CN111396921B - 一种高效低氮冷凝炉 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种高效低氮冷凝炉，包括炉体、低氮燃烧器、控制系统，炉体包括燃烧室、回热室以及冷凝室；控制系统包括控制器、变频风机、燃料泵以及气体分析仪，气体分析仪设置于烟气管道上用于检测烟气管道内气体的氧含量值，气体分析仪连接控制器用于将氧含量值以模拟信号的方式传输至控制器内进行分析计算，变频风机通过空气管道连接至低氮燃烧器，燃料泵通过燃气管道连接至低氮燃烧室，且设有燃气比例调节阀，控制器基于分析计算的烟气管道内气体的氧含量值控制变频风机的转速以及燃气比例调节阀开度。本冷凝炉通过对结构的合理改进以及对燃料的合理控制，能够有效提高热利用效率，达到节能、环保的效果。

Description

一种高效低氮冷凝炉
技术领域
本发明主要涉及低氮冷凝炉相关技术领域，具体是一种高效低氮冷凝炉。
背景技术
低氮冷凝炉的热效率是评定其性能的最重要指标。影响低氮冷凝炉热效率的因素主要体现在冷凝炉的结构设计以及燃料的燃烧效率上。
现有技术中，由于冷凝炉结构的限制，使得其本身对热利用的效率较低。且部分公开的冷凝炉结构中，为了增加利用效率，将内部结构设计的极为复杂，这使得冷凝炉在加工装配过程中的成本较高。烟气含氧量是指燃料燃烧之后排出的烟气中氧气的含量，它是低氮冷凝炉燃烧排放的一个重要指标，它与低氮冷凝炉燃烧效率和节能效果有很大的关系。影响烟气含氧量的因素主要有天然气的纯度(各个地区天然气中甲烷成分比例各不相同)、空气量等。燃料一定，空气量增加：烟气含氧量将增大，多余的空气会吸收一定的能量，经过烟囱排放到空气中，造成能量的浪费。空气量一定，燃料量增加：烟气含氧量将减少，由于燃料的不完全燃烧，在造成燃料能量浪费的同时还将产生有毒气体排放的空气中，造成环境污染。
发明内容
为解决目前技术的不足，本发明结合现有技术，从实际应用出发，提供一种高效低氮冷凝炉，本冷凝炉通过对结构的合理改进以及对燃料的合理控制，能够有效提高热利用效率，达到节能、环保的效果。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种高效低氮冷凝炉，包括炉体、低氮燃烧器、控制系统，所述炉体包括燃烧室、回热室以及冷凝室；其中，所述低氮燃烧器设置于所述燃烧室内，所述回热室设置于所述燃烧室上方且与燃烧室内部连通，所述冷凝室设置于所述燃烧室下方且与燃烧室内部连通，所述回热室内设有多根进水管道，所述冷凝室内设有多根出水管道，多根进水管道的进水端连接进水分水器，进水分水器上设置进水口，多根出水管道的出水端连接出水分水器，出水分水器上设置出水口，多根进水管道和多根出水管道在燃烧室外后部通过过渡水管连接，所述冷凝室底部设置烟气通道，所述烟气通道连通用于将烟气导出的烟气管道；所述回热室以及冷凝室内均设有导热翅片，所述进水管道以及出水管道穿设于所述导热翅片内；所述控制系统包括控制器、变频风机、燃料泵以及气体分析仪，所述气体分析仪设置于所述烟气管道上用于检测烟气管道内气体的氧含量值，气体分析仪连接控制器用于将氧含量值以模拟信号的方式传输至控制器内进行分析计算，所述变频风机通过空气管道连接至低氮燃烧器，所述燃料泵通过燃气管道连接至低氮燃烧室，且在所述燃气管道上设有燃气比例调节阀，所述燃气比例调节阀以及变频风机均通过电信号连接控制器，所述控制器基于分析计算的烟气管道内气体的氧含量值，以模拟量输出控制变频风机的转速以及燃气比例调节阀开度以调节向低氮燃烧器所输出的空气和燃气量。
进一步的，所述燃烧室、回热室以及冷凝室均为矩形，设置在回热室以及冷凝室内的导热翅片均为多个，且所述导热翅片整体呈网状式的矩形结构，多个导热翅片在横向和纵向交叉排列且形成有多个供进水管道或出水管道穿过的空间。
进一步的，所述进水管道以及出水管道在多个导热翅片内呈矩阵式排列。
进一步的，所述回热室两端以及所述冷凝室两端均设有呈矩阵式排列的供相应的进水管道、出水管道通过的通孔。
进一步的，所述进水管道与过渡管道之前、所述出水管道与过渡管道之间均通过弯头连接。
进一步的，所述燃烧室上顶面以及下底面开口，所述回热室底部开口，回热室通过螺钉固定在燃烧室上顶面且使其底部开口与燃烧室的上顶面开口连通；所述冷凝室顶部开口，冷凝室通过螺钉固定在燃烧室下底面且使其顶部开口与燃烧室的下底面开口连通。
进一步的，还包括外部温度传感器，所述温度传感器连接所述控制器用于检测外部环境温度。
进一步的，所述冷凝炉还包括空气预热器，所述空气预热器设置在所述烟气管道上，所述空气管道以及燃气管道通过所述空气预热器连接所述低氮燃烧器。
本发明的有益效果：
1、本发明所设计的低氮冷凝炉，一方面通过对燃烧室、回热室以及冷凝室的合理布局，使得燃烧室内的热量能够被充分利用，且由于在回热室和冷凝室内均设有导热翅片，将相应的水管穿插设置在导热翅片内，能够进一步的提高热利用效率；通过控制系统，能够对烟气管道内的氧含量进行实时监测，通过PID控制燃气比例调节阀以及变频风机能够基于监测的数据实时控制空气尽量以及燃气尽量，从而保证燃料能够在燃烧室内进行充分燃烧，进而达到提高热利用效率、节能、环保的效果。
2、本发明将导热翅片设置为多个交叉式排列方式，中间设置成矩阵式排列的通道供相应的供水管道通过，其能够充分利用回热室以及冷凝室内的热量；且本发明的水管结构布置以及燃烧室、回热室和冷凝室的设计能够保证本冷凝炉在加工生产及装配以及后期的维护过程中均十分的方便。
3、本发明的烟气还循环用于空气和燃气的预热，一方面能够更加充分的利用烟气热量，另一方面空气和燃气预热后，能够提高燃烧效率。
附图说明
附图1为本发明总体结构示意图；
附图2为本发明导热翅片布置方式示意图；
附图3为本发明燃烧室、回热室以及冷凝室布置方式示意图。
附图中所示标号：
1、控制器；2、温度传感器；3、气体分析仪；4、进水分水器；5、炉体；6、回热室；7、进水管道；8、过渡管道；9、燃烧室；10、出水管道；11、冷凝室；12、烟气通道；13、烟气管道；14、低氮燃烧器；15、出水分水器；16、空气预热器；17、空气管道；18、变频风机；19、燃料泵；20、燃气比例调节阀；21、燃气管道；22、导热翅片。
具体实施方式
结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。
一种高效低氮冷凝炉，包括炉体5、低氮燃烧器14、控制系统，所述炉体5包括燃烧室9、回热室6以及冷凝室11；其中，所述低氮燃烧器14设置于所述燃烧室9内，所述回热室6设置于所述燃烧室9上方且与燃烧室9内部连通，所述冷凝室11设置于所述燃烧室9下方且与燃烧室9内部连通，所述回热室6内设有多根进水管道7，所述冷凝室11内设有多根出水管道10，多根进水管道7的进水端连接进水分水器4，进水分水器4上设置进水口，多根出水管道10的出水端连接出水分水器15，出水分水器15上设置出水口，多根进水管道7和多根出水管道10在燃烧室9外后部通过过渡水管8连接，水流通过进水分水器14流入到炉体5内部，经过进水分水器14水流分为多路进入多根进水管道7，水流经过过渡水管8流入出水管道10，再经出水管道10流入出水分水器15，在出水分水器15的出水口汇流后流出，水流循环过程中，在炉体5内部被加热。
本发明中，冷凝室11底部设置烟气通道12，所述烟气通道12连通用于将烟气导出的烟气管道13；所述回热室6以及冷凝室11内均设有导热翅片22，所述进水管道7以及出水管道10穿设于所述导热翅片22内；在本发明中，水流流动过程中，首先经过回热室6进行加热，然后通过冷凝室11再次加热，通过冷凝室11以及回热室6内的导热翅片22，能够使得管道周围被导热翅片22所包围，保证热量的吸收效率。
本发明中，所述控制系统包括控制器1、变频风机18、燃料泵19以及气体分析仪3，所述气体分析仪3设置于所述烟气管道13上用于检测烟气管道13内气体的氧含量值，气体分析仪3连接控制器1用于将氧含量值以模拟信号的方式传输至控制器1内进行分析计算，所述变频风机18通过空气管道17连接至低氮燃烧器14，所述燃料泵19通过燃气管道21连接至低氮燃烧器14，且在所述燃气管道21上设有燃气比例调节阀20，所述燃气比例调节阀20以及变频风机18均通过电信号连接控制器1，所述控制器1基于分析计算的烟气管道13内气体的氧含量值，以模拟量输出控制变频风机18的转速以及燃气比例调节阀20开度以调节向低氮燃烧器14所输出的空气和燃气量。对燃料量起到影响的就是低氮冷凝炉中的燃气比例调节阀20，而对空气量起到影响的就是低氮冷凝炉中的变频风机18。因此，本发明通过在低氮冷凝炉的烟气管道13上安装气体分析仪3来检测排烟气体中氧含量值，然后将氧含量值以模拟信号的方式(0～20mA)进行传输，信号进入控制板内进行分析计算，通过PID的运算方式，最终以模拟量输出来控制变频风机的转速，从而精确的控制空气量。另外，本发明中还加入了外部空气温度测量模块，通过温度传感器2将室外温度实时监控，并将信号传送到控制板中，系统通过对外部环境一天中温度的变化从而做出相应，来控制燃气比例调节阀20的进气量和变频风机18的转速，低温时增大输出，高温时降低输出。从而实现一天中保持在合适的温度。此模式可作为上述PID控制行程中的比例增益量和控制锅炉温度补偿量，最中通过系统运算达到恒温、节能、环保的效果。
作为优选，本发明中，所述燃烧室9、回热室6以及冷凝室11均为矩形，设置在回热室6以及冷凝室11内的导热翅片22均为多个，且所述导热翅片22整体呈网状式的矩形结构，多个导热翅片22在横向和纵向交叉排列且形成有多个供进水管道7或出水管道10穿过的空间。导热翅片22之间可采用点焊的方式连接，多个导热翅片22形成一个长方体或正方体式结构，进水管道7以及出水管道10在多个导热翅片22内呈矩阵式排列，同时，回热室6两端以及所述冷凝室11两端均设有呈矩阵式排列的供相应的进水管道7、出水管道10通过的通孔。由于进水管道7、出水管道10采用的是矩阵式排列方式，因此本发明将进水管道7与过渡管道8之前、出水管道10与过渡管道8之间均通过弯头连接，能够方便内部管路的布置。
作为优选，本发明在燃烧室9上顶面以及下底面开口，所述回热室6底部开口，回热室6通过螺钉固定在燃烧室9上顶面且使其底部开口与燃烧室9的上顶面开口连通；所述冷凝室11顶部开口，冷凝室11通过螺钉固定在燃烧室9下底面且使其顶部开口与燃烧室9的下底面开口连通。本结构能够方便炉体5的加工制作及装配，同时为了保证保温效果，可在燃烧室9、回热室6及冷凝室11内壁中填充耐热保温材料，在相互之间的连接处增加保温密封。
为了进一步提高对烟气管道13内热量的回收利用，本发明还设置了空气预热器16，空气预热器16设置在所述烟气管道13上，所述空气管道17以及燃气管道21通过所述空气预热器16连接所述低氮燃烧器14。通过烟气管道13的余热对燃料和空气进行加热，以提高燃烧效率，实现进一步节能。

Claims (7)

1.一种高效低氮冷凝炉，包括炉体(5)、低氮燃烧器(14)、控制系统，其特征在于，所述炉体(5)包括燃烧室(9)、回热室(6)以及冷凝室(11)；其中，所述低氮燃烧器(14)设置于所述燃烧室(9)内，所述回热室(6)设置于所述燃烧室(9)上方且与燃烧室(9)内部连通，所述冷凝室(11)设置于所述燃烧室(9)下方且与燃烧室(9)内部连通，所述回热室(6)内设有多根进水管道(7)，所述冷凝室(11)内设有多根出水管道(10)，多根进水管道(7)的进水端连接进水分水器(4)，进水分水器(4)上设置进水口，多根出水管道(10)的出水端连接出水分水器(15)，出水分水器(15)上设置出水口，多根进水管道(7)和多根出水管道(10)在燃烧室(9)外后部通过过渡水管(8)连接，所述冷凝室(11)底部设置烟气通道(12)，所述烟气通道(12)连通用于将烟气导出的烟气管道(13)；所述回热室(6)以及冷凝室(11)内均设有导热翅片(22)，所述进水管道(7)以及出水管道(10)穿设于所述导热翅片(22)内，所述燃烧室(9)、回热室(6)以及冷凝室(11)均为矩形，设置在回热室(6)以及冷凝室(11)内的导热翅片(22)均为多个，且所述导热翅片(22)整体呈网状式的矩形结构，多个导热翅片(22)在横向和纵向交叉排列且形成有多个供进水管道(7)或出水管道(10)穿过的空间；所述控制系统包括控制器(1)、变频风机(18)、燃料泵(19)以及气体分析仪(3)，所述气体分析仪(3)设置于所述烟气管道(13)上用于检测烟气管道(13)内气体的氧含量值，气体分析仪(3)连接控制器(1)用于将氧含量值以模拟信号的方式传输至控制器(1)内进行分析计算，所述变频风机(18)通过空气管道(17)连接至低氮燃烧器(14)，所述燃料泵(19)通过燃气管道(21)连接至低氮燃烧器(14)，且在所述燃气管道(21)上设有燃气比例调节阀(20)，所述燃气比例调节阀(20)以及变频风机(18)均通过电信号连接控制器(1)，所述控制器(1)基于分析计算的烟气管道(13)内气体的氧含量值，以模拟量输出控制变频风机(18)的转速以及燃气比例调节阀(20)开度以调节向低氮燃烧器(14)所输出的空气和燃气量。
2.根据权利要求1所述的一种高效低氮冷凝炉，其特征在于：所述进水管道(7)以及出水管道(10)在多个导热翅片(22)内呈矩阵式排列。
3.根据权利要求2所述的一种高效低氮冷凝炉，其特征在于：所述回热室(6)两端以及所述冷凝室(11)两端均设有呈矩阵式排列的供相应的进水管道(7)、出水管道(10)通过的通孔。
4.根据权利要求1所述的一种高效低氮冷凝炉，其特征在于：所述进水管道(7)与过渡管道(8)之前、所述出水管道(10)与过渡管道(8)之间均通过弯头连接。
5.根据权利要求1所述的一种高效低氮冷凝炉，其特征在于：所述燃烧室(9)上顶面以及下底面开口，所述回热室(6)底部开口，回热室(6)通过螺钉固定在燃烧室(9)上顶面且使其底部开口与燃烧室(9)的上顶面开口连通；所述冷凝室(11)顶部开口，冷凝室(11)通过螺钉固定在燃烧室(9)下底面且使其顶部开口与燃烧室(9)的下底面开口连通。
6.根据权利要求1所述的一种高效低氮冷凝炉，其特征在于：还包括外部温度传感器(2)，所述温度传感器(2)连接所述控制器(1)用于检测外部环境温度。
7.根据权利要求1所述的一种高效低氮冷凝炉，其特征在于：所述冷凝炉还包括空气预热器(16)，所述空气预热器(16)设置在所述烟气管道(13)上，所述空气管道(17)以及燃气管道(21)通过所述空气预热器(16)连接所述低氮燃烧器(14)。
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