CN115493296A - 可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉 - Google Patents

可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，包括过量系数可调全预混燃烧器、局部回燃锅炉本体、空气预热器和节能冷凝器；燃烧器格栅出口喷出预混气与二次风在第一炉胆段点火燃烧，前行至第二炉胆段中完成局部回燃，烟气进入第二炉胆段筒体周向焊接的带90°弯头的钢铝复合强化对流换热烟管换热，经空气预热器和节能冷凝器回收本体出口余热后从烟囱排出；燃烧器燃气、二次风可掺烧氢气，火焰适应炉胆并减少污染物排放，全湿背结构使所有受热面冷却可靠，凸形封头或管板确保锅炉本体无任何拉撑件；空气预热器、节能器和冷凝器三位一体整装生产，减少各自散热面积及散热损失，燃烧器火焰尺寸可控、局部回燃、整体紧凑、热效率高。

Description

可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉
技术领域
本发明涉及热能工程技术领域燃气锅炉热能转化设备，具体涉及一种可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，为一种可调预混燃烧、局部回燃和采用内翅强化烟管的短流程、超紧凑、全湿背燃气锅炉。
背景技术
世界范围内，热能工程学科的科技人员在低氮燃烧和对流强化换热的追求上一直是不遗余力的，但是进展极其缓慢，这说明要探究对流强化换热的机理和本质不是一朝一夕的事情。
从瓦特改进蒸汽机引发的第一次工业革命开始起，因结构、材料和制造工艺的限制，除立式锅炉结构外，卧式燃油、燃气锅炉一直采用以炉胆和烟管为特征换热面的锅壳式锅炉结构，在我国亦称WNS结构，国外也称火管锅炉fire-tube boilers。一般当容量较小时，如蒸汽锅炉的蒸发量≤4t/h或热水锅炉供热量≤2.8MW，锅炉本体均采用无回燃室的炉胆中心回燃结构，即燃烧后高温烟气前行至炉胆后管板，被迫折转180°沿炉胆内壁动态环形通道返回炉前，继而在炉前转弯烟室再折转180°向后冲刷烟管流程的三回程结构，如图1a所示，布置于炉前的燃烧器将空气-燃气混合点火后以射流在固定直径的炉胆中前行，至炉胆后管板后无路可去只得返回，这就是回燃的来历，回燃后的高温烟气从炉胆内壁的动态环形通道返回燃烧器根部经转弯烟室折转180°进入一个烟管流程并纵向冲刷烟管后流出锅炉本体，如此烟气在炉胆1-2内折转180°形成2个回程，再折转180°纵向冲刷烟管流程完成三回程的辐射和对流换热，在这里可以看到，第一次是通过湿背的炉胆后管板折转180°返回，炉胆采用波纹炉胆+平直炉胆第二次是通过干背的前转弯烟室折转180°进入烟管，此时进入烟管的烟气温度约为500℃，降低了烟管1-4和锅壳1-1的前管板连接处发生管板开裂的危险性，因为前转弯烟室干背结构承受温度比较高，需要浇注耐火材料，因为缺乏可靠的水冷却，前转弯烟室易于受热变形，散热损失大，另外锅壳1-1和锅炉前后墙还需要设置斜拉撑杆1-5。
而当锅炉容量较大时，锅炉本体均采用含回燃室1-6的三回程结构，设置有第一回程烟管1-41和第二回程烟管1-42，与炉胆实现烟气三回程机构，如图1b所示，布置于炉前的燃烧器将空气-燃气混合点火后以射流在炉胆1-2中前(炉胆采用波纹炉胆)，高温烟气至湿背的回燃室后管板折转180°进入偏置于回燃室一侧的第二回程烟管流程，至锅壳前管板后再折转180°纵向冲刷第三回程烟管流程完成三回程的辐射和对流换热后流出锅炉本体，第一次是通过湿背的回燃室折转180°返回，第二次是通过干背前转弯烟室折转180°进入第三回程烟管，第一次进入回燃室前管板上连接的烟管的烟气温度约1100℃，可见，回燃室前管板和烟管连接处承受火焰辐射和烟管进口强化对流的双重作用，易于产生管板裂纹，但第二次进入烟管的烟气温度约300℃，降低了烟管和锅壳前管板连接处发生管板开裂的危险性，因为前转弯烟室干背结构承受温度不是太高，只需要布置隔热和保温材料即可，虽有散热损失，但数值较小；从结构上来看，含回燃室三回程结构的回燃室轴向长度小，给回燃室前管板和密集烟管管束的焊接工艺提出了较高要求，其制造工艺极其复杂，而且密集管束数量巨大，管子间距有限，无法实现连接接口的全焊透，一般只能采用胀接和焊接耦合的胀焊结合工艺来预防管板裂纹的发生，胀接只消除管孔内壁和管子外壁的间隙，焊接提供管板和烟管管端的连接强度。
鉴于无回燃室的中心回燃的三回程锅炉结构无法实现大型化，同时，有回燃室的三回程锅炉结构制造工艺太过复杂，本申请人从2012年开始就在行业中提出删除回燃室的倡议，但一直未获得技术突破。2017年本申请人还提出申请了《一种强化换热梯级冷却的紧凑型冷凝式燃油燃气锅炉ZL201710487428.7》的发明专利并获得授权，但其中专利说明书中的图1结构仍然采用了有回燃室的三回程结构，其中还提出了炉胆后部设置大直径导烟管导出的烟气折转180°和锅壳前管板焊接连接的结构，但因导烟管中没有强化措施，第一烟管回程的烟气温度仍然很高，前转弯烟箱仍然属于干背式结构，这种结构虽然有些制造企业采用，但并没有在工业锅炉行业全面推广，说明创新仍不彻底。以上创新没有彻底成功的原因是，一方面，燃烧技术未取得重大突破，燃油、燃气锅炉仍然以选用扩散式燃烧器居多，扩散式燃烧器均具有特定直径和长度的火焰尺寸，设计时需要布置直径较大、长度较长的炉胆以吸收辐射换热量；同时，也仍然需要一定数量和一定长度的烟气在管内纵向冲刷换热的烟管，需要设置回燃室才能实现烟气转弯并从辐射换热转换成烟管的对流换热，不仅如此，若要继续将烟气温度降低到经济温度，还需要增加第二个回程的烟管才行，因此，炉胆行程叠加两个烟管行程仍然为三回程结构锅炉。
20世纪80年代以前，因缺乏有效的对流强化换热技术，光管一直是管内、管外换热的首选管型，其主体位置从来未被改变过，致使三回程燃油燃气锅炉体积庞大。直到20世纪80年代，我国相关企业和高校合作，通过技术创新研制了螺纹烟管，如图1c所示，首次实现了由管外壁面加工形成内部凸起从而破坏管内壁边界层实现管内对流强化换热的技术进步，使折算到光管壁面的对流换热系数从35W/m2·℃左右提高到65W/m2·℃左右，40多年来，螺纹烟管一直独占我国燃煤、燃油、燃气锅炉管内烟气对流强化换热的市场，直到20多年前，国外燃油、燃气锅炉管内烟气对流强化出现了钢铝复合内翅片对流强化换热的技术进步才引起国内制造厂的追捧，之后国内有很多厂家和高等院校一直想在管内对流强化换热上力求创新，几经思维和实践，但因缺少有效的产学研合作，一直未获显著突破。
近10年来锅炉制造企业因为需要布置节能器单相强化换热和冷凝器相变换热提高锅炉效率的需求，多数企业直接删去了含回燃室的三回程结构中的第二个烟管回程，而将节能器和冷凝器置于锅炉顶部，该结构被戏称为“罗锅”锅炉，实际上仍然是三回程结构，只不过第三回程由原先的烟管、火管结构改造为水管管外扩展螺旋翅片受热面的节能器1-7和冷凝器1-8，这样就使布置冷凝器吸收烟气中水蒸气的汽化潜热成为可能，该结构在布置上具有了一定的灵活性，取得了市场上的认可，如图1d所示，但是从事热能工程的科技工作者并没有停止对WNS结构的技术创新。
截至目前，燃气燃烧器根据一次空气系数通常分为扩散式燃烧器、大气式燃烧器与全预混燃烧器，现今普遍应用于燃气锅炉的燃气燃烧器主要包括采取了烟气再循环技术包括外循环和内循环的扩散式燃烧器以及各种各样燃烧头形式的全预混燃烧器。然而，无论是外循环还是内循环，烟气再循环技术以及其应用主体扩散式燃烧器对锅炉炉膛的形状尺寸具有比较严格的要求，限制了对锅炉炉膛形状的创新性改造；全预混燃烧器虽然火焰尺寸小，燃烧头形状多变，对炉膛形状尺寸要求较为宽松，但是预混火焰的燃烧速度快、火焰温度高，为了降低氮氧化物排放，其空气过量系数通常较高，导致锅炉整体的排烟热损失较大，锅炉热效率的提升受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有燃气锅炉结构中存在的难题，提供一种变径炉胆、局部回燃、内翅强化烟管的全湿背燃气锅炉，巧妙构思了一种变径炉胆结构，使布置于炉前的燃气燃烧器在合适的第一炉胆段中完全燃烧释放热能，前行至第二炉胆段中完成局部回燃，然后烟气在局部回燃结束处的第二炉胆段筒体上焊接带90°弯头的内翅强化对流换热的钢铝复合烟管内进行强化对流换热，随后进入环形烟气集箱。
为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：一种可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，包括可调过量空气系数的全预混燃烧器、锅炉本体、空气预热器、节能冷凝器和烟囱；锅炉本体中沿烟气流动方向炉胆设置第一炉胆段和第二炉胆段，第一炉胆段直径小于第二炉胆段，可调过量空气系数的全预混燃烧器同轴设置在第一炉胆段的入口处，在第二炉胆段前部与第一炉胆段连接部位后方沿周向左右对称设置钢铝复合强化对流换热烟管，钢铝复合强化对流换热烟管沿长度方向错列，钢铝复合强化对流换热烟管与第二炉胆段连通并沿径向朝锅壳壁向外辐射延伸，钢铝复合强化对流换热烟管依次连通锅炉本体烟气出口、空气预热器以及烟囱；可调过量空气系数的全预混燃烧器包括由外向内同轴设置的外环形分配筒、筒体、筒状分配隔板以及内分配筒，筒状分配隔板与筒体之间为二次风通道，筒状分配隔板与内分配筒之间为一次风通道；外环形分配筒覆盖的筒体上开设外环形分配筒喷孔，内分配筒上沿周向开设燃气喷孔，内分配筒两端为封闭状，燃烧器燃气主进口通过管道连通内分配筒；筒体一端为一次风入口，另一端为燃烧器出口，二次风通道尾端连通二次风格栅，每道二次风格栅在燃烧器出口平面上开设缝隙式出口，每道二次风格栅的宽度相同，每道二次风格栅两端连接二次风通道尾端内壁；每道二次风格栅之间的缝隙与一次风通道相连通，格栅出口与一次风通道末端呈间隔缝隙共同组成燃烧器出口，在二次风格栅上进行均匀开孔，使二次风间隙与预混气间隙相连通。
燃烧器燃气主进口连通有燃气加氢进口，外环形分配筒上设置外环形分配筒燃气进口和外环形分配筒加氢进口；二次风通道的入口处设置二次风风门，一次风通道中段一周设置混合叶片，混合叶片位于燃气喷孔的后方；外环形分配筒位于二次风风门前方。
钢铝复合强化对流换热烟管与第二炉胆段连通并沿径向朝锅壳壁向外辐射延伸经过90°弯头折转后朝锅炉尾部延伸，连接在锅壳后管板，锅壳后管板采用椭球形或拱形管板，锅炉本体烟气出口关于锅炉本体中面对称设置，空气预热器为U形结构，锅炉本体烟气出口与空气预热器设置在U形结构的两端烟气入口相连通，空气预热器的U形弯折处设置烟气出口，烟气出口与节能冷凝器顶部设置的烟气进口相连通，节能冷凝器通过其底部设置的烟气出口与烟囱相连通；
或钢铝复合强化对流换热烟管与第二炉胆段连通并沿径向朝锅壳壁向外辐射延伸，经过90°弯头折转后朝锅炉头部延伸的结构；空气预热器布置在锅炉本体前部上方偏向一侧，空气预热器烟气进口与设置在锅壳前管板前，锅壳前管板采用椭球形或拱形管板，空气预热器烟气进口与燃烧器正上方的锅炉本体烟气出口相连通，节能冷凝器布置在空气预热器下方，锅炉本体前部燃烧器一侧。
空气预热器与节能冷凝器共用上下管板，空气预热器折弯处部分壳体与圆柱形节能冷凝器外部部分筒体相融合为一个两侧均有换热工质流过的内部壁面。
空气预热器包括空气预热器烟气进口、空气预热器烟气出口、空气预热器空气进口、空气预热器空气出口、钢铝复合强化对流换热烟管及上下管板；空气预热器烟气进口对称位于所述U形结构两端并与锅炉本体烟气出口连通，钢铝复合强化对流换热烟管外侧设置螺旋翅片，钢铝复合强化对流换热烟管竖直布置于U形结构的两边，钢铝复合强化对流换热烟管两端与上下管板焊接；上管板U形折弯处开圆孔形成空气预热器烟气出口与带等压烟道的节能冷凝器烟气进口连通，空气预热器壳体与钢铝复合强化对流换热烟管管外空间包围构成空气预热器烟气通道；烟气从U形两端两个空气预热器烟气进口进入空气预热器，扫掠钢铝复合强化对流换热烟管管外侧的螺旋翅片换热后在U形折弯处汇集并向上通过空气预热器烟气出口进入节能冷凝器；空气预热器壳体在上管板上部、下管板下部预留空间与复合强化对流换热烟管管内空间相连通构成空气预热器空气通道，空气预热器空气进口布置于U形折弯处壳体下部，在空气预热器壳体顶部设置等压风道，所述等压风道跨越节能冷凝器顶部，联通U形结构两边上部空气空间，并在等压风道中间设置空气预热器空气出口，所述等压风道与可调过量空气系数的全预混燃烧器所配置风机进口连通；空气从空气预热器底部空气进口进入空气预热器下管板下部空气空间分配到各钢铝复合强化对流换热烟管管内，冲刷管内铝翅片换热后经过上管板上部空气空间及顶部等压风道汇集到空气预热器空气出口，通过风道进入可调过量空气系数的全预混燃烧器所配置的风机。
节能冷凝器包括节能冷凝器烟气进口、节能冷凝器烟气出口、节能器冷凝器水进口、节能冷凝器水出口、冷凝水排出口、钢铝复合强化对流换热烟管及上下管板；上下管板与空气预热器共用，节能冷凝器烟气进口通过上管板与竖直布置的多根钢铝复合强化对流换热烟管管内空间相连通，向下经过下管板与节能冷凝器烟气出口相连通并最终与烟囱相连通；节能器冷凝器水进口布置于节能冷凝器外壳下管板上部，节能器冷凝器水出口布置于节能冷凝器外壳上管板下部，节能器冷凝器水出口和节能器冷凝器水进口分别与钢铝复合强化对流换热烟管壳侧管外水空间相连通；在节能冷凝器的底端设置倒锥形凹陷并在倒锥形凹陷的底端设置冷凝水排出口；节能冷凝器中换热主体部分采用钢铝复合强化对流换热烟管；节能冷凝器二位一体，其上部是节能器，烟管为显热对流换热，下部是冷凝器，烟管内翅为相变凝结换热，其铝内翅片结构与锅壳筒体中的烟管铝内翅片结构不同。
所述锅炉本体包括锅壳筒体，锅壳筒体上设置热水或蒸汽出口、防爆门安装口、炉胆后椭球形封头、锅壳前椭球形封头以及锅壳后管板；热水或蒸汽出口开设在锅壳筒体上部，第一炉胆段与第二炉胆段均在中段设置波纹炉胆段，在第一炉胆段尾端与第二炉胆段前端进行两侧扳边焊接，锅壳前椭球形封头与第一炉胆段前端焊接构成炉胆进口，炉胆后椭球形封头与锅壳后管板在炉胆轴线上开孔焊接防爆门连接口，炉胆后椭球形封头、锅壳前椭球形封头及锅壳后管板采用椭球形封头椭球形或拱形管板。
锅壳前椭球形封头与第一炉胆段、第一炉胆段与第二炉胆段之间采用锥形圆台形炉胆结构进行连接，缩小炉胆进口直径。
第一炉胆段与第二炉胆段直径相等，在炉胆筒体焊接90°光管弯头前部设定距离附加阻挡烟气回流结构，形成无截面突变的半强制烟气局部回燃，所述阻挡烟气回流结构包括：炉胆筒体焊接带90°光管弯头前部设置波纹炉胆段，并在所述波纹炉胆段最后一道波纹内部弧线顶端焊接一道环形扁钢；或第二炉胆段采用全平直炉胆，并在炉胆筒体焊接90°光管弯头前部设置一圈膨胀环，膨胀环用于吸收炉胆轴向伸缩变形和半强制阻挡回燃烟气；或采用非对称膨胀环结构，非对称膨胀环结构前后连接第一炉胆段和第二炉胆段，产生截面突变促使烟气进行局部回燃，以非对称膨胀环结构吸收炉胆的全部膨胀量。
所述钢铝复合强化对流换热烟管包括与水接触的外部钢管和内部铝翅片，水接触的外部钢管和内部铝翅片通过钢铝复合工艺组合成为一体；钢铝复合强化对流换热烟管的进口端与90°弯头的出口段焊接，90°光管弯头的进口端与第二炉胆段炉胆筒体外部前段沿周向呈左右对称分布的径向管孔焊接，管孔沿炉胆中心线轴向长度方向分为错列两排，90°弯头光管内部不含铝翅片，钢铝复合强化对流换热烟管末端与锅壳管板291焊接；钢铝复合强化对流换热烟管在第二炉胆段筒体外部沿周向分布时，与炉胆轴线所在水平面向上向下所成角度分别为α和β，当锅炉为蒸汽锅炉时炉胆轴线相对于锅壳筒体轴线向下偏移，以在锅壳筒体顶部留出蒸汽空间，此时β＜α＜90°，其中最上排烟管中心线高于第二炉胆段炉胆筒体外壁面的最高点，使得最高火界位于烟管之上，最高火界至少比第二炉胆段炉胆筒体最高的外壁面点高0.5倍的烟管外径，使第二炉胆段炉胆筒体最高的外壁面不承受水位波动带来的缺水冷却，使高温的壁面始终得到有效地冷却；当锅炉为热水锅炉时，炉胆轴线与锅壳筒体轴线重合，此时α＝β＜90°；90°光管弯头在与第二炉胆段炉胆筒体外部焊接时采取全焊透的连接方式，根据实际情况采取从筒体外部进行焊接或从筒体内部进行焊接，焊接时保证光管弯头端部与炉胆筒体内壁面平齐。
钢铝复合强化对流换热烟管中沿着介质流向连接的光管段和翅片强化换热段，在从光管段与翅片强化换热段连接处，在翅片强化换热段前端设置中心烟分流外撑附件或中心烟分流嵌合附件，二者均由锥形前端与圆柱形后端组合而成，中心烟分流外撑附件在圆柱形后端周向等距设置支撑片，支撑片将中心烟分流外撑附件支撑在光管内壁，中心烟分流嵌合附件在圆柱形后端设置开槽，内部铝翅片紧密嵌入所述开槽，中心烟分流外撑附件和中心烟分流嵌合附件采用Cr25Ni20Si2制成。
钢铝复合强化对流换热烟管包括外部钢管和三个相同的内部铝翅片，内部铝翅片包括基管、配合接口和多个翅片，基管的周向设置配合接口，基管通过配合接口组成一个整圆；基管的外壁与外部钢管内壁紧密贴合，翅片设置在基管的内壁上，翅片的自由端朝远离扇形内部铝翅片中心线的方向偏离，偏离角度为30°，内部铝翅片的截面整体为扇形，内部铝翅片的截面关于外部钢管的截面圆心呈中心对称，内部铝翅片的横截面形状和面积沿长度方向不变；每个翅片之间相对平行，越远离扇形中心线的翅片长度越短，且相邻两个翅片的间距相等；同一个内部铝翅片上翅片的自由端端面位于同一平面，根据烟气性质成分的不同，所述自由端伸长越过交界平面形成长翅片或缩短远离交接平面形成短翅片。
翅片强化换热段采用内部铝翅片根据锅炉本体烟气出口排出烟气的温度、密度以及成分具体性质的不同，采用一种或两种不同翅片形式的内部铝翅片，在常规铝翅片前，靠近钢铝复合强化对流换热烟管烟气入口一端首先采用短翅片，以避免铝翅片端部温度过高烧坏；当采用两种不同翅片形式的内部铝翅片时，对钢铝复合强化对流换热烟管翅片强化换热段的外部钢管两端先后进行两种内部翅片管的钢铝复合工艺，然后再与90°光管弯头段进行焊接。
内部铝翅片上翅片采用不弯折的直翅；每个直翅之间相对平行，最长直翅片位于内部铝翅片中心线上且其余直翅根据中心线成轴对称排布，越远离扇形中心线的翅片长度越短，相邻两个翅片的间距相等；每个内部铝翅片上靠近配合接口的同一侧设置一段呈150°偏离扇形中心线弯折的翅片，所述弯折结构用于消除配合接口附近翅片根部的烟气走廊；
或最长直翅片偏移扇形区域的中心线，其余翅片根据最长翅片中心线左右排布，越远离最长翅片中心线的翅片长度越短，每个内部铝翅片上靠近配合接口的同一侧设置的最短的直翅片能用于消除配合接口附近翅片根部的烟气走廊。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
1、本发明创造性地提供一种变径炉胆、局部回燃的新型炉胆结构，高温烟气的局部回燃在更大直径的炉胆中的外壁面的环形通道内完成，减少了回燃烟气对燃烧器喷出的主流火焰的干扰，保证了全预混火焰的燃烧稳定。
2、本发明炉胆结构的采用消除了现有中心回燃锅炉前管板和第二回程烟管连接处的转弯烟室的干背状态使锅炉形成全湿背结构，使所有的高温烟气都处于有水冷却的受热面内，充分减少了锅炉散热损失，所有的受热面都得到了可靠冷却，保证锅炉运行安全稳定。
3、采用钢铝复合强化对流换热烟管，极大地提高了烟管的换热系数，强化换热烟管的采用使烟管数量大为减少，使得从现有的烟管和管板的异种结构焊接能够转化为炉胆圆筒体和烟管的全焊透焊接连接方式，其烟管-筒体焊接连接处的应力状态大为改观，杜绝了管板裂纹的发生，进一步提高锅炉运行安全稳定性；大大降低原材料和制造工艺引起的碳排放强度。
4、提供一种一次空气与燃气进行接近化学当量比的完全预混燃烧器，燃烧器出口处另加可调风量的二次空气采用狭窄缝隙喷口并与同样是狭窄缝隙的全预混气体通道出口形成间隔布置的可调过量空气系数的全预混燃烧器，其火焰形状、尺寸长度及宽度调节方便、相比扩散式燃烧器显著减小，能更好地耦合本发明提供的变径炉胆、局部回燃、强化换热烟管有机结合形成的本体短流程结构。
5、燃烧器狭窄的缝隙式喷口起防回火作用保证安全燃烧，二次空气出口流速高于两侧的预混气体，在燃烧器出口处形成间隔分布的带状低压区对两侧预混气体及其燃烧后形成的烟气形成卷吸、引射作用，从而加强二次空气与混合气的混合保证完全燃烧并通过卷吸烟气形成类似烟气内循环的效果，有效降低燃烧温度，显著减少NOx等污染物的排放，确保本发明的燃气锅炉极易实现NOx＜30mg/m3的超低排放要求。
6、在燃烧器上设置燃气加氢进口和外环形分配筒加氢进口，可根据现场燃料情况选择掺氢位置与掺氢比例，燃烧器二次风风量可以通过设置在二次风通道进口的风门进行调节，从而使燃烧器过量空气系数可以根据燃烧情况灵活调整，在保证全预混且低氮燃烧的情况下尽可能降低排烟损失，使搭配全预混燃烧器的燃气锅炉效率进一步提高变得可能。
7、本发明采用空气预热器与节能冷凝共同构成的空气预热节能冷凝一体化锅炉辅助设备，空气预热器包裹在节能冷凝器周围且与节能冷凝器共用上下管板，简化制造工艺，同时U形空气预热器折弯处部分壳体与圆柱形节能冷凝器外部部分筒体相融合成为一个两侧均有换热工质流过的内部壁面，通过共用壁面的结构设计，显著减少换热设备外壳散热面积，从而有效降低锅炉整体散热损失，提高锅炉整体热效率。
进一步的，炉胆部分由第一炉胆段和第二炉胆段沿烟气流动方向顺次连通构成，第一炉胆段与第二炉胆段均在中段设置波纹炉胆段，在第一炉胆段尾端与第二炉胆段前端进行两侧扳边焊接，在第二炉胆段前段部分筒体外部沿周向呈左右对称焊接钢铝复合强化对流换热烟管，钢铝复合强化对流换热烟管尾端延伸至锅壳后管板并与之焊接，锅壳后管板左右两侧对称设置锅炉本体烟气出口；锅壳前椭球形封头与第一炉胆段前端焊接构成炉胆进口，炉胆后墙尾部与锅壳后管板在炉胆轴线上开孔焊接防爆门连接口，炉胆后椭球形封头、锅壳前椭球形封头及锅壳后管板所采用椭球形封头或拱形管板可自支撑保证整体强度，整个锅炉本体无需设置任何额外拉撑结构，甚至在本发明中带90°弯头的钢铝复合强化对流换热烟管也不承担拉撑作用，而任何传统WNS结构的所有烟管管束中都需要布置具有拉撑功能的烟管或采用厚壁烟管或增加烟管-管板焊缝焊脚高度等要求，增加材料及焊接工艺成本以便于将平管板分割成无数的第一假想圆，以降低管板厚度；来自燃烧器栅格形出口的预混气及二次风在第一炉胆段充分混合并点火燃烧，完全燃烧释放热能后前行至第二炉胆段中完成突变截面强制烟气局部回燃，然后烟气在突变截面结束处的大直径段炉胆前段，进入炉胆筒体轴向左右对称焊接带90°弯头的内翅强化对流换热的钢铝复合烟管内进行强化对流换热，随后进入设置在锅壳后管板上的锅炉本体烟气出口，锅炉本体中焊接接口全部处于锅炉水的直接冷却形成全湿背结构，一方面防止烟管管板连接处开裂保证锅炉受热面运行安全可靠，另一方面能够有效降低锅炉本体散热损失。
进一步的，锅炉本体烟气出口与U形空气预热器设置在U字两头的双烟气进口相连通，空气预热器随后通过设置在U形弯折内部的烟气出口与节能冷凝器顶部的烟气进口相连通，节能冷凝器最终通过底部的烟气出口与烟囱相连通；锅炉给水一般经过水处理装置、除氧器除氧之后进入节能冷凝器，经节能冷凝器加热后送入锅炉本体并在其中吸收炉胆和烟管传递的热量后从热水或蒸汽出口流出，周向包裹节能冷凝器的U形空气预热器与节能冷凝器共用上下管板与部分外壁，组成空气预热器、节能器和冷凝器三位一体的锅炉本体出口余热回收辅助设备，能有效减少散热面积，使锅炉本体和紧随其尾部的三位一体的辅助设备超级紧凑，显著减少锅炉散热损失，有效提高锅炉整体热效率。
进一步的，锅壳前椭球形封头与第一炉胆段、第一炉胆段与第二炉胆段之间还可采用锥形炉胆结构进行连接，可提高连接处强度，缩小炉胆进口直径，使燃烧器在与锅炉本体连接后获得充足的锅炉水冷却，而无需使用耐火泥等材料填充间隙，仅需采用石棉绳等材料进行简单的密封。
进一步的，燃烧器中的二次风通道尾端上下连通二次风格栅，每道二次风格栅在燃烧器出口平面上开设狭窄缝隙式出口，每道二次风格栅的宽度相同，相邻两道二次风格栅之间的距离相等且每道格栅的长度不一，越靠近燃烧器左右两侧越短；每道二次风格栅之间形成狭窄缝隙与一次风通道相连通，格栅出口与一次风通道末端呈间隔缝隙共同组成燃烧器出口。在二次风格栅上可进行均匀开孔，使二次风狭窄间隙与预混气狭窄间隙相连通，以加强二次风与一次风-燃气混合物的混合。
进一步的，采用全大直径炉胆并在炉胆筒体焊接90°光管弯头前部一定距离附加各种阻挡烟气回流结构，从而形成不发生截面突变的半强制烟气局部回燃。可采用的阻挡烟气回流结构包括：大直径炉胆筒体焊接带90°光管弯头前部一定距离设置波纹炉胆段，并在波纹炉胆段最后一道波纹内部弧线顶端焊接一道环形扁钢；大直径炉胆采用全平直炉胆，并在炉胆筒体焊接°光管弯头前部设置一圈膨胀环同时起到吸收炉胆轴向伸缩变形和半强制阻挡回燃烟气的作用。
进一步的，钢铝复合强化对流换热烟管在第二炉胆段筒体外部沿周向分布时，与炉胆轴线所在水平面向上向下所成角度分别为α和β，当锅炉为蒸汽锅炉时炉胆轴线相对于锅壳筒体轴线向下偏移一定距离，以在锅壳筒体顶部留出蒸汽空间，此时β＜α＜90°，其中最上排烟管中心线应高于第二炉胆段炉胆筒体外壁面的最高点以确保最高火界位于烟管之上，而不是第二炉胆段炉胆筒体外壁面的最高点，此时最高火界至少比第二炉胆段炉胆筒体的外壁面最高点高0.5倍的烟管外径，以保护第二炉胆段炉胆筒体的外壁面最高点不承受水位波动带来的缺水冷却，使高温的壁面始终得到有效地冷却；而当锅炉为热水锅炉时，炉胆轴线与锅壳筒体轴线重合，此时α＝β＜90°；90°光管弯头在与第二炉胆段炉胆筒体外部焊接时采取全焊透的连接方式，根据实际情况既可采取从筒体外部进行焊接，也可从筒体内部进行焊接，焊接时保证光管弯头端部与炉胆筒体内壁面平齐，以降低烟气完成局部回燃后从炉胆筒体进入烟管90°光管弯头时的局部阻力。
进一步的，翅片强化换热段采用内部铝翅片可根据锅炉本体烟气出口排出烟气的温度、密度、成分等具体性质的不同，钢铝复合强化对流换热烟管采用一种或两种不同翅片形式的内部铝翅片，例如在常规铝翅片前，靠近钢铝复合强化对流换热烟管烟气入口一端首先采用短翅片，以避免铝翅片端部温度过高烧坏；当采用两种不同翅片形式的内部铝翅片时，先对钢铝复合强化对流换热烟管翅片强化换热段的外部钢管两端先后进行两种内部翅片管的钢铝复合工艺，然后再与90°光管弯头段进行焊接。
进一步的，空气预热器与节能冷凝器共同组成空气预热节能冷凝三位一体化辅助设备，空气预热器与节能冷凝器共用上下管板，简化制造工艺；同时U形空气预热器折弯处部分壳体与圆柱形节能冷凝器外部部分筒体相融合成为一个两侧均有换热工质流过的内部壁面，通过共用壁面的结构设计，显著减少换热设备外壳散热面积，从而有效降低锅炉整体散热损失，提高锅炉整体热效率。
进一步的，节能冷凝器二位一体，其上部是节能器，烟管为显热对流换热，下部是冷凝器，烟管内翅为相变凝结换热。
进一步的，钢铝复合强化对流换热烟管包括外部钢管和内部三个120°扇形铝翅片，扇形铝翅片包括基管和多个翅片，基管的外壁与外部钢管内壁紧密贴合，翅片设置在基管的内壁上，翅片的自由端朝远离扇形铝翅片中心线的方向，偏离翅片与基管的连接端，三个扇形铝翅片的截面关于外部钢管的截面圆心呈中心对称，扇形铝翅片的横截面形状和面积沿管子长度方向不变；基管的两端有配合接口，基管通过配合接口组成一个整圆；每个翅片之间相对平行且长短不一，越远离扇形中心线的翅片长度越短，且相邻两个翅片的间距相等；每个扇形铝翅片上偏向一侧的翅片的末端均与相邻扇形铝翅片上偏向另一侧的翅片末端排布在同一平面上，基于所述烟管的结构，还能根据烟气性质成分的不同，可以适当缩短远离或伸长越过交界平面。
进一步提出非对称膨胀环结构，非对称膨胀环前后连接第一炉胆段和第二炉胆段，产生截面突变促使烟气进行局部回燃，此时全部炉胆段均采用平直炉胆结构，只以非对称膨胀环结构吸收炉胆的全部膨胀量。
附图说明
图1a为现有的中心回燃结构的燃气锅炉示意图。
图1b为现有的含回燃室的三回程结构的燃气锅炉示意图。
图1c为现有技术对流强化换热的螺纹烟管结构示意图。
图1d为现有技术中一种水火管混配的卧式三回程燃气锅炉示意图。
图2a本发明一种可调预混燃烧局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉主体部分主视截面示意图。
图2b本发明中燃气锅炉烟管向锅炉本体头部延伸结构主体部分主视截面示意图。
图2c本发明中燃气锅炉烟管向锅炉本体头部延伸结构主体部分前视示意图。
图3为本发明中燃气锅炉主体部分俯视图。
图4a为本发明中燃气锅炉本体主视截面示意图。
图4b为本发明中燃气锅炉本体烟气前出结构主视截面示意图。
图4c为本发明中燃气锅炉本体锥形变径炉胆结构主视截面示意图。
图4d为本发明中燃气锅炉本体波纹炉胆半强制回燃结构主视截面示意图。
图4e为本发明中燃气锅炉本体膨胀环炉胆半强制回燃结构主视截面示意图。
图4f为本发明中燃气锅炉本体非对称膨胀环变径炉胆结构主视截面示意图。
图5a为本发明中蒸汽锅炉本体烟管排布结构示意图。
图5b为本发明中热水锅炉本体烟管排布结构示意图。
图5c为本发明中炉胆筒壁与烟管端部内侧全焊透结构示意图。
图5d为本发明中炉胆筒壁与烟管端部外侧全焊透结构示意图。
图6a为本发明中一种可实施的采用中心烟分流外撑附件的钢铝复合强化对流换热烟管结构示意图。
图6b为本发明中另一种可实施的采用中心烟分流嵌合附件的钢铝复合强化对流换热烟管结构示意图。
图6c为本发明中两种中心烟分流部件结构示意图。
图7a为本发明中一种可实施的可调节二次风全预混燃气燃烧器结构示意图。
图7b为本发明中全预混燃气燃烧器栅格出口开孔结构示意图。
图8a为本发明中空气预热节能冷凝一体化锅炉辅助设备结构示意图。
图8b为本发明中空气预热节能冷凝一体化锅炉辅助设备结构剖面示意图。
图9为本发明中空气预热器中使用的一种可实施的钢铝复合强化对流换热烟管结构示意图。
图10a为本发明中一种可实施的弯折翅片钢铝复合强化对流换热烟管截面示意图。
图10b本发明中可实施的弯折翅片(翅片相互穿插)钢铝复合强化对流换热烟管截面示意图。
图10c本发明中可实施的弯折翅片(翅片留有通道)钢铝复合强化对流换热烟管截面示意图。
图11a为本发明中一种可实施的直翅片钢铝复合强化对流换热烟管结构示意图。
图11b为本发明中另一种可实施的直翅片钢铝复合强化对流换热烟管结构示意图。
图中，1-可调过量空气系数的全预混燃烧器，11-燃烧器空气进口，12-一次风通道，13-燃烧器燃气主进口，131-外环形分配筒燃气进口，14-内分配筒，141-燃气喷孔，15-混合叶片，16-二次风风门，17-二次风通道，181-燃气加氢进口，182-外环形分配筒加氢进口，183-外环形分配筒，184-外环形分配筒喷孔，19-燃烧器出口格栅，191-格栅开孔，110-燃烧器出口，2-锅炉本体，20-锅壳筒体，21-炉胆进口，22-第一炉胆段，23-第二炉胆段，231-环形扁钢，232-膨胀环，233-非对称膨胀环结构，24-锅炉本体烟气出口，25-热水或蒸汽出口，26-防爆门安装口，27-炉胆后椭球形封头，281-锅壳前椭球形封头，282-锅壳前管板，291-锅壳后管板，292-锅壳后椭球形封头，3-空气预热器，31-空气预热器烟气进口，32-空气预热器烟气出口，33-空气预热器空气进口，34-空气预热器空气出口，4-节能冷凝器，41-节能冷凝器烟气进口，42-节能冷凝器烟气出口，43-节能器冷凝器水进口，44-节能冷凝器水出口，45-冷凝水排出口，5-烟囱，6-钢铝复合强化对流换热烟管，61-外部钢管，611-螺旋翅片，62-内部铝翅片，621-基管，622-配合接口，623-弯折翅片，624-长翅片，625-短翅片，626-直翅，627-最长直翅片，631-中心烟分流外撑附件，632-中心烟分流嵌合附件。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“一侧”、“一端”、“一边”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
燃气工业锅炉行业面临着一次转型升级的巨大机遇和挑战，也为科技人员践行创新理念点燃了希望，即一方面将全预混和扩散燃烧有机结合成为一种可能；另一方面，通过将传统回燃结构和新型钢铝复合的强化传热烟管有机结合形成单回程全湿背燃气锅炉本体结构，实现一种燃烧和变径炉胆、局部回燃、钢铝复合强化传热烟管耦合互补的单回程全湿背燃气锅炉。
参考图2a、图4a、图8a和图8b，一种可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，包括可调过量空气系数的全预混燃烧器1、锅炉本体2、空气预热器3、节能冷凝器4和烟囱5；可调过量空气系数的全预混燃烧器1同轴设置在炉胆进口21处，沿烟气流动方向炉胆依次设置第一炉胆段22和第二炉胆段23，当所述锅炉为蒸汽锅炉形式时，在第二炉胆段23部位沿周向左右对称设置且沿轴向错列两排钢铝复合强化对流换热烟管6；当所述锅炉为热水锅炉形式时，在第二炉胆段23部位沿周向上下对称设置且沿轴向错列两排钢铝复合强化对流换热烟管6，钢铝复合强化对流换热烟管6与第二炉胆段23连通并沿径向朝锅壳壁向外辐射延伸，随后经过90°弯头折转后朝锅炉尾部延伸，连接在锅壳后管板291与左右对称设置在锅壳后管板291上的锅炉本体烟气出口24相连通，锅炉本体烟气出口24与U形空气预热器3设置在U字两头的双烟气进口31相连通，空气预热器3随后通过设置在U形弯折内部的烟气出口32与节能冷凝器4顶部的节能冷凝器烟气进口41相连通，节能冷凝器4最终通过底部的节能冷凝器烟气出口42与烟囱5相连通；锅炉给水一般经过水处理装置、除氧器除氧之后进入节能冷凝器4，经节能冷凝器4加热后送入锅炉本体2并在其中吸收炉胆和烟管传递的热量后从热水或蒸汽出口25流出，周向包裹节能冷凝器4的U形空气预热器3与节能冷凝器4共用上下管板与部分外壁，组成空气预热器、节能器和冷凝器三位一体的锅炉本体出口余热回收辅助设备，能有效减少散热面积，使锅炉本体和紧随其尾部的三位一体的辅助设备超级紧凑，显著减少锅炉散热损失，有效提高锅炉整体热效率；第一炉胆段22的前端入口设为炉胆进口21。
参考图2b和图2c，当需要获得更长的钢铝复合强化对流换热烟管6长度时，也可以采取钢铝复合强化对流换热烟管6与第二炉胆段23连通并沿径向朝锅壳壁向外辐射延伸，经过90°弯头折转后朝锅炉头部延伸的结构，此时采用分体式的空气预热器3及节能冷凝器4；空气预热器3布置在锅炉本体2前部上方偏向一侧，空气预热器烟气进口31与设置在锅壳前管板282前，空气预热器烟气进口31与燃烧器1正上方的锅炉本体烟气出口24相连通，空气预热器烟气出口32与节能冷凝器烟气进口41连通，烟气在空气预热器3内完成180°折转后通过空气预热器烟气出口32从节能冷凝器烟气进口41进入节能冷凝器4；节能冷凝器4布置在空气预热器3下方，锅炉本体2前部燃烧器1一侧，节能冷凝器烟气出口42与烟囱5相连通。
参考图3及图4a，锅炉本体2包括锅壳筒体20、炉胆、炉胆进口21，锅炉本体烟气出口24、热水或蒸汽出口25、防爆门安装口26、炉胆后椭球形封头27、锅壳前椭球形封头281以及锅壳后管板291；炉胆部分包括沿烟气流动方向顺次连通的第一炉胆段22和第二炉胆段23，第一炉胆段22与第二炉胆段23均在中段设置波纹炉胆段，在第一炉胆段22尾端与第二炉胆段23前端进行两侧扳边焊接，在第二炉胆段23前段部分筒体外部沿周向呈左右对称焊接钢铝复合强化对流换热烟管6，钢铝复合强化对流换热烟管6尾端延伸至锅壳后管板291并与之焊接，锅壳后管板291两侧对称设置锅炉本体烟气出口24；锅壳前椭球形封头281与第一炉胆段22前端焊接构成炉胆进口21，炉胆后椭球形封头与锅壳后管板291在炉胆轴线上开孔焊接防爆门连接口26，炉胆后椭球形封头27、锅壳前椭球形封头281及锅壳后管板291所采用椭球形封头或拱形管板可实现自支撑，保证整体强度，整个锅炉本体无需设置任何额外拉撑结构，甚至在本发明中带90°弯头的钢铝复合强化对流换热烟管6也不承担拉撑作用，而任何传统WNS结构的所有烟管管束中都需要布置具有拉撑功能的烟管(或采用厚壁烟管或增加烟管-管板焊缝焊脚高度等要求，增加材料及焊接工艺成本)，以便于将平管板分割成无数的第一假想圆来降低管板厚度；本发明全预混燃烧器采用栅格形出口，来自燃烧器栅格形出口110的预混气及二次风在第一炉胆段22充分混合并点火燃烧，完全燃烧释放热能后前行至第二炉胆段23中完成突变截面的强制烟气局部回燃，然后烟气在突变截面结束处的大直径段炉胆前段，进入炉胆筒体，在钢铝复合强化对流换热烟管6内进行强化对流换热，钢铝复合强化对流换热烟管6轴向左右对称焊接，并带有90°弯头，其作用在于内翅强化对流换热；烟气随后进入设置在锅壳后管板291上的锅炉本体烟气出口24，锅炉本体2中焊接接口201全部处于锅炉水的直接冷却形成全湿背结构，一方面防止烟管管板连接处开裂保证锅炉受热面运行安全可靠，另一方面能够有效降低锅炉本体散热损失。
参考图4b，当需要获得更长的钢铝复合强化对流换热烟管6长度时，也可以钢铝复合强化对流换热烟管6与第二炉胆段23连通并沿径向朝锅壳壁向外辐射延伸，经过一90°弯头折转后朝锅炉头部延伸，此时锅壳前端变为锅壳前管板282，后端变为锅壳后椭球形封头292，锅炉本体烟气出口24设置在所述锅壳前管板282上，将两侧钢铝复合强化对流换热烟管6流出的烟气汇集到锅炉本体2前部中间，并垂直向上流出。
参考图4c，锅壳前椭球形封头281与第一炉胆段22、第一炉胆段22与第二炉胆段23之间还可采用圆台形锥形炉胆结构进行连接，所述锥形指有一定锥度的炉胆段，可提高连接处强度，缩小炉胆进口21的直径，使可调过量空气系数的全预混燃烧器1在与锅炉本体2连接后获得充足的锅炉水冷却，而无需使用耐火泥等材料填充间隙，仅需采用石棉绳等材料进行简单的密封。
参考图4d和图4e，除采用第一炉胆段22连接第二炉胆段23产生突变截面，强迫烟气进行局部回燃外，第一炉胆段22可以设计为与第二炉胆段23的直径相同，并在焊接90°光管弯头前部设定距离设置阻挡烟气回流结构，从而形成不发生截面突变的半强制烟气局部回燃。可采用的阻挡烟气回流结构具体为：第一炉胆22筒体焊接带90°光管弯头前部设定距离处设置波纹炉胆段，并在波纹炉胆段最后一道波纹内部弧线顶端焊接一道环形扁钢231；或大直径炉胆23采用全平直炉胆，并在炉胆筒体焊接90°光管弯头前部设置膨胀环232，同时起到吸收炉胆轴向伸缩变形和半强制阻挡回燃烟气的作用。
参考图4f，本发明进一步提出非对称膨胀环结构233，采用非对称膨胀环233前后连接第一炉胆段22和第二炉胆段23，产生截面突变促使烟气进行局部回燃，此时第一炉胆段22和第二炉胆段23均采用平直炉胆结构，以非对称膨胀环233吸收炉胆的全部膨胀量。
参考图9、图10a，钢铝复合强化对流换热烟管6包括与水接触的外部钢管61和内部铝翅片62，通过将外部钢管61和内部铝翅片62钢铝复合工艺制成；钢铝复合强化对流换热烟管6的进口端与90°光管弯头的出口段焊接，90°光管弯头的进口端与第二炉胆段23炉胆筒体外部前段沿周向呈左右对称分布的径向管孔焊接，管孔沿炉胆中心线轴向长度方向分为错列两排，90°弯头光管内部为光管结构，烟气均匀进入90°光管弯头的进口端并转弯90°，继之冲刷钢铝复合强化对流换热烟管6至锅壳后管板291，钢铝复合强化对流换热烟管6与锅壳后管板焊接。
参考图5a和图5b，钢铝复合强化对流换热烟管6在第二炉胆段23筒体外部沿周向分布时，与炉胆轴线所在水平面向上向下所成角度分别为α和β，当锅炉为蒸汽锅炉时炉胆轴线相对于锅壳筒体20轴线向下偏移设定距离，以在锅壳筒体20顶部留出蒸汽空间，此时β＜α＜90°，其中最上排烟管中心线应高于第二炉胆段23炉胆筒体外壁面的最高处以确保最高火界位于烟管之上，而不是第二炉胆段23炉胆筒体外壁面的最高处，此时最高火界至少比第二炉胆段23炉胆筒体外壁面的最高处高0.5倍的烟管外径，以保护第二炉胆段23炉胆筒体外壁面的最高处不承受水位波动带来的缺水冷却，使高温的壁面始终得到有效地冷却；而当锅炉为热水锅炉时，炉胆轴线与锅壳筒体20轴线重合，此时α＝β＜90°；90°光管弯头在与第二炉胆段23炉胆筒体外部焊接时采取全焊透的连接方式，根据实际情况既可采取从炉胆筒体外部进行焊接，也可从炉胆筒体内部进行焊接，焊接时保证光管弯头端部与炉胆筒体内壁面平齐，以降低烟气完成局部回燃后从炉胆筒体进入烟管90°光管弯头时的局部阻力，参考图5c和图5d。
参考图6a、图6b和图6c，钢铝复合强化对流换热烟管6在从光管段进入翅片强化换热段之前，在铝翅片管前端设置中心烟分流外撑附件631或中心烟分流嵌合附件632，二者均由锥形前端与圆柱形后端组合而成，所述前端为迎着烟气方向，后端为背烟气流向，中心烟分流外撑附件631在圆柱形后端周向等距设置三枚支撑片，三枚支撑片连接中心烟分流外撑附件631和光管61，将其支撑在光管61内壁上；中心烟分流嵌合附件632在圆柱形后端设置开槽可与内部铝翅片62紧密嵌合，设置中心烟分流附件主要目的是将高温烟气在进入铝翅片强化段时分流到钢铝复合强化对流换热烟管6的根部并使高温烟气得到有效冷却，不仅防止中心铝翅片端部超温而且可将钢铝复合管放置于更高的烟气温度区域，中心烟分流外撑附件631或中心烟分流嵌合附件632优选采用Cr25Ni20Si2材料。
参考图10c，翅片强化换热段采用内部铝翅片62可根据锅炉本体烟气出口24排出烟气的温度、密度、成分等具体性质的不同，采用一种或两种不同翅片形式的内部铝翅片62，例如在常规铝翅片623前，靠近钢铝复合强化对流换热烟管6烟气入口一端首先采用短翅片625，参考图10b，以避免铝翅片端部温度过高烧坏；当采用两种不同翅片形式的内部铝翅片62时，先对钢铝复合强化对流换热烟管6翅片强化换热段的外部钢管61两端先后进行两种内部翅片管62的钢铝复合工艺，然后再与90°光管弯头段进行焊接。
本申请所述“前”和“头”表示方位，具体指介质的来向或起始方向，“后”和“尾”表示方位，具体指介质的去向或朝终点方向。
参考图7a和图7b，可调过量空气系数的全预混燃烧器1包括燃烧器空气进口11、一次风通道12、燃烧器燃气主进口13、外环形分配筒燃气进口131、内分配筒14、燃气喷孔141、混合叶片15、二次风风门16、二次风通道17、燃气加氢进口181，外环形分配筒加氢进口182，外环形分配筒183，外环形分配筒喷孔184、燃烧器出口格栅19、格栅开孔191和燃烧器出口110；内分配筒14、二次风通道17和一次风通道12沿全预混燃烧器1由内向外布置，燃烧器空气进口11与鼓风机出口相连，空气通道在进入空气进口11一定距离之后通过筒状分配隔板分隔成一次风通道12和二次风通道17；燃气主进口13设置在燃烧器1靠近空气进口11的筒体外部一侧，燃气管道在沿筒体径向进入后进行90°折转，随后沿燃烧器1筒体轴线向空气流动方向延伸，连通内分配筒14；内分配筒14被一次风通道12同轴环状包围，并在前部沿周向开多个燃气喷孔141与一次风通道12相连通，在燃气喷孔141后部的一次风通道12中段设置一圈混合叶片15，燃气与一次风垂直射流在混合叶片15的作用下充分混合；二次风通道17同轴环状包围在一次风通道12之外，并且在进口处设置开度可调的二次风风门16；在燃气主进口13后部的燃气管道上设置燃气加氢进口181，燃气加氢进口181的轴线垂直于燃气主进口13后部的燃气管道；在二次风风门16后二次风通道17筒体外部设置外环形分配筒183，并在外环形分配筒183上开设外环形分配筒燃气进口131，同时在外环形分配筒燃气进口131上开设外环形分配筒加氢进口182，在外环形分配筒183与二次风通道17之间共用壁面上沿周向开设一圈外环形分配筒喷孔184，实现燃烧器双侧可调掺氢燃烧，以可靠调节并确保天然气掺氢燃烧的稳定性；二次风通道17尾端上下连通二次风格栅19，每道二次风格栅19在燃烧器出口110平面上开设狭窄缝隙式出口，每道二次风格栅19的宽度相同，相邻两道二次风格栅19之间的距离相等且每道格栅的长度不一，越靠近燃烧器1左右两侧越短；每道二次风格栅19之间形成狭窄缝隙与一次风通道12相连通，格栅出口与一次风通道12末端呈间隔缝隙共同组成燃烧器出口110。在二次风格栅19上可进行均匀开孔191，使二次风狭窄间隙与预混气狭窄间隙相连通，以加强二次风与一次风-燃气混合物的混合。
参考图8a，空气预热器3与节能冷凝器4共同组成空气预热节能冷凝一体化锅炉辅助设备，空气预热器3与节能冷凝器4共用上下管板，简化制造工艺；同时U形空气预热器3折弯处部分壳体与圆柱形节能冷凝器4外部部分筒体相融合成为一个两侧均有换热工质流过的内部壁面，通过共用壁面的结构设计，显著减少换热设备外壳散热面积，从而有效降低锅炉整体散热损失，提高锅炉整体热效率。
参考图8a、图8b与图9，空气预热器3包括空气预热器烟气进口31、空气预热器烟气出口32、空气预热器空气进口33、空气预热器空气出口34、钢铝复合强化对流换热烟管6及与节能冷凝器4共用的上下管板；空气预热器3整体采用U形结构，两个空气预热器烟气进口31对称布置于U形结构两头，并与锅炉本体烟气出口24连通，钢铝复合强化对流换热烟管6竖直布置于U形结构两边，钢铝复合强化对流换热烟管6外部采用螺旋翅片611，钢铝复合强化对流换热烟管6两端与上下管板焊接，在上管板U形结构折弯处开圆孔形成空气预热器烟气出口32，并与带等压烟道的节能冷凝器烟气进口41连通，空气预热器壳体与钢铝复合强化对流换热烟管6管外空间包围构成空气预热器烟气通道；烟气从U形结构两端两个空气预热器烟气进口31进入空气预热器，扫掠钢铝复合强化对流换热烟管6管外螺旋翅片611换热后在U形折弯处汇集并向上通过上管板开设的空气预热器烟气出口32进入节能冷凝器4；空气预热器壳体在上管板上部以及下管板下部留出空间，所述空间与复合强化对流换热烟管6管内空间相连通构成空气预热器空气通道，空气预热器空气进口33布置于U形结构折弯处壳体下部，在空气预热器壳体顶部设置等压风道，跨越节能冷凝器4顶部，连通所述U形结构两边上部空气空间，并在等压风道中间设置空气预热器空气出口34，空气预热器空气出口34通过风道与燃烧器1所配置风机进口连通；空气从空气预热器3底部空气进口33进入空气预热器下管板下部空气空间分配到各钢铝复合强化对流换热烟管6管内，冲刷管内铝翅片换热后经过上管板上部空气空间及顶部等压风道汇集到空气预热器空气出口34，通过风道进入燃烧器1所配置风机。
参考图8b，节能冷凝器4包括节能冷凝器烟气进口41、节能冷凝器烟气出口42、节能器冷凝器水进口43、节能冷凝器水出口44、冷凝水排出口45、钢铝复合强化对流换热烟管6及与空气预热器3共用的上下管板；节能冷凝器烟气进口41通过上管板与竖直布置的多根钢铝复合强化对流换热烟管6管内空间相连通，随后向下经过下管板与节能冷凝器烟气出口42相连通，并最终与烟囱5相连通；节能器冷凝器水进口43布置于节能冷凝器4外壳下管板上部，节能器冷凝器水出口44布置于节能冷凝器4外壳上管板下部，并分别与钢铝复合强化对流换热烟管7壳侧管外水空间相连通；在节能冷凝器4的底端设置锥形凹陷并在锥体顶端设置冷凝水排出口45；节能冷凝器4中换热主体部分采用的钢铝复合强化对流换热烟管6与锅炉本体2采用烟管结构保持一致。
参考图10a、图10b和图10c，钢铝复合强化对流换热烟管6包括外部钢管61和三个内部铝翅片62，内部铝翅片62包括基管621、配合接口622和多个翅片623，基管621的两端有配合接口622，基管621通过配合接口622组成一个完整的圆管；基管621的外壁与外部钢管61内壁紧密贴合，翅片623设置在基管621的内壁上，翅片623的自由端设有弯折角，所述弯折角为30°且朝远离扇形内部铝翅片62中心线的方向，内部铝翅片62的截面关于外部钢管61的截面圆心呈中心对称，内部铝翅片62的横截面形状和面积沿管子长度方向不变；每个翅片623之间相对平行且长短不一，越远离扇形中心线的翅片623长度越短，且相邻两个翅片623的间距相等；每个翅片623的自由端端面排布在同一平面上，根据烟气性质成分的不同，可以适当伸长越过交界平面形成长翅片624或缩短远离交接平面形成短翅片625。钢铝复合强化对流换热烟管极大提高对流换热系数增加单位长度上烟管换热量，极大地缩短钢铝复合强化对流换热烟管长度，同时极大地减少钢铝复合强化对流换热烟管数量和焊接接头数量，节省原材料和焊接材料消耗，可使烟管直接和锅炉后管板进行焊接连接，经尾部空气预热器及节能器与冷凝器一体化化装置，通过烟囱排入大气。该发明的锅炉大大简化了锅炉本体的结构及其制造工艺，删除了偏置的烟气180°转弯的回燃室。和现有的中心回燃结构相比，高温烟气的局部回燃在更大直径的第二炉胆段中的外壁面的环形通道内完成，减少了回燃烟气对燃烧器喷出的主流火焰的干扰，同时本发明消除了中心回燃锅炉前管板和第二回程烟管连接处的转弯烟室的干背状态，现有前盖板需要浇注耐火材料，增加散热损失；和现有的含回燃室的三回程结构相比，现有回燃室前管板和烟管的焊接在受拘束的空间内进行，焊接质量难以保证，回燃室前管板和烟管连接处经常产生严重的管板裂纹，引起泄露和停炉事故，本发明使用钢铝复合强化对流换热烟管，使烟管数量大为减少，使从现有的烟管和管板的异种结构焊接转化为炉胆圆筒体和烟管的全焊透焊接连接方式，应力状态大为改观。本发明的锅炉结构简单，制造工艺简化，所有的高温烟气都处于有水冷却的受热面内，所有的受热面都得到了可靠冷却，是一种散热损失最少同时最为安全可靠的全湿背结构，是一种脱胎换骨式的锅壳燃气锅炉的新型结构，大大降低原材料和制造工艺引起的碳排放强度。
参考图11a，钢铝复合强化对流换热烟管6内部三个内部铝翅片62上翅片还可采用不弯折的直翅626；每个直翅626之间相对平行且长短不一，最长直翅片位于内部铝翅片62中心线上且其余直翅626根据中心线成轴对称排布，越远离扇形中心线的翅片626长度越短，且相邻两个翅片的间距相等；每个内部铝翅片62上靠近配合接口622的同一侧设置一个短小的呈150°偏离扇形中心线弯折的翅片以消除配合接口622附近翅片根部的烟气走廊。
参考图11b，钢铝复合强化对流换热烟管6内部三个120°内部铝翅片62上翅片采用不弯折的直翅时，还可采取最长直翅片627有所偏移，位于内部铝翅片62中心线一侧的结构，此时其余翅片627根据最长翅片中心线左右排布，越远离最长翅片中心线的翅片627长度越短，每个内部铝翅片62上靠近配合接口622的同一侧设置的最短小的直翅片可以消除配合接口622附近翅片627根部的烟气走廊。
钢铝复合强化对流换热烟管6也可以采用现有技术中设置有强化换热结构的烟管，如公开号为CN114562741A、CN114087909A或CN112856370A的专利中所提供的具有强化换热结构的烟管。
综上所述，本发明提供一种变径炉胆、局部回燃、内翅强化烟管的全湿背燃气锅炉，巧妙构思了一种变径炉胆结构，使布置于炉前的燃气燃烧器在合适的第一炉胆段中完全燃烧释放热能，前行至第二炉胆段中完成局部回燃，然后烟气在局部回燃结束处的第二炉胆段筒体上焊接带90°弯头的内翅强化对流换热的钢铝复合烟管内进行强化对流换热，随后进入环形烟气集箱。钢铝复合强化对流换热烟管折算到光管壁面的对流换热系数高达450W/m2·℃，是螺纹烟管约65W/m2·℃的7～8倍以上，极大地增加单位长度上烟管换热量，极大地缩短钢铝复合强化对流换热烟管长度，同时极大地减少钢铝复合强化对流换热烟管数量和焊接接头数量，节省原材料和焊接材料消耗，可使烟管直接和锅炉后管板进行焊接连接，经尾部空气预热器及节能器与冷凝器一体化化装置，通过烟囱排入大气。该发明的锅炉大大简化了锅炉本体的结构及其制造工艺，删除了偏置的烟气180°转弯的回燃室。和现有的中心回燃结构相比，高温烟气的局部回燃在更大直径的第二炉胆段中的外壁面的环形通道内完成，减少了回燃烟气对燃烧器喷出的主流火焰的干扰，同时本发明消除了中心回燃锅炉前管板和第二回程烟管连接处的转弯烟室的干背状态，现有前盖板需要浇注耐火材料，增加散热损失；和现有的含回燃室的三回程结构相比，现有回燃室前管板和烟管的焊接在受拘束的空间内进行，焊接质量难以保证，回燃室前管板和烟管连接处经常产生严重的管板裂纹，引起泄露和停炉事故，本发明因为钢铝复合强化对流换热烟管的采用使烟管数量大为减少，使从现有的烟管和管板的异种结构焊接转化为炉胆圆筒体和烟管的全焊透焊接连接方式，应力状态大为改观。本发明的锅炉结构简单，制造工艺简化，所有的高温烟气都处于有水冷却的受热面内，所有的受热面都得到了可靠冷却，是一种散热损失最少同时最为安全可靠的全湿背结构，是一种脱胎换骨式的锅壳燃气锅炉的新型结构，大大降低原材料和制造工艺引起的碳排放强度。
在创新锅壳燃气锅炉结构及钢铝复合强化对流换热烟管结构的同时，还创新地采用一种可调火焰长度的燃气燃烧器来和结构实现耦合互补，因此，本发明进一步提供了一种一次空气与燃气进行接近化学当量比的完全预混燃烧器，而在燃烧器出口处另加可调风量的二次空气，采用狭窄缝隙喷口并与同样是狭窄缝隙的全预混气体通道出口形成间隔布置的可调过量空气系数。狭窄的缝隙式喷口首先起到防回火作用保证安全燃烧，同时通过对两种缝隙宽度的设计，使二次空气出口流速高于两侧的预混气体在燃烧器出口处形成间隔分布的带状低压区对两侧预混气体及其燃烧后形成的烟气形成卷吸、引射作用，从而加强二次空气与混合气的混合，保证完全燃烧并通过卷吸烟气形成类似烟气内循环的效果。这种出口设计具有显著优势，一方面火焰着火时偏离化学当量比，加上高速空气射流卷吸烟气双管齐下有效降低燃烧温度，从而减少NOx等污染物的排放；另一方面分割后的混合气引燃后的火焰长度及宽度显著减小，从而相比传统扩散式燃气燃烧器，能更好地适配本发明提供的炉胆局部回燃结构，减少对主流烟气在大直径炉胆部分回燃，并由径向进入钢铝复合强化对流换热烟管的影响，强化锅炉烟气换热能力，提高锅炉整体燃烧效率，同时尽可能减少锅炉长度，进而降低锅炉整体尺寸和占地面积，减少制造金属消耗量。
除此之外，燃烧器的二次风风量可以通过设置在二次风通道进口的风门进行调节，从而使燃烧器过量空气系数可以灵活调整，在保证全预混且低氮燃烧的情况下尽可能降低排烟损失。另外，考虑到未来氢气作为一种气体燃料，可以应用于燃气锅炉以及民用灶具进行燃烧进而用于供热，本发明提出的燃烧器除直接燃用100％天然气外，也可以直接燃烧通过天然气管道输送的掺有氢气或氨气的混合气体，并在燃烧器结构上保留了主体结构以燃用天然气为主，而布置了能够掺烧氢气的接口，以便现场直接掺烧氢气，这也是本发明燃烧器的典型特征要求。
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，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，包括可调过量空气系数的全预混燃烧器(1)、锅炉本体(2)、空气预热器(3)、节能冷凝器(4)和烟囱(5)；锅炉本体(2)中沿烟气流动方向炉胆设置第一炉胆段(22)和第二炉胆段(23)，第一炉胆段(22)直径小于第二炉胆段(23)，可调过量空气系数的全预混燃烧器(1)同轴设置在第一炉胆段(22)的入口处，在第二炉胆段(23)前部与第一炉胆段(22)连接部位后方沿周向左右对称设置钢铝复合强化对流换热烟管(6)，钢铝复合强化对流换热烟管(6)沿长度方向错列，钢铝复合强化对流换热烟管(6)与第二炉胆段(23)连通并沿径向朝锅壳壁向外辐射延伸，钢铝复合强化对流换热烟管(6)依次连通锅炉本体烟气出口(24)、空气预热器(3)以及烟囱(5)；可调过量空气系数的全预混燃烧器(1)包括由外向内同轴设置的外环形分配筒(183)、筒体、筒状分配隔板以及内分配筒(14)，筒状分配隔板与筒体之间为二次风通道(17)，筒状分配隔板与内分配筒(14)之间为一次风通道(12)；外环形分配筒(183)覆盖的筒体上开设外环形分配筒喷孔(184)，内分配筒(14)上沿周向开设燃气喷孔(141)，内分配筒(14)两端为封闭状，燃烧器燃气主进口(13)通过管道连通内分配筒(14)；筒体一端为一次风入口，另一端为燃烧器出口，二次风通道(17)尾端连通二次风格栅(19)，每道二次风格栅(19)在燃烧器出口(110)平面上开设缝隙式出口，每道二次风格栅(19)的宽度相同，每道二次风格栅(19)两端连接二次风通道(17)尾端内壁；每道二次风格栅(19)之间的缝隙与一次风通道(12)相连通，格栅出口与一次风通道(12)末端呈间隔缝隙共同组成燃烧器出口(110)，在二次风格栅(19)上进行均匀开孔(191)，二次风间隙与预混气间隙相连通。
2.根据权利要求1所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，燃烧器燃气主进口(13)连通有燃气加氢进口(181)，外环形分配筒(183)上设置外环形分配筒燃气进口(131)和外环形分配筒加氢进口(182)；二次风通道(17)的入口处设置二次风风门(16)，一次风通道(12)中段一周设置混合叶片(15)，混合叶片(15)位于燃气喷孔(141)的后方；外环形分配筒(183)位于二次风风门(16)前方。
3.根据权利要求1所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，钢铝复合强化对流换热烟管(6)与第二炉胆段(23)连通并沿径向朝锅壳壁向外辐射延伸经过90°弯头折转后朝锅炉尾部延伸，连接在锅壳后管板(291)，锅壳后管板(291)采用椭球形或拱形管板，锅炉本体烟气出口(24)关于锅炉本体中面对称设置，空气预热器(3)为U形结构，锅炉本体烟气出口(24)与空气预热器(3)设置在U形结构的两端烟气入口相连通，空气预热器(3)的U形弯折处设置烟气出口(32)，烟气出口(32)与节能冷凝器(4)顶部设置的烟气进口(41)相连通，节能冷凝器(4)通过其底部设置的节能冷凝器烟气出口(42)与烟囱(5)相连通；
或钢铝复合强化对流换热烟管(6)与第二炉胆段(23)连通并沿径向朝锅壳壁向外辐射延伸，经过90°弯头折转后朝锅炉头部延伸的结构；空气预热器(3)布置在锅炉本体(2)前部上方偏向一侧，空气预热器烟气进口(31)与设置在锅壳前管板(282)前，锅壳前管板(282)采用椭球形或拱形管板，空气预热器烟气进口(31)与燃烧器(1)正上方的锅炉本体烟气出口(24)相连通，节能冷凝器(4)布置在空气预热器(3)下方，锅炉本体(2)前部燃烧器(1)一侧。
4.根据权利要求3所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，空气预热器(3)与节能冷凝器(4)共用上下管板，空气预热器(3)折弯处部分壳体与圆柱形节能冷凝器(4)外部部分筒体相融合为一个两侧均有换热工质流过的内部壁面。
5.根据权利要求4所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，空气预热器(3)包括空气预热器烟气进口(31)、空气预热器烟气出口(32)、空气预热器空气进口(33)、空气预热器空气出口(34)、钢铝复合强化对流换热烟管(6)及上下管板；空气预热器烟气进口(31)对称位于所述U形结构两端并与锅炉本体烟气出口(24)连通，钢铝复合强化对流换热烟管(6)外侧设置螺旋翅片(611)，钢铝复合强化对流换热烟管(6)竖直布置于U形结构的两边，钢铝复合强化对流换热烟管(6)两端与上下管板焊接；上管板U形折弯处开圆孔形成空气预热器烟气出口(32)与带等压烟道的节能冷凝器烟气进口(41)连通，空气预热器壳体与钢铝复合强化对流换热烟管(6)管外空间包围构成空气预热器烟气通道；烟气从U形两端两个空气预热器烟气进口(31)进入空气预热器，扫掠钢铝复合强化对流换热烟管(6)管外侧的螺旋翅片(611)换热后在U形折弯处汇集并向上通过空气预热器烟气出口(32)进入节能冷凝器(4)；空气预热器壳体在上管板上部、下管板下部预留空间与复合强化对流换热烟管(6)管内空间相连通构成空气预热器空气通道，空气预热器空气进口(33)布置于U形折弯处壳体下部，在空气预热器壳体顶部设置等压风道，所述等压风道跨越节能冷凝器(4)顶部，联通U形结构两边上部空气空间，并在等压风道中间设置空气预热器空气出口(34)，所述等压风道与可调过量空气系数的全预混燃烧器(1)所配置风机进口连通；空气从空气预热器(3)底部空气进口(33)进入空气预热器下管板下部空气空间分配到各钢铝复合强化对流换热烟管(6)管内，冲刷管内铝翅片换热后经过上管板上部空气空间及顶部等压风道汇集到空气预热器空气出口(34)，通过风道进入可调过量空气系数的全预混燃烧器(1)所配置的风机。
6.根据权利要求4所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，节能冷凝器(4)包括节能冷凝器烟气进口(41)、节能冷凝器烟气出口(42)、节能器冷凝器水进口(43)、节能冷凝器水出口(44)、冷凝水排出口(45)、钢铝复合强化对流换热烟管(6)及上下管板；上下管板与空气预热器(3)共用，节能冷凝器烟气进口(41)通过上管板与竖直布置的多根钢铝复合强化对流换热烟管(6)管内空间相连通，向下经过下管板与节能冷凝器烟气出口(42)相连通并最终与烟囱(5)相连通；节能器冷凝器水进口(43)布置于节能冷凝器(4)外壳下管板上部，节能器冷凝器水出口(44)布置于节能冷凝器(4)外壳上管板下部，节能器冷凝器水出口(44)和节能器冷凝器水进口(43)分别与钢铝复合强化对流换热烟管(7)壳侧管外水空间相连通；在节能冷凝器(4)的底端设置倒锥形凹陷并在倒锥形凹陷的底端设置冷凝水排出口(45)；节能冷凝器(4)中换热主体部分采用钢铝复合强化对流换热烟管(6)；节能冷凝器(4)二位一体，其上部是节能器，烟管为显热对流换热，下部是冷凝器，烟管内翅为相变凝结换热，其铝内翅片结构与锅壳筒体(20)中的烟管铝内翅片结构不同。
7.根据权利要求1所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，所述锅炉本体(2)包括锅壳筒体(20)，锅壳筒体(20)上设置热水或蒸汽出口(25)、防爆门安装口(26)、炉胆后椭球形封头(27)、锅壳前椭球形封头(281)以及锅壳后管板(291)；热水或蒸汽出口(25)开设在锅壳筒体(20)上部，第一炉胆段(22)与第二炉胆段(23)均在中段设置波纹炉胆段，在第一炉胆段(22)尾端与第二炉胆段(23)前端进行两侧扳边焊接，锅壳前椭球形封头(281)与第一炉胆段(22)前端焊接构成炉胆进口(21)，炉胆后椭球形封头(27)与锅壳后管板(291)在炉胆轴线上开孔焊接防爆门连接口(26)，炉胆后椭球形封头(27)、锅壳前椭球形封头(281)及锅壳后管板(291)采用椭球形封头椭球形或拱形管板。
8.根据权利要求1所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，锅壳前椭球形封头(281)与第一炉胆段(22)、第一炉胆段(22)与第二炉胆段(23)之间采用锥形圆台形炉胆结构进行连接，缩小炉胆进口(21)直径。
9.根据权利要求1所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，第一炉胆段(22)与第二炉胆段(23)直径相等，在炉胆筒体焊接90°光管弯头前部设定距离附加阻挡烟气回流结构，形成无截面突变的半强制烟气局部回燃，所述阻挡烟气回流结构包括：炉胆筒体焊接带90°光管弯头前部设置波纹炉胆段，并在所述波纹炉胆段最后一道波纹内部弧线顶端焊接一道环形扁钢(231)；或第二炉胆段(23)采用全平直炉胆，并在炉胆筒体焊接90°光管弯头前部设置一圈膨胀环(232)，膨胀环(232)用于吸收炉胆轴向伸缩变形和半强制阻挡回燃烟气；或采用非对称膨胀环结构(233)，非对称膨胀环结构(233)前后连接第一炉胆段(22)和第二炉胆段(23)，产生截面突变促使烟气进行局部回燃，以非对称膨胀环结构(233)吸收炉胆的全部膨胀量。
10.根据权利要求1所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，所述钢铝复合强化对流换热烟管(6)包括与水接触的外部钢管(61)和内部铝翅片(62)，水接触的外部钢管(61)和内部铝翅片(62)通过钢铝复合工艺组合成为一体；钢铝复合强化对流换热烟管(6)的进口端与90°弯头的出口段焊接，90°光管弯头的进口端与第二炉胆段(23)炉胆筒体外部前段沿周向呈左右对称分布的径向管孔焊接，管孔沿炉胆中心线轴向长度方向分为错列两排，90°弯头光管内部不含铝翅片，钢铝复合强化对流换热烟管(6)末端与锅壳管板(291)焊接；钢铝复合强化对流换热烟管(6)在第二炉胆段(23)筒体外部沿周向分布时，与炉胆轴线所在水平面向上向下所成角度分别为α和β，当锅炉为蒸汽锅炉时炉胆轴线相对于锅壳筒体(20)轴线向下偏移，以在锅壳筒体(20)顶部留出蒸汽空间，此时β＜α＜90°，其中最上排烟管中心线高于第二炉胆段(23)炉胆筒体外壁面的最高点，使得最高火界位于烟管之上，最高火界至少比第二炉胆段(23)炉胆筒体最高的外壁面点高0.5倍的烟管外径，使第二炉胆段(23)炉胆筒体最高的外壁面不承受水位波动带来的缺水冷却，使高温的壁面始终得到有效地冷却；当锅炉为热水锅炉时，炉胆轴线与锅壳筒体(20)轴线重合，此时α＝β＜90°；90°光管弯头在与第二炉胆段(23)炉胆筒体外部焊接时采取全焊透的连接方式，根据实际情况采取从筒体外部进行焊接或从筒体内部进行焊接，焊接时保证光管弯头端部与炉胆筒体内壁面平齐。
11.根据权利要求1所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，钢铝复合强化对流换热烟管(6)中沿着介质流向连接的光管段和翅片强化换热段，在从光管段与翅片强化换热段连接处，在翅片强化换热段前端设置中心烟分流外撑附件(631)或中心烟分流嵌合附件(632)，二者均由锥形前端与圆柱形后端组合而成，中心烟分流外撑附件(631)在圆柱形后端周向等距设置支撑片，支撑片将中心烟分流外撑附件(631)支撑在光管(61)内壁，中心烟分流嵌合附件(632)在圆柱形后端设置开槽，内部铝翅片(62)紧密嵌入所述开槽，中心烟分流外撑附件(631)和中心烟分流嵌合附件(632)采用Cr25Ni20Si2制成。
12.根据权利要求1所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，钢铝复合强化对流换热烟管(6)包括外部钢管(61)和三个相同的内部铝翅片(62)，内部铝翅片(62)包括基管(621)、配合接口(622)和多个翅片(623)，基管(621)的周向设置配合接口(622)，基管(621)通过配合接口(622)组成一个整圆；基管(621)的外壁与外部钢管(61)内壁紧密贴合，翅片(623)设置在基管(621)的内壁上，翅片(623)的自由端朝远离扇形内部铝翅片(62)中心线的方向偏离，偏离角度为30°，内部铝翅片(62)的截面整体为扇形，内部铝翅片(62)的截面关于外部钢管(61)的截面圆心呈中心对称，内部铝翅片(62)的横截面形状和面积沿长度方向不变；每个翅片(623)之间相对平行，越远离扇形中心线的翅片(623)长度越短，且相邻两个翅片(623)的间距相等；同一个内部铝翅片(62)上翅片(623)的自由端端面位于同一平面，根据烟气性质成分的不同，所述自由端伸长越过交界平面形成长翅片(624)或缩短远离交接平面形成短翅片(625)。
13.根据权利要求12所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，翅片强化换热段采用内部铝翅片(62)根据锅炉本体烟气出口(24)排出烟气的温度、密度以及成分具体性质的不同，采用一种或两种不同翅片形式的内部铝翅片(62)，在常规铝翅片(623)前，靠近钢铝复合强化对流换热烟管(6)烟气入口一端首先采用短翅片(625)，以避免铝翅片端部温度过高烧坏；当采用两种不同翅片形式的内部铝翅片(62)时，对钢铝复合强化对流换热烟管(6)翅片强化换热段的外部钢管(61)两端先后进行两种内部翅片管(62)的钢铝复合工艺，然后再与90°光管弯头段进行焊接。
14.根据权利要求12所述的可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉，其特征在于，内部铝翅片(62)上翅片采用不弯折的直翅(626)；每个直翅(626)之间相对平行，最长直翅片(627)位于内部铝翅片(62)中心线上且其余直翅(626)根据中心线成轴对称排布，越远离扇形中心线的直翅长度越短，相邻两个翅片的间距相等；每个内部铝翅片(62)上靠近配合接口(622)的同一侧设置一段呈150°偏离扇形中心线弯折的翅片，所述弯折结构用于消除配合接口(622)附近翅片根部的烟气走廊；
或最长直翅片(627)偏移扇形区域的中心线，其余翅片根据最长翅片中心线左右排布，越远离最长翅片中心线的翅片(627)长度越短，每个内部铝翅片(62)上靠近配合接口(622)的同一侧设置的最短的直翅片能用于消除配合接口(622)附近翅片(627)根部的烟气走廊。
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CN117091019A (zh) * 2023-10-18 2023-11-21 沈阳晨光弗泰波纹管有限公司 膨胀吸收装置及燃气轮机排气系统
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