室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉论文和设计

全文摘要

本实用新型涉及一种室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉。该锅炉采用燃烧炉膛居中布置，在其外围热媒水流动腔室，其内部设置换热水管，并且热媒水流动腔室内布置二回程导烟管和三回程螺纹烟管。通过这种结构能大幅增加炉膛辐射换热面，增快了热媒水流速；并构成了烟气与热媒水逆流为主的热交换方式；此结构能及时换热降低炉膛温度。同时，二次旋风组件进行二次燃烧方式，可在初始点火温度较低的情况下，不仅保证了整个燃烧炉膛内温度的需求，而且减少了初始燃烧炉膛过高而生成大量氮氧化物与二氧化碳的问题。

主设计要求

1.一种室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：包括锅筒(28)、炉胆(5)、锅筒内圈(2)、前管板(1)、后管板(8)、燃烧器(25)、二回程导烟管(3)、三回程螺纹烟管(7)、进水分水器(11)，进水连接弯管(9)、出水连接弯管(22)、进水集箱(24)、出水集箱(15)、冷水进口管(14)、热水出口管(13)、换热水管(20)以及排烟口(12)；炉胆(5)、锅筒内圈(2)自内而外依次套设在锅筒(28)内并保持同轴；锅筒内圈(2)和炉胆(5)两端分别安装前管板(1)和后管板(8)，从而锅筒内圈(2)、炉胆(5)、前管板(1)和后管板(8)之间形成热媒水流动腔室(29)；锅筒(28)和前管板(1)之间形成前烟室(21)，锅筒(28)和后管板(8)形成后烟室(10)；后烟室(10)通过排烟口(12)与外部环境连通；进水集箱(24)、出水集箱(15)分别安装在炉胆(5)的两端，且出水集箱(15)位于后烟室(10)一侧，进水集箱(24)位于前烟室(21)一侧，从而由进水集箱(24)、出水集箱(15)以及炉胆(5)构成一个燃烧炉膛(19)；进水集箱(24)通过出水连接弯管(22)与热媒水流动腔室(29)连通；出水集箱(15)通过热水出口管(13)与外部连通；燃烧器(25)沿锅筒(28)的中轴线方向插装，其点火部位位于燃烧炉膛(19)内；换热水管(20)为多根且沿圆周方向均匀分布在燃烧炉膛(19)内，并将进水集箱(24)、出水集箱(15)连通；进水分水器(11)位于后烟室(10)一侧，且设置在出水集箱(15)与锅筒(28)之间，进水分水器(11)通过一冷水进口管(14)与外部连通，通过进水连接弯管(9)与所述热媒水流动腔室(29)连通；三回程螺纹烟管(7)为多根且沿圆周方向均匀布置在热媒水流动腔室(29)内，且三回程螺纹烟管(7)的一端与后烟室(10)连通，另一端与前烟室(21)连通；二回程导烟管(3)为多根且沿圆周方向均匀分布，二回程导烟管(3)包括折弯端和平直段，其通过折弯段与所述燃烧炉膛(19)连通，平直段位于热媒水流动腔室(29)内且与所述前烟室(21)连通。

设计方案

1.一种室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：

包括锅筒(28)、炉胆(5)、锅筒内圈(2)、前管板(1)、后管板(8)、燃烧器(25)、二回程导烟管(3)、三回程螺纹烟管(7)、进水分水器(11)，进水连接弯管(9)、出水连接弯管(22)、进水集箱(24)、出水集箱(15)、冷水进口管(14)、热水出口管(13)、换热水管(20)以及排烟口(12)；

炉胆(5)、锅筒内圈(2)自内而外依次套设在锅筒(28)内并保持同轴；

锅筒内圈(2)和炉胆(5)两端分别安装前管板(1)和后管板(8)，从而锅筒内圈(2)、炉胆(5)、前管板(1)和后管板(8)之间形成热媒水流动腔室(29)；

锅筒(28)和前管板(1)之间形成前烟室(21)，锅筒(28)和后管板(8)形成后烟室(10)；后烟室(10)通过排烟口(12)与外部环境连通；

进水集箱(24)、出水集箱(15)分别安装在炉胆(5)的两端，且出水集箱(15)位于后烟室(10)一侧，进水集箱(24)位于前烟室(21)一侧，从而由进水集箱(24)、出水集箱(15)以及炉胆(5)构成一个燃烧炉膛(19)；

进水集箱(24)通过出水连接弯管(22)与热媒水流动腔室(29)连通；

出水集箱(15)通过热水出口管(13)与外部连通；

燃烧器(25)沿锅筒(28)的中轴线方向插装，其点火部位位于燃烧炉膛(19)内；

换热水管(20)为多根且沿圆周方向均匀分布在燃烧炉膛(19)内，并将进水集箱(24)、出水集箱(15)连通；

进水分水器(11)位于后烟室(10)一侧，且设置在出水集箱(15)与锅筒(28)之间，进水分水器(11)通过一冷水进口管(14)与外部连通，通过进水连接弯管(9)与所述热媒水流动腔室(29)连通；

三回程螺纹烟管(7)为多根且沿圆周方向均匀布置在热媒水流动腔室(29)内，且三回程螺纹烟管(7)的一端与后烟室(10)连通，另一端与前烟室(21)连通；

二回程导烟管(3)为多根且沿圆周方向均匀分布，二回程导烟管(3)包括折弯端和平直段，其通过折弯段与所述燃烧炉膛(19)连通，平直段位于热媒水流动腔室(29)内且与所述前烟室(21)连通。

2.根据权利要求1所述的室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：

还包括设置在锅筒(28)轴向方向中部的二次旋风组件(4)，所述二次旋风组件(4)包括环形进风管(31)以及多根引风管(30)；环形进风管(31)套装在锅筒外，多根引风管(30)沿圆周方向均匀分布，每根引风管(30)一端与环形进风管(31)连通，另一端倾斜式的依次穿过锅筒(28)、锅筒内圈(2)、炉胆(5)后进入燃烧炉膛(19)。

3.根据权利要求1或2所述的室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：

所述锅筒(28)外部包裹外包装板(27)，且外包装板(27)由弹簧(26)拉紧。

4.根据权利要求3所述的室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：

所述炉胆(5)采用的管壁为波浪形。

5.根据权利要求4所述的室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：所述燃烧器(25)的点火温度为900°-1300°。

6.根据权利要求5所述的室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：所述锅筒(28)上通过泄压管座(6)连接安装有泄压阀。

7.根据权利要求6所述的室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：所述锅筒(28)底部安装有连通外部与所述热媒水流动腔室(29)的排污口(17)。

8.根据权利要求7所述的室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：所述锅筒(28)底部安装有连通外部与所述后烟室(10)的冷凝水出口(16)。

9.根据权利要求8所述的室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：所述进水连接弯管(9)和出水连接弯管(22)均为多根。

10.根据权利要求9所述的室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其特征在于：所述二回程导烟管(3)的管径大于三回程螺纹烟管(7)的管径。

设计说明书

技术领域

本实用新型涉及一种蒸汽锅炉，具体涉及一种室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉。

背景技术

目前民用供采暖的热水、蒸汽燃气锅炉，普遍选用的是室燃炉膛带二三回程螺纹烟管，配外混扩散式燃烧器的产品。

但是现有这种锅炉结构，炉胆位于锅筒中轴线的下方，二三回程螺纹烟管位于炉胆的上方。热媒水从锅筒左上方流入锅筒内，从锅筒的右上方或者右下方流出。受到结构的限制，热媒水在该结构中进行热交换时效率比较低，并且在锅筒的左下角和右下角还可能出现热交换的死点。受锅炉结构所限，通过增大炉胆容积或者增加换热面或者提高热媒水流速等方式来提高换热效率均难以实现。

因此，为了增加热交换的效率则需要提高炉胆燃烧温度，然而氮氧化物NO_{x<\/sub>是在高温中与氧气化学反应生成，炉胆温度越高氮氧化物生成越多，氮氧化物作为污染性气体排放到大气中，从而造成环境污染。}

现有解决方式是：用锅炉排出的废气和新风混合，使空气含氧量减少，降低炉膛温度减少了氮氧化物生成。该种方式前提是炉膛容积需增大，燃烧器输出也需加大额定功率，由此造成成本大大增加。

实用新型内容

为解决上述现有背景技术不足之处，本实用新型设计出一种室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉。该锅炉改变了整个锅炉的结构布局，通过增加换热面以及提高热媒水流速大大提升了换热效率，从而可以降低燃烧炉膛内的温度，在保证了整体换热效率的前提下，也达到了减少氮氧化物生成的目的。

本实用新型的具体技术方案是：

一种室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，其包括锅筒、炉胆、锅筒内圈、前管板、后管板、燃烧器、二回程导烟管、三回程螺纹烟管、进水分水器，进水连接弯管、出水连接弯管、进水集箱、出水集箱、冷水进口管、热水出口管、换热水管以及排烟口；

炉胆、锅筒内圈自内而外依次套设在锅筒内并保持同轴；

锅筒内圈和炉胆两端分别安装前管板和后管板，从而锅筒内圈、炉胆、前管板和后管板之间形成热媒水流动腔室；

锅筒和前管板之间形成了前烟室，锅筒和后管板形成了后烟室；后烟室通过排烟口与外部环境连通；

进水集箱、出水集箱分别安装在炉胆的两端，且出水集箱位于后烟室一侧，进水集箱位于前烟室一侧，从而由进水集箱、出水集箱以及炉胆构成一个燃烧炉膛；

进水集箱通过出水连接弯管与热媒水流动腔室连通；

出水集箱通过热水出口管与外部连通；

燃烧器沿锅筒的中轴线方向插装，其点火部位位于燃烧炉膛内；

换热水管为多根且沿圆周方向均匀分布在燃烧炉膛内，并将进水集箱、出水集箱连通；

进水分水器位于后烟室且设置在出水集箱与锅筒之间，进水分水器通过一冷水进口管与外部连通，通过进水连接弯管与所述热媒水流动腔室连通；

三回程螺纹烟管为多根且沿圆周方向均匀布置在热媒水流动腔室内，且三回程螺纹烟管的一端与后烟室连通，另一端与前烟室连通；

二回程导烟管为多根且沿圆周方向均匀分布，二回程导烟管包括折弯端和平直段，其通过折弯段与所述燃烧炉膛连通，平直段位于热媒水流动腔室内且与所述前烟室连通。

同时设计的二次风贫富氧燃烧方式，又降低了燃烧炉膛和燃烧器中心火焰温度，进一步减少了氮氧化物生成，具体结构是：

该锅炉还包括设置在锅筒轴向方向中部的二次旋风组件，所述二次旋风组件包括环形进风管以及多根引风管；环形进风管套装在锅筒外，多根引风管沿圆周方向均匀分布，每根引风管一端与环形进风管连通，另一端倾斜式的依次穿过锅筒、锅筒内圈、炉胆后进入燃烧炉膛，从而使外部的高压新风从环形进风管和多根引风管旋入燃烧炉膛内。

为了适应锅炉热胀冷缩的情况，同时便于检修，所述锅筒外部包裹外包装板，且外包装板由弹簧拉紧。

为了适应锅炉热胀冷缩的情况，所述炉胆采用的管壁为波浪形。

为了避免点火时，由于初始火焰温度过高，导致产生氮氧化物的问题，所述燃烧器的点火温度为900°-1300°。

进一步地，为了防止锅炉内由于压力过大导致的安全隐患，所述锅筒上通过泄压管座连接安装有泄压阀。

进一步地，上述锅筒底部安装有连通外部与所述热媒水流动腔室的排污口。

进一步地，上述锅筒底部安装有连通外部与所述后烟室的冷凝水出口。

进一步地，上述进水连接弯管和出水连接弯管均为多根。

进一步地，所述二回程导烟管的管径大于三回程螺纹烟管的管径。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的热媒水流动腔室内设置二回程导烟管和三回程螺纹烟管同时，直接在燃烧炉膛内设置换热水管，换热水管和热媒水流动腔室串接，通过该设计使得辐射换热面大幅增加，串接后热媒水流速提高，能及时换热降低炉膛温度，减少氮氧化物与二氧化碳生成。

2、本实用新型设计的二次旋风组件进行二次燃烧方式，在初始点火温度较低的情况下，保证了整个燃烧炉膛内温度的需求，同时减少了氮氧化物与二氧化碳的生成。

3、本实用新型的三回程螺纹烟管中烟气和热媒水流动腔室内热媒水的流向相反，这种逆流为主的热交换方式，大大提高了热换热效率。

4、本实用新型采用圆周均匀布置烟气通道、热媒水通道的方式，使得锅筒容积小用料少，原料利用率高，节约材料，降低产品成本。

5、本实用新型采用弹簧拉紧固定外包装板的方式，利于锅炉热胀冷缩，方便检修。

附图说明

图1为锅炉的结构示意图。

图2为图1的A向剖视图。

图3为烟气流通情况示意图。

图4为图3的A向剖视图。

图5为热媒水流通情况示意图。

图6为图5的A向剖视图。

图中标号说明如下：

1-前管板、2-锅筒内圈、3-二回程导烟管、4-二次旋风组件、5-炉胆、6-泄压管座、7-三回程螺纹烟管、8-后管板、9-进水连接弯管、10-后烟室、11-进水分水器、12-排烟口、13-热水出口管、14-冷水进口管、15-出水集箱、16-冷凝水出口、17-排污口、18-锅炉腿、19-燃烧炉膛、20-换热水管、21-前烟室、22-出水连接弯管、23-石棉绳、24-进水集箱、25-燃烧器、26-弹簧、27-外包装板、28-锅筒、29-热媒水流动腔室、30-引风管、31-环形进风管。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型作进一步详述：

参见图1和图2，一种室燃水火管套装串连式低氮高热效锅炉，包括锅筒28、炉胆5、锅筒内圈2、前管板1、后管板8、燃烧器25、二回程导烟管3、三回程螺纹烟管7、进水分水器11，进水连接弯管9、出水连接弯管22、进水集箱24、出水集箱15、冷水进口管14、热水出口管13、换热水管20以及排烟口12；

炉胆5、锅筒内圈2自内而外依次套设在锅筒28内并保持同轴；

锅筒内圈2和炉胆5两端分别安装前管板1和后管板8(炉胆5分别与前管板1、后管板8连接的位置用石棉绳23一圈压紧密封)，从而锅筒内圈2、炉胆5、前管板1和后管板8之间形成热媒水流动腔室29(热媒水流动腔室为环套形)；锅筒28和前管板1之间形成了前烟室21(图1中锅筒的左端部)，锅筒28和后管板8形成了后烟室10(图1中锅筒的右端部)；后烟室10通过排烟口12与外部环境连通；进水集箱24、出水集箱15分别安装在炉胆5的两端，且出水集箱15位于后烟室10一侧，进水集箱24位于前烟室21一侧，从而由进水集箱24、出水集箱15以及炉胆构成了一个燃烧炉膛19；

燃烧器25沿锅筒28的中轴线方向插装，其点火部位位于燃烧炉膛19内；进水集箱24通过出水连接弯管22(本实施中设置多根出水连接弯管22)与热媒水流动腔室29连通；出水集箱15通过热水出口管13与外部连通；

进水分水器11位于后烟室10且设置在出水集箱15与锅筒28之间，进水分水器11通过一冷水进口管14与外部连通，通过进水连接弯管9(本实施中设置多根进水连接弯管9)与所述热媒水流动腔室29连通；

三回程螺纹烟管7为多根，且沿圆周方向均匀布置在热媒水流动腔室29内，且三回程螺纹烟管7的一端与后烟室10连通，另一端与前烟室21连通；

二回程导烟管3为多根且沿圆周方向均匀分布，二回程导烟管包括折弯端和平直段，其通过折弯段与所述燃烧炉膛19连通，平直段位于热媒水流动腔室29内且与所述前烟室21连通。

其中，二回程导烟管3的管径大于三回程螺纹烟管7的管径，并且三回程螺纹烟管7的个数为二回程导烟管个数的2倍。

上述结构中，如图3和图4所示，烟气流动情况为：燃烧器25在燃烧炉膛19内点火，产生的热烟气首先通过多根二回程导烟管3到达前烟室21，再从前烟室21进入到多根三回程螺纹烟管7内，最后从后烟室10、排烟口12排出至外部大气当中。

如图5和图6所示，热媒水流动情况：热媒水从冷水进口管14进入至进水分水器11，再通过多根进水连接弯管9进入热媒水流动腔室29内，然后通过多根出水连接弯管22进入进水集箱24，之后再由多根换热水管20流入到出水集箱15内，最后从热水出口管13流入至用户使用端。

热交换过程：燃烧炉膛19内的烟气与换热水管20内的热媒水进行了一次热交换，之后再由二回程导烟管3和三回程螺纹烟管7在热媒水流动腔室29内与热媒水进行了两次热交换，并且在三回程螺纹烟管7与热媒水流动腔室29内热媒水进行热交换当中，三回程螺纹烟管7中烟气的流动方向与热媒水流动腔室29内热媒水的流动方向相反，换热效率再次明显提升(由于换热水管20的直径要远小于热媒水流动腔室29的直径，因此换热水管20中的水流速度加快，从而能够快速的带走燃烧炉膛19内的温度)。

还要提到一点是：本例中，多个进水连接弯管9、出水连接弯管22分布于锅筒28的死角位置，避免出现换热死角。

本实施中还作出了以下优化设计：

1、二次风贫富氧燃烧方式，在确保燃烧炉膛内温度复合使用需求的同时，又降低了燃烧炉膛内燃烧器初始点火时火焰温度，进一步减少了氮氧化物生成，具体结构是：

该锅炉还包括设置在锅筒28轴向方向中部的二次旋风组件4，所述二次旋风组件4包括环形进风管31以及多根引风管30；环形进风管31套装在锅筒28外，多根引风管30沿圆周方向均匀分布，每根引风管30一端与环形进风管31连通，另一端倾斜式的依次穿过锅筒28、锅筒内圈25、炉胆5后进入燃烧炉膛，从而使外部的高压新风从环形进风管31和多根引风管30旋入燃烧炉膛19内。

这种燃烧结构的燃烧机理是：在燃烧器初始点火时调节燃烧器使其在燃烧炉膛内处于贫氧燃烧点火的状态，这样就使得初始点火时温度较低(一般控制燃烧器的点火温度为900°-1300°)，从而会大大降低由于高温燃烧所产生大量氮氧化物的问题，之后又通过设置在锅筒轴向方向中部的二次旋风组件进行补氧二次旋风燃烧，从而又能再次增加了燃烧炉膛内的温度，确保了经过换热后用户端所需热量。

2、为了适应锅炉热胀冷缩的情况，同时便于检修，锅筒28外部包裹外包装板27，且外包装板27由弹簧26拉紧，并且炉胆5采用的管壁为波浪形。

3、为了防止锅炉内由于压力过大导致的安全隐患，锅筒28上通过泄压管座6连接安装有泄压阀。

4、锅筒28底部安装有连通外部与所述热媒水流动腔室29的排污口17，锅筒28底部安装有连通外部与所述后烟室10的冷凝水出口16。

5、锅筒28底部设有有锅炉腿18进行支撑。

设计图

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主设计要求

设计方案

设计说明书

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