一种可承压式多重水冷预混燃气装置

摘要

一种可承压式多重水冷预混燃气装置，包括在燃烧室内设置的多组致密并行布置的平直翅片、翅片管、高U型循环管和低U型循环管，所述最外围的平直翅片上布置进气筒，多组致密并行布置的平直翅片上贯穿设置有翅片管，构成第一重水冷表面；多组致密并行布置的相邻的平直翅片构成多组防回火进气微通道，多组平行布置的翅片管与平直翅片构成流通面积沿进气方向先减缩后渐扩的二次强化防回火进气微通道；翅片管、高U型循环管和低U型循环管的两端分别与套筒式进出水集箱和混合分配集箱相连接，低U型循环管布置构成第二重水冷表面，高U型循环管布置构成第三重水冷表面。本发明结构简单、制造方便，适用于常压锅炉、高压锅炉及超临界锅炉。

权利要求

1.一种可承压式多重水冷预混燃气装置，其特征在于，包括在燃烧室（1）内设置的平直翅片（2）、翅片管（4）、高U型循环管（3a）和低U型循环管（3b），其中平直翅片（2）有多组且致密并行布置，进气筒（5）布置在最外围的所述平直翅片（2）上，翅片管（4）上贯穿各组平直翅片（2）设置，构成第一重水冷表面；多组致密并行布置的相邻的平直翅片（2）构成多组防回火进气微通道（6a），多组平行布置的翅片管（4）与平直翅片（2）构成流通面积沿进气方向先减缩后渐扩的二次强化防回火进气微通道（6b）；翅片管（4）一端连接套筒式进出水集箱（7），另一端连接混合分配集箱（8），高U型循环管（3a）一端连接套筒式进出水集箱（7），另一端连接混合分配集箱（8），所述低U型循环管（3b）一端连接套筒式进出水集箱（7），另一端连接混合分配集箱（8），低U型循环管（3b）布置构成第二重水冷表面，高U型循环管（3a）布置构成第三重水冷表面；

所述套筒式进出水集箱（7）、翅片管（4）、混合分配集箱（8）、高U型循环管（3a）和低U型循环管（3b）均采用可承压圆管。

2.根据权利要求1所述的一种可承压式多重水冷预混燃气装置，其特征在于，所述高U型循环管（3a）、低U型循环管（3b）在水平截面呈现为交替分布的“凹凸”状错列结构，相邻的高U型循环管（3a）、低U型循环管（3b）构成连续的“山”字形冷却表面。

3.根据权利要求1所述的一种可承压式多重水冷预混燃气装置，其特征在于，所述高U型循环管（3a）布置高度高于低U型循环管（3b），构成了上下交错的且连续的“山”字型冷却表面。

4.根据权利要求1所述的一种可承压式多重水冷预混燃气装置，其特征在于，该装置构成冷却装置时，所述套筒式进出水集箱（7）、混合分配集箱（8）、翅片管（4）和高U型循环管（3a）、低U型循环管（3b）构成该冷却装置的水循环系统。

5.根据权利要求1所述的一种可承压式多重水冷预混燃气装置，其特征在于，所述套筒式进出水集箱（7）设有进水口（9）和出水口（10），所述套筒式进出水集箱（7）外筒为进水集箱（7a），内筒为出水集箱（7b）；进水口（9）布置于进水集箱（7a）侧，燃烧室（1）布置于进水集箱（7a）的外壁，且进水集箱（7a）与翅片管（4）相连；出水口（10）布置于出水集箱（7b）侧，且出水集箱（7b）与高U型循环管（3a）、低U型循环管（3b）相连。

说明书

一种可承压式多重水冷预混燃气装置

技术领域

[0001] 本发明涉及燃气装置技术领域，具体涉及一种可承压式多重水冷预混燃气装置。

背景技术

[0002] 燃气锅炉由于燃烧效率高、污染物原始排放低、后处理技术成本低等优点得到了广泛的应用。然而在愈加严苛的污染物排放标准下，燃气锅炉在重点地区氮氧化物排放标3 3
准为150mg/Nm ，部分地区甚至低至30mg/Nm。由于天然气的热值很高，燃烧温度通常可以高达2000K以上，而在燃烧温度高于1300℃时，温度每增加100℃，反应速度将增大6～7倍，此时导致氮氧化物的原始排放呈指数增加。虽然国内现阶段燃气锅炉低氮燃烧技术已经得到一定发展，如分级燃烧、烟气再循环、贫燃预混、水冷预混等，然而部分技术仍然存在成本高、效果差、不适用于高压及超临界锅炉等缺点，如在专利CN201721339948.5中，所采用上水室和下水室结构为带尖角的半圆管，在高压运行条件下，易导致尖角处应力集中而使管子断裂，从而发生运行安全事故。

发明内容

[0003] 针对现有的燃气燃烧器所面临的问题，本发明的目的在于提供一种可承压式多重水冷预混燃气装置，可以实现燃气均匀低温低NOx表面预混燃烧，并设有两级防回火装置，充分保证燃烧的安全性；同时该燃气装置可承高压，结构简单、制造方便，适用于常压锅炉、高压锅炉及超临界锅炉。

[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

[0005] 一种可承压式多重水冷预混燃气装置，包括在燃烧室1内设置的平直翅片2、翅片管4、高U型循环管3a和低U型循环管3b，其中平直翅片2设有多组且致密并行布置，所述进气筒5布置在最外围的所述平直翅片2上，翅片管4上贯穿各组平直翅片2布置，构成第一重水冷表面；多组相邻的平直翅片2构成多组防回火进气微通道6a，多组平行布置的翅片管4与平直翅片2构成流通面积沿进气方向先减缩后渐扩的二次强化防回火进气微通道6b；翅片管4一端连接套筒式进出水集箱7，另一端连接混合分配集箱8，高U型循环管3a一端连套筒式进出水集箱7，另一端连接混合分配集箱8，低U型循环管3b一端连接套筒式进出水集箱7，另一端连接混合分配集箱8，低U型循环管3b布置构成第二重水冷表面，高U型循环管3a布置构成第三重水冷表面。

[0006] 所述高U型循环管3a、低U型循环管3b在水平截面呈现为交替分布的“凹凸”状错列结构，相邻的高U型循环管3a、低U型循环管3b构成连续的“山”字形冷却表面。

[0007] 所述高U型循环管3a布置高度高于低U型循环管3b，构成了上下交错的且连续的“山”字型冷却表面。

[0008] 所述套筒式进出水集箱7、混合分配集箱8、翅片管4和高U型循环管3a、低U型循环管3b构成该冷却装置的水循环系统。

[0009] 所述套筒式进出水集箱7设有进水口9和出水口10，所述套筒式进出水集箱7外筒为进水集箱7a，内筒为出水集箱7b；进水口9布置于进水集箱7a侧，燃烧室1布置于进水集箱7a的外壁，且进水集箱7a与翅片管4相连；出水口10布置于出水集箱7b侧，且出水集箱7b与高U型循环管3a、低U型循环管3b相连。

[0010] 所述套筒式进出水集箱7、翅片管4、混合分配集箱8、高U型循环管3a和低U型循环管3b均采用可承压圆管。

[0011] 本发明的有益效果：

[0012] 本发明中多重水冷表面布置充分吸收预混火焰和高温烟气热量，实现低温清洁燃烧；套筒式进出水集箱、混合分配集箱、翅片管和高、低U型循环管构成该冷却装置的水循环系统。

[0013] 所述翅片管通过焊接的方式贯穿多组致密并行布置的平直翅片，构成了多组平行布置且相互连接的带肋冷却管，预混燃气经进气筒、防回火进气微通道和二次强化防回火进气微通道后在多组致密并行布置的平直翅片端面形成均匀的表面燃烧，肋状结构切割热边界层的同时增加了有效换热面积，实现最佳换热效率和换热量。同时高温烟气与高、低U型循环管进一步换热，“山”字型冷却表面的结构布置使气流的湍动度增加，低温清洁燃烧效果进一步增强。

[0014] 所述多组致密并行布置的平直翅片构成了防回火进气微通道，防止预混火焰回火；多组并行布置的翅片管与平直翅片构成二次强化防回火进气微通道，其流通截面积沿进气方向先减小后增加，进一步防止预混火焰回火，充分保证了燃烧的安全性。

[0015] 所述套筒式进出水集箱、翅片管、混合分配集箱、高U型循环管和低U型循环管均为可承压圆管，可在高压环境下安全运行；同时结构简单，易于制造，适用于批量生产。

附图说明

[0016] 图1为本发明局部剖视图。

[0017] 图2为本发明正视剖面图。

[0018] 图3为本发明侧视剖面图。

[0019] 图4为本发明整体结构示意图。

[0020] 图5为本发明套筒式进出水集箱示意图。

[0021] 图6为本发明防回火进气微通道布置示意图。

[0022] 图7为本发明二次强化防回火进气微通道布置示意图。

[0023] 其中：燃烧室1、平直翅片2、高U型循环管3a、低U型循环管3b、翅片管4、进气筒5、防回火进气微通道6a、二次强化防回火进气微通道6b、套筒式进出水集箱7、进水集箱7a、出水集箱7b、混合分配集箱8、进水口9、出水口10。

具体实施方式

[0024] 下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

[0025] 参考图1‑图7所述的一种可承压式多重水冷预混燃气装置，其具体连接方式为：进气筒5布置在最外围的平直翅片2上，翅片管4贯穿多组致密并行布置的平直翅片2，其两端与套筒式进出水集箱7和混合分配集箱8相连接，相邻的平直翅片2构成了多组防回火进气微通道6a，平行布置的翅片管4与多组平直翅片2构成二次强化防回火进气微通道6b，其流通面积沿进气方向先减小后增加；所述高U型循环管3a、低U型循环管3b两端分别与套筒式进出水集箱7和混合分配集箱8相连接，其中高U型循环管3a布置高度高于低U型循环管3b，构成了上下交错的且连续的“山”字型冷却表面；所述套筒式进出水集箱7的外筒为进水集箱7a，进水集箱7a外壁与燃烧室1相连，设有进水口9，并与翅片管4的入口相连接，内筒为出水集箱7b，设有出水口10，并与高U型循环管3a、低U型循环管3b的出口相连接。

[0026] 针对燃气锅炉而言，氮氧化物的生成主要分为热力型、燃料型和快速型，与燃煤锅炉不同的是，燃气锅炉中燃料型和快速型氮氧化物的生成几乎可以忽略不计，热力型NOx的生成占据全部氮氧化物的90％以上。影响热力型NOx生成的主要原因包括燃烧温度、氧气浓度和反应物停留时间等，而燃烧温度的影响占据了主要地位。

[0027] 为了减少氮氧化物原始排放的同时保证燃气装置适用于高压工作条件，本发明提出了一种可承压式多重水冷预混燃气装置，所有管式结构均采用可承压圆管。借助均匀等间距布置且通有冷却水的翅片管和交替错列布置的高、低U型循环管，充分降低燃烧温度，同时保证换热效率和燃烧安全性，实现低温低NOx均匀表面燃烧，且适用于常压锅炉、高压锅炉和超临界锅炉。同时也可以作为一种冷却装置，应用于冷却技术领域，起到充分降低热气流温度，保证发热元件安全运行的作用。

[0028] 本发明的工作原理为：

[0029] 本发明多组平直翅片2等间距平行而紧凑布置，构成了防回火进气微通道6a；多组同样平行布置的翅片管4贯穿平直翅片2，构成二次强化防回火进气微通道6b。混合气体燃料经均匀排列的进气口进入，保证进气均匀，防止燃气聚集出现局部高温，同时防回火进气微通道6a的结构特征形成了高流速、高压力及高点火能的混合气体燃料，有效防止预混火焰向进气方向传播，同时二次强化防回火进气微通道6b的流通截面积沿气流流动方向先减小后增加，进一步防止预混火焰发生回火现象，充分保证了燃烧的安全性。混合气体燃料在多组平行布置的平直翅片2端面着火燃烧，翅片管4内部均为冷却水，构成第一重水冷表面，充分降低预混火焰根部燃烧温度，减少氮氧化物的原始排放；同时通过合理布置翅片管4的散热肋片，保证充分的换热面积和换热效率。高U型循环管3a、低U型循环管3b布置在燃烧室1内，低U型循环管3b构成第二重水冷表面，高U型循环管3a构成第三重水冷表面，充分吸收高温烟气的热量，减少烟气中热力型氮氧化物的生成，使低温清洁燃烧效果更佳，同时连续的“山”字型冷却表面结构布置使得气流湍动度增加，换热效果进一步增强。

[0030] 本发明设有套筒式进出水集箱7和混合分配集箱8，其中套筒式进出水集箱7为内外套筒结构，将套筒式进出水集箱7分隔为进水集箱7a和出水集箱7b，冷却水经进水口9进入进水集箱7a后通入翅片管4，充分吸收预混火焰热量后排入混合分配集箱8；混合分配集箱8与高U型循环管3a、低U型循环管3b的入口相连接，经过一次换热后的冷却水再次通入高U型循环管3a、低U型循环管3b，与高温烟气形成二次换热后排入出水集箱7b，再经出水口10排出。冷却水二次换热，保证了高效的换热效率和装置运行的经济性，同时，本发明所有管式结构均采用可承压圆管，可以在高压条件下安全运行，结构简单，制造方便，适用于批量生产，且可以在多种工作环境下运行。

[0031] 本发明具体运行方式为：

[0032] 在混合气体进入燃气装置前首先将冷却水通入进水集箱7a，当冷却水经出水口10均匀排出后，再将混合气体燃料通入防回火进气微通道6a和二次强化防回火进气微通道6b，最后在平直翅片2的端面点火燃烧。在具体的运行过程中根据使用需求灵活调节冷却水的流量，进而可以调节预混火焰的燃烧温度。

[0033] 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，如变换高、低U型循环管布置方式、变换平直翅片结构如改为波纹翅片、方形燃烧器改为圆形燃烧器等均落入本发明权利要求书的保护范围之内。