CN113720018B - 一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,包括燃烧室与设置在燃烧室的燃气进口处的套管式水冷烧头,套管式水冷烧头包括多孔石墨烧头和水冷部,多孔石墨烧头包括开口段和双层石墨薄筒段,开口段设置在燃烧室外部,双层石墨薄筒段设置在燃烧室内部,双层石墨薄筒段沿长度方向设置有多排通孔;水冷部一端套设在多孔石墨烧头的开口段上,水冷部的另一端沿长度方向设置在双层石墨薄筒段的外侧并与金属挡板连接,水冷部与燃烧室的外壁可拆卸连接;本发明克服水冷燃烧器在长期服役时检查与更换水冷管成本上的困难,同时对燃烧后的烟气进行处理,回收烟气的热量,降低烟气中污染物含量的效果,达到清洁低氮燃烧效果。
Description
技术领域
本发明属于超低氮、无害化物清洁燃烧技术领域,具体属于一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉。
背景技术
随着经济的高速发展,我国的城市能源也开始转换为天然气,特别是“西气东输”工程的实施,标志着中国城市燃气的天然气时代已经来临。经过对油、煤和天然气在燃烧过程中排放物的比较,发现天然气比其它燃料的气体排放量都少很多,唯有NOx的排放量在一个数量级上。随着天然气工业的迅速发展,天然气燃烧后产生的氮氧化物的污染不容忽视。因此,开发超低氮燃气燃烧器对中国的环境保护事业意义重大。
常用的低氮燃烧技术包括分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环、多孔介质燃烧、无焰燃烧、水冷燃烧等,全预混水冷燃烧器作为一种有效控制氮氧化物排放量的技术受到了广泛关注,国内外已有不少全预混水冷燃烧器投入使用中。然而水冷管在长期服役过程中受到高温火焰的影响往往会产生变形,严重影响燃烧器的安全性,并且水冷管往往同锅炉本体焊接,这就给水冷管的检查、更换带来不少的困难和成本。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提出一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,结合全预混水冷燃烧技术,克服水冷燃烧器在长期服役时检查与更换水冷管成本上的困难。
为实现上述目的,本发明提供如下技术方案:一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,包括燃烧室与设置在燃烧室的燃气进口处的套管式水冷烧头,所述套管式水冷烧头包括多孔石墨烧头和水冷部,所述多孔石墨烧头包括开口段和双层石墨薄筒段,所述开口段设置在燃烧室外部,所述双层石墨薄筒段设置在燃烧室内部,所述双层石墨薄筒段沿长度方向设置有多排通孔;所述水冷部一端套设在多孔石墨烧头的开口段上,所述水冷部的另一端沿长度方向设置在所述双层石墨薄筒段的外侧并与金属挡板连接,所述水冷部与燃烧室的外壁可拆卸连接。
进一步,双层石墨薄筒包括内层石墨薄筒和外层石墨薄筒,所述内层石墨薄筒和外层石墨薄筒上均沿长度方向设置有多排通孔,所述内层石墨薄筒上的通孔直径为3mm,所述外层石墨薄筒上的通孔直径大于内层石墨薄筒上的通孔直径。
进一步,所述双层石墨薄筒段上套设有孔径调节板,所述孔径调节板的一端与金属挡板焊接固定。
进一步,水冷部一端设置有集箱,所述集箱套设在多孔石墨烧头的开口段外壁上;所述水冷部的另一端设置有冷却管束,所述冷却管束沿长度方向设置在所述双层石墨薄筒段的外侧,所述冷却管束一端与集箱连通,另一端与金属挡板焊接,所述冷却管束用于对火焰根部进行冷却实现水冷燃烧。
进一步,所述冷却管束包括多个内管,内管外套设有外管,所述内管将集箱分为进水集箱和出水集箱,所述进水集箱的出水端与多个内管的进水端连通,内管的出水端与外管的进水端连通,多个外管的出水端与出水集箱的进水端连通。
进一步,所述水冷部上设置多个法兰盘,所述水冷部通过法兰盘与所述燃烧室外壁可拆卸连接。
进一步,所述多孔石墨烧头与金属挡板接触用于实现密封。
进一步,所述燃烧室中还设置有结构相同的窄间隙冷却换热器和窄间隙冷凝换热器,所述窄间隙冷却换热器和窄间隙冷凝换热器均由若干个石墨换热元件拼接而成。
进一步,所述石墨换热元件包括蛇形烟气流道和冷却水流道,蛇形烟气流道的内壁设置石墨圆形突起。
进一步,所述窄间隙冷却换热器和窄间隙冷凝换热器通过法兰固定在燃烧室的内壁上。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明提供一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,通过将多孔石墨烧头和水冷部一体化设置得到套管式水冷烧头,该套管式水冷烧头与锅炉的燃烧室可拆卸连接,实现在不拆除锅炉本体的情况下对水冷部的冷却管束进行更换的要求,并且方便了对水冷管束的检查,降低了成本。
本发明的多孔石墨烧头包括双层石墨薄筒,双层石墨薄筒防止了预混燃气的脱火、回火危险,保证了燃烧的稳定性,同时双层石墨薄筒外部设置有孔径调节板,可以根据使用燃气的种类不同通过轻微扭动多孔石墨烧头部分调节双层石墨薄筒的流通面积,进而改变预混燃气流速,防止产生脱火、回火的危险,保证燃烧稳定。
本发明的窄间隙冷却换热器和窄间隙冷凝换热器对燃烧后的烟气进行处理,回收烟气的热量,降低烟气中污染物含量的效果,实现清洁的低氮燃烧。
进一步的,采用模块化石墨换热元件拼接得到,可以防止由于石墨的脆性导致元件断裂的问题,并且石墨具有良好的导热性能和耐腐蚀性能,在实现降低烟温、凝结水蒸气的同时可以有效防止冷凝液中的酸液对换热器的腐蚀。
本发明的换蛇形烟气流道的内壁设置的石墨圆形突起,可以在窄间隙换热的基础上进一步破坏边界层热阻,充分冷却烟气,有效提高换热效率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图;
图2为多孔石墨烧头和水冷部局部示意图;
图3为孔径调节板示意图;
图4为窄间隙冷却换热器和窄间隙冷凝换热器示意图;
图5为石墨换热器元件示意图;
附图中:1-多孔石墨烧头;2-水冷部;3-内层石墨薄筒;4-外层石墨薄筒;5-孔径调节板;6-进水集箱;7-出水集箱;8-内管;9-外管;10-法兰盘;11-金属挡板;12-窄间隙冷却换热器;13-窄间隙冷凝换热器;14-给水泵;15-三通接头;16-质量流量控制器;17-1、17-2、17-3、17-4-集箱;18-烟气出口;19-燃烧室;20-炉壁;21-石墨换热元件;22-烟气流道;23-冷却水流道;24-石墨圆形凸起。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
如图1至3所示,本发明提供一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,包括燃烧室19、套管式水冷烧头、窄间隙冷却换热器12和窄间隙冷凝换热器13、给水泵14、集箱17-1、17-2、17-3、17-4、烟气出口18,其中:
燃烧室19的燃气进口处可拆卸的设置有套管式水冷烧头,燃烧室19的炉壁20上开烟气出口,燃烧室19内部通过法兰固定连接有窄间隙冷却换热器12和窄间隙冷凝换热器13,窄间隙冷凝换热器13的进水口与集箱17-1的出水口连通,窄间隙冷凝换热器13的出水口与集箱17-2的进水口连通,集箱17-2的出水口通过三通接头15分别与集箱17-3的进水口和进水集箱6的进水口连通,集箱17-3的出水口与窄间隙冷却换热器12的进水口连通,窄间隙冷却换热器12的进水口的出水口与集箱17-4的进口连通。
套管式水冷烧头包括多孔石墨烧头1和水冷部2,多孔石墨烧头1外接预混风机,预混风机通过法兰固定水冷部2上,水冷部2通过法兰可拆卸的固定在燃烧室19炉壁20的外侧;多孔石墨烧头1包括开口段和双层石墨薄筒段,多孔石墨烧头1的开口段设置在燃烧室19外部,多孔石墨烧头1的双层石墨薄筒段设置在燃烧室19内,水冷部2包括集箱和冷却管束,集箱套设在多孔石墨烧头1的开口段,冷却管束沿长度方向设置在多孔石墨烧头1的双层石墨薄筒段的外侧,冷却管束一端与集箱连通,另一端焊接有金属挡板11。
优选的,双层石墨薄筒段上开有若干通孔,双层石墨薄筒段上套设有孔径调节板5,孔径调节板5的一端焊接在金属挡板11实现孔径调节板5的固定;双层石墨薄筒段与金属挡板11接触实现双层石墨薄筒段一端的密封。
优选的,双层石墨薄筒包括内层石墨薄筒3和外层石墨薄筒4,内层石墨薄筒3上分布有若干直径为3mm的小孔,外层石墨薄筒4上分布有若干直径较大的小孔,其孔径根据实际燃气流量计算确定,其孔径普遍大于3mm。
优选的,如图3所示,外层石墨薄筒4紧贴孔径调节板5,可以根据使用燃气的种类不同通过轻微扭动多孔石墨烧头部分1调节外层石墨薄筒4的流通面积,进而改变预混燃气流速;燃气通过内外两层石墨薄筒后抵达水冷套管的外管9后方被点燃,开始燃烧。
优选的,冷却管束包括多个内管8,内管8外部设置有外管9,内管8的管壁将集箱分为进水集箱6和出水集箱7,可以有效节省集箱所占空间,进水集箱6的出水端与多个内管8的进水端连通,内管8的出水端与外管9的进水端连通,多个外管9的出水端与出水集箱7的进水端连通;冷却水通过进水集箱6流经内管8流至外管9对从多孔石墨烧头1出来的火焰根部进行冷却后返回到出水集箱7中。
优选的,进水集箱6与出水集箱7外部设有法兰盘10,可通过法兰盘10与炉壁20进行无焊接的连接,实现了在不拆除锅炉本体的情况下对套管式水冷烧头进行更换的要求,通过套管式水冷烧头的冷却部2中内管8和外管9的设置有效节省了空间,使整个可更换的套管式水冷烧头结构紧凑,只需将法兰盘10和炉壁20上相连的螺栓拆除即可完成更换,大大降低更换难度和成本。
优选的,窄间隙冷却换热器12和窄间隙冷凝换热器13通过法兰与炉壁20内壁相连,窄间隙冷却换热器12利用经过窄间隙冷凝换热器13的冷却水吸收烟气的主要热量,窄间隙冷凝换热器13通过冷却回收烟气中的水分,并且溶解烟气中部分的氮氧化物、硫氧化物,冷凝液回收,达到降低排烟中的污染物含量的效果。
优选的,如图4所示,窄间隙冷却换热器12和窄间隙冷凝换热器13内部结构相同,均由若干个石墨换热元件21拼接而成,石墨换热元件21包括蛇形烟气流道22和冷却水流道23,蛇形烟气流道22的内壁设置石墨圆形突起24。
优选的,如图5所示,蛇形烟气流道22的内壁设置的石墨圆形突起24,可以在窄间隙换热的基础上进一步破坏边界层热阻,充分冷却烟气,有效提高换热效率。
如图1所示,本发明的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,工作时,预混燃气从多孔石墨烧头1的进口段进入双层石墨薄筒段,经过内层石墨薄筒3和外层石墨薄筒4上的通孔进入燃烧室19,两层一大一小的多孔石墨薄筒防止了预混燃气的脱火、回火危险,保证了燃烧的稳定性。
预混燃气因金属挡板11的存在仅能通过多孔石墨薄筒上通孔被点燃,进水集箱6中的冷却水通过内管8,在给水泵压力的作用下流动至外管9中,冷却水从外管9返回出水集箱7,外管9用于对火焰根部进行冷却,实现水冷燃烧。
预混燃气在外管9之间的缝隙燃烧后依次通过窄间隙冷却换热器12和窄间隙冷凝换热器13后从烟气出口18排出,烟气冷凝形成的冷凝液集中在锅炉底部。
冷却水在给水泵14的作用下经过集箱17-1先通过窄间隙冷凝换热器13,在窄间隙冷凝换热器13换热后到达集箱17-2,经过三通接头15分流成两部分,水流量的分配通过质量流量控制器16实现,一部分经集箱17-3进入窄间隙冷却换热器12换热后进入集箱17-4,另一部分进入进水集箱6换热后进入出水集箱7,出水集箱7中的冷却水和经过集箱17-4的冷却水汇合后流出。
Claims (10)
1.一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,包括燃烧室(19)与设置在燃烧室(19)的燃气进口处的套管式水冷烧头,所述套管式水冷烧头包括多孔石墨烧头(1)和水冷部(2),所述多孔石墨烧头(1)包括开口段和双层石墨薄筒段,所述开口段设置在燃烧室(19)外部,所述双层石墨薄筒段设置在燃烧室(19)内部,所述双层石墨薄筒段沿长度方向设置有多排通孔;所述水冷部(2)一端套设在多孔石墨烧头(1)的开口段上,所述水冷部(2)的另一端沿长度方向设置在所述双层石墨薄筒段的外侧并与金属挡板(11)连接,所述水冷部(2)与燃烧室(19)的外壁可拆卸连接。
2.根据权利要求1所述的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,双层石墨薄筒包括内层石墨薄筒(3)和外层石墨薄筒(4),所述内层石墨薄筒(3)和外层石墨薄筒(4)上均沿长度方向设置有多排通孔,所述内层石墨薄筒(3)上的通孔直径为3mm,所述外层石墨薄筒(4)上的通孔直径大于内层石墨薄筒(3)上的通孔直径。
3.根据权利要求1或2中任一项所述的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,所述双层石墨薄筒段上套设有孔径调节板(5),所述孔径调节板(5)的一端与金属挡板(11)焊接固定。
4.根据权利要求1所述的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,水冷部(2)一端设置有集箱,所述集箱套设在多孔石墨烧头(1)的开口段外壁上;所述水冷部(2)的另一端设置有冷却管束,所述冷却管束沿长度方向设置在所述双层石墨薄筒段的外侧,所述冷却管束一端与集箱连通,另一端与金属挡板(11)焊接,所述冷却管束用于对火焰根部进行冷却实现水冷燃烧。
5.根据权利要求4所述的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,所述冷却管束包括多个内管(8),内管(8)外套设有外管(9),所述内管(8)将集箱分为进水集箱(6)和出水集箱(7),所述进水集箱(6)的出水端与多个内管(8)的进水端连通,内管(8)的出水端与外管(9)的进水端连通,多个外管(9)的出水端与出水集箱(7)的进水端连通。
6.根据权利要求1所述的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,所述水冷部(2)上设置多个法兰盘(10),所述水冷部(2)通过法兰盘(10)与所述燃烧室(19)外壁可拆卸连接。
7.根据权利要求1所述的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,所述多孔石墨烧头(1)与金属挡板(11)接触用于实现密封。
8.根据权利要求1所述的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,所述燃烧室(19)中还设置有结构相同的窄间隙冷却换热器(12)和窄间隙冷凝换热器(13),所述窄间隙冷却换热器(12)和窄间隙冷凝换热器(13)均由若干个石墨换热元件(21)拼接而成。
9.根据权利要求8所述的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,所述石墨换热元件(21)包括蛇形烟气流道(22)和冷却水流道(23),蛇形烟气流道(22)的内壁设置石墨圆形突起(24)。
10.根据权利要求8所述的一种具有可更换套管式水冷烧头的低氮热水锅炉,其特征在于,所述窄间隙冷却换热器(12)和窄间隙冷凝换热器(13)通过法兰固定在燃烧室(19)的内壁上。
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