一种炉膛及燃烧器冷却型表面冷焰预混燃气锅炉

摘要

一种炉膛及燃烧器冷却型表面冷焰预混燃气锅炉，包括炉膛，位于炉膛的入口处安装有水冷燃烧器，炉膛的出口连接回燃室，所述炉膛内沿周向均匀布置有U型水冷构件，所述U型水冷构件的入口沿周向均匀连接于环形管道，U型水冷构件出水口与水冷燃烧器出水口均连接于锅炉水箱。本发明采用水冷燃烧器，可以实现气体燃烧均匀，不产生局部高温区的同时降低火焰根部燃烧温度，减少火焰根部热力型NOx的生成；同时采用炉膛冷却系统，通过布置U型管道冷却结构，保证炉内均匀低温氛围的同时实现锅炉结构紧凑与制造经济性，进一步显著降低气体燃料燃烧时NOx的生成。

说明书

技术领域

本发明涉及锅炉燃烧、环境保护技术领域，特别涉及一种炉膛及燃烧器冷却型表面冷焰预混燃气锅炉。

背景技术

中国作为能源消耗大国，煤炭资源是我国能源的主要来源之一。据国家统计局，2019年我国原煤产量38.5亿吨，同比增长4.0％，煤炭消费量占能源消费总量的57.7％。煤炭在燃烧的过程中会产生大量的硫氧化物、氮氧化物和一些温室气体，对环境造成了严重的污染；此外，燃煤污染物无害化处理通常成本极高，经济性很差，不符合我国提倡的“绿色低碳”经济。天然气作为一种清洁能源，燃烧时产生的污染物排放量很少且易处理。近年来，随着天然气供应量的不断提升，“煤改气”政策受到了国家的大力提倡，据《中国天然气高质量发展报告2020》，预计2020年中国天然气消费规模将达到3200亿立方米，相比2015年增长约66％，2025年天然气消费规模预计将达到4500亿立方米。随着国家政策对能源行业愈来愈严格的污染物排放标准，燃煤锅炉改燃气锅炉已是时代所驱。

气体燃料燃烧时生成的污染物主要是氮氧化物，根据其来源可以分为热力型、快速型和燃料型。而由于气体燃料的热值很高，如果不加以任何冷却措施，燃烧温度通常可以高达1800℃左右，此时快速型和燃料型NO

温度是影响热力型NO

发明内容

为了克服以上技术问题，本发明的目的在于提供一种炉膛及燃烧器冷却型表面冷焰预混燃气锅炉，采用水冷燃烧器，可以实现气体燃烧均匀，不产生局部高温区的同时降低火焰根部燃烧温度，减少火焰根部热力型NO

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种炉膛及燃烧器冷却型表面冷焰预混燃气锅炉，包括炉膛4，位于炉膛4的入口处安装有水冷燃烧器1，炉膛4的出口连接回燃室8，所述炉膛4内沿周向均匀布置有U型水冷构件5，所述U型水冷构件5的入水口沿炉膛周向均匀连接于环形管道7，U型水冷构件5出水口与水冷燃烧器1出水口均连接于锅炉水箱3。

所述环形管道7的进水口和水冷燃烧器1进水口形成并联通路，所述环形管道7上设置有流量计一6a，所述水冷燃烧器1上设置有流量计二6b。

所述水冷燃烧器1包括渐扩式燃气通道11、防回火进气微通道12和水冷通道13，渐扩式燃气通道11截面大小沿预混火焰传播方向逐渐增加，所述渐扩式燃气通道11两侧分别设置有高冷却构件13a和低冷却构件13b，所述高冷却构件13a和低冷却构件13b相间布置构成上下交错的连续的水冷通道13。

所述锅炉水箱3内部设有第一回程烟管10和第二回程烟管9，第一回程烟管10和第二回程烟管9形成烟气三流程通道。

所述第一回程烟管10和第二回程烟管9与锅炉水箱3外侧设置有锅壳2。

所述U型水冷构件5由直管段和弯管段组成，其冷却水进口流动方向与炉膛4内高温烟气流动方向相反，形成逆流辐射换热。

本发明的有益效果：

本发明采用水冷燃烧器，可以实现气体燃烧均匀，不产生局部高温区的同时降低火焰根部燃烧温度，减少火焰根部热力型NO

预混燃烧可以实现气体燃料进气均匀，炉膛内燃烧温度均匀，几乎不会出现局部高温区。

本发明实现燃气均匀低温低NO

附图说明

图1为本发明整体结构剖面图。

图2为炉膛冷却系统流程图。

图3为水冷燃烧器的结构。

其中：水冷燃烧器1、锅壳2、锅炉水箱3、炉膛4、U型水冷构件5、流量计一6a、流量计二6b、环形管道7、回燃室8、第二回程烟管9、第一回程烟管10、渐扩式燃气通道11、防回火进气微通道12、高冷却构件13a、低水冷构件13b、水冷通道13。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

如图1-图3所示，本发明中水冷燃烧器耦合炉膛冷却系统可以实现混合气体低温低NO

内，其进水口与环形管道7沿炉膛周向均匀相连，构成U型水冷构件5环形安装；环形管道7进水口和水冷燃烧器1进水口形成并行通路，设有流量计(6a、6b)控制冷却水量和冷却水流速；U型水冷构件5的出水口和水冷燃烧器1的出水口均连接于锅炉水箱3，构成炉膛冷却系统；锅炉水箱3内部分别设有第一回程烟管10和第二回程烟管9，构成烟气三流程通道。

混合气流经防回火进气微通道12送入水冷燃烧器1后，于渐扩式燃气通道11内点火燃烧，短小而紧凑的预混火焰与水冷通道13产生剧烈的热量传递；预混燃烧产生的高温烟气于炉膛4内与U型水冷构件5迅速换热后，经第一回程烟管10和第二回程烟管9与锅炉水箱3中的冷却水换热后排出锅壳2；U型水冷构件5中的冷却水及水冷燃烧器1中的冷却水吸收热量后均排入锅炉水箱3。

所述环形管道7的进水口和水冷燃烧器1的进水口形成并联通路，通过设置流量计一6a、流量计二6b控制冷却水量和冷却水速，进而控制预混燃烧火焰温度和炉内的温度水平。

所述环形管道7中的冷却水经统一入口通入，随后排入均匀布置的U型水冷构件5；U型水冷构件的进水口与环形管道7均匀相连，沿炉膛周向均匀布置于炉膛4内，形成环形等间距均匀安装；冷却水与高温烟气换热后再次通入锅炉水箱3，可以有效实现炉内均匀低温氛围，减少烟气中热力型NO

所述U型水冷构件5内冷却水进口流动方向与高温烟气流动方向相反，形成逆流辐射换热，增加炉内的对流换热量和辐射换热量，提升锅炉紧凑型，减小占地面积。

所述水冷燃烧器1设有渐扩式燃气通道11、防回火进气微通道12和水冷通道13，混合气流通过防回火进气微通道11进入渐扩式燃气通道12并点燃，预混火焰与两侧的高冷却构件13a、低冷却构件13b换热，形成稳定安全、高效紧凑、均匀的低温低NO

预混燃气经水冷燃烧器1点燃，结合炉膛4中U型水冷构件5对高温烟气的冷却效果，保证气体燃料在燃气锅炉内实现均匀稳定、高效紧凑的低温低NO

本发明的工作原理为：

本发明炉膛4内沿周向均匀布置有数条U型水冷构件5，其进水口与环形管道7均匀相连，形成环形安装，保证U型水冷构件5进水均匀；均匀布置的多条U型水冷构件5吸收高温烟气的热量，由于高温烟气中的N

本发明水冷燃烧器1设有渐扩式燃气通道11、防回火进气微通道12和水冷通道13。混合气体通过防回火进气微通道12后于渐扩式燃气通道11内点火燃烧，预混火焰于水冷通道11上形成表面燃烧。防回火进气微通道12内混合气流的流速和压力很大，保证预混火焰无法向下传播；渐扩式燃气通道9沿预混火焰传播方向截面逐渐增大，保证混合气体在渐扩式燃气通道9内成功点火，形成短小而紧凑的预混火焰；预混火焰在渐扩式燃气通道9内与两侧的高低冷却构件13a、低冷却构件13b剧烈换热以减小预混火焰根部燃烧温度，使气体燃料在水冷燃烧器1内形成安全、稳定、高效的低温低NO

本发明具体运行方式为：

在混合气体进入渐扩式燃气通道11点火之前，首先控制流量计一6a、流量计二6b将冷却水通入U型水冷构件5和高冷却构件13a、低冷却构件13b，保证燃气炉内冷却水的流通性；在混合气体整体通过防回火进气微通道12到达渐扩式燃气通道11后，再进行点火。实际运行过程中，可通过调节水冷燃烧器1中的冷却水量和流速来控制预混火焰根部燃烧温度，可通过调节U型水冷构件5中的冷却水量和流速来控制炉内温度水平。对于不同热值的混合气体，可通过改变渐扩式燃气通道11的扩口角度来调节预混火焰着火点的位置。

以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，如变换U型水冷构件结构、U型水冷构件内流动介质、U型水冷构件进水方式等均落入本发明权利要求书的保护范围之内。