力极其有限同时核心技术受国外掌控；商用燃气不锈钢盘管冷凝热水炉体积大且笨重，盘管工艺复杂、成本高。
发明内容
为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，采用翅片经过弯折处理的折边翅片管组成锅炉的辐射—对流换热器，折边翅片管构成的燃烧室有利于发挥全预混燃烧器辐射换热能力强的优势，同时，相邻折边翅片管管间的烟道换热面积相比光管大，比玉米粒形直管制造简单，两侧弯折的翅片使高温烟气先冲刷基管再在两侧被分流冷却，基管内水强烈冷却烟气，换热系数大。锅炉结构简单，成本低且热效率高，在回水温度30℃时，锅炉热效率可达106％以上。
为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：
一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，包括外壳3，外壳3内燃气冷凝锅炉的换热器1由一圈水冷壁管1-6和以及水冷壁管1-6外部的一圈或多圈环形布置的折边翅片管1-1构成，折边翅片管1-1为翅片经过弯折处理的翅片管，水冷壁管1-6包绕构成燃气冷凝锅炉的炉膛内辐射换热空间，炉膛内辐射换热空间内为从内向外由孔板2-2、防回火柱2-7、水冷管2-1和稳焰管2-6构成的全预混燃烧器头部2；折边翅片管1-1、水冷壁管1-6、水冷管2-1和稳焰管2-6布置在进水集箱1-2、出水集箱1-4与下集箱1-3之间；全预混燃烧器安装在外壳3上，全预混燃烧器头部2深入到炉内辐射换热空间进行燃烧放热，烟气从水冷壁管1-6、一圈或多圈折边翅片管1-1的间隙流过，通过外壳3和外层折边翅片管1-1-1间隙进入冷凝锅炉底部的承露盘3-2，并由承露盘3-2底部的烟气出口3-4流出；烟气产生的冷凝水由承露盘3-2底部的排水口3-3流出。
所述折边翅片管1-1为由基管和外加螺旋翅片组成的螺旋翅片管，或由基管和外加平面翅片组成的圆翅片管；翅片弯折部分的折翅面与原翅片平面的夹角的绝对值为0°～90°，每一圈翅片存在两个折痕对称的折翅面，一侧折翅面向上弯折，即与原翅片平面夹角为0°～90°，另一侧折翅面向下弯折，即与原翅片平面夹角为0°～-90°，翅片弯折部分的两个折痕夹角为0°～180°，在锅炉内布置时，相邻的折边翅片管1-1翅片互相交错布置，两个折痕连线顶点为迎风面；折边翅片管1-1其基管两端进行缩颈处理，缩颈后的基管尺寸较小，靠近端部位置焊有一圈圆环铁块以压紧折边翅片管1-1与进水集箱1-2、下集箱1-3和出水集箱1-4的密封垫圈；折边翅片管1-1包括外圈折边翅片管1-1-1和内圈折边翅片管1-1-2，其结构相同，具体尺寸根据其所布置的圆周位置和基管与翅片尺寸不同而应有所不同。
所述外圈折边翅片管1-1-1、内圈折边翅片管1-1-2、水冷壁管1-6、水冷管2-1和稳焰管2-6一端通过插拔或者焊接方式连接于下集箱1-3，外圈折边翅片管1-1-1另一端通过插拔或者焊接方式连接于进水集箱1-2，内圈折边翅片管1-1-2、水冷壁管1-6、水冷管2-1和稳焰管2-6另一端均通过插拔或者焊接方式连接于出水集箱1-4，在连接通孔处设置沉头孔以放置密封垫圈保证水路的密封，连接处覆盖有耐火材料3-5；若为插拔连接，则所述外圈折边翅片管1-1-1组成的圆柱形管束中有三个或者三个以上的折边翅片管为紧固折边翅片管1-1-3，紧固折边翅片管1-1-3沿圆周方向均匀布置；紧固折边翅片管1-1-3受热部分结构与折边翅片管1-1一致，缩颈后的管段贯穿进水集箱1-2和下集箱1-3并通过紧固螺母1-5固定，其基管上下底面密封，处于进水集箱1-2和下集箱1-3外侧的基管两端设置有螺纹，处于进水集箱1-2内和下集箱1-3内的基管管段开有若干个流通孔，以保证紧固折边翅片管1-1-3内给水正常流动；若为焊接连接，则换热器外圈管束中不需要紧固折边翅片管1-1-3；
进水集箱1-2、出水集箱1-4和下集箱1-3均由上下两个圆盘面与内外侧壁面焊接形成，其中进水集箱1-2与出水集箱1-4中间有一圆环壁面使其完全分隔成两个独立空间；在与紧固折边翅片管1-1-3连接处，除了在靠近炉膛侧的出水集箱1-4和下集箱1-3壁面开有连接孔外，在远离炉膛侧壁面也开有连接孔，并在外侧设置沉头孔放置密封垫圈，在紧固螺母1-5的挤压下保证水路的密封性。
所述进水集箱1-2设置有进水口1-2-1，出水集箱1-4设置有出水口1-4-1；给水通过进水口1-2-1进入进水集箱1-2，通过外圈折边翅片管1-1-1和紧固折边翅片管1-1-3进入下集箱1-3，下集箱1-3同时给内圈折边翅片管1-1-2、水冷壁管1-6、水冷管2-1和稳焰管2-6供水，热水汇集于出水集箱1-4，并由出水口1-4-1流出。
所述外壳3分为上下端盖，上下端盖通过紧固螺丝3-1紧密连接；上下端盖之间使用密封材料填充，通过多个沿圆周等距布置的紧固螺丝3-1实现外壳的密封；在停炉时，拆开外壳3，拧松紧固折边翅片管1-1-3两端的紧固螺母1-5即拆散外圈折边翅片管1-1-1、内圈折边翅片管1-1-2、紧固折边翅片管1-1-3、水冷壁管1-6、水冷管2-1、稳焰管2-6、进、出水集箱1-2，1-4和下集箱1-3，大幅减小锅炉的焊接工作量。
全预混燃烧器在外壳3的顶部放置或底部放置，全预混燃烧器由依次连接的燃烧器头部2、预混室2-3和增压风机2-4构成，所述预混室2-3为圆柱体或长方体空间，空间内部布置有若干片混气片2-3-1，外围布置有对称的燃气集箱2-3-2，燃气集箱2-3-2侧面布置有燃气进口2-5，混气片2-3-1上开有燃气出流孔2-3-3；预混室2-3下游即混气片2-3-1下方加入旋流叶片以加强混合效果；空气经增压风机2-4进入预混室2-3，与依次通过燃气进气口2-5和混气片2-3-1进入预混室2-3的燃气充分混合，在预混室2-3下游即空气经过混气片2-3-1后再通过旋流叶片加强混合效果，混合气随后进入孔板2-2包绕形成的圆柱形空间，混合气通过开设在孔板2-2上的火孔2-2-1流入水冷管2-1的缝隙，通过水冷管2-1后喷向稳焰管2-6，在被稳焰管2-6扰流后进入炉膛燃烧；
所述水冷管2-1为光管，多根水冷管2-1紧密圆周排列形成一圈水冷管束，水冷管2-1之间的间隙靠近圆周内侧布置有防回火柱2-7，间隙靠近圆周外侧布置有稳焰管2-6，稳焰管2-6为光管或翅片管或折边翅片管。
燃气集箱2-3-2两侧内壁各焊有若干片混气片2-3-1，同侧混气片2-3-1平行排列布置，两侧混气片2-3-1互相独立，相对布置或者交错布置；混气片2-3-1为圆形或中间具有平直段的六边形、矩形或腰圆形的直管管道，平直段侧面开有若干排顺列或错列的燃气出流孔2-3-3，每个燃气出流孔2-3-3形状为上游布置有锥形突起、三角形突起、半圆形突起、菱形突起、矩形突起、半球形突起或球形突起的三维孔，或者布置上游没有突起的和空气流向垂直的圆形、三角形、菱形、半圆形、椭圆形、梯形或矩形的平面出流孔，或者为上述三维孔和平面出流孔的组合；空气向预混室3流动，被混气片2-3-1分隔为多个薄气流，气流流经突起时在燃气出流孔2-3-3形成低压区，使燃气和空气在低压区混合均匀。
所述防回火柱2-7为实心柱体，横截面为三角形或弧边三角形或驼峰形，其边界分别与内侧的孔板2-2、外侧的两根水冷管2-1相切，使孔板2-2与两根相邻水冷管2-1之间的类三角形缝隙被填补为两条弧形窄通道，以增加冷壁效应的窄间隙长度，从而有效防止回火；
所述防回火柱2-7之间的空间为孔板2-2的火孔2-2-1的出口，混合气自火孔2-2-1群流出，遇到水冷管2-1分流，通过防回火柱2-7与水冷管2-1的窄间隙通道流出，与相邻火孔群分流而出的混合气合流并喷向稳焰管2-6，在稳焰管2-6后燃烧；
多根所述防回火柱2-7内侧形成一个圆柱形空间，其中放置有孔板2-2，防回火柱2-7和孔板2-2之间紧密贴合，使混合气无法从被防回火柱2-7挡住的火孔2-2-1出口流出。
所述孔板2-2上开有若干列长条缝隙式或小孔式或花瓣式或者上述三种形式组合式的火孔2-2-1，每一列或每若干列火孔面积不同，使得分为两种或更多种不同面积的火孔；
所述火孔2-2-1被防回火柱2-7遮挡的部分称为遮挡孔，没有被防回火柱2-7遮挡的部分称为流出孔；多组流出孔区域内的火孔2-2-1面积是完全一样，多组遮挡孔区域内的火孔2-2-1面积也是完全一样，而流出孔区域与遮挡孔区域内的火孔2-2-1的面积大小不同。
多根所述防回火柱2-7在其上下端部处被一圆环壁面焊接在一起，圆环壁面外侧设置有一个或多个定位插销2-7-1，保证防回火柱2-7按要求的角度放置并固定；
所述孔板2-2与多根防回火柱2-7紧密贴合，并能够通过手动或者电控方式进行旋转，通过调节旋转孔板2-2的角度，即改变流出孔区域内的火孔2-2-1的面积；在负荷最高的工况下旋转孔板2-2，使流出孔区域内的火孔2-2-1的面积最大，减小混合气火孔出口流速，与稳焰管2-6的共同作用下，大幅提高燃烧器的最大热负荷；在负荷最低的工况下旋转孔板2-2，使流出孔区域内的火孔2-2-1的面积最小，增加混合气火孔出口流速，大幅降低燃烧器的最低热负荷，从而增加燃烧器负荷调节范围。
所述燃气冷凝锅炉也能够作为蒸汽锅炉使用，燃气冷凝锅炉烟气出口另外接入节能器；
所述燃气冷凝锅炉内导热介质为水或导热油。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明冷凝锅炉的换热器结构采用翅片弯折处理的折边翅片管组成辐射—对流受热面，燃烧室紧凑，可以充分吸收高温烟气的辐射换热，弯折的翅片烟道流程，有效强化了烟气与基管的对流换热。
2、翅片管采用折边翅片管，与不折翅的传统翅片管相比，增加了烟气与折翅翅片管的换热系数；与圆形截面的光管相比，增加了烟气管间的对流换热面积，强化了换热，具有优于传统翅片管和光管的换热效果；与玉米粒形直管相比，制造更简单，成本更低。
3、折边翅片管内、外圈均同心布置，高温烟气经燃烧室依次流过内圈和外圈，内管圈体通过辐射和对流冷却烟气温度，外圈管体对烟气进行冷凝换热，具有较高的热效率，同时，翅片管采用不锈钢或铸铝硅合金材料有效的提高抗氧化、耐腐蚀性，并且光滑的换热表面可以自动清洁，大大延长了换热器的使用寿命，保养更加简便。
4、本发明冷凝锅炉采用的水冷全预混燃烧器，与传统扩散式燃烧器相比，火焰长度短，辐射能力强；与传统金属纤维燃烧器相比，由于水冷冷却能力的安全性、防回火柱和孔板的窄缝隙式火孔的结构，可以消除回火危险，通过孔板和防回火柱的配合方式的调节可大幅降低燃烧的最小热负荷，安全稳定高效燃烧，并且能够在极低的过量空气系数下充分燃烧，不仅降低了排烟热损失，并且提高烟气中水蒸气冷凝率；在缝隙式火孔外围布置一圈稳焰管束，使混合气在稳焰管外围形成回流，可形成有效的点火源，稳定燃烧。
5、本发明中混合器比传统混合器混合更均匀，采用空气分层的方法，消除空气密集区，实现空气与燃气的完全混合。
6、本发明具有结构简单，制造工艺简化的优势，冷凝换热器不需焊接，同时强化了烟气侧层流对流和冷凝换热，使整个换热器十分紧凑。
附图说明
图1为本发明燃气冷凝锅炉结构示意图。
图2为本发明燃气冷凝锅炉管束布置示意图。
图3a为本发明水冷管燃烧器布置方式示意图，图3b为本发明水冷管燃烧器局部放大示意图。
图4a为防回火柱结构示意图，图4b为孔板结构示意图，图4c为防回火柱与孔板组合示意图。
图5a为高负荷下孔板和防回火柱示意图，图5b为中负荷下孔板和防回火柱示意图，图5c为低负荷下孔板和防回火柱示意图。
图6为折边翅片管结构示意图。
图7为本发明紧固折边翅片管结构示意图。
图8a为螺旋翅片管折翅处理等轴视图，图8b为螺旋翅片管折翅处理俯视图，图8c为螺旋翅片管折翅处理侧视图。
图9a为平面圆翅片管折翅处理等轴视图，图9b为平面圆翅片管折翅处理俯视图，图9c为平面圆翅片管折翅处理侧视图。
图10a为混气片结构等轴视图，图10b为混气片结构俯剖视图，图10c为混气片结构左剖视图。
图11为本发明气体混合片为混气片单元结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
如图1和图2所示，本发明一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，包括外壳3，外壳3内燃气冷凝锅炉的换热器1由一圈水冷壁管1-6和以及水冷壁管1-6外部的一圈或多圈环形布置的折边翅片管1-1构成，水冷壁管1-6包绕构成燃气冷凝锅炉的炉膛内辐射换热空间，炉膛内辐射换热空间内为由孔板2-2、防回火柱2-7水冷管2-1和稳焰管2-6构成的全预混燃烧器头部2；全预混燃烧器安装在外壳3上，全预混燃烧器头部2深入到炉内辐射换热空间进行燃烧放热；空气自增压风机2-4进入预混室2-3，在预混室2-3中与从混气片2-3-1出来的燃气进行混合，混合完全的混合气进入孔板2-2包绕构成的圆柱体空腔，从孔板2-2的流出区域火孔2-2-1中喷向水冷管2-1，在稳焰管2-6后形成回流区域，混合气在稳焰管2-6外围被点燃并形成稳定着火区域，形成稳定的点火源，燃烧产生的烟气从内层折边翅片管1-1-2和外层折边翅片管1-1-1的间隙流过，被充分冷却，通过外壳3和外层折边翅片管1-1-1间隙进入冷凝锅炉底部的承露盘3-2，并由承露盘3-底部的烟气出口3-4流出；烟气产生的冷凝水由承露盘3-2底部的排水口3-3流出；
锅炉内的给水自进水口1-2-1进入进水集箱1-2，分配给水向下流动，通过外圈折边翅片管1-1-1和紧固折边翅片管1-1-3进入下集箱1-3，在下集箱1-3底部转弯通过内圈折边翅片管1-1-2、水冷管2-1和稳焰管2-6向上流动进入出水集箱1-4，被加热的热水通过出水口1-4-1流出。
如图3a和图3b所示，本发明的全预混燃烧器头部2由孔板2-2、防回火柱2-7、水冷管2-1和稳焰管2-6四部分组成，孔板2-2上开有缝隙式或圆孔式或花瓣式或上述组合式火孔，火孔缝隙宽度极小，优选的应该小于2mm，水冷管2-1之间的间隙以及水冷管2-1与防回火柱2-7之间的间隙也不大于2mm。混合气自孔板流出区域的火孔2-2-1流出后，依次通过水冷管2-1与防回火柱2-7之间的间隙通道、水冷管2-1之间的间隙通道和水冷管2-1与稳焰管2-6之间的间隙通道后燃烧。稳焰管2-6使混合气在流经其后产生回流，有效地增大了脱火极限，可增加燃烧器的最大热负荷，而水冷管2-1和防回火柱2-7可增加冷壁效应的作用距离，有效减小了回火的风险。
如图4a、图4b和图4c所示，若干根防回火柱2-7端部焊接在一圆环壁面上，圆环壁面外侧布置有若干个定位插销2-7-1，用来固定防回火柱2-7的位置，防回火柱2-7内部装有紧密贴合的孔板2-2，相邻防回火柱2-7之间的区域为流出区域，被防回火柱2-7遮挡的区域为遮挡区域，孔板2-2中流出区域的火孔2-2-1面积保持一致，以实现炉内热负荷的平衡，孔板2-2中遮挡区域的火孔2-2-1面积也保持一致，但是流出区域和遮挡区域的火孔面积有所区别，图中以矩形火孔为例进行说明，两个区域中流出区域的火孔面积是遮挡区域的2倍，通过手动或者电控的方式旋转孔板2-2就可以调节流出区域的火孔面积，在低负荷下减小流出区域的火孔面积就可以大幅降低能正常燃烧的最小热负荷。
如图5a、图5b和图5c所示，调节孔板2-2的旋转角度即可调节相邻防回火柱2-7之间流出区域的火孔面积，图5a为高负荷下示意图，流出区域内火孔面积最大，图5b为中负荷下示意图，流出区域内火孔面积次之，图5c为低负荷下示意图，流出区域内火孔面积最小。
如图6所示，本发明的折边翅片管1-1为翅片经过弯折处理的，由基管和外加螺旋翅片组成的螺旋翅片管，或由基管和外加平面翅片组成的圆翅片管；翅片弯折部分的折翅面与原翅片平面的夹角的绝对值为0°～90°，每一圈翅片存在两个折痕对称的折翅面，一侧折翅面向上弯折，即与原翅片平面夹角为0°～90°，另一侧折翅面向下弯折，即与原翅片平面夹角为0°～-90°，翅片弯折部分的两个折痕夹角为0°～180°，在锅炉内布置时，两个折痕连线顶点为迎风面；折边翅片管1-1布置在进水集箱1-2、出水集箱1-4与下集箱1-3之间，其基管两端进行缩颈处理，缩颈后的基管尺寸较小，靠近端部位置焊有一圈圆环铁块以压紧折边翅片管1-1与进水集箱1-2、下集箱1-3和出水集箱1-4的密封垫圈；外圈折边翅片管1-1-1、内圈折边翅片管1-1-2、紧固折边翅片管1-1-3和水冷翅片管2-1均属于折边翅片管1-1，其结构相似，具体尺寸根据其所布置的圆周位置和基管与翅片尺寸不同而应有所不同。
如图7所示，紧固折边翅片管1-1-3沿圆周方向均匀布置；紧固折边翅片管1-1-3受热部分结构与折边翅片管1-1一致，缩颈后的管段贯穿出水集箱1-4和下集箱1-3并通过紧固螺母1-5固定，其基管上下底面密封，处于出水集箱1-4和下集箱1-3外侧的基管两端设置有螺纹，处于出水集箱1-4内和下集箱1-3内的基管管段开有若干个流通孔，以保证紧固折边翅片管1-1-3内给水正常流动。
如图8a、图8b和图8c所示，传统螺旋翅片管的翅片经过弯折处理后形成的折边翅片管的俯视图为迎风面小圆弧，背风面大圆弧，两侧曲率半径较大的滴形，两侧翅片一侧向上弯折，一侧向下弯折，这种弯折方法可使两个折边翅片管连接更为紧密。
如图9a、图9b和图9c所示，传统圆翅片管的翅片经过弯折处理后形成的折边翅片管与螺旋翅片管翅片弯折方法相同。
如图10a、图10b和图10c所示，以预混室2-3为圆柱体空间为例，空间内部布置有若干片混气片2-3-1，外围布置有对称的燃气集箱2-3-2，两侧的燃气集箱2-3-2各焊有若干片混气片2-3-1，同侧混气片2-3-1平行排列布置，两侧混气片2-3-1互相独立，可相对布置或者交错布置，燃气集箱2-3-2侧面布置有燃气进口2-5；混气片2-3-1为圆形或两侧具有平直段的六边形、矩形或腰圆形的直管管道，平直段侧面开有若干排顺列或错列的燃气出流孔2-3-3，每个燃气出流孔2-3-3形状为上游布置有锥形、三角形、半圆形、菱形、矩形、半球形或球形突起的三维孔，或者布置上游没有突起的和空气流向垂直的圆形、三角形、菱形、半圆形、椭圆形、梯形或矩形的平面出流孔，或者为上述三维孔和平面出流孔的组合；空气向预混室3流动，被混合片2-3-1分隔为多个薄气流，气流流经突起时在燃气出流孔2-3-3形成低压区，使燃气和空气在低压区混合均匀。
如图11所示，混气片2-3-1上开有若干排燃气出流孔2-3-3，每个燃气出流孔上游布置有突起，该图以半球形为例。
本发明折翅翅片管管中导热介质可以是水，也可以是导热油之类的有机热载体。
全预混燃烧器头部2的位置可为其它高温热源输入的位置，所述高温热源可为高温烟气、低温余热烟气或者是太阳光能，因此不仅可以作为天然气锅炉的换热器，也可作为光吸热器。
作为本发明的优选实施方式，所述外壳3内表面、烟气出口3-4采用碳钢辅以表面化学镀膜或热喷涂防腐处理材料，或者直接采用抗硫酸露点腐蚀能力的ND钢、Corten钢、316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料，或者采用PVC、ABS、PP或PE。

Claims (11)

1.一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，包括外壳(3)，其特征在于：外壳(3)内燃气冷凝锅炉的换热器(1)由一圈水冷壁管(1-6)和以及水冷壁管(1-6)外部的一圈或多圈环形布置的折边翅片管(1-1)构成，折边翅片管(1-1)为翅片经过弯折处理的翅片管，水冷壁管(1-6)包绕构成燃气冷凝锅炉的炉膛内辐射换热空间，炉膛内辐射换热空间内为从内向外由孔板(2-2)、防回火柱(2-7)、水冷管(2-1)和稳焰管(2-6)构成的全预混燃烧器头部(2)；折边翅片管(1-1)、水冷壁管(1-6)、水冷管(2-1)和稳焰管(2-6)布置在进水集箱(1-2)、出水集箱(1-4)与下集箱(1-3)之间；全预混燃烧器安装在外壳(3)上，全预混燃烧器头部(2)深入到炉内辐射换热空间进行燃烧放热，烟气从水冷壁管(1-6)、一圈或多圈折边翅片管(1-1)的间隙流过，通过外壳(3)和外层折边翅片管(1-1-1)间隙进入冷凝锅炉底部的承露盘(3-2)，并由承露盘(3-2)底部的烟气出口(3-4)流出；烟气产生的冷凝水由承露盘(3-2)底部的排水口(3-3)流出。
2.根据权利要求1所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：所述折边翅片管(1-1)为由基管和外加螺旋翅片组成的螺旋翅片管，或由基管和外加平面翅片组成的圆翅片管；翅片弯折部分的折翅面与原翅片平面的夹角的绝对值为0°～90°，每一圈翅片存在两个折痕对称的折翅面，一侧折翅面向上弯折，即与原翅片平面夹角为0°～90°，另一侧折翅面向下弯折，即与原翅片平面夹角为0°～-90°，翅片弯折部分的两个折痕夹角为0°～180°，在锅炉内布置时，相邻的折边翅片管(1-1)翅片互相交错布置，两个折痕连线顶点为迎风面；折边翅片管(1-1)其基管两端进行缩颈处理，缩颈后的基管尺寸较小，靠近端部位置焊有一圈圆环铁块以压紧折边翅片管(1-1)与进水集箱(1-2)、下集箱(1-3)和出水集箱(1-4)的密封垫圈；折边翅片管(1-1)包括外圈折边翅片管(1-1-1)和内圈折边翅片管(1-1-2)，其结构相同，具体尺寸根据其所布置的圆周位置和基管与翅片尺寸不同而应有所不同。
3.根据权利要求2所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：所述外圈折边翅片管(1-1-1)、内圈折边翅片管(1-1-2)、水冷壁管(1-6)、水冷管(2-1)和稳焰管(2-6)一端通过插拔或者焊接方式连接于下集箱(1-3)，外圈折边翅片管(1-1-1)另一端通过插拔或者焊接方式连接于进水集箱(1-2)，内圈折边翅片管(1-1-2)、水冷壁管(1-6)、水冷管(2-1)和稳焰管(2-6)另一端均通过插拔或者焊接方式连接于出水集箱(1-4)，在连接通孔处设置沉头孔以放置密封垫圈保证水路的密封，连接处覆盖有耐火材料(3-5)；若为插拔连接，则所述外圈折边翅片管(1-1-1)组成的圆柱形管束中有三个或者三个以上的折边翅片管为紧固折边翅片管(1-1-3)，紧固折边翅片管(1-1-3)沿圆周方向均匀布置；紧固折边翅片管(1-1-3)受热部分结构与折边翅片管(1-1)一致，缩颈后的管段贯穿进水集箱(1-2)和下集箱(1-3)并通过紧固螺母(1-5)固定，其基管上下底面密封，处于进水集箱(1-2)和下集箱(1-3)外侧的基管两端设置有螺纹，处于进水集箱(1-2)内和下集箱(1-3)内的基管管段开有若干个流通孔，以保证紧固折边翅片管(1-1-3)内给水正常流动；若为焊接连接，则换热器外圈管束中不需要紧固折边翅片管(1-1-3)；
进水集箱(1-2)、出水集箱(1-4)和下集箱(1-3)均由上下两个圆盘面与内外侧壁面焊接形成，其中进水集箱(1-2)与出水集箱(1-4)中间有一圆环壁面使其完全分隔成两个独立空间；在与紧固折边翅片管(1-1-3)连接处，除了在靠近炉膛侧的出水集箱(1-4)和下集箱(1-3)壁面开有连接孔外，在远离炉膛侧壁面也开有连接孔，并在外侧设置沉头孔放置密封垫圈，在紧固螺母(1-5)的挤压下保证水路的密封性。
4.根据权利要求3所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：所述进水集箱(1-2)设置有进水口(1-2-1)，出水集箱(1-4)设置有出水口(1-4-1)；给水通过进水口(1-2-1)进入进水集箱(1-2)，通过外圈折边翅片管(1-1-1)和紧固折边翅片管(1-1-3)进入下集箱(1-3)，下集箱(1-3)同时给内圈折边翅片管(1-1-2)、水冷壁管(1-6)、水冷管(2-1)和稳焰管(2-6)供水，热水汇集于出水集箱(1-4)，并由出水口(1-4-1)流出。
5.根据权利要求1所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：所述外壳(3)分为上下端盖，上下端盖通过紧固螺丝(3-1)紧密连接；上下端盖之间使用密封材料填充，通过多个沿圆周等距布置的紧固螺丝(3-1)实现外壳的密封；在停炉时，拆开外壳(3)，拧松紧固折边翅片管(1-1-3)两端的紧固螺母(1-5)即拆散外圈折边翅片管(1-1-1)、内圈折边翅片管(1-1-2)、紧固折边翅片管(1-1-3)、水冷壁管(1-6)、水冷管(2-1)、稳焰管(2-6)、进、出水集箱(1-2，1-4)和下集箱(1-3)，大幅减小锅炉的焊接工作量。
6.根据权利要求1所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：全预混燃烧器在外壳(3)的顶部放置或底部放置，全预混燃烧器由依次连接的燃烧器头部(2)、预混室(2-3)和增压风机(2-4)构成，所述预混室(2-3)为圆柱体或长方体空间，空间内部布置有若干片混气片(2-3-1)，外围布置有对称的燃气集箱(2-3-2)，燃气集箱(2-3-2)侧面布置有燃气进口(2-5)，混气片(2-3-1)上开有燃气出流孔(2-3-3)；预混室(2-3)下游即混气片(2-3-1)下方加入旋流叶片以加强混合效果；空气经增压风机(2-4)进入预混室(2-3)，与依次通过燃气进气口(2-5)和混气片(2-3-1)进入预混室(2-3)的燃气充分混合，在预混室(2-3)下游即空气经过混气片(2-3-1)后再通过旋流叶片加强混合效果，混合气随后进入孔板(2-2)包绕形成的圆柱形空间，混合气通过开设在孔板(2-2)上的火孔(2-2-1)流入水冷管(2-1)的缝隙，通过水冷管(2-1)后喷向稳焰管(2-6)，在被稳焰管(2-6)扰流后进入炉膛燃烧；
所述水冷管(2-1)为光管，多根水冷管(2-1)紧密圆周排列形成一圈水冷管束，水冷管(2-1)之间的间隙靠近圆周内侧布置有防回火柱(2-7)，间隙靠近圆周外侧布置有稳焰管(2-6)，稳焰管(2-6)为光管或翅片管或折边翅片管。
7.根据权利要求6所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：燃气集箱(2-3-2)两侧内壁各焊有若干片混气片(2-3-1)，同侧混气片(2-3-1)平行排列布置，两侧混气片(2-3-1)互相独立，相对布置或者交错布置；混气片(2-3-1)为圆形或中间具有平直段的六边形、矩形或腰圆形的直管管道，平直段侧面开有若干排顺列或错列的燃气出流孔(2-3-3)，每个燃气出流孔(2-3-3)形状为上游布置有锥形突起、三角形突起、半圆形突起、菱形突起、矩形突起、半球形突起或球形突起的三维孔，或者布置上游没有突起的和空气流向垂直的圆形、三角形、菱形、半圆形、椭圆形、梯形或矩形的平面出流孔，或者为上述三维孔和平面出流孔的组合；空气向预混室(3)流动，被混气片(2-3-1)分隔为多个薄气流，气流流经突起时在燃气出流孔(2-3-3)形成低压区，使燃气和空气在低压区混合均匀。
8.根据权利要求1所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：所述防回火柱(2-7)为实心柱体，横截面为三角形或弧边三角形或驼峰形，其边界分别与内侧的孔板(2-2)、外侧的两根水冷管(2-1)相切，使孔板(2-2)与两根相邻水冷管(2-1)之间的类三角形缝隙被填补为两条弧形窄通道，以增加冷壁效应的窄间隙长度，从而有效防止回火；
所述防回火柱(2-7)之间的空间为孔板(2-2)的火孔(2-2-1)的出口，混合气自火孔(2-2-1)群流出，遇到水冷管(2-1)分流，通过防回火柱(2-7)与水冷管(2-1)的窄间隙通道流出，与相邻火孔群分流而出的混合气合流并喷向稳焰管(2-6)，在稳焰管(2-6)后燃烧；
多根所述防回火柱(2-7)内侧形成一个圆柱形空间，其中放置有孔板(2-2)，防回火柱(2-7)和孔板(2-2)之间紧密贴合，使混合气无法从被防回火柱(2-7)挡住的火孔(2-2-1)出口流出。
9.根据权利要求1所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：所述孔板(2-2)上开有若干列长条缝隙式或小孔式或花瓣式或者上述三种形式组合式的火孔(2-2-1)，每一列或每若干列火孔面积不同，使得分为两种或更多种不同面积的火孔；
所述火孔(2-2-1)被防回火柱(2-7)遮挡的部分称为遮挡孔，没有被防回火柱(2-7)遮挡的部分称为流出孔；多组流出孔区域内的火孔(2-2-1)面积是完全一样，多组遮挡孔区域内的火孔(2-2-1)面积也是完全一样，而流出孔区域与遮挡孔区域内的火孔(2-2-1)的面积大小不同。
10.根据权利要求9所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：多根所述防回火柱(2-7)在其上下端部处被一圆环壁面焊接在一起，圆环壁面外侧设置有一个或多个定位插销(2-7-1)，保证防回火柱(2-7)按要求的角度放置并固定；
所述孔板(2-2)与多根防回火柱(2-7)紧密贴合，并能够通过手动或者电控方式进行旋转，通过调节旋转孔板(2-2)的角度，即改变流出孔区域内的火孔(2-2-1)的面积；在负荷最高的工况下旋转孔板(2-2)，使流出孔区域内的火孔(2-2-1)的面积最大，减小混合气火孔出口流速，与稳焰管(2-6)的共同作用下，大幅提高燃烧器的最大热负荷；在负荷最低的工况下旋转孔板(2-2)，使流出孔区域内的火孔(2-2-1)的面积最小，增加混合气火孔出口流速，大幅降低燃烧器的最低热负荷，从而增加燃烧器负荷调节范围。
11.根据权利要求1所述的一种大调节比水冷预混燃烧高强度换热的燃气冷凝锅炉，其特征在于：所述燃气冷凝锅炉也能够作为蒸汽锅炉使用，燃气冷凝锅炉烟气出口另外接入节能器；
所述燃气冷凝锅炉内导热介质为水或导热油。
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