CN206637606U - 低氮蓄热式燃油燃气锅炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型低氮蓄热式燃油燃气锅炉采用高温空气燃烧(HTAC)技术，实现了燃料在高温空气中心低氧区的欠氧燃烧、炉内充分混合的室式燃烧，由于没有局部高温火焰，NOx的生成量大幅度降低、能够满足低氮排放要求；同时高温烟气经蓄热室低温排烟、余热得以最大程度的回收、显著节能；本实用新型锅炉没有烟道、也没有低效粗重的烟气换热设备，仅在炉膛内增加了高温辐射换热设备，极大地简化了锅炉的结成为紧凑的单体，颠覆了传统锅炉的设计理念；由于高温辐射换热效率远高于低温对流换热效率，同等换热负荷的条件下高温辐射换热器的换热面积要比低温对流换热器的换热面积小得多、金属消耗量更少，锅炉设备的造价和运行维护费用随之降低、而经济性更高。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种低氮蓄热式燃油燃气锅炉，该设备属于锅炉行业。
背景技术
燃煤锅炉：以中小型燃煤锅炉和燃煤快装锅炉的使用数量最多、也最为普遍，这些燃煤锅炉中绝大多数是技术落后、热效率低下(在65％以下)的高耗能设备，也是烟气处理设备极不完善的高污染排放设备。燃煤锅炉因排放大量的CO2是温室气体减排治理的重要目标，同时燃煤锅炉排放大量的烟尘和SO2也是大气污染治理的主要对象，当前广泛开展的锅炉“煤改气”，就是以燃油燃气等清洁燃料替代燃煤，目的是节能减排、保护大气环境。
燃油燃气锅炉：以中小型热水锅炉或饱和蒸汽锅炉为主(没有过热蒸汽锅炉)，燃油燃气锅炉比燃煤快装锅炉的结构更紧凑，金属消耗量更低，热效率更高(＞94％)；燃油燃气锅炉因此肩负“煤改气”的重任，也承载着“节能减排”的众望。
北京市大力度推进锅炉“煤改气”多年，烟尘及SO2的排放量显著减少，但北京市的雾霾还是越来越多、空气污染越来越重，研究表明氮氧化物NOX是雾霾的主要成因、其危害性更大。统计数据显示在北京市NOX污染物总量中燃油燃气锅炉是第三大排放源，可见雾霾的增多与燃油燃气锅炉的大量使用有关，对锅炉进行“煤改气”应将NOX的排放量列入重要的减排指标和监控目标。
研究发现：热力型NOX的生成量与燃烧温度、氧气浓度及气体在高温的停留时间有关，当燃烧温度T＜1,300℃时只有少量的NO生成，当T＞1,500℃时NO的生成量显著增加。普通燃油燃气锅炉配备的常规燃烧机，锅炉运行时扩散式燃烧火焰的温度很高(1,200～1,600℃)，燃烧持续的时间较长，烟气中余氧含量也很高(在3％左右)，这些因素有利于NOX的大量生成，普通燃油燃气锅炉的NOX排放量很高(不达标)。
现在全国很多省市都在大力推进“煤改气”工作，这些地方也存在NOX的减排问题，同样需要燃油燃气“低氮燃烧器”和“低氮锅炉”类的技术产品，而当前国内外的这类低氮燃烧技术产品都还不够成熟，这意味着低氮燃烧技术产品有着紧迫的需求和广阔的市场空间。
燃油燃气低氮燃烧技术主要有：蓄热燃烧技术、分级燃烧技术、烟气再循环燃烧技术、分割火焰燃烧技术及预混燃烧技术等。
蓄热燃烧技术即高温空气燃烧(High Temperature Air Combustion，HTAC)技术，已在工业窑炉上成熟使用十多年、节能效果显著。HTAC技术由成对的蓄热室、换向阀及成对的燃料喷枪组成，通过换向阀的切换两个蓄热室在放热、蓄热两种状态下交替工作。放热状态：助燃空气经过高温蓄热室被加热到1,000℃～1,200℃，在高温空气流的中心区氧含量很低(21％～2％)，将雾化燃油或燃气喷入到高温空气中心首先进行低氧燃烧；气流进入炉膛燃料、空气充分混合进行短时间的室式燃烧，室式燃烧的平均温度水平比局部燃烧要高、但没有局部高温火焰，因而NOX的生成量很低、更环保；室式燃烧较高的温度水平有利于对炉内工件的辐射加热。蓄热状态：炉内的高温烟气经过低温蓄热室被冷却到100℃以下低温排放，烟气的余热得以最大程度的回收、节能效果显著。
此外，燃煤锅炉、燃煤快装锅炉及燃油燃气锅炉都采用传统锅炉的设计模式：即都设置烟道及低温对流换热设备(包括省煤器、空气预热器、锅炉管束、烟管管束及冷凝换热器等)，以降低排烟温度提高锅炉的热效率。众所周知，这些烟道低温换热设备多为热效率低、金属耗量大、造价及维修费用高的粗重设备，其经济性很差，也严重影响锅炉整体的性价比。
发明内容
低氮蓄热式燃油燃气锅炉创造性地将工业窑炉上的高温空气燃烧(HTAC)技术应用到燃油燃气锅炉上，很好地解决了普通燃油燃气锅炉的低氮排放问题，也彻底抛弃了传统燃油燃气锅炉低温对流换热设备，提升锅炉设备的经济性。
本实用新型锅炉的HTAC技术同样由成对的蓄热室、换向阀及燃油燃气喷枪等装置组成，通过换向阀的切换使得两个蓄热室在放热、蓄热两种状态下交替工作，实现低氧燃烧、室式燃烧，显著降低NOx生成量、排放更环保；冷凝低温排烟、最大限度回收烟气的余热，热效率显著提高、更节能。
技术创新点之一：全新的设计理念、架构上的技术创新
采用HTAC技术、蓄热室可进行低温排烟，本实用新型的锅炉本体没有烟道设施，更无需为降低排烟温度而设置低温对流换热面(如烟管管束、冷凝换热器及空气预热器等)，代之以全部设置在炉膛内的高温辐射换热面(水冷壁和辐射换热器)；这种全新的设计理念及架构上的技术创新，给传统的锅炉设计带来一场“革命”、也彻底“颠覆”了传统锅炉的结构。
技术创新点之二：具有NOX排放低、高效节能等显著特点
采用HTAC技术的低氮蓄热式燃油燃气锅炉，通过高温蓄热室助燃空气被加热到1,000℃～1,200℃，在高温空气流的中心低氧区(21％～2％)喷入燃料(雾化的燃油或燃气)先进行欠氧燃烧，气流进入到炉膛以后充分混合快速完成室式燃烧。由于欠氧燃烧的温度很低、室式燃烧没有局部高温火焰等措施都能够显著降低NOx的生成量、符合低氮排放标准更环保；与此同时通过蓄热室低温排烟(40℃～60℃)、最大限度回收烟气的余热(含显热及潜热)、锅炉的热效率显著提高(在102％以上)、更节能。
技术创新点之三：精简的锅炉构成、紧凑的锅炉单体结构经济性更高
本实用新型锅炉的本体没有烟道及烟气换热设备，仅由炉膛及内部设置的全部高温辐射换热设备(水冷壁和辐射换热器)构成紧凑的单体结构。由于高温辐射换热效率远高于低温对流换热效率，在同等换热负荷的条件下高温辐射换热器的换热面积要比低温对流换热器的换热面积小得多、金属消耗量更少，本实用新型锅炉设备的造价和运行维护费用随之降低、而经济性更高。
技术创新点之四：能够生产高温过热蒸汽提升热能的品级
由于HTAC技术能够显著地提高炉膛的平均温度水平(温度场更均匀)、提升炉膛的辐射换热能力，本实用新型锅炉炉膛内设置的高温辐射换热器能够生产高温过热蒸汽，小容量的锅炉可提供高参数的蒸汽、提升供能的品位。这有利于“分布式能源系统”热能的梯级利用、提高系统的热利用率；还能提高小型“燃气-蒸汽发电系统”的热效率。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本实用新型作进一步详细说明。
图1为本实用新型的一种实施方式示意图
图2为本实用新型的另一种实施方式示意图
具体实施方式
参见图1，低氮蓄热式燃油燃气锅炉的主要设备由锅炉本体10及蓄热式燃烧设备20组成，此外还有锅炉附属设备。
锅炉本体10由钢架和炉墙构成封闭的炉膛101、炉膛内壁四周布置的水冷壁102、炉膛内中上部悬挂的辐射换热器103以及炉膛外顶部的锅筒104组成。水冷壁102及辐射换热器103为锅炉的全部换热面，本实用新型锅炉不再设置低温对流换热设备。
蓄热式燃烧设备20，由成对的蓄热室211、212、换向阀213及成对的燃油燃气喷枪214、215组成。
蓄热室211、212的内部均设有蓄热体，对于普通锅炉只回收烟气显热、设置一级蓄热体即可满足低温(120℃～180℃)排烟的要求，对于冷凝锅炉同时回收显热和潜热、需要设置两级蓄热体以满足冷凝更低温(40℃～60℃)排烟的要求。
参见图2，随着锅炉容量的增大(炉膛的增高)蓄热式燃烧设备20以增加单元组的方式加大燃烧功率，即在第一单元组：成对的蓄热室211、212、换向阀213及成对的燃油燃气喷枪214、215基础上，增加第二单元组：成对的蓄热室221、222、换向阀223及成对的燃油燃气喷枪224、225，增加第三单元组。
锅炉附属设备包括以下通用设备：燃油燃气供应设备、鼓风机、锅炉软化水处理设备、给水泵、引风机及电气控制设备，这些附属设备都是通用设备本实用新型不再赘述。
低氮蓄热式燃油燃气锅炉的工作过程：由换向阀213切换蓄热室211、212在放热及蓄热两种状态下交替工作；放热状态：助燃空气经过高温的蓄热室211被加热到 1,000℃～1,200℃，燃油燃气喷枪214将燃料喷入高温空气中心欠氧燃烧、进入到炉膛 101中再进行室式燃烧；室式燃烧较高的温度水平对水冷壁102及辐射换热器103进行强烈的辐射换热；蓄热状态：炉膛内的高温烟气经过低温蓄热室212被冷却后低温 (40℃～60℃)排烟、最大限度回收烟气的余热(含显热和潜热)更节能。换向阀213 换向后蓄热室211变为蓄热状态、蓄热室212变为放热状态，......，换向阀213反复切换、锅炉连续运行。
上述的实施方式只是为便于对本实用新型进行详细的说明，并非限制本实用新型的实施范围。
Claims (3)
1.一种低氮蓄热式燃油燃气锅炉，主要设备由锅炉本体(10)及蓄热式燃烧设备(20)组成，此外还有锅炉附属设备；其特征在于：所述的锅炉本体(10)由炉膛(101)、水冷壁(102)、辐射换热器(103)及锅筒(104)组成；所述的蓄热式燃烧设备(20)由成对的蓄热室(211、212)、换向阀(213)及成对的燃油燃气喷枪(214、215)组成；所述的锅炉附属设备包括以下通用设备：燃油燃气供应设备、鼓风机、锅炉软化水处理设备、给水泵、引风机及电气控制设备。
2.根据权利要求1所述的低氮蓄热式燃油燃气锅炉，其特征在于：所述的蓄热室(211、212)内部设有蓄热体，对于普通锅炉只回收烟气的显热、设置一级蓄热体即可满足低温排烟的要求；对于冷凝锅炉同时回收烟气的显热及潜热、需要设置两级蓄热体来满足冷凝排烟的要求。
3.根据权利要求1所述的低氮蓄热式燃油燃气锅炉，其特征在于：随着锅炉容量的增大，所述的蓄热式燃烧设备(20)以单元组的形式增加燃烧功率，即在第一个单元组：成对的蓄热室(211、212)、换向阀(213)及成对的燃油燃气喷枪(214、215)基础上，增加第二个单元组：成对的蓄热室(221、222)、换向阀(223)及成对的燃油燃气喷枪(224、225)，增加第三单元组。
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