一种单回程WNS结构锅炉的制作方法

本实用新型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，燃油和燃气锅炉由于其燃烧效率高，使用经济成本低，方便运输，易于使用运行操作简单，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型锅炉作为燃油、燃气锅炉的一种，则又以其结构紧凑、利于安装、运行安全等优点，为大多数燃油、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，为了传导更充分，三回程式结构中有两回程烟管且长度较长，导致锅炉阻力大，燃烧器阻力大，需要消耗更多能量；高温活动部件容易产生烟气泄露等问题，存在较大的安全隐患；直流燃烧器火焰集中，燃烧的温度高，会产生较多NOx污染物。

鉴于此，克服该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：

本实用新型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排放多，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，本实用新型提出的单回程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。

本实用新型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、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、炉膛和烟管组为同轴依次连接；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，炉膛通过管板与烟管组焊接，炉膛为波形结构，该结构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。

进一步的，所述的烟管组为多根螺纹烟管或多根内翅片烟管组成，烟管在锅壳的截面上，以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炉膛中心线为圆心等弧长排列。

本实用新型实施例的有益效果是：

1、本实用新型提供的一种单回程WNS结构锅炉，采用一体化结构旋流燃烧器，通过控制一次风和二次风的风量和风压，从而控制火焰尺寸，以适应炉膛结构，防止火焰接触炉膛内壁，烧坏炉膛。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，提高空气和燃气混合速度，保证燃气与空气的完全混合，并在炉膛内混合均匀并充分燃烧。

2、本实用新型的燃烧器具有中心回流的特点，使火焰外围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，使本锅炉可燃烧多种燃料，又能够稳定火焰，避免回火和脱火。

3、本实用新型的这种分级的燃烧方式，使燃气和空气的接触边界大幅度增加，使得高温区温度和氧浓度有所下降，减少了NOx的生成量。

4、本实用新型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，设计为单回程结构，简化了锅炉结构，减少了钢材的消耗制造难度和缩短制造时间，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，一体化整体出厂，方便安装和运输。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对本实用新型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实用新型的一些实施例，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；

其中：1、锅壳；2、控制柜；3、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。

【具体实施方式】

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

在本实用新型的描述中，术语“内”、“外”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型而不是要求本实用新型必须以特定的方位构造和操作，因此不应当理解为对本实用新型的限制。

此外，下面所描述的本实用新型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。下面就参考附图和实施例结合来详细说明本实用新型。

实施例1:

如图1～3所示，本实用新型实施例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、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，其特征在于：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。

如图1～2所示，燃烧器4、炉膛3和烟管组5依次连接；其中，燃烧器4、炉膛3和烟管组5三者连接方式优选的采用同轴方式；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，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内分别设置有自动调节阀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。

如图2所示，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，炉膛3和烟管组5安装在锅壳1内构成单回程结构；炉膛3和烟管组5安装在锅壳1内；烟管组5为多根烟管组成，烟管在锅壳1的截面上，以炉膛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炉膛3中心线为圆心等弧长排列，增加热交换面积。

对应烟气路径，所述炉膛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。其中，炉膛3通过管板与烟管组5焊接，优选的，炉膛3为波形结构，该结构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。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，螺纹烟管的管壁上通常螺旋压制有2mm的凹槽，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，燃气的流速范围控制在50～60m/s，一次风和二次风的流速范围控制为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1和图2所示，基于该锅炉的其中一种结构组合，对其工作过程进行说明。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，并且一次风比例小于二次风比例，可以达到提高燃烧效率，燃气流速高于空气流速，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，该旋流燃烧器4会产生中心回流，使炉膛3周围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，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，从炉膛3进入烟管组5，烟管可布置为越靠近炉膛3中轴线越密集，则可以更快更多的从炉膛3中导出高温烟气，及时与水进行热交换，高温烟气通过烟管后进入节能器8，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:

在以上实施例1的基础上，在要求超低NOx排放时，如要求NOx排放量小于30mg/Nm³，上述结构满足不了排放要求，可基于上述锅炉结构增加烟气再循环装置，将烟气再次输入炉膛3燃烧，以减少NOx排放。

具体的，烟气出口9与风机10之间，锅壳1外设置烟气再循环装置，烟气再循环装置包括混风器、风阀、调控阀和连接管，连接管将风机10和烟气出口9相连，调控阀设置在调控管中段，通过调节调控阀的开度从而控制循环的烟气量。所述的混风器与风机10的空气进口连接，风阀控制混风器的开启与关闭。当锅炉工作时，高温烟气经过节能器8冷凝后，由烟气出口9处进入连接管，混风器将烟气与空气混合再次输入炉膛3进行燃烧，从而减少了NOx的排放量，使得锅炉尾部烟气更加符合环保要求。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。