[发明专利]一种同心单管圈水冷燃烧及换热的燃气锅炉

说明书

本发明公开一种同心单管圈水冷燃烧及换热的燃气锅炉，包括同轴设置的水冷燃烧器和水冷换热器；水冷换热器同轴线设置在水冷燃烧器的外侧，水冷燃烧器的出水口连通水冷换热器的入水口；水冷燃烧器包括水冷燃烧头包括燃烧头上集箱、燃烧头水冷管束以及燃烧头下集箱，燃烧头水冷管束的两端分别连通燃烧头上集箱和燃烧头下集箱；水冷燃烧头内侧设置均流孔板，水冷燃烧头中设置燃烧头水冷管束，沿燃烧头水冷管束的表面设置有导流通道，导流通道延伸至水冷管截面最宽处；燃气和空气流至均流孔板和水冷燃烧头后点火燃烧、换热，降低燃烧温度，抑制NOx生成，烟气沿与直管换热器管束、纵向翅片和曲面导流板形成的窄间隙进行显热层流强化传热。

技术领域

本发明属于天然气安全稳定低氮燃烧、燃烧器及锅炉设计领域，具体涉及一种同心单管圈水冷燃烧及换热的燃气锅炉。

背景技术

间壁式换热器是两种不同温度的介质在相间隔的流道中流动，介质之间不会相互混合，整个过程连续而稳定，是工业中应用最为广泛的一类换热器。通过在管上加装肋片形成的管翅式换热器是最常见的一种间壁换热方式，它传热系数高、结构紧凑、使用寿命长、拆装简易，是一种安全可靠的换热器。燃气锅炉常采用两圈水冷管束作为燃烧头，内圈管束防止回火，外圈管束防止脱火；同时锅炉水冷壁为了将排烟温度降到一定范围，也采用2～3圈管束。

发明内容

为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种同心单管圈水冷燃烧及换热的燃气锅炉，流动换热均匀，换热强度大，燃烧头水冷管束与燃烧火焰直接换热，从而降低燃烧区域温度，尤其是前期燃烧反应区域的温度，从而抑制NOx的生成，节省钢材降低工艺成本。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种同心单管圈水冷燃烧及换热的燃气锅炉，包括水冷燃烧器和水冷换热器；水冷燃烧器和水冷换热器均为圆柱形，水冷换热器同轴线设置在水冷燃烧器的外侧，水冷燃烧器的出水口连通水冷换热器的入水口；

水冷燃烧器中设置水冷燃烧头，水冷燃烧头包括燃烧头上集箱、燃烧头水冷管束以及燃烧头下集箱，燃烧头水冷管束的两端分别连通燃烧头上集箱和燃烧头下集箱；

水冷燃烧头内侧设置均流孔板，水冷燃烧头中设置一圈水冷管形成燃烧头水冷管束，沿燃烧头水冷管束的表面设置有导流通道，导流通道延伸至水冷管截面最宽处，燃烧头水冷管束相邻导流通道之间设有曲面导流板。

所述导流通道的宽度从内侧向外侧逐渐减小或保持不变；导流通道的宽度为0.3-3mm。

水冷燃烧器的进气口处设置预混器，预混器包括外筒和内筒，燃气管道与内筒顶部连通，内筒同轴设置在外筒内，内筒底端封堵，外筒底部连通水冷燃烧头的顶端，内筒底部位于外筒高度的1/3～1/2处，内筒下方设置有燃气筒，燃气筒为圆环形空腔，内筒连通燃气筒，燃气筒上均匀开设多个有燃气筒喷孔。

曲面导流板整体为柱形，曲面导流板沿水冷燃烧头内侧圆周方向布置；曲面导流板的第一柱面为圆弧面，所述第一柱面紧贴均流孔板外壁；曲面导流板的第二柱面形状为圆弧面，所述第二柱面与燃烧头水冷管外壁之间以及相邻两个曲面导流板之间留设间隙，所述间隙连通形成导流通道。

水冷换热器中设置一圈换热器水冷管形成换热器水冷管束，换热器水冷管的外侧设有换热通道，换热器水冷管的内侧和外侧均设置有纵向双肋片，内侧和外侧的纵向双肋片沿着换热器水冷管束和换热器水冷管的表面分布，所述换热通道之间设置曲面换热导流板，曲面换热导流板两侧的形状与换热通道形状相同；换热通道的宽度为4-10mm；内侧纵向双肋片高度为8-12mm；外侧的纵向双肋片高度为10-100mm。

燃烧头上集箱顶部布置2～4根水管作为燃烧头进水口；然后在燃烧头下集箱外侧面沿周向布置2～4根水管作为燃烧头出水口，燃烧头出水口连通水冷换热器的入水口；或燃烧头上集箱顶部沿周向布置2根进水管和2根出水管分别作为燃烧头进水口和燃烧头出水口，燃烧头水冷管束一部分作为进水管束，其余部分作为出水管束。