一种单回程WNS结构锅炉的制作方法

本发明涉及燃烧和热能转换设备技术领域，具体涉及一种单回程wns结构锅炉。

背景技术：

随着经济和现代科学技术的发展，燃气锅炉由于其燃烧效率高，方便运输，运行操作简单，并且满足可持续发展和环境保护的要求，成为了锅炉燃烧原料的首选，而wns型锅炉作为燃气锅炉的一种，则又以其结构紧凑、体积较小、自动化程度高、利于安装、运行安全可靠等优点，为大多数燃气锅炉所采用，发展趋势良好，市场需求量高。

市场上现有的wns燃气锅炉多采用三回程式结构，使用高速直流燃烧器，增加了回燃室、前烟箱等高温活动部件，但是，这种结构存在一定的问题，如：燃烧器气体速度高，造成燃烧器阻力大；燃烧器火焰细长，火焰高温区集中，会产生较多nox污染物；转向烟室结构比较复杂，制造工艺繁琐，则相对制造成本较高，且高温转向活动部件容易产生烟气泄露等问题，存在较大的安全隐患；为了满足吸热量，需要受热面更大，因为三回程式结构中有两回程烟管且较长，导致锅炉阻力大，需要消耗更多能量。

鉴于此，克服现有技术所存在的缺陷是本技术领域亟待解决的问题。

技术实现要素：

本发明实施例要解决的技术问题是：

现有的三回程式wns燃气锅炉燃烧器的火焰中心温度高，污染物nox排放增加，烟气回程较多，烟管部件较长，导致系统阻力大，高温活动部件容易烟气泄露的问题，存在较大的安全隐患；

另一方面，本发明提出的单回程wns结构锅炉还可以用于解决现有三回程式wns燃气锅炉中存在的：零部件较多，结构复杂，制造工艺繁琐，相对制造成本较高等问题。

本发明实施例是通过如下技术方案达到上述目的的：

一种单回程wns结构锅炉，包括：控制柜、燃烧器、锅壳、波形炉膛、烟管组、进水口、热水或蒸汽出口、节能器和烟气出口，其中，进水口、热水或蒸汽出口和烟气出口设置在锅壳表面。控制柜控制整个锅炉运行，所述的燃烧器、波形炉膛和烟管组为同轴依次连接，燃烧器顶部的烧头周围布置有火嘴；燃烧器包括风机、安装管体、一次风道、二次风道、调节阀、一次风叶片、二次风喷嘴、燃气喷嘴、烧头、燃气进口；所述的风机设置在安装管体的一端，一次风道和二次风道内分别设置有调节阀，通过控制调节阀把风量分配到一次风道和二次风道。燃气进口设置在安装管体的中段表面，燃气进口通过输送管道与燃气喷嘴连接；烧头设置在安装管体的另一端。所述的波形炉膛和烟管组安装在锅壳内构成单回程结构；对应烟气路径，所述波形炉膛作为烟气进口，在锅壳尾部的顶端设置有烟气出口，在烟气出口与烟管组之间设置有节能器。

进一步的，燃烧器为旋流燃烧器，安装管体内由中心向外圈依次布置有一次风道、燃气管道和二次风道；一次风口设置为旋流叶片式，燃气管道口和二次风口设置为喷嘴式。一次风叶片、燃气喷嘴和二次风喷嘴组成烧头。一次风和二次风的流速范围为20～30m/s，燃气的流速范围为50～60m/s。

进一步的，烧头周围的火嘴采用水冷型火嘴，水冷型火嘴为椭圆结构，所述的水冷型火嘴两端分别与锅壳和波形炉膛焊接。该结构可保证旋流火焰的形状，并吸收火焰燃烧产生的热量，降低燃烧温度，防止炉体外壁温度过高。

进一步的，所述的烟管组为多根螺纹烟管组成，螺纹烟管的管壁上螺旋压制有1～3mm深的凹槽；螺纹烟管在锅壳的截面上，以波形炉膛的中轴为中心向四周密集分布，螺纹烟管可为正三角形等距排列或以波形炉膛中心线为圆心等弧长排列。

进一步的，所述的节能器由联箱与带螺旋肋片的蛇形管组成，蛇形管为将螺旋肋片螺旋缠绕焊接在蛇形管体上制成；所述的蛇形管并列或错列排列在联箱上。

本发明实施例的有益效果是：

1、本发明提供的一种单回程wns结构锅炉，采用一体化结构旋流燃烧器，通过调节一次风和二次风的风量和风压，从而控制火焰尺寸，防止火焰接触波形炉膛内壁，烧坏波形炉膛。本燃烧器燃气流速高且空气流速低，可利用流速差和空气旋流，使燃气和空气的接触边界大幅度增加，提高空气和燃气混合速度，保证燃气与空气的完全混合，并在波形炉膛内混合均匀并充分燃烧；燃烧器这种分级的燃烧方式，使高温区温度和氧浓度有所下降，减少了nox的生成量。

2、本发明的燃烧器具有中心回流的特点，使波形炉膛尾部的高温烟气能够回流到烧头处，加强烟气与燃气、空气在烧头处混合，提高了此处的温度，改善了燃料的着火条件，使本锅炉能燃烧不同种类燃料，又能够稳定火焰，避免回火和脱火。

3、本发明的燃烧气流速度低，锅炉单回程结构，减小了系统运行阻力，进一步减小了运行时的电能消耗，为燃气锅炉的技术发展提供了积极的意义。

4、本发明的水冷型火嘴可降低燃烧火焰温度，稳定旋流火焰，促进燃烧和降低污染物nox生成。

5、本发明区别于市场现有的三回程结构，省去了前烟箱、回燃室、三回程烟管等部件，简化为单回程结构，减少了钢材的消耗。节能器由市场上的外部安装，改为在锅壳内安装，使得锅炉的结构更为紧凑，缩小了体积，一体化出厂，方便安装和运输。

上述说明仅仅是本发明技术方案的概述，为了能更清楚了解本发明实施例的技术手段，并可依照说明书的内容进行具体实施，以下本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后，本发明的具体实施方式将由以下实施例及其附图详细给出。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为一种单回程wns结构锅炉的结构示意图；

图2为一种单回程wns结构锅炉的燃烧器结构主视图；

图3为一种单回程wns结构锅炉的燃烧器结构侧视图；

图4为一种单回程wns结构锅炉的节能器主视图；

图5为一种单回程wns结构锅炉的节能器结构侧视图；

图6为一种单回程wns结构锅炉的覆盖耐火混凝土的水冷型火嘴结构示意图；

在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：1、锅壳；2、控制柜；3、波形炉膛；4、燃烧器；5、烟管组；6、进水口；7、热水或蒸汽出口；8、节能器；9、烟气出口；10、风机；11、安装管体；12、一次风道；13、二次风道；14、调节阀；15、燃气喷嘴；16、烧头；17、旋流叶片；18、喷嘴；19、燃气进口；20、螺旋肋片；21、蛇形管；22、联箱；23、水冷型火嘴；24、耐火混凝土覆盖层。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

实施例1：

如图1所示，本发明实施例1提供了一种单回程wns结构锅炉，包括：控制柜2、燃烧器4、锅壳1、波形炉膛3、烟管组5、进水口6、热水或蒸汽出口7、节能器8和烟气出口9，其中，进水口6、热水或蒸汽出口7和烟气出口9设置在锅壳1表面。控制柜2控制整个锅炉运行，该锅炉可立式布置或卧式布置。燃烧器4、波形炉膛3和烟管组5依次连接；其中，燃烧器4、波形炉膛3和烟管组5三者依次同轴连接；燃烧器4可为单段火燃烧器、双段火燃烧器、比例调节燃烧器等，此处优选为旋流燃烧器。

如图2～3所，该燃烧器4包括：风机10、安装管体11、一次风道12、二次风道13、调节阀14、燃气喷嘴15、烧头16、燃气进口19；所述的风机10设置在安装管体11的一端，一次风道12和二次风道13内分别设置有调节阀14，安装管体11内由中心向外圈依次布置有一次风道12、燃气管道和二次风道13；如图3所示，一次风道12的出口设置为旋流叶片17式，燃气管道口和二次风道13出口设置为喷嘴18式。控制柜2通过控制调节阀14把风量分配到一次风道12和二次风道13，使得火焰形状可通过改变风量和风压进行调节。助燃风分为一次风和二次风，由不同管路进入波形炉膛3，一次风为旋流，控制火焰直径；二次风为直流，控制火焰长度。燃气进口19设置在安装管体11的中段表面，燃气进口19通过输送管道与燃气喷嘴15连接；所述的烧头16设置在安装管体11的另一端。

如图1所示，波形炉膛3和烟管组5安装在锅壳1内构成单回程结构；波形炉膛3通过管板与烟管组5焊接，烟管组5为多根烟管组成，烟管在锅壳1的截面上，以波形炉膛3的中轴为中心向四周密集分布，烟管之间为正三角形等距排列或以波形炉膛3中心线为圆心等弧长排列，以增加热交换面积。波形炉膛3可吸收因为燃烧受热而产生的膨胀，防止因为热应力而导致破裂。对应烟气路径，所述波形炉膛3作为烟气进口，在锅壳1尾部的顶端设置有烟气出口9，在烟气出口9与烟管组5之间设置有节能器8。

烟管可为螺纹烟管，内翅片烟管等，此处烟管组5优选由多根螺纹烟管组成，螺纹烟管的管壁上螺旋压制有1～3mm的深的凹槽，通常优选为2mm。这样的凹槽结构设置可以破除传热流动边界层，加强烟气侧扰动，增大热交换面积，传热系数增加，增大传热效率。该锅炉工作时燃烧器4内空气流速小于燃气流速，燃气的流速范围为50～60m/s，一次风和二次风的流速范围为20～30m/s，凹槽与烟管布置方式的组合，使得在烟管长度减少的情况下，不仅保持合理的烟气流速，又有充足的换热面积。

如图4、5所示，节能器8由联箱22与带螺旋肋片20的蛇形管21组成；蛇形管21为将螺旋肋片20螺旋缠绕焊接在蛇形管21体上制成；以4～5倍的扩展受热面积布置螺旋肋片20，所述的蛇形管21并列或错列缠绕安装在联箱22上。

如图6所示，所述的烧头周围设置有水冷型火嘴23，水冷型火嘴23为椭圆结构，所述的水冷型火嘴23两端分别与锅壳和波形炉膛焊接。火嘴用于保持一定高温，辐射热量，促进点火，组织火焰形状，促进燃料燃烧。但是在燃料为高热值燃料时，烧头16处温度迅速升高，过高的温度的火焰容易损坏靠近燃烧器4处的波形炉膛3壁和前墙，损坏锅炉。所述的水冷型火嘴23可降低此处烧头16温度，使得在保证烧头16着火条件的前提下，降低温度，保护波形炉膛3壁和前墙。

下面基于该锅炉的其中一种结构组合，对其工作过程进行详细说明。工作时，控制柜2向锅炉下达工作指令，燃气由燃气进口19进入燃气喷嘴15，空气作为助燃风分别由一次风道12和二次风道13进入，分别调节一次风道12和二次风道13内的调节阀14，控制一次风与二次风的风量和风压，从而调节烧头16上火焰的长度与直径，使得火焰尺寸适应波形炉膛3的尺寸，充满炉膛3。将助燃空气的流速控制在20-30m/s，燃气的流速范围控制在50～60m/s，并且一次风比例小于二次风比例，可以达到提高燃烧效率的目的；燃气流速高于空气流速，即可利用流速差和空气旋流，提高空气和燃气混合速度，保证燃气与空气的完全混合燃烧。这种分级的燃烧方式，使燃气和空气的接触边界增加，高温区温度和氧浓度有所下降，减少了降低污染物nox排放量，也避免了脱火和回火的情况发生。

进一步地，由于燃气的流速快，燃气喷嘴15处气压减小，该旋流燃烧器4会产生中心回流，波形炉膛3尾部的高温烟气回流到烧头16处，加强了烟气与燃气、空气在烧头16处混合，加上火嘴提供的保温效果，提高了此处的温度，改善了烧头16的着火条件，使得该锅炉可适用于更大范围热值的燃料燃烧，如：属于低热值的高炉煤气，炭黑煤气等，属于高热值的天燃气、焦炉煤气等。燃气经过充分燃烧产生的烟气，从波形炉膛3进入烟管组5，高温烟气及时与水进行热交换，高温烟气通过烟管后进入节能器8，节能器8上设置的带螺旋肋片20蛇形管21结构可以扩展传热的面积，进一步降低烟气温度，使烟气产生冷凝，回收更多的热量。烟气通过节能器8后从烟气出口9流出，热水或蒸汽出口7处即可得到热水或蒸汽。

实施例2:

在实施例1的基础上，基于上述的结构，烧头16周围设置有水冷型火嘴23，用于保持一定高温，辐射热量，促进点火；在燃料为高热值燃料时，烧头16处温度迅速升高，可降低烧头处温度，保护波形炉膛3壁和前墙不被高温损坏。但是在进行使用率较低的低热值燃料燃烧时，水冷型火嘴23的降温功能对其燃烧造成了阻碍，针对上述情况，如图6所示，可在水冷型火嘴23上设置耐火混凝土覆盖层24。当燃气在烧头16处燃烧时，在耐火混凝土覆盖层24的保护下，保持烧头16处高温，辐射热量，促进燃料燃烧。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。