CN115235117A - 一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉 - Google Patents
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Abstract
一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，包括混合器，混合器中设置有用于混合燃气和空气的导流装置，混合器的混合气体出口设置均流板，均流板末端设置导流板，导流板出口端面处布置双螺旋水冷盘管燃烧器，双螺旋水冷盘管燃烧器后端设有两组双螺旋水冷圆形盘管，在双螺旋水冷盘管燃烧器和双螺旋水冷圆形盘管表面实现第一重水冷换热；且双螺旋水冷盘管燃烧器和双螺旋水冷圆形盘管冷却水进口与出口管道与可承压水箱连接形成封闭回路，在可承压水箱内换热产生的热水或蒸汽从上方的热水或蒸汽出口管道排出；燃烧室通过换热管相连冷凝室，冷凝室下方设置冷凝室排水口。本发明在盘管表面形成低温燃烧与快速冷却，降低燃烧室的轴向距离。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉设备技术领域，具体涉及一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉。
背景技术
锅炉是重要的能源转换设备，按照锅炉出口工质压力分类可分为常压锅炉、微压锅炉、低压锅炉、中压锅炉、高压锅炉、超高压锅炉、亚临界压力锅炉、超临界压力锅炉和超超临界压力锅炉。热水锅炉仅能供应热水，无法满足供应蒸汽的需求，因此不能适用于临界锅炉、超临界锅炉等设备，无法实现大型化生产。小型锅炉仅对参数容量以及需求量小的项目适用，且锅炉效率低。
锅炉按照外形可分为卧式锅炉和立式锅炉，卧式锅炉相较于立式锅炉来说占地面积大，但整体的使用寿命长，也可以满足大型化的需求；装置内部的烟气行程长，排烟速度较慢，可在炉膛内充分换热提高换热效率。
燃气预混燃烧产生的主要的一次污染物为氮氧化物和一氧化碳，若预混不充分或者燃烧不完全极易产生大量的一次污染物，所以采用的燃烧器尽量避免出现过多的窄缝通道。如在实用新型专利《水加热模块》中，专利号202120909099.2，所采用的燃烧器200包含大量狭窄的进气通道，易受混合不充分导致气流不均匀以及加工精度低等影响，在燃烧器表面不能形成连贯的火焰锋面或产生多个局部的燃烧火焰、部分窄缝通道不着火，使燃烧效果变差产生污染物。
发明内容
为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，在双螺旋水冷圆形盘管燃烧器表面形成连贯的火焰锋面，形成较好的着火与燃烧效果，有效防止多通道气流分配不均导致的部分难以着火与不完全燃烧现象；系统整体实现承压锅炉的制造，对于热水锅炉与蒸汽锅炉均可适用；并且通过较短的时间充分提升烟气在炉内的换热效率，降低烟气的行程，进一步减少卧式锅炉的占地面积，使锅炉整体更加紧凑，降低制造成本，实现经济大型化生产。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，包括混合器1，所述混合器1中设置有用于混合燃气和空气的导流装置1d，混合器1 的混合气体出口设置均流板2，均流板2末端设置导流板11，导流板 11出口端面处布置双螺旋水冷盘管燃烧器12a，双螺旋水冷盘管燃烧器12a后端设有两组双螺旋水冷圆形盘管12d，在双螺旋水冷盘管燃烧器12a和双螺旋水冷圆形盘管12d表面实现第一重水冷换热，降低燃烧室3的轴向距离；且双螺旋水冷盘管燃烧器12a和双螺旋水冷圆形盘管12d冷却水进口与出口管道与可承压水箱13连接形成封闭回路，在可承压水箱13内换热产生的热水或蒸汽从上方的热水或蒸汽出口管道9排出；燃烧室3通过换热管6相连冷凝室7，所述冷凝室 7下方设置冷凝室排水口8。
所述混合器1包含空气管道1a、燃气管道1b、支撑挡板1c及导流装置1d，导流装置1d被三块120°同轴等角度分布的支撑挡板1c 连接，空气由导流装置1d分成两路气流，分别与上下侧的燃气混合，在混合器1内多次改变混合气流的方向实现多次均匀混合。
所述可承压水箱13包含弧形封头13a，可承压水箱13与双螺旋水冷圆形盘管12d、双螺旋冷凝盘管7a和热水或蒸汽出口管道9相连，形成水蒸汽的循环回路；并将燃烧室3与换热管6置于可承压水箱13内，使锅炉整体处于水冷的环境，在燃烧室3与换热管6表面实现第二重水冷换热，降低NOx的排放浓度；所述可承压水箱13和锅炉外壳14之间布置保温棉14a。
所述冷凝室7冷却水进口设置进口并联管道7c，出口设置出口并联管道7b；所述冷凝室7内布置多组紧密的双螺旋冷凝盘管7a吸收烟气余热，冷凝室7内冷却水通过连接管道7d进入可承压水箱13，冷凝水从下方的冷凝室排水口8排出。
所述双螺旋冷凝盘管7a均为逆流交错型双螺旋结构，各组双螺旋冷凝盘管7a冷却水进口和出口均采用并联结构连接。
所述双螺旋水冷盘管燃烧器12a呈“圆台型”结构或“平面型”结构，双螺旋水冷盘管燃烧器12a螺旋管横截面为“跑道型”结构，两端为半球型锋面12b，中间侧为平面，且相邻螺旋管两侧面形成螺旋防回火通道12c，螺旋防回火通道12c出口火焰锋面正对第一组双螺旋水冷圆形盘管12d，两组双螺旋水冷圆形盘管12d错列布置；且双螺旋水冷盘管燃烧器12a与双螺旋水冷圆形盘管12d内相邻螺旋管内水流方向相反。
所述燃烧室3内的双螺旋水冷盘管燃烧器12a与双螺旋水冷圆形盘管12d冷却水进口与出口直接与可承压水箱13连接构成第一重水冷表面；换热管6连接燃烧室3与冷凝室7，且燃烧室3表面与换热管6表面构成第二重水冷表面；冷凝室7内沿烟气流动方向设有多组平行布置的双螺旋冷凝盘管7a，在双螺旋冷凝盘管7a表面形成第三重水冷表面，冷却水经冷凝室7内双螺旋冷凝盘管7a流入可承压水箱13，并在可承压水箱13上方设有热水或蒸汽出口管道9。
所述换热管6在燃烧室3出口周向排列或错列布置。
所述燃烧室3与换热管6布置在可承压水箱13内，组成低温水冷表面构件，使装置处于低温水冷环境内，提升换热效率；可承压水箱13前后侧均用弧形封头13a连接，构成承压装置。
本发明的有益效果：
本发明所采用的技术方案一是：空气和燃气通过混合器1中的导流装置1d实现预混，混合气体通过均流板2后，经导流板11出口端面处布置呈“圆台型”结构的双螺旋水冷盘管燃烧器12a，在双螺旋水冷盘管燃烧器12a表面形成连贯的火焰锋面，实现大表面积低温燃烧；双螺旋水冷盘管燃烧器12a包含螺旋防回火通道12c，防止回火，保证系统安全稳定燃烧；于双螺旋水冷盘管燃烧器12a后端设有两组双螺旋水冷圆形盘管12d，增加水冷换热面积，吸收混合气体燃烧产生的高温烟气，实现烟气的逐排冷却；并在双螺旋水冷盘管燃烧器12a 和双螺旋水冷圆形盘管12d表面实现第一重水冷换热，提升水冷换热效果，降低燃烧室3的轴向距离；且双螺旋水冷盘管燃烧器12a和双螺旋水冷圆形盘管12d冷却水进口与出口管道与可承压水箱13连接形成封闭回路，在可承压水箱13内换热产生的热水或蒸汽从上方的热水或蒸汽出口管道9排出；
并提供方案二，将“圆台型”结构的双螺旋水冷盘管燃烧器12a 换为“平面型”结构的双螺旋水冷盘管燃烧器12aa，形成多层“平面型”结构平行布置的水冷盘管表面，降低水冷盘管在燃烧室内布置的轴向距离实现更加紧凑的结构布置与简化生产制造工艺。冷凝室7与燃烧室3通过换热管6相连，同时换热管6保持周向分布，且冷凝室 7内布置多组紧密的双螺旋冷凝盘管7a吸收烟气余热，冷凝室7内冷却水通过连接管道7d进入可承压水箱13，冷凝水从下方的冷凝室排水口8排出。
混合器1包含空气管道1a、燃气管道1b、支撑挡板1c及导流装置1d，导流装置1d被三块120°同轴等角度分布的支撑挡板1c连接，空气由导流装置1d分成两路气流，分别与上下侧的燃气混合，在混合器1内多次改变混合气流的方向实现多次均匀混合。
可承压水箱13包含弧形封头13a，可承压水箱13与双螺旋水冷圆形盘管12d、双螺旋冷凝盘管7a和热水或蒸汽出口管道9相连，形成水蒸汽的循环回路；并将燃烧室3与换热管6置于可承压水箱 13内，使锅炉整体处于水冷的环境，在燃烧室3与换热管6表面实现第二重水冷换热，降低NOx的排放浓度；并在可承压水箱13和锅炉外壳14之间布置保温棉14a，减少散热损失，提升换热效率。此装置可适用于增压锅炉等大型化生产。
换热管6在燃烧室3出口周向排列，减小烟气的流动阻力的同时将冷却水分为多股水流，提高冷却水湍动度提升换热效果；并提供方案二，将换热管6布置为错列结构，增大对流换热系数，提高换热效率，减小换热管的长度以降低锅炉整体的轴向距离，实现紧凑布置。
冷凝室7内布置多组平行紧密的双螺旋冷凝盘管7a，外循环冷却水通过进口并联管道7c分流至多个冷却盘管吸收烟气余热，热水通过出口并联管道7b汇集进入可承压水箱13，烟气中的水蒸汽实现相变换热变为冷凝水，从下方的冷凝室排水口8排出，并提升锅炉整体的换热效率。
附图说明：
图1为发明整体1/4剖视图。
图2为混合器示意图。
图3为“圆台型”结构双螺旋水冷盘管燃烧器示意图。
图4为局部剖视图D。
图5为“平面型”结构双螺旋水冷盘管燃烧器示意图。
图6为A-A剖视图。
图7为冷凝室双螺旋冷凝盘管示意图。
图8为换热管方案一与方案二示意图。
其中：混合器1、空气管道1a、燃气管道1b、支撑挡板1c、导流装置1d、均流板2、燃烧室3、排污口4、支撑架5、换热管6、冷凝室7、双螺旋冷凝盘管7a、出口并联管道7b、进口并联管道7c、连接管道7d、冷凝室排水口8、热水或蒸汽出口管道9、压力表10、导流板11、双螺旋水冷盘管燃烧器12a、半球型锋面12b、螺旋防回火通道12c、双螺旋水冷圆形盘管12d、气流通道12e、可承压水箱 13、弧形封头13a、锅炉壳体14和保温棉14a。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1-图8所示：一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，空气和燃气经混合器1内三块120°等角度周向布置的支撑挡板 1c连接的导流装置1d形成混合气体，在导流板11出口端面布置呈“圆台型”结构或“平面型”结构的双螺旋水冷盘管燃烧器12a，后置两组紧密平行的双螺旋水冷圆形盘管12d，结合换热管6与冷凝室 7可实现混合气体低温低NOx表面燃烧与换热，极大提高装置的换热效率，减小装置的占地面积。其主要结构为，双螺旋水冷盘管燃烧器 12a与轴向平行错列布置的双螺旋水冷圆形盘管12d、周向分布的换热管6与轴向多组平行紧密的双螺旋冷凝盘管7a；双螺旋水冷盘管燃烧器12a与双螺旋水冷圆形盘管12d冷却水入口与出口直接与可承压水箱13连接，整个燃烧室3位于可承压水箱13内，形成燃烧室 3水冷表面；位于燃烧室3后端周向分布的换热管6也同时处于可承压水箱13内；冷凝室7直接与换热管6相连，并在冷凝室7内部布置多组双螺旋冷凝盘管7a，冷凝水由下方的冷凝室排水口8排出，烟气通过排烟口排出。
本发明的工作原理为：
本发明采用的方案一为在导流板11出口端布置“圆台型”结构的双螺旋水冷盘管燃烧器12a，后置两组双螺旋水冷圆形盘管12d，双螺旋水冷盘管燃烧器12a的半球型锋面12b正对第一组双螺旋水冷圆形盘管12d的气流通道12e，形成错列结构如图4B-B所示；盘管横截面为“跑道型”的双螺旋水冷盘管燃烧器12a，相邻两侧面形成螺旋防回火通道12c并在盘管表面形成连贯的火焰锋面，错列平行的双螺旋水冷圆形盘管12d提高了烟气的流速并增大了辐射换热面积，烟气在盘管表面得到第一重水冷换热，提高换热效率，实现烟气的逐排冷却，减小燃烧室的轴向距离；方案二将“圆台型”结构的双螺旋水冷盘管燃烧器12a变换为“平面型”结构的双螺旋水冷盘管燃烧器12aa，实现结构简化，提升换热效果，同时狭小的流通面积防止火焰回火，保证系统的稳定安全燃烧；整个燃烧室3在可承压水箱13 内，构成燃烧室3水冷表面，形成低温低NOx燃烧与冷却。换热管6 连接燃烧室3与冷凝室7，换热管6方案一布置为周向分布，将冷却水分为多股水流，提高冷却水的湍动度，加强冷却水与烟气间的换热，提升换热效果；方案二可将周向排列的换热管6布置为错列分布的换热管6，提高对流换热系数。通过换热管6后，烟气余热被冷凝室7 内多排平行紧密的双螺旋冷凝盘管7a所吸收，有效降低能耗，节约生产成本。
本发明将燃烧室3与换热管6布置在可承压水箱13内，组成低温水冷表面构件，使装置处于低温水冷环境内，提升换热效率；可承压水箱13前后侧均用弧形封头13a连接，构成承压装置，可适用于常压锅炉及增压锅炉等。
本发明将冷却水通过进口并联管道7c与出口并联管道7b流入和流出冷凝室7，且通过连接管道7d连接冷凝室7与可承压水箱13，烟气中的水蒸汽在双螺旋冷凝盘管7a表面冷却形成冷凝水，从冷凝室排水口8排出；冷却水在可承压水箱13中被加热成热水或水蒸汽，通过热水或蒸汽出口管道9排出，构成完整的水循环。
本发明的具体运行方式为：
混合气体在通入双螺旋水冷盘管燃烧器12a燃烧前，冷却水通过进口并联管道7c流入双螺旋冷凝盘管7a，再经连接管道7d进入到可承压水箱13中。在混合气体燃烧后，调节冷却水流量，根据锅炉参数大小选取燃烧室3内的双螺旋水冷圆形盘管12d数量以及冷凝室7内的双螺旋冷凝盘管7a数量以降低燃烧室3和冷凝室7内的温度，控制燃烧室3和冷凝室7的轴向间距；调节冷却水流量以及双螺旋冷却盘管数量以保持锅炉整体的紧凑性，并通过压力表10保证装置安全稳定运行，可承压水箱13中的沉积物可定期通过排污口4清理。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，如改变双螺旋冷却盘管的结构、双螺旋冷却盘管与可承压水箱的连接方式等均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，其特征在于，包括混合器(1)，所述混合器(1)中设置有用于混合燃气和空气的导流装置(1d)，混合器(1)的混合气体出口设置均流板(2)，均流板(2)末端设置导流板(11)，导流板(11)出口端面处布置双螺旋水冷盘管燃烧器(12a)，双螺旋水冷盘管燃烧器(12a)后端设有两组双螺旋水冷圆形盘管(12d)，在双螺旋水冷盘管燃烧器(12a)和双螺旋水冷圆形盘管(12d)表面实现第一重水冷换热，提升水冷换热效果，降低燃烧室(3)的轴向距离；且双螺旋水冷盘管燃烧器(12a)和双螺旋水冷圆形盘管(12d)冷却水进口与出口管道与可承压水箱(13)连接形成封闭回路，在可承压水箱(13)内换热产生的热水或蒸汽从上方的热水或蒸汽出口管道(9)排出；燃烧室(3)通过换热管(6)相连冷凝室(7)，所述冷凝室(7)下方设置冷凝室排水口(8)。
2.根据权利要求1所述的一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，其特征在于，所述混合器(1)包含空气管道(1a)、燃气管道(1b)、支撑挡板(1c)及导流装置(1d)，导流装置(1d)被三块120°同轴等角度分布的支撑挡板(1c)连接，空气由导流装置(1d)分成两路气流，分别与上下侧的燃气混合，在混合器(1)内多次改变混合气流的方向实现多次均匀混合。
3.根据权利要求1所述的一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，其特征在于，所述可承压水箱(13)包含弧形封头(13a)，可承压水箱(13)与双螺旋水冷圆形盘管(12d)、双螺旋冷凝盘管(7a)和热水或蒸汽出口管道(9)相连，形成水蒸汽的循环回路；燃烧室(3)与换热管(6)置于可承压水箱(13)内，使锅炉整体处于水冷的环境，在燃烧室(3)与换热管(6)表面实现第二重水冷换热，降低NOx的排放浓度；所述可承压水箱(13)和锅炉外壳(14)之间布置保温棉(14a)。
4.根据权利要求1所述的一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，其特征在于，所述冷凝室(7)冷却水进口设置进口并联管道(7c)，出口设置出口并联管道(7b)；所述冷凝室(7)内布置多组紧密的双螺旋冷凝盘管(7a)吸收烟气余热，冷凝室(7)内冷却水通过连接管道(7d)进入可承压水箱(13)，冷凝水从下方的冷凝室排水口(8)排出。
5.根据权利要求4所述的一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，其特征在于，所述双螺旋冷凝盘管(7a)均为逆流交错型双螺旋结构，各组双螺旋冷凝盘管(7a)冷却水进口和出口均采用并联结构连接。
6.根据权利要求1所述的一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，其特征在于，所述双螺旋水冷盘管燃烧器(12a)呈“圆台型”结构或“平面型”结构，双螺旋水冷盘管燃烧器(12a)螺旋管横截面为“跑道型”结构，两端为半球型锋面(12b，中间侧为平面，且相邻螺旋管两侧面形成螺旋防回火通道(12c)，螺旋防回火通道(12c)出口火焰锋面正对第一组双螺旋水冷圆形盘管(12d)，两组双螺旋水冷圆形盘管(12d)错列布置；且双螺旋水冷盘管燃烧器(12a)与双螺旋水冷圆形盘管(12d)内相邻螺旋管内水流方向相反。
7.根据权利要求1所述的一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，其特征在于，所述燃烧室(3)内的双螺旋水冷盘管燃烧器(12a)与双螺旋水冷圆形盘管(12d)冷却水进口与出口直接与可承压水箱(13)连接构成第一重水冷表面；换热管(6)连接燃烧室(3)与冷凝室(7)，且燃烧室(3)表面与换热管(6)表面构成第二重水冷表面；冷凝室(7)内沿烟气流动方向设有多组平行布置的双螺旋冷凝盘管(7a)，在双螺旋冷凝盘管(7a)表面形成第三重水冷表面，冷却水经冷凝室(7)内双螺旋冷凝盘管(7a)流入可承压水箱(13)，并在可承压水箱(13)上方设有热水或蒸汽出口管道(9)。
8.根据权利要求7所述的一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，其特征在于，所述换热管(6)在燃烧室(3)出口周向排列或错列布置。
9.根据权利要求1所述的一种可承压的双螺旋水冷盘管卧式预混燃气锅炉，其特征在于，所述可承压水箱(13)前后侧均用弧形封头(13a)连接，构成承压装置。
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