CN212430839U - 一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置，所述锅炉前墙上固定安装有燃烧器，所述燃烧器的出口端连接有波纹内胆，所述锅炉本体左边下端设置有回烟分配室，所述锅炉本体右边上端设置有烟囱排放区，所述波纹内胆右边为锥面或者圆形槽中的任意一种结构，圆形槽形成强制回烟室，所述分隔板根据需要进行设置，用于改变烟气方向和回烟路径，通过分隔板与波纹内胆锥面或者圆形槽的互相搭配组合形成锅炉内部的四种组合结构、四种烟气流向。四种所述组合结构的优选结构为设置有水冷回烟管道、强制回烟室、回烟分配室、回烟分配装置、分隔板；且该优选结构形成的烟气流向为最优烟气流向；合并形成一套水冷烟气内循环系统。

Description

一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置

技术领域

本实用新型属于锅炉设备技术领域，具体涉及一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置。

背景技术

锅炉是一种能量转换设备，向锅炉输入的能量有燃料中的化学能、电能，锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。锅的原义指在火上加热的盛水容器，炉指燃烧燃料的场所，锅炉包括锅和炉两大部分。锅炉中产生的热水或蒸汽可直接为工业生产和人民生活提供所需热能，也可通过蒸汽动力装置转换为机械能，或再通过发电机将机械能转换为电能。提供热水的锅炉称为热水锅炉，主要用于生活，工业生产中也有少量应用。产生蒸汽的锅炉称为蒸汽锅炉，常简称为锅炉，多用于火电站、船舶、机车和工矿企业。

目前国内公知的WNS型热水锅炉或蒸汽锅炉的低氮技术手段从本质上没有重大技术突破，只是在应燃烧器工厂的要求加大了炉膛直径或长度，相应的也加大了锅炉体积，同时在锅炉外部增加烟气外循环(FGR)技术来达到降低氮氧化物的目的。

总结：锅炉厂只是被动的配合燃烧器厂家做技术调整，锅炉本体其他技术参数基本没有变化。

公知技术一：

锅炉加大炉膛直径或长度，让火焰在炉膛内有更大扩散开的空间，这样也增加了火焰内循环空间，从而减少火焰局部高温点，降低氮氧化物的生成。

缺点：加大炉膛尺寸就要相应的加大锅炉本体，增加锅炉制造成本；内循环烟气量不大，不能显著降低炉膛温度；所以降低氮氧化物的作用不是很大。

公知技术二：

采用在锅炉本体外部增加烟气外循环烟道(FGR)技术，在锅炉排烟管道上抽取10-25％的烟气回流至燃烧器，跟新风混合后进入炉膛参与燃烧。此技术可有效降低炉膛温度，降低氧含量，降低氮氧化物的生成。

缺点：

1.对燃气压力要求较高，低压区域用户需要对调压设备加大投入。

2.需加大风机体积。

3.需加大电机功率，部分项目需增加烟气外循环(FGR)引风电机，增加耗电量，增加用户使用成本。

4.要求加大锅炉炉膛尺寸，增加了锅炉制造成本。

5.做到NOX≤30mg/m3以下需要烟气外循环(FGR)技术辅助，烟气外循环(FGR)技术会产生酸性冷凝水进入炉膛，降低锅炉热效率，并腐蚀燃烧器和炉膛，降低锅炉使用寿命。

6.有发现部分用户关闭烟气外循环(FGR)阀门，可偷排偷放。

7.在极寒地区烟气外循环(FGR)产生的冷凝水会迅速凝结成冰块，堵塞风机入口，导致停炉现象发生。或有部分冰块被吸入风机，打坏风机叶轮，造成设备性能不稳定，增加了维修率，降低设备使用寿命。

8.空气.燃气.回流烟气混合不充分，不均匀，燃烧不完全，含氧量较高。有局部高温点存在，调试困难，NOX排放≤30mg/m3只能局限于某几个检测点，很难做到全程NOX排放稳定≤30mg/m3。

9.当烟气外循环(FGR)取烟量超过15％时，火焰就不稳定，火焰就会产生轻微颤抖现象，再继续加大烟气外循环(FGR)取烟量就会发生脱火甚至熄火现象。所以就会出现为了应对环保检测时加大烟气外循环(FGR)取烟量，在检测过程中短时间达到环保排放要求。因环保检测只看排放数据，不检测火焰燃烧状况，存在蒙混过关的现象。

公知技术三：

最近新出现的燃烧器烟气内循环(FIR)技术，也是需要加大锅炉炉膛直径和长度，再通过在燃烧头上增加的装置让大量高温烟气被回卷至燃烧头端部，与原火焰混合后在炉膛内循环参与燃烧，可显著有效的降低氮氧化物的生成。(注：因FIR技术与锅炉本体结构没有太多关联，发明人不做太多注解)

缺点：

1.炉膛内温度随时有变化，烟气循环量就不稳定，回流比例难以控制，烟气流向更难以控制。

2.回卷高温烟气会长时间冲刷炉膛前壁和波纹内胆，对锅炉本体内部形成伤害，降低锅炉使用寿命。

3.此技术中增加的燃烧头烟气回流装置为钢材，长时间直接接触高温烟气的钢材就会发生蠕变，加快钢材的疲劳周期，降低钢材的耐火性及承载力。时间长了烟气回流装置部分就会变形，甚至损毁，同时也危及燃烧头。

有文献报道：即使采用耐火钢材，在超过600°的高温下保持3 小时后，钢材的耐高温度；耐蠕变强度；耐疲劳性；耐屈服度等性能都会降低。

总结：此燃烧器烟气内循环(FIR)技术方案可有效降低氮氧化物，但燃烧头寿命和锅炉本体寿命会缩短。

实用新型内容

为解决上述背景技术中提出的问题。本实用新型提供了一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置，包括锅炉本体,所述锅炉本体的左边固定设置有锅炉前墙，所述锅炉前墙上固定安装有燃烧器，所述燃烧器的出口端连接有波纹内胆，所述锅炉本体左边下端设置有回烟分配室，所述锅炉本体左边上端设置有前回烟室，所述锅炉本体右边下端设置有后回烟室，所述锅炉本体右边上端设置有烟囱排放区，所述锅炉本体上设置有回烟管，围绕在波纹内胆周围的外部设置有水冷回烟管道。

优选的，所述锅炉本体下端通过底座连接横向支杆。

优选的，所述烟囱排放区上端固定连接有烟囱。

优选的，所述波纹内胆左边设置有回烟分配装置，所述回烟分配装置上设置多个烟气喷射口，烟气分配装置中的烟气流向是单向的往炉膛内喷射。所述波纹内胆右边为锥面或者圆形槽中的任意一种结构，圆形槽形成强制回烟室。

优选的，所述水冷回烟管道为多个，且多个所述水冷回烟管道设置在回烟分配室、前回烟室和后回烟室、所述水冷回烟管道设置至少 1圈排列。根据锅炉吨位大小，计算水冷回烟量多少，在炉胆四周加装水冷回烟管道1-2圈，或2圈以上。

优选的，所述回烟分配室和前回烟室之间通过分隔板分隔开，所述分隔板与所述锅炉本体为可拆卸连接。分隔板可以根据需要设置或者拆出。

优选的，所述后回烟室的高度高于回烟分配室。

优选的，所述锅炉本体外部为圆柱状结构。

优选的，所述后回烟室与烟囱排放区之间设置有固定分隔板。

燃烧器是一种火焰燃烧装置。本体上接有天然气进口和空气进口。把燃气跟空气按适当的比例混合喷入炉膛点火就可以燃烧。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1.通过在锅炉本体内增加：强制回烟室；水冷回烟管道；烟气分配室；烟气分配装置。前回烟室、后回烟室、烟囱排放区不全是增加的，原来也有的；烟气分配装置并可多种组合的方式，改变烟气流向，让部分高温烟气在锅炉内部经水冷后循环参与燃烧，其技术原理等同于燃烧器中的烟气外循环(FGR)技术和烟气内循环(FIR)技术。

2.因回烟在锅炉内循环，还没有完全燃烧，这时的温度，含氧量，一氧化碳都比较高，回烟量可以适量加大点，做到15-25％左右，再参与一次燃烧。这样就是回流烟气配有专门的回流管道，高温回流烟气在回流时经锅炉内部水冷后进入回烟分配室经分配装置均匀喷射在原火焰四周，或均匀切入原火焰内部预混，因是均匀分布喷射，混合就比较充分，不会造成局部火焰不稳定。所述燃烧头寿命和锅炉本体寿命不会缩短。

2.1形成了一个很大的水冷烟气内循环状态，比目前公知的烟气内循环(FIR)技术燃烧器火焰内循环区域要大很多，且回流烟气不干扰原燃烧火焰，也不会对撞原火焰，这样燃烧的火焰就会更稳定，不会造成锅炉振动。

2.2.高温烟气被迅速水冷后再参与燃烧，可有效降低炉膛温度，降低氮氧化物的生成，降低氧含量。

2.3.大量水冷烟气再次参与燃烧，锅炉排烟温度就会降低很多，热量充分转换，可显著提升锅炉热效率。

所以本装置解决了本案公知技术二中的低氮技术问题如下：

1.不需要高压燃气，降低燃气低压区域用户对调压设备投入。

2.无需加大风机体积，降低制造成本。

3.回流烟气靠锅炉自身结构内循环，无需加大电机功率。

4无需增加烟气外循环(FGR)引风电机，无额外增加耗电量，降低用户使用成本。

5.不需要烟气外循环(FGR)技术辅助，就没有酸性冷凝水进入炉膛，提高锅炉热效率，不会发生酸性冷凝水腐蚀燃烧器和炉膛的现象，增加锅炉使用寿命。

6.不需要烟气外循环(FGR)技术辅助，解决了部分用户关闭烟气外循环(FGR)阀门，偷排偷放的问题。

7.不需要烟气外循环(FGR)技术辅助，解决了在极寒地区烟气外循环(FGR)技术产生的冷凝水结冰，堵塞风机入口，导致停炉现象发生的问题。解决了或有部分冰块被吸入风机，打坏风机叶轮，造成设备性能不稳定的问题。减少了设备维修率，增加设备使用寿命。

8.解决了原公知低氮技术中空气.燃气.回流烟气分布不均匀，混合不充分，燃烧不完全，含氧量较高，有局部高温点存在，调试困难的问题。

9.同时本装置克服了本案公知技术三中烟气内循环(FIR)技术燃烧器中烟气循环量不稳定，烟气回流比例难以控制，烟气流向难以控制的问题。同时解决了本案公知技术三中烟气回流装置长时间接触高温烟气，钢材不耐高温，发生蠕变，烧变形，烧毁损的问题。

本装置所述的水冷烟气内循环低氮锅炉技术跟市场公知的“低氮锅炉”技术有着本质的区别。本装置所提及的水冷烟气内循环技术一举解决了锅炉厂生产“低氮锅炉”时被动配合燃烧器厂家做技术改进的痛点。能让水冷回烟量更可控，烟气流向更可控，回烟在炉膛内分布更均匀，这样燃烧火焰就更稳定，火焰局部高温点减少，降低氮氧化物的生成，降低烟气氧含量，降低排烟温度，提高锅炉热效率。本技术同时也解决了“降低氮氧化物”；“提高燃烧效率”不能同时满足的难题。所以才算是真正意义的“低氮锅炉”。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1为本实用新型的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置的结构示意图一；

图2为本实用新型的锅炉本体的正面结构示意图；

图3为本实用新型的水冷烟气内循环系统结构示意图；

图4为本实用新型的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置的结构示意图二；

图5为本实用新型的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置的结构示意图三；

图6为本实用新型的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置的结构示意图四。

图中：锅炉本体1,回烟管2，锅炉前墙3，燃烧器4，波纹内胆 5，横向支杆6，后回烟室7，烟囱排放区8，回烟分配室9，固定分隔板10，分隔板11，前回烟室12，强制回烟室13、回烟分配装置 14、燃烧室15、水冷回烟管道16。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1-6,本实用新型提供以下技术方案：一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置，包括锅炉本体1,所述锅炉本体1的左边固定设置有锅炉前墙3，所述锅炉前墙3上固定安装有燃烧器4，所述燃烧器4的出口端连接有波纹内胆5，所述锅炉本体1左边下端设置有回烟分配室9，所述锅炉本体1左边上端设置有前回烟室12，所述锅炉本体1右边下端设置有后回烟室7，所述锅炉本体1右边上端设置有烟囱排放区8，所述锅炉本体1上设置有回烟管2，通过分隔板11与波纹内胆5锥面或者圆形槽的互相搭配组合形成锅炉内部的四种组合结构、四种烟气流向，围绕在波纹内胆5周围的外部设置有水冷回烟管道16。

进一步地，所述锅炉本体1下端通过底座连接横向支杆6。

进一步地，所述烟囱排放区8上端固定连接有烟囱。

进一步地，所述波纹内胆5左边设置有回烟分配装置14，所述回烟分配装置14上设置多个喷射口，所述波纹内胆5右边为锥面或者圆形槽中的任意一种结构，圆形槽形成强制回烟室13，用于改变烟气方向和回烟路径，波纹内胆5内部为燃烧室15。

进一步地，所述水冷回烟管道16为多个，且多个所述水冷回烟管道16设置在回烟分配室9、前回烟室12和后回烟室7；所述水冷回烟管道16设置至少1圈排列，需要各锅炉厂家按照不同锅炉吨位设置水冷回烟管道16的数量。图2炉胆四周回烟管根据锅炉吨位大小，在炉胆四周加装回烟火管1-2圈，或2圈以上。

进一步地，所述回烟分配室9和前回烟室12之间通过分隔板11 分隔开，所述分隔板11与所述锅炉本体1为可拆卸连接。所述分隔板11根据需要进行设置，用于改变烟气方向和回烟路径。

进一步地，所述后回烟室7的高度高于回烟分配室9。

进一步地，所述锅炉本体1外部为圆柱状结构。

进一步地，所述后回烟室7与烟囱排放区8之间设置有固定分隔板10。

进一步地，四种所述组合结构的优选结构为设置有水冷回烟管道 16、强制回烟室13、回烟分配室9、回烟分配装置14、分隔板11；且该优选结构形成的烟气流向为最优烟气流向。

通过在锅炉本体内增加水冷回烟管道16、回烟分配室9、强制回烟室13、回烟分配装置14,前回烟室12、后回烟室7、烟囱排放区8；并可多种组合的方式，改变烟气流向，让部分高温烟气在锅炉内部经水冷后循环参与燃烧，其技术原理等同于燃烧器中的烟气外循环(FGR)技术和烟气内循环(FIR)技术。图1、图4、图5、图6为本装置组合的4种结构，其烟气运行方向均不同，水冷回烟比例跟回烟流向控制度不同。其中图6的结构让参与循环燃烧的水冷回烟量更可控，烟气流向更可控，火焰燃烧的就更稳定。

本装置结构更简单，回烟量更稳定，更能有效降低炉膛温度，降低氧含量，降低氮氧化物。综合成本更低廉，使用更安全。

a.做好烟气出口分配装置，利用燃烧器喷射口引射力让回流烟气稳定均匀的进入炉膛，与原火焰混合后再一次参与燃烧。

b.回烟分配装置烟气出口形态可根据锅炉吨位不同，需求不同，做成多种出气形态：S型大波浪环绕式喷口；平板开切片喷口；平板开大小圆孔喷口；风扇叶型喷口。让回流烟气以分散式；直喷式；斜喷式；旋喷式等方式进入炉膛与炉膛火焰混合燃烧。

四种所述组合结构(图1、图4、图5、图6)的优选结构为设置有水冷回烟管道16、强制回烟室13、回烟分配室9，回烟分配装置 14分隔板11；且该优选结构形成的烟气流向为最优烟气流向；锅炉本体1上设置有进出水管连接口。

如图6：在保持三回程锅炉原有烟气流程的基础上，通过强制回烟室13让10-25％高温烟气经强制回烟室13导入水冷回烟管道16，高温烟气在水冷回烟管道16内被锅炉内水冷却降温后进入回烟分配室9，再经回烟分配装置14的喷射口喷射进炉膛，均匀稳定的切入或包裹原燃烧火焰，再次循环参与燃烧。其技术原理等同于燃烧器公知技术二中的烟气外循环(FGR)技术和燃烧器公知技术三中烟气内循环(FIR)技术。此方案能有效降低炉膛温度，降低氮氧化物的生成，降低烟气氧含量，降低排烟温度。且火焰燃烧更稳定更安全。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置，包括锅炉本体(1),其特征在于：所述锅炉本体(1)的左边固定设置有锅炉前墙(3)，所述锅炉前墙(3)上固定安装有燃烧器(4)，所述燃烧器(4)的出口端连接有波纹内胆(5)，所述锅炉本体(1)左边下端设置有回烟分配室(9)，所述锅炉本体(1)左边上端设置有前回烟室(12)，所述锅炉本体(1)右边下端设置有后回烟室(7)，所述锅炉本体(1)右边上端设置有烟囱排放区(8)，所述锅炉本体(1)上设置有回烟管(2)，所述后回烟室(7)与烟囱排放区(8)之间设置有固定分隔板(10)，所述波纹内胆(5)右边为锥面或者圆形槽中的任意一种结构，圆形槽形成强制回烟室(13)，所述回烟分配室(9)和前回烟室(12)之间通过分隔板(11)分隔开，所述分隔板(11)与所述锅炉本体(1)为可拆卸连接；所述分隔板(11)根据需要进行设置，用于改变烟气方向和回烟路径，通过分隔板(11)与波纹内胆(5)锥面或者圆形槽的互相搭配组合形成锅炉内部的四种组合结构、四种烟气流向，围绕在波纹内胆(5)周围的外部设置有水冷回烟管道(16)。

2.根据权利要求1所述的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置，其特征在于：所述锅炉本体(1)下端通过底座连接横向支杆(6)。

3.根据权利要求1所述的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置,其特征在于：所述烟囱排放区(8)上端固定连接有烟囱。

4.根据权利要求1所述的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置，其特征在于：所述波纹内胆(5)左边设置有回烟分配装置(14)，所述回烟分配装置(14)上设置多个烟气喷射口。

5.根据权利要求1所述的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置，其特征在于：所述水冷回烟管道(16)为多个，且多个所述水冷回烟管道(16)设置在回烟分配室(9)、前回烟室(12)和后回烟室(7)、强制回烟室(13)，所述水冷回烟管道(16)设置至少1圈排列。

6.根据权利要求1和5任意一项所述的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置，其特征在于：所述后回烟室(7)的高度高于回烟分配室(9)。

7.根据权利要求1和2任意一项所述的一种水冷烟气内循环超低氮锅炉本体装置，其特征在于：所述锅炉本体(1)外部为圆柱状结构。

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