全预混水冷燃烧低氮冷凝不锈钢热水锅炉的制作方法

本申请涉及一种全预混水冷燃烧低氮冷凝不锈钢热水锅炉，用于需要用热水作为向外换热媒介的场合，如采暖供热、供生活热水等。

背景技术：

国内常用热水锅炉技术主要有以下几种：

1.传统烟管式锅壳锅炉，使用广泛，但是热效率不高；采用传统枪式燃烧器，nox排放高；锅炉体积大，占地面积大；锅炉需要较厚的保温层，而很多厂家采用有毒性的保温材料，不环保；尾部受热面采用碳钢或nd钢，防腐蚀性能较差。

2.铸铝式冷凝热水锅炉，与传统锅炉相比，其采用金属纤维表面燃烧器，nox排放低，锅炉热效率高；但是火焰稳定性较差，易回火；同时环境适应性差，空气或燃气中的杂质易堵塞表面纤维孔，需人工定期清理，否则容易烧坏燃烧头；锅炉本体主要材质为铸铝，由于国内制造工艺的局限性，铸铝本身的缺陷率较高；水道和烟道内的突起结构易损坏；水质较差时，水道容易堵塞。

技术实现要素：

针对现有技术的上述不足，本申请解决的技术问题是提供一种全预混水冷燃烧低氮冷凝不锈钢热水锅炉，该热水锅炉节能环保，占地面积小，同时不回火，安全性稳定性高，环境适应性强。

本申请解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种全预混水冷燃烧低氮冷凝不锈钢热水锅炉，包括水冷燃烧器、光管、一级换热器、二级冷凝换热器、水室、本体框架、烟气收集器，水冷燃烧器、光管、一级换热器、二级冷凝换热器、水室、烟气收集器均安装在本体框架上，其结构特点在于：所述光管以及水冷燃烧器、一级换热器、二级冷凝换热器中的换热元件（包括燃烧器螺旋翅片管、一级换热器螺旋翅片管，二级冷凝换热器螺旋翅片管）均采用不锈钢制成，所述水冷燃烧器、一级换热器之间空间构成低温炉膛，所述水冷燃烧器、光管、一级换热器、二级冷凝换热器依次通过水室连通，所述水冷燃烧器、低温炉膛、一级换热器、二级冷凝换热器、烟气收集器由上而下依次布置，从而烟气为由上而下流动，冷水按顺序依次流经所述二级冷凝换热器、一级换热器、低温炉膛、水冷燃烧器，从而水侧为由下而上流动。

所述水冷燃烧器包括燃烧器螺旋翅片管、分配板、导流板、进气口，燃烧器螺旋翅片管的翅片折边成多边形，燃烧器螺旋翅片管之间布置导流板，燃烧器螺旋翅片管上部布置有分配板，分配板上开有小孔。小孔的孔径范围为φ3~φ10，小孔太小时空气或燃气中的杂质易堵塞小孔，小孔太大时会造成气流分布不均匀。通过小孔的混合气的流速应大于火焰的最大传播速度，并留有一定的安全余量，本例中安全系数取为1.2。例如燃气为氢气时，其火焰最大传播速度为2.67m/s，则小孔内混合气的流速可取3.2m/s以上；如燃气为甲烷时，其火焰最大传播速度为0.37m/s，则小孔内混合气的流速可取0.45m/s以上。燃烧器螺旋翅片管翅片之间的节距为3~10mm。

所述水冷燃烧器两侧布置有冷却水道，所述冷却水道上设置有点火装置，冷却水道两端与水室连通。

所述点火装置包括点火器、火焰检测器、观火孔，点火装置与低温炉膛连通并为现有技术，可左右互换。

所述导流板为t字型结构，有利于混合气流通，也可采用其它形状的结构。

本申请所述水室包括前水室和后水室，水室由不锈钢板焊接而成，所述水室内有隔板，本例中通过隔板把被加热的水流限定为s形四次横穿全预混水冷燃烧低氮冷凝不锈钢热水锅炉。

所述低温炉膛中部设置两层错列的光管。

所述水冷燃烧器、一级换热器和二级冷凝换热器的换热元件均采用相同的激光焊不锈钢螺旋翅片管，水冷燃烧器、一级换热器、二级冷凝换热器中上下层之间的激光焊不锈钢螺旋翅片管排列方式为错列，激光焊不锈钢螺旋翅片管的翅片之间的节距为3~10mm，基管的管径在φ18~φ42。

所述一级换热器、二级冷凝换热器、光管两侧均设置有冷却水道。

和现有技术相比，本申请具有以下优点：

1、烟气由上而下，水流由下而上，逆流布置，传热温压最大化，所需换热面积减少，换热设备体积减小。

2、水冷燃烧器中的分配板上开有小孔，通过小孔的混合气的流速远远大于火焰的燃烧速度，防止回火。

3、水冷燃烧器中的燃烧器螺旋翅片管为折边结构，每两个翅片之间混合气的流速远远大于火焰的燃烧速度，同时配合管子与管子之间的导流板，使气流最大程度地被管子冷却，使高温烟气降到着火点以下，防止回火。

4、混合气在并列的燃烧器螺旋翅片管组表面燃烧，形成上万个小火焰，为分散火焰，火焰温度低，；同时产生的部分热量迅速被燃烧器螺旋翅片管内的冷却水吸收；另外低温炉膛中部布置的两层光管也迅速地吸收部分热量；经过上述三个措施，炉膛区域整体温度水平较低，实测低温炉膛温度在900~1100℃之间。锅炉燃烧产生的nox主要是热力型nox，而热力型nox的生成和温度关系很大，随着反应温度t的升高，其反应速率按指数规律增加。当t<1300℃时nox的生成量不大，而当t>1300℃时t每增加100℃，反应速率增大6-7倍。因此炉膛温度处在900~1100℃之间，可以有效的抑制热力型nox的生成，降低nox的排放，实测nox排放低于30mg/m³，而普通锅炉的nox排放一般为150mg/m³以上。

5、分配板上的开孔直径（φ3~φ10）和燃烧器螺旋翅片管翅片之间的节距（3~10mm）远远大于金属纤维表面燃烧器上的网孔直径（其直径一般小于0.5mm），燃气或空气中的杂质不会堵塞，因此环境适应性非常强。

6、一级换热器和二级冷凝换热器换热元件均采用激光焊不锈钢螺旋翅片管，激光焊不锈钢螺旋翅片管的翅片和基管熔合程度好，焊缝熔合率100%，换热效果为普通高频电阻焊螺旋翅片管的1.5倍以上，因此整体设备体积较小。

7、换热元件和其他结构件均采用不锈钢制造，防腐性能好，使用寿命长。

8、螺旋翅片管基管采用大管径，同时管子或水道内部无突出结构，因此水质差时也不会堵塞。

9、锅炉前后有水室，左右有冷却水道，整体结构为水包火，设备外表面温度较低，无需覆盖保温层，降低了成本，减少了污染。

附图说明

图1是本申请实施例的前视剖面结构示意图。

图2是图1的左视剖面图。

图3是图1中i处的放大图。

图中：1-（预混气）进气口，2-缓冲室，3-分配板，4-燃烧器螺旋翅片管，5-导流板，6-侧板，7-冷却水道，8-点火装置，9-光管，10-一级换热器螺旋翅片管，11-二级冷凝换热器螺旋翅片管，12-烟气收集器，13-低温炉膛，14-出水管座，15-回水管座，16-后水室，17-前水室，18-隔板，19-管板，20-冷凝水排放口，21-基管，22-翅片。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本申请作进一步的详细说明。

参见图1至图3，本实施例中的全预混水冷燃烧低氮冷凝不锈钢热水锅炉，包括自上而下布置的水冷燃烧器、低温炉膛、一级换热器、二级冷凝换热器、烟气收集器以及水室、本体框架。

所述水冷燃烧器包括燃烧器螺旋翅片管4、分配板3、导流板5、缓冲室2、进气口1，所述燃烧器螺旋翅片管4为激光焊不锈钢螺旋翅片管，翅片折边成多边形，管子与管子之间布置导流板5，本实施例中导流板5为t字型结构，也可采用其它形状的结构，管子上部布置有分配板3，它们之间的布置关系详见图3。所述燃烧器螺旋翅片管4与管板19焊接连接。所述水冷燃烧器两侧布置有冷却水道7。所述冷却水道7上设置有点火装置8，点火装置8上有点火器、火焰检测器、观火孔，点火装置8用螺栓固定，并可左右互换。分配板3上开有小孔。小孔的孔径范围为φ3~φ10，小孔太小时空气或燃气中的杂质易堵塞小孔，小孔太大时会造成气流分布不均匀。通过小孔的混合气的流速应大于火焰的最大传播速度，并留有一定的安全余量，本例中安全系数取为1.2。例如燃气为氢气时，其火焰最大传播速度为2.67m/s，则小孔内混合气的流速可取3.2m/s以上；如燃气为甲烷时，其火焰最大传播速度为0.37m/s，则小孔内混合气的流速可取0.45m/s以上。

所述低温炉膛为燃烧器螺旋翅片管4和一级换热器螺旋翅片管10之间的空间，用于预混气充分燃烧，所述低温炉膛的中部布置有两层错列光管9。所述低温炉膛两侧布置有冷却水道7。

所述一级换热器布置在光管9下部，为三排错列布置的一级换热器螺旋翅片管10，所述一级换热器螺旋翅片管10与管板19焊接连接。所述一级换热器两侧布置有冷却水道7。

所述二级冷凝换热器布置在一级换热器下部，为三排错列布置的二级冷凝换热器螺旋翅片管11，所述二级冷凝换热器螺旋翅片管11与管板19焊接连接。所述二级冷凝换热器两侧布置有冷却水道7。

所述本体框架包括管板19和侧板6，构成一个长方形箱体，管板19和侧板6之间焊接连接。

所述水室包括前水室17和后水室16，水室由不锈钢板互相焊接而成，并焊接固定在管板19上，所述水室内有隔板18，全预混水冷燃烧低氮冷凝不锈钢热水锅炉进水口（回水管座15）依次通过二级冷凝换热器螺旋翅片管11、一级换热器螺旋翅片管10、光管9、燃烧器螺旋翅片管4与全预混水冷燃烧低氮冷凝不锈钢热水锅炉出水口（出水管座14）连通，即通过隔板18把被加热的水流限定为s形四次横穿热水锅炉（参见图2），从而加大换热接触面积，提高换热效率。所述后水室16上部设置有出水管座14，下部设置有回水管座15。

所述烟气收集器12布置在本体框架下部，采用不锈钢材质，与本体框架采用法兰连接。所述烟气收集器12为漏斗状结构，所述烟气收集器12最底部设置有冷凝水排放口20。

燃烧器螺旋翅片管4、一级换热器螺旋翅片管10、二级冷凝换热器螺旋翅片管11均采用相同的激光焊不锈钢螺旋翅片管，激光焊不锈钢螺旋翅片管的翅片22之间的节距为3~10mm，翅片22和基管21焊缝熔合率为100%，即翅片22的融合厚度与翅片22的实际厚度相等，换热效果为普通高频电阻焊螺旋翅片管的1.5倍以上，因此整体设备体积较小。

激光焊不锈钢螺旋翅片管的基管21均采用大管径，同时管子或水道内部无突出结构，因此水质差时也不会堵塞。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同，本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本申请结构所作的举例说明。凡依据本申请专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效变化或者简单变化，均包括于本申请的保护范围内。本申请所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本申请的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本申请的保护范围。