CN207797383U - 锅炉装置及供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种锅炉装置及供热系统，涉及锅炉技术领域。锅炉装置包括壳体；壳体具有内腔，内腔中设置有预混装置、与预混装置连通的燃烧器以及围设于燃烧器的外部的换热器；壳体上具有与预混装置连通的用于为预混装置供气的燃气入口和空气入口、与换热器连通的进水口和出水口以及与内腔连通的排烟口，解决了现有技术中存在的锅炉的燃烧方式会产生大量的氮氧化合物，容易造成环境污染的技术问题，通过使空气和燃气在进入燃烧器之前按比例完全混合，在燃气充分燃烧的同时，使得内腔中的燃烧温度控制在1600℃以内，减少了氮氧化合物的产生以及对环境的污染，同时通过巧妙的结构设计和换热面积的利用使得锅炉热效率能够保持在95％以上。

Description

锅炉装置及供热系统

技术领域

本实用新型涉及锅炉技术领域，尤其是涉及一种锅炉装置及供热系统。

背景技术

近几年来，典型特征污染物PM2.5经常出现较大超标比例和区域性长时间严重超标的情况，控制区域性PM2.5污染是一项难度非常大的系统工程，改善环境空气质量面临着巨大挑战。研究表明，PM2.5包括一次排放和二次生成粒子两部分，观测数据显示，重污染发生时，PM2.5与氮氧化合物的环境质量浓度变化呈现强相关、同步变化的特征，氮氧化合物是PM2.5的重要贡献者，因此，减少氮氧化合物的排放是改善空气环境质量的重要任务之一。

随着我国能源结构的调整，煤炭逐渐退出一次能源消费，天然气在一次能源中的比例逐年增大，同时，由于人民生活水平提高，对生活环境的要求也导致天然气将在很多场合代替煤炭。天然气中本身含氮量较低，但是在高温下会氧化生成氮氧化物，根据热力型的捷里道维奇机理：当温度低于1500℃时，热力氮氧化合物的生成量很少；当温度高于1500℃时，温度每升高100℃，反应速度将增大6～7倍。在实际燃烧过程中，由于燃烧室内的温度分布是不均匀的，局部高温的存在会将空气中大量的氮气与氧气催化形成氮氧化物，对环境造成较严重的污染。

为保护环境，国家出台了新的环保政策，针对燃气锅炉氮氧化合物的排放制定了非常严苛的排放标准，“2017年以前在用燃气锅炉氮氧化合物排放不得高于400mg/m³，2017年4月新建项目氮氧化合物排放不得高于30mg/m³”，数量级变化非常大，而现有的锅炉装置通常采用在炉膛内进行空气与燃气的比例式混合燃烧，炉膛的燃烧温度在1970℃左右，利用现有的燃烧方式会产生大量的氮氧化合物，对环境造成了较大的污染，不符合环保政策的规定。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种锅炉装置及供热系统，以解决现有技术中存在的锅炉的燃烧方式会产生大量的氮氧化合物，容易造成环境污染的技术问题。

本实用新型提供的锅炉装置包括壳体；

所述壳体具有内腔，所述内腔中设置有预混装置、与所述预混装置连通的燃烧器以及围设于所述燃烧器的外部的换热器；

所述壳体上具有与所述预混装置连通的用于为所述预混装置供气的燃气入口和空气入口、与所述换热器连通的进水口和出水口以及与所述内腔连通的排烟口；

燃气和空气分别由所述燃气入口和所述空气入口进入所述预混装置内进行混合，形成混合气体输出至所述燃烧器内进行燃烧，燃烧产生的废气由所述排烟口排出，水体通过所述进水口流入所述换热器内，所述燃烧器产生的热量传递至所述换热器，使所述换热器内的所述水体温度升高，并经所述出水口流出。

进一步的，所述燃烧器为金属纤维燃烧器。

进一步的，所述预混装置包括与所述空气入口连通的风机以及分别与所述风机、所述燃气入口和所述燃烧器相连的混合室。

进一步的，所述预混装置还包括设于所述混合室内的配气装置；

所述配气装置包括弯管、喷气管以及混风叶片；

所述弯管的一端与所述燃气入口相连，另一端朝向所述风机并沿所述混合室的轴向设置，所述喷气管与所述弯管的自由端垂直相连并沿所述弯管的周向均匀设置有多个，所述混风叶片与所述弯管的自由端相连，并且所述混风叶片所在的平面相对于所述喷气管所在的平面平行。

进一步的，所述喷气管上设置有多个喷气孔，并且，相邻的两个所述喷气管上的所述喷气孔交错设置。

进一步的，所述金属纤维燃烧器包括与所述预混装置相连的烧头盲区和与所述烧头盲区相连的燃烧区；

所述燃烧区由金属纤维丝网围设而成，所述烧头盲区内沿所述金属纤维燃烧器的轴向设置有至少一个混风轮。

进一步的，所述空气入口处设置有空气过滤器。

进一步的，所述燃气入口连接有压力调节阀，所述排烟口连接有用于调节所述内腔中的压强的安全阀，所述预混装置靠近所述燃烧器的一端设置有点火器以及用于检测所述燃烧器的火焰状态的火检棒，所述出水口处和所述燃烧器内均设置有温度传感器。

进一步的，还包括分别与所述压力调节阀、所述安全阀、所述点火器、所述火检棒以及所述温度传感器相连的用于控制所述压力调节阀、所述安全阀和所述点火器作业的控制器。

本实用新型提供的供热系统，包括如上述技术方案中任一项所述的锅炉装置。

本实用新型提供的锅炉装置包括壳体，壳体具有内腔。壳体对内腔中的设备起到隔离和保护的作用，使内腔中的设备的功能得以实现。

壳体的内腔中设置有预混装置、燃烧器和换热器，以实现锅炉装置的主要功能。燃烧器与预混装置相连通，换热器围设于燃烧器的外部设置，燃烧器能够实现燃烧作用，产生热能，换热器用于实现热量的交换。

燃烧器采用燃料燃烧的形式，需要为燃烧器提供燃料。具体地，壳体上具有燃气入口和空气入口，燃气入口和空气入口分别与预混装置连通，并向预混装置提供燃气和空气。换热器采用冷媒与燃烧器产生的热量交换，通常冷媒采用水体，壳体上具有进水口和出水口，进水口和出水口分别与换热器连通，进水口用于向换热器注水，出水口用于实现水体的流出。燃料燃烧会产生大量的烟气等废气，使壳体内腔的压强增大，为能够及时将烟气排出，保证锅炉装置的作业安全，壳体上还具有排烟口，排烟口与壳体内腔连通，使烟气得以排出。

锅炉装置在作业时，燃气和空气分别由燃气入口和空气入口进入预混装置内进行混合，形成混合气体输出至燃烧器内进行燃烧，燃烧产生的废气由排烟口排出，水体通过进水口流入换热器内，燃烧器产生的热量传递至换热器，使换热器内的水体温度升高，并经出水口流出，供用户使用，从而实现了锅炉装置的供暖功能。

由于锅炉装置采用燃气和空气在预混装置内进行充分混合后再输送至燃烧器进行燃烧，通过对进入预混装置的燃气量和空气量进行比例控制，使空气和燃气在进入燃烧器之前按比例完全混合，在燃气充分燃烧的同时，使得内腔中的燃烧温度控制在1600℃以内，降低了火焰温度，从而减少氮氧化合物的产生，使氮氧化合物在运行工况下最高排放可控制到30ppm以下，减少了对环境的污染。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的锅炉装置的结构示意图；

图2为图1的左视图；

图3为图1的右视图；

图4为本实用新型实施例提供的锅炉装置的配气装置的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的锅炉装置的燃烧器的结构示意图。

图标：100-壳体；200-预混装置；300-燃烧器；400-换热器；500-压力调节阀；600-控制器；110-燃气入口；120-空气入口；130-进水口；140-出水口；150-排烟口；210-风机；220-混合室；230-配气装置；231-弯管；232-喷气管；233-混风叶片；234-喷气孔；310-烧头盲区；311-混风轮；320-燃烧区。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“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实用新型中的具体含义。

下面结合附图对实施例1及实施例2进行详细描述：

实施例1

请一并参照图1-3，本实施例提供了一种锅炉装置，包括壳体100，具体而言：

壳体100具有内腔，内腔中设置有预混装置200、与预混装置200连通的燃烧器300以及围设于燃烧器300的外部的换热器400；

壳体100上具有与预混装置200连通的用于为预混装置200供气的燃气入口110和空气入口120、与换热器400连通的进水口130和出水口140以及与内腔连通的排烟口150；

燃气和空气分别由燃气入口110和空气入口120进入预混装置200内进行混合，形成混合气体输出至燃烧器300内进行燃烧，燃烧产生的废气由排烟口150排出，水体通过进水口130流入换热器400内，燃烧器300产生的热量传递至换热器400，使换热器400内的水体温度升高，并经出水口140流出。

锅炉装置包括壳体100，壳体100具有内腔。壳体100对内腔中的设备起到隔离和保护的作用，使内腔中的设备的功能得以实现。壳体100的形状和结构不限，如壳体100可采用长方体结构，或筒形结构等，以使壳体100的结构能够适应生产实际的需求。

壳体100的内腔中设置有预混装置200、燃烧器300和换热器400，以实现锅炉装置的主要功能。具体地，预混装置200、燃烧器300和换热器400可采用立式直流形式，以使结构简单，安装便利。燃烧器300与预混装置200相连通，换热器400围设于燃烧器300的外部设置，燃烧器300能够实现燃烧作用，产生热能，换热器400用于实现热量的交换。

燃烧器300采用燃料燃烧的形式，需要为燃烧器300提供燃料。具体地，壳体100上具有燃气入口110和空气入口120，燃气入口110和空气入口120分别与预混装置200连通，并向预混装置200提供燃气和空气。换热器400采用冷媒与燃烧器300产生的热量交换，通常冷媒采用水体，壳体100上具有进水口130和出水口140，进水口130和出水口140分别与换热器400连通，进水口130用于向换热器400注水，出水口140用于实现水体的流出。燃料燃烧会产生大量的烟气等废气，使壳体100内腔的压强增大，为能够及时将烟气排出，保证锅炉装置的作业安全，壳体100上还具有排烟口150，排烟口150与壳体100内腔连通，使烟气得以排出。

锅炉装置在作业时，燃气和空气分别由燃气入口110和空气入口120进入预混装置200内进行混合，形成混合气体输出至燃烧器300内进行燃烧，燃烧产生的废气由排烟口150排出，水体通过进水口130流入换热器400内，燃烧器300产生的热量传递至换热器400，使换热器400内的水体温度升高，并经出水口140流出，供用户使用，从而实现了锅炉装置的供暖功能。

由于锅炉装置采用燃气和空气在预混装置200内进行充分混合后再输送至燃烧器300进行燃烧，通过对进入预混装置200的燃气量和空气量进行比例控制，使空气和燃气在进入燃烧器300之前按比例完全混合，在燃气充分燃烧的同时，使得内腔中的燃烧温度控制在1600℃以内，降低了火焰温度，从而减少氮氧化合物的产生，使氮氧化合物在运行工况下最高排放可控制到30ppm以下，减少了对环境的污染。

进一步的，燃烧器300为金属纤维燃烧器300。金属纤维燃烧器300具有透气性均匀的金属纤维织物表面层，在燃烧时以微焰形式燃烧，火焰很小，发热均匀，基本杜绝了燃烧器300内的极端高温，并且燃烧也十分稳定，由于没有局部高温存在，氮氧化物的排放非常低，是最环保的燃烧方式，同时由于预混装置200又有足够的空气供给，故一氧化碳的排放也较低。

金属纤维燃烧器300采用铁-铬-铝纤维作为燃烧表面基材，其使用的最高温度可达1300℃，由于其1000℃以上仍具有优良的抗氧化性能和热强度，所以金属纤维燃烧器300除具有燃烧效率高的优点外，还具有耐热冲击、低压降、安全无回火、反应迅速、热惯性小、冷却快、经久耐用、害气体释放少等优势，与传统的燃烧器300比较，具有燃烧均匀、热效率高、有害气体释放少、可减小锅炉体积等特点。

由于锅炉装置采用燃气和空气在预混装置200内进行充分混合后再输送至燃烧器300进行燃烧，使得内腔中的燃烧温度控制在1600℃以内，以便控制大量的氮氧化合物的生成，但是，由于过高的过量空气系数会导致排烟损失的增加，较低的燃烧温度也容易降低锅炉的热效率，当热负荷较大时无法满足用户的需求，传统的锅炉炉膛内的燃烧温度在1970℃，排烟温度在150-200℃左右，较高的排烟温度造成了大量的热量损失。

为提高锅炉装置的热效率，使得锅炉装置在具有较低的氮氧化物的排放量的同时具有较高的热效率，一方面本实施例利用金属纤维燃烧器300使得燃气与空气的混合气体的燃烧完全，燃烧器300的燃烧稳定，能够保持充分的燃烧状态，燃烧效率高，并且金属纤维燃烧器300的过量空气系数小，可降低对空气的需求量，提高烟气的露点，使烟气尽早进入冷凝阶段，在同样的排烟温度下，排烟损失较小，从而进一步提高了燃烧效率；另一方面，锅炉装置采用四回程型，能够充分利用烟气的热量，扩大换热器400的受热面积，同时换热器400可采用铜或者青铜制作换热管，可确保无锈操作，防止热冲击，采用整体翅片式铜热交换器可进行最大的传热，实现最佳的热能传输，折流采用自折流式可促进最大的传热量，利用节距式拐折管排能够确保换热器400具有较高的热效率，提高了使用寿命，最终能够使锅炉装置的排烟温度在80-100℃左右，热效率可达95％，极大地减少了热量损失，提高了锅炉装置的热效率。

本实施例的可选方案中，预混装置200包括与空气入口120连通的风机210以及分别与风机210、燃气入口110和燃烧器300相连的混合室220。燃气由燃气入口110进入混合室220，风机210将空气由空气入口120输送至混合室220，使燃气与空气能够在混合室220进行充分混合后，再由风机210将混合气体输送至燃烧器300内进行燃烧，从而实现了预混装置200的预混功能。优选地，风机210采用直流变频风机210，能够实现直流变频，精确调节空气流量，实现输出负荷无级调节，从而能够实现对混合气体的比例控制。

在燃烧器300进行燃烧作业时，如果预混装置200中混合气体的混合均匀度以及流通弥散效果不佳时，容易造成金属纤维燃烧器300的燃烧不稳定，为提高燃气与空气混合的均匀程度，如图4所示，预混装置200还包括设于混合室220内的配气装置230。

具体地，配气装置230包括弯管231、喷气管232以及混风叶片233。弯管231可采用“L”形弯管231，弯管231的一端与燃气入口110相连，另一端朝向风机210并沿混合室220的轴向设置，燃气由燃气入口110进入弯管231内，并经弯管231由喷气管232进入混合室220内，喷气管232与弯管231的自由端垂直相连，使喷气管232所在平面垂直混合室220的轴向设置，并且喷气管232沿弯管231的周向均匀设置有多个，从而能够实现燃气的快速均匀喷出，混风叶片233与弯管231的自由端相连，并且混风叶片233所在的平面相对于喷气管232所在的平面平行混风叶片233与喷气管232间隔设置。

在锅炉装置作业时，燃气由喷气管232喷出，在喷气管232所在的平面汇聚，空气由风机210送入混合室220内，并沿混合室220的轴向流动，与燃气进行混合，接触面积加大，在空气的作用下，带动混风叶片233旋转，从而使空气与燃气的混合更加充分和均匀。混风叶片233还可与风机210相连，由风机210带动混风叶片233转动，保证混合更加均匀。

进一步的，喷气管232上设置有多个喷气孔234，并且，相邻的两个喷气管232上的喷气孔234交错设置。燃气由喷气管232的喷气孔234喷出，由于喷气管232设置有多个，相邻的两个喷气管232上的喷气孔234交错设置，从而使燃气能够交错喷出，燃气喷射后在两个喷气管232间进行一次混合，形成一个围绕弯管231的自由端的轴向的燃气面，来自混合室220的空气轴向冲向此燃气面，与燃气充分混合，再经混风叶片233的转动使燃气和空气又一次混合，从而保证了空气和燃气的混合在混合室220内的均匀性。

本实施例的可选方案中，如图5所示，金属纤维燃烧器300包括与预混装置200相连的烧头盲区310和与烧头盲区310相连的燃烧区320，燃烧区320由金属纤维丝网围设而成，烧头盲区310内沿金属纤维燃烧器300的轴向设置有至少一个混风轮311。燃气与空气在混合室220混合均匀后，由风机210输送至金属纤维燃烧器300的烧头盲区310，吹动混风轮311转动，从而使空气与燃气在烧头盲区310进行了二次混合，从而使混合更加均匀，使混合气体在燃烧区320的燃烧更加稳定，使燃烧区320保持充分的燃烧状态，从而使换热器400的受热更加均匀，获得较高的换热效率。

本实施例的可选方案中，在空气入口120处设置有空气过滤器。由于空气中含有颗粒物等杂质，使得燃烧过程中由于空气中杂质的存在而堵塞金属纤维燃烧器300，通过设置空气过滤器，在空气进入混合室220之前先进行过滤，保证了进入混合室220的空气质量，避免了燃烧器300堵塞，提高了燃烧器300的使用寿命。

一种具体的实施方式中，燃气入口110连接有压力调节阀500，压力调节阀500能够调节燃气的压力，控制进入混合室220的燃气量，从而实现对混合气体的比例控制。排烟口150连接有用于调节内腔中的压强的安全阀，利用安全阀调节内腔的压强，避免压强过大，对锅炉装置的安全造成影响。预混装置200靠近燃烧器300的一端设置有点火器以及用于检测燃烧器300的火焰状态的火检棒，点火器能够实现点火，保证混合气体的顺利燃烧，火检棒能够检测火焰状态，在火焰状态发生故障时能够实时报警，提醒维护人员进行维修。出水口140处和燃烧器300内均设置有温度传感器，用于检测出水口140的水体温度及燃烧器300内的温度。

进一步的，锅炉装置还包括分别与压力调节阀500、安全阀、点火器、火检棒以及温度传感器相连的用于控制压力调节阀500、安全阀和点火器作业的控制器600。控制器600能够实现对锅炉装置的自动控制，在锅炉装置作业时，通过控制器600控制压力调节阀500调节燃气的压力，根据需求的热负荷自动匹配燃气的输入及输出，最大限度节省资源，通过控制器600调节安全阀作业，保证运行的安全可靠，通过控制器600控制点火器作业，实现锅炉装置的自动作业，利用火检棒实现自动报警，并能根据温度传感器反馈的温度信息控制燃气与空气的供给量，确保锅炉装置的输出满足用户需求，实现温度的精确控制。

实施例2

本实施例提供了一种供热系统，包括实施例1中的锅炉装置。供热系统可包括多个依次相连的锅炉装置，在采暖负荷较大时，通过多级联供，实现多级调控，每台锅炉装置根据需求的热负荷自动匹配燃气的输入及输出，从而最大限度节省资源。燃气可采用低压燃气，额定燃气压力为2000Pa，在冬季用气高峰，管道压力降低的情况下也不会受到影响，使冬季供暖更有保证。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种锅炉装置，其特征在于，包括壳体；

所述壳体具有内腔，所述内腔中设置有预混装置、与所述预混装置连通的燃烧器以及围设于所述燃烧器的外部的换热器；

所述壳体上具有与所述预混装置连通的用于为所述预混装置供气的燃气入口和空气入口、与所述换热器连通的进水口和出水口以及与所述内腔连通的排烟口；

燃气和空气分别由所述燃气入口和所述空气入口进入所述预混装置内进行混合，形成混合气体输出至所述燃烧器内进行燃烧，燃烧产生的废气由所述排烟口排出，水体通过所述进水口流入所述换热器内，所述燃烧器产生的热量传递至所述换热器，使所述换热器内的所述水体温度升高，并经所述出水口流出。

2.根据权利要求1所述的锅炉装置，其特征在于，所述燃烧器为金属纤维燃烧器。

3.根据权利要求2所述的锅炉装置，其特征在于，所述预混装置包括与所述空气入口连通的风机以及分别与所述风机、所述燃气入口和所述燃烧器相连的混合室。

4.根据权利要求3所述的锅炉装置，其特征在于，所述预混装置还包括设于所述混合室内的配气装置；

所述配气装置包括弯管、喷气管以及混风叶片；

所述弯管的一端与所述燃气入口相连，另一端朝向所述风机并沿所述混合室的轴向设置，所述喷气管与所述弯管的自由端垂直相连并沿所述弯管的周向均匀设置有多个，所述混风叶片与所述弯管的自由端相连，并且所述混风叶片所在的平面相对于所述喷气管所在的平面平行。

5.根据权利要求4所述的锅炉装置，其特征在于，所述喷气管上设置有多个喷气孔，并且，相邻的两个所述喷气管上的所述喷气孔交错设置。

6.根据权利要求2所述的锅炉装置，其特征在于，所述金属纤维燃烧器包括与所述预混装置相连的烧头盲区和与所述烧头盲区相连的燃烧区；

所述燃烧区由金属纤维丝网围设而成，所述烧头盲区内沿所述金属纤维燃烧器的轴向设置有至少一个混风轮。

7.根据权利要求1所述的锅炉装置，其特征在于，所述空气入口处设置有空气过滤器。

8.根据权利要求1所述的锅炉装置，其特征在于，所述燃气入口连接有压力调节阀，所述排烟口连接有用于调节所述内腔中的压强的安全阀，所述预混装置靠近所述燃烧器的一端设置有点火器以及用于检测所述燃烧器的火焰状态的火检棒，所述出水口处和所述燃烧器内均设置有温度传感器。

9.根据权利要求8所述的锅炉装置，其特征在于，还包括分别与所述压力调节阀、所述安全阀、所述点火器、所述火检棒以及所述温度传感器相连的用于控制所述压力调节阀、所述安全阀和所述点火器作业的控制器。

10.一种供热系统，其特征在于，包括如权利要求1-9中任一项所述的锅炉装置。