[發(fā)明專利]一種耦合預(yù)混水冷燃燒的單鍋片串接鑄鋁硅熱水爐

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• 申請?zhí)枺?/td>: 202010688233.0
• 申請日: 2020-07-16
• 公開（公告）號: CN111829179A
• 公開（公告）日: 2020-10-27
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙欽新;焦健;邵懷爽;王云剛;梁志遠(yuǎn)
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: F24H8/00
• 分類號: F24H8/00;F24H9/00;F24H9/02;F24H9/18
• 代理公司: 西安智大知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61215
• 代理人: 何會俠

本發(fā)明公開了一種耦合預(yù)混水冷燃燒的單鍋片串接鑄鋁硅熱水爐，其本體由軸對稱單鍋片替代三種不鍋片串接而成，上部由水冷燃燒頭和前、后蓋板封閉而成的燃燒室輻射區(qū)、中部對流區(qū)和冷凝區(qū)以及下部的異形煙箱構(gòu)成。軸對稱單鍋片的燃燒室中心設(shè)置有一個環(huán)形、兩根平行上升或爐膛頂部兩側(cè)設(shè)置的水冷通道構(gòu)成水冷燃燒頭，混合氣經(jīng)其上設(shè)置的防回火肋和穩(wěn)焰柱噴出后點(diǎn)火燃燒，高溫?zé)煔鈴臓t膛輻射區(qū)依次向下沖刷對流區(qū)和冷凝區(qū)的針翅受熱面，匯集于異形煙箱轉(zhuǎn)彎后向上排出。水道通過內(nèi)置集箱而非外接，減少密封工作量，提高生產(chǎn)效率，使整體更加緊湊。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)水冷燃燒與水冷換熱一體化，降低燃燒區(qū)溫度，抑制NOx產(chǎn)生，使氮氧化物進(jìn)一步降低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于熱能工程領(lǐng)域，具體涉及一種耦合預(yù)混水冷燃燒的單鍋片串接鑄鋁硅熱水爐。用于提高生產(chǎn)效率、降低成本、節(jié)能環(huán)保和提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的鍋爐設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

根據(jù)《2020中國能源化工產(chǎn)業(yè)發(fā)展報(bào)告》，2020年我國天然氣需求將達(dá)3290億立方米，同比增長8.8％，天然氣已然成為我國能源結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要方向性能源以及改善居民生活質(zhì)量的關(guān)鍵替代性能源。于是，在節(jié)能減排、可再生能源利用、“煤改氣”等政策的多重影響下，整個燃?xì)獠膳癄t行業(yè)也迎來了嶄新的發(fā)展機(jī)遇和更加激烈的行業(yè)競爭。而對于被逐漸應(yīng)用于學(xué)校、酒店、醫(yī)院、社區(qū)的商用燃?xì)獠膳癄t，如何更加有效地控制成本，以及如何更加高效地節(jié)能降耗，是其在技術(shù)與發(fā)展上必須面對的兩個問題。

在控制成本方面，目前商用冷凝燃?xì)獠膳癄t多以鑄鋁硅冷凝采暖爐為主，其兼具高熱導(dǎo)率，易于安裝維護(hù)，設(shè)計(jì)相對靈活，且耐蝕性較好等優(yōu)點(diǎn)，因此在燃?xì)獠膳癄t中占有較大份額。然而，現(xiàn)在市場上絕大多數(shù)的鑄鋁硅冷凝采暖爐采用1個前鍋片、若干個中鍋片以及1個后鍋片模塊式的組合結(jié)構(gòu)。其中前鍋片連接燃燒器頭部，后鍋片封閉煙氣流動兼支撐燃燒頭尾部，而前鍋片和后鍋片的中間依次串接串接1～12個相同結(jié)構(gòu)的中鍋片。因此，要想制造生產(chǎn)某功率范圍的鑄鋁硅燃?xì)獠膳癄t，至少需要3套不同模具分別生產(chǎn)前鍋片、中鍋片和后鍋片，致使鑄造模具成本極高。尤其對于大功率、大尺寸的鑄鋁硅商用燃?xì)獠膳癄t，每一級鍋片的重量約為70～100kg，其對應(yīng)的模具費(fèi)用更加昂貴。然而，連接燃燒器的前鍋片和后鍋片，其實(shí)際生產(chǎn)數(shù)量一般僅為中鍋片的10～20％，因此如果能夠?qū)崿F(xiàn)上述三種鍋片鑄件在結(jié)構(gòu)上的相對統(tǒng)一，模糊其在非關(guān)鍵細(xì)節(jié)上的區(qū)別，以1種單鍋片同時完成上述3種不同結(jié)構(gòu)鍋片的功能，就能將鑄造模具縮減為原來的1/3，從而有效降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，減少廢品率，也利于增多產(chǎn)品系列，顯著提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性。

而在節(jié)能降耗方面，由于鑄鋁硅商用燃?xì)獠膳癄t結(jié)構(gòu)非常緊湊，因此目前燃?xì)馊紵髌毡檫x用火焰長度較短的全預(yù)混金屬纖維表面燃燒器，但較小的爐膛尺寸使全預(yù)混燃燒器的容積熱負(fù)荷極高，額定負(fù)荷下，氮氧化物排放往往超過30mg/m3，不能滿足全國主要城市污染物排放指標(biāo)要求，將造成鍋爐降低負(fù)荷運(yùn)行。然而表面全預(yù)混燃燒技術(shù)也存在著一些難題，一方面隨著空燃預(yù)混比例的增大，火焰的穩(wěn)定燃燒范圍變小，這就限制了全預(yù)混燃燒器的大型化；另一方面，全預(yù)混燃燒由于已完成精確比例混合，燃燒完全，燃燒速度快，火焰溫度高，因此常規(guī)的全預(yù)混表面燃燒技術(shù)往往需要大量的過量空氣來冷卻燃燒區(qū)溫度，從而減少燃燒過程中氮氧化物的生成，然而較高的過量空氣系數(shù)導(dǎo)致排煙熱損失增加，直接降低鍋爐熱效率。

為改善高過量空氣系數(shù)燃燒與易回火的問題，國內(nèi)外技術(shù)人員在全預(yù)混表面燃燒技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā)出全預(yù)混水冷燃燒技術(shù)，通過采用高傳熱系數(shù)的水冷管束組成燃燒器頭部，預(yù)混后通過水冷管束間的狹縫噴出后點(diǎn)火燃燒，水冷管束在火焰根部將預(yù)混火焰產(chǎn)生的高溫迅速帶走，有效降低燃燒區(qū)溫度，進(jìn)一步抑制了熱力型NOx的產(chǎn)生。同時水冷管束的“冷壁效應(yīng)”起到熄火保護(hù)作用，能有效地降低燃燒頭的回火風(fēng)險(xiǎn)。因此，全預(yù)混水冷燃燒技術(shù)也成為很多冷凝鍋爐的首選。另外目前市場上的鑄鋁硅冷凝燃?xì)忮仩t幾乎全部都選配全預(yù)混金屬纖維表面燃燒器，這種燃燒器所配風(fēng)機(jī)需要防靜電風(fēng)機(jī)，功率較小，若有突破功率限制，在技術(shù)上自主突破，減少對國外技術(shù)的依賴，也必須選用全預(yù)混水冷燃燒器。目前還沒有先例把全預(yù)混水冷燃燒器和鑄鋁硅組合在一起，更不用說將全預(yù)混水冷燃燒器和鑄鋁硅一體化的產(chǎn)品了。

發(fā)明內(nèi)容