一种天然气冷焰燃烧卧式火管蒸汽锅炉的制作方法

技术领域：

本发明属于燃气蒸汽锅炉技术领域，具体涉及一种天然气冷焰燃烧卧式火管蒸汽锅炉。

背景技术：
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wns型卧式内燃燃油、燃气火管蒸汽锅炉是一种非常经典的燃油燃气炉型。该锅炉炉采用卧式内燃全湿背式结构，配套高效螺纹烟管，所有蒸发受热均内置在锅壳内，高温烟气在内，水在外，并配有完善的保温外包设计，散热损失少，效率高，水容量大，安全性好，使用寿命长，检修方便，是目前30t/h以下常用的燃油燃气锅炉炉型。

近年来，国家对节能和环保问题日益重视，wns型锅炉在这两方面也作了相应的变化。①、自2012年国家下发tsgg002-2010《锅炉节能技术监察管理规程》后，该锅炉均需配套外置节能器，锅炉效率可进一步提高到92％以上。②、国家对燃气锅炉的nox排放要求越来越严厉，排放标准从原来要求的400mg/m3到150mg/m3，再到80mg/m3，甚至部分城市和地区直接将标准限定到不大于30mg/m3的国际一流标准，整个标准的变化仅用了2-3年的时间。这就说明国家对燃气锅炉低氮排放的迫切要求，这也使得低nox燃烧技术得到了广泛的应用。目前在wns炉型上使用的最多的是低nox扩散式燃烧+烟气再循环技术和全预混表面燃烧技术，这两种技术对锅炉本体结构未做大的变化，仅仅是燃烧装置作了改变。

上述两种改变是在锅炉未作任何改动的情况下，适应了当前的能效和环保要求，但同时也带来的一些问题。①节能器汽化问题，该问题主要是由于用户用汽情况多样，锅炉自动给水无法做到完全稳定连续，节能器内部的水会出现短时停滞，从而节能器会出现汽化、汽塞、振动、异响、氧腐蚀等情况，特别是降低了钢管式节能器的使用寿命。另外，wns型锅炉一般为单层布置顶部出烟，节能器一般只能与锅炉筒体布置在锅炉本体上方，在锅炉不进水时，节能器中顶部汽水无法自动流向锅筒，只能通过水泵流向敞口水箱，在此过程中不但浪费了能源，同时节能器与敞口容器相通，容易产生氧腐蚀。②低nox扩散式燃烧+烟气再循环低nox技术带来的问题，该问题主要是由于该技术需要更大的炉膛结构、更大的烟气压头要求，电耗更高。③全预混表面燃烧技术带来的问题，该技术需要更高的空气品质，更大的过量空气系数，降低了锅炉能效。

本发明就是在wns型蒸汽锅炉的基础上，基于以上问题，作了进一步优化和研究。

技术实现要素：
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本发明的主要目的在于，提供一种天然气冷焰燃烧卧式火管蒸汽锅炉，通过将冷焰燃烧技术与炉胆相结合，采用圆形冷焰燃烧头(3)结构，一方面降低了nox排放，另一方面减少了炉膛尺寸，以便布置更多的对流受热面，同时减少锅壳筒体(13)尺寸。本发明的目的还在于提供一种天然气冷焰燃烧卧式火管蒸汽锅炉，充分考虑设备的可维修性，通过受热面侧向抽拉设计，使得将节能器(9)、冷凝器(10)布置在锅壳筒体(13)底部成为可能。本发明的目的还在于提供一种天然气冷焰燃烧卧式火管蒸汽锅炉，将节能器(9)布置在锅壳筒体(13)下方，并设置再循环管路(14)，利用炉水循环来防止节能器汽化，减少氧腐蚀。

本发明的技术方案是，一种天然气冷焰燃烧卧式火管蒸汽锅炉，包括燃气阀组(1)、防爆风机(2)、燃烧头、炉膛(4)、(一回程螺纹)烟管(5)、后烟箱(6)、二回程螺纹烟管(7)、转弯烟室(8)、节能器(9)、冷凝器(10)、出烟口(11)、炉膛检修门(12)、锅壳筒体(13)、再循环管路(14)等。燃烧头为冷焰燃烧头(3)，防爆风机(2)出口接冷焰燃烧头(3)，混和气经冷焰燃烧头(3)喷入炉膛内进行燃烧；锅壳筒体(13)内包括炉膛(4)、一回程螺纹烟管(5)、二回程螺纹烟管(7)、；炉膛后部直接连接一回程烟管，一回程烟管与二回程烟管通过后烟箱(6)串接；在炉膛的前端部设计竖直布置的单排水管管束，在管束之间为混和气喷孔(钢板为喷孔载体)；锅壳筒体下部布置节能器(9)，节能器与二回程烟管通过转弯烟室(8)连接，在节能器后部接冷凝器(10)；冷凝器后部为出烟口(11)。烟管为一回程螺纹烟管(5)。

采用冷焰燃烧技术：是将略过量的空气(过量空气系数低于1.15，体积比)与天然气充分混合，然后将混合好的混合气通过冷焰燃烧头(3)高速喷入炉膛内进行燃烧。其中冷焰燃烧头的结构，在炉膛端部设计了竖直布置的单排水管管束，在两管之间设计了v型有孔钢板，并在钢板上开设了直径小于天然气熄火直径的小孔作为混和气喷孔。混合气从这些小孔喷出，通过水管管束间隙，高速喷射到炉膛内燃烧，形成片状火焰，同时高温烟气在火焰两侧回流，由水管管束、炉膛、一回程螺纹烟管(5)、二回程螺纹烟管(7)、节能器(9)、冷凝器(10)吸热。

将冷焰燃烧头(3)和炉膛(4)相结合：在炉膛端部设计了竖直布置的单排水管管束，在排水管两管之间设计了v型有孔钢板，并在钢板上开设了直径小于天然气熄火直径的小孔作为喷孔，从而组成冷焰燃烧头；有孔钢板为喷孔载体。

采用受热面抽屉式设计，将节能器(9)、冷凝器(10)受热面管支撑在可侧向滑动的钢架上，可将节能器(9)、冷凝器受热面管从烟道侧边塞入烟道内；整个烟道固定在锅炉底部。

利用冷焰燃烧技术配合粗短型炉膛，该炉膛尺寸是常规wns型锅炉炉膛和回燃室总容积的10-15％；炉膛后部直接连接一回程螺纹烟管(5)；

在节能器给水入口处设置三通阀，一路出水接锅炉给水泵，一路出水通过再循环管路接到锅壳筒体底部；当检测到锅炉给水时，将三通阀切换到仅给水泵和节能器(9)入口连通，通过给水来冷却节能器(9)；当检测到锅炉给水停止时，将三通阀切换到仅锅壳筒体(13)和节能器(9)连通，使节能器(9)和锅壳筒体(13)形成联通器，节能器(9)中加热的水引至锅壳筒体(13)，同时通过再循环管路(14)将炉水补充进节能器(9)，从而确保节能器(9)不会汽化。

混合气从这些小孔喷出，通过水管管束间隙，高速喷射到炉膛内燃烧，形成片状火焰，同时高温烟气在火焰两侧回流，由水管管束、炉膛、一回程螺纹)烟管(5)、二回程螺纹烟管(7)、节能器(9)、冷凝器(10)吸收燃烧产生的热量。高温烟气在火焰两侧回流时冷却并预热混合气，在稳定燃烧的同时降低燃烧温度，实现低nox排放。

在节能器给水入口处设置了自动(l型)三通阀，一路接锅炉给水泵，一路通过再循环管路接到锅壳筒体底部。当检测到锅炉给水时，将三通阀切换到仅给水泵和节能器(9)入口连通，通过给水来冷却节能器(9)；当检测到锅炉给水停止时，将三通阀切换到仅锅壳筒体(13)和节能器(9)连通，使节能器(9)和锅壳筒体(13)形成联通器，节能器(9)中加热的水引至锅壳筒体(13)，同时通过再循环管路(14)将炉水补充进节能器(9)，从而确保节能器(9)不会汽化，延长节能器(9)使用寿命。

有益效果：本发明是改进的wns型锅炉，本发明在现有的wns型卧式内燃锅炉结构的基础上，利用全预混冷焰燃烧炉膛容积小的特性，将炉膛设计成短粗型；在炉膛后部直连一回程螺纹烟管(5)，大幅降低锅炉长度方向尺寸。在锅壳筒体(13)下方设置节能器(9)和冷凝器(10)，在降低锅炉排烟温度提高锅炉效率的同时，通过合理布局来解决节能器汽化的问题，并实现一体化布置。另外，引入全预混冷焰燃烧技术，将nox排放降低至30mg/m3以下。

节能器与锅炉筒体布置在锅炉本体下方，在锅炉不进水时，节能器中汽水仍能自动流向锅筒，同时节能器不容易产生氧腐蚀。本发明节能器不会汽化，锅炉自动给水稳定连续，节能器内部的水不会出现汽化、汽塞、振动、异响、氧腐蚀等情况，钢管式节能器的使用寿命有所保证。采用全预混冷焰燃烧技术，将冷焰燃烧头(3)和炉膛(4)相结合，实现小炉膛冷焰燃烧，从而降低nox排放，同时节省wns锅炉的炉膛占用空间，降低锅炉整体尺寸。采用受热面抽屉式设计，将节能器(9)、冷凝器(10)内置于锅炉底部，在方便检修和更换的同时，使得锅炉结构更加紧凑，也便于放置节能器再循环管路。冷焰燃烧技术在实现低nox的同时，过量空气系数可全程控制在1.15以下，与其它技术相比，提高了锅炉能效。也避免了低nox扩散式燃烧+烟气再循环低nox技术带来的能耗高、燃烧设备烟气腐蚀等问题。

本发明解决了现有wns型锅炉结构尺寸大，外置节能器容易汽化使用寿命短、排烟温度不稳定等缺点；另外，在wns型锅炉的基础上，引入冷焰燃烧技术、烟气冷凝技术，优化燃烧、传热、水循环等措施，实现低nox排放(≤30mg/m3)并将烟气温度稳定降低至50℃，提高锅炉效率至近100％。

附图说明：

图1为锅炉主视图，

图2为锅炉俯视图，

图3、锅炉左视图；

图4、冷焰燃烧头结构示意图。

具体实施方式：

参照附图1-4，本发明各种目的的具体实施方式如下：

本发明的主要目的是这样实现的：如附图所示，提供一种天然气冷焰燃烧卧式火管蒸汽锅炉，主要由燃气阀组(1)、防爆风机(2)、冷焰燃烧头(3)、炉膛(4)、一回程螺纹烟管(5)、后烟箱(6)、二回程螺纹烟管(7)、转弯烟室(8)、节能器(9)、冷凝器(10)、出烟口(11)、炉膛检修门(12)、锅壳筒体(13)、再循环管路(14)等组成。

冷焰燃烧技术：是将略过量的空气与天然气充分混合，然后将混合好的混合气通过冷焰燃烧头(3)高速喷入炉膛内进行燃烧。

其中冷焰燃烧头(3)结构如附图4所示，在炉膛端部设计了竖直布置的单排水管管束，在两管之间设计了截面为v型有孔钢板，并在钢板上开设了直径小于天然气熄火直径的小孔用于喷出混和气(天然气与空气混和)。混合气从这些小孔喷出，通过水管管束间隙，高速喷射到炉膛内燃烧，形成片状火焰，同时高温烟气在火焰两侧回流，冷却并预热混合气，在稳定燃烧的同时降低燃烧温度，实现低nox排放。

利用冷焰燃烧技术配合粗短型炉膛，该炉膛尺寸是常规wns型锅炉炉膛和燃烬室总容积的10-15％；炉膛后部直接连接一回程螺纹烟管(5)，大幅增加了空间利用率，缩小了锅炉尺寸。

如附图(1)、(3)所示，将节能器(9)、冷凝器(10)受热面管支撑在可侧向滑动的钢架上，同时进出水侧固定在侧边法兰盖上；同时在矩形烟道的一侧开口设置法兰，将受热面管从烟道侧边塞入烟道内。为了方便抽拉和定位，烟道底板用不锈钢制作，并设置了滑轨。整个烟道固定在锅炉底部的底座上。

如附图所示，在节能器给水入口处设置了自动三通阀，一路接锅炉给水泵，一路通过再循环管路接到锅壳底部。当检测到锅炉给水时，将三通阀切换到仅给水泵和节能器(9)入口连通，通过给水来冷却节能器(9)；当检测到锅炉给水停止时，将三通阀切换到仅锅壳筒体(13)和节能器(9)连通，使节能器(9)和锅壳筒体(13)形成联通器，节能器(9)中加热的水引至锅壳筒体(13)，同时通过再循环管路(14)将炉水补充进节能器(9)，从而确保节能器(9)不会汽化，延长节能器(9)使用寿命。

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