[發明專利]一種低氮節能承壓水管鍋爐

在審

• 申請號: 202010876476.7
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN112032696A
• 公開（公告）日: 2020-12-04
• 發明（設計）人: 鄧世豐;趙欽新;邵懷爽;王云剛;梁志遠;郭輝;高云龍;徐慧;汪強
• 申請（專利權）人: 西安交通大學;博瑞特熱能設備股份有限公司
• 主分類號: F22B21/08
• 分類號: F22B21/08;F22B37/10;F22B37/12;F28B1/02;F23D14/62;F23D14/78
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種高效低氮承壓水管鍋爐，包括上鍋筒、外殼、燃燒器分配頭、膜式水冷壁管束、水冷火焰管束、輻射管束、高溫對流管束、低溫對流管束、下降管束、下鍋筒、外置冷凝器、預混合器以及配套的風機、給水泵、燃氣閥組、控制器等。燃燒器分配頭采用密排管、金屬孔板、陶瓷孔板等用于均流、防回火和穩焰，可拆卸設計，可及時清灰；燃燒器分配頭的水冷火焰管束可采用平面和凹型布置，最大化利用爐膛空間。采用鍋爐本體上的水冷火焰管束冷卻火焰，解決了水冷燃燒器的熱量分配問題。本發明實現了平面/凹、凸曲面燃燒器的機爐一體化，結構緊湊，在較低過量空氣系數下實現低氮和超低氮燃燒，突破國外低氮燃燒器廠商在蒸汽鍋爐領域的技術壟斷。

技術領域

本發明涉及燃氣鍋爐技術領域，具體涉及一種以立式水管作為主要換熱元件的采用平面/曲面水冷全預混燃燒器的可承壓燃氣鍋爐。

背景技術

根據我國的能源規劃，到2035年天然氣占一次能源的比例將提升至15％以上，年使用量可達6400億立方米以上。2019年我國天然氣消費量3067億立方米，未來15年內，天然氣年使用量將高速增長。我國工業燃料用氣占天然氣總用量的30％左右，工業領域需求的鍋爐多為壓力低于2.45MPa的低壓小容量鍋爐，包括低壓熱水鍋爐和低壓蒸汽鍋爐。目前35蒸噸以下的燃煤鍋爐已基本淘汰，低壓小容量鍋爐這一細分市場已被燃氣鍋爐所獨占。伴隨著工業的發展和天然氣供應量的不斷增加，未來15年內35蒸噸以下的燃氣低壓鍋爐必將以每年5％以上的速度增加，低壓燃氣鍋爐有著光明的前景。

目前市場上的主流承壓蒸汽鍋爐有水管式和火管式。火管式鍋爐包括立式橫煙管鍋爐、臥式內燃濕背鍋爐(WNS)等，水管式鍋爐包括貫流式鍋爐、D型鍋爐、角管鍋爐等。主流蒸汽鍋爐的配套燃燒器多為擴散式燃燒器和圓柱表面燃燒器，都需要巨大的爐膛空間。近年來，平面/曲面燃燒器技術迅速發展，水冷燃燒器、多孔陶瓷板燃燒器、金屬纖維/絲網燃燒器，火焰均勻穩定，調節比可達1:5以上，火焰溫度低于1100℃，氮氧化物排放低于30mg，符合最新的環保標準，廣泛應用于燃氣熱水鍋爐和燃氣壁掛爐等小型燃氣鍋爐，但還未進入承壓燃氣鍋爐市場。平面/曲面燃燒器為表面燃燒器，火焰懸浮在面板上方200mm的空間內，不需要巨大的爐膛空間，只需利用鍋爐的一面爐墻即可布置燃燒器分配頭，為此需要設計一種全新的爐型來匹配平面/曲面燃燒器。縮小爐膛空間，強化換熱，合理布置不同溫度下的受熱面，同時保證鍋爐承壓能力和維修保養的便利性，因此需要開發匹配平面/曲面燃燒器的緊湊高效鍋爐。

CN201821004317.2公開了一種低氮不銹鋼冷凝熱水鍋爐，爐膛由上向下布置，火焰依次經過一級換熱器和二級冷凝換熱器，所用燃燒器為矩形平面燃燒器，不同層級之間的水通過前后鍋筒連通轉彎。該型鍋爐是一種適配平面燃燒器的熱水鍋爐，爐膛空間小，換熱元件緊湊，但沒有承壓能力，無法生成蒸汽。CN201621007598.8公開了一種低氮燃燒的蒸汽鍋爐，由爐膛、上下鍋爐腔、燃燒器等組成，爐膛包括水冷壁、用于降低火焰溫度的第一水冷管、進行輻射換熱的第二水冷管、用于對流換熱的第三水冷管。內部采用多排的錯列光管，煙氣側一但結垢則難以清洗，用于冷卻火焰的水冷管束易積碳堵塞，也需定期清洗，爐體維修不便。

目前市場上缺少適配平面/曲面燃燒器的便于檢修的承壓燃氣鍋爐，為此開發新型立式水管鍋爐。

發明內容

為了實現平面/曲面燃燒器的機爐一體化，開發便于檢修、維護，體積緊湊，實現低氮冷凝的可承壓天然氣鍋爐，本發明的目的在于提供一種低氮節能承壓水管鍋爐，采用上下鍋筒和中間立式水管的鍋爐本體結構，配合可拆卸平面/曲面燃燒器、外置冷凝換熱器。中間的立式水管包括膜式水冷壁管束、水冷火焰管束、輻射管束、高溫對流管束和低溫對流管束五個分區；外殼連接上下鍋筒并包覆這膜式水冷壁管束，減少了鍋爐本體散熱損失；全水管換熱，并隨煙溫變化優化水管的排布，提高平均換熱系數。

為了達到上述目的，本發明采用如下技術方案：