CN107388221A - 一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及锅炉领域，尤其涉及一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉。其技术方案：一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，包括烟箱，烟箱上设置有蒸汽出口；所述烟箱内安装有波纹炉胆，波纹炉胆的一端连接有燃烧机，燃烧机设置于烟箱的外部；波纹炉胆的另一端依次连接有螺纹烟管和节能器，螺纹烟管设置于烟箱内，节能器设置于烟箱的外部，波纹炉胆的直径为1.05～1.3m之间。本发明提供了一种热效率高、氮氧化物排放量低的冷凝卧式蒸汽锅炉。
Description
技术领域
本发明涉及锅炉领域，尤其涉及一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉。
背景技术
为了适应国民经济的可持续发展和环境保护的要求，煤炭型燃料已逐步改变为油、气型燃料。油、气型燃料易于输送和使用，在保证良好的燃烧条件下，基本上不产生环境污染，发热值高，这使得燃油、燃气锅炉实现运行自动化、高效率。近年来，由于燃油燃气锅炉体型小、自动化程度高、安装方便，并在各种热媒下都可以得到十分方便而灵活的应用，燃油燃气锅炉得到了广泛的发展和应用。
常规的WNS卧式三回程燃油气蒸汽锅炉由波纹炉胆-二回程烟管-三回程烟管和节能器串联组成。工程实践中发现，常规的锅炉有二方面的明显缺点:1、锅炉热效率低，在90％-92％；2、锅炉的氮氧化物排放150-200mg/Nm3，由于氮氧化物排放量大，大部分地区已经严禁销售该型锅炉。
专利申请号为CN201520065311.6的实用新型专利公布了一种冷凝卧式蒸汽锅炉，包括燃油燃烧器，锅炉本体，保温层及壳体，管道阀门仪表，省煤器，冷凝器，烟风道，锅炉本体设于地基上，燃油燃烧器与锅炉本体直接相连，在锅炉本体外设有一层保温层，省煤器和冷凝器通过管道与锅炉本体外壳相连，省煤器和冷凝器通过管道阀门控制，经省煤器排出的气体通过冷凝器作用后经烟风道排入空气中。本新型由于在锅炉的壳体上设有省煤器，当燃油燃烧器燃烧时，排出的烟气能够利用烟气余热加热给水，起到吸收余热，降低排烟热损失，并提高给水温度的作用；本新型冷凝器与省煤器相连，冷凝器能够将燃气锅炉中的排烟温度冷却到40-80℃，能对省煤器排出的气体进行调节，能使锅炉的工作效率得到显著提高。
上述蒸汽锅炉的冷凝器能提高热能利用，提高燃烧热效率。但因为燃烧最高温度区域并未有效控制，烟气中热力型NOx大量产生，其中热力型NOx是空气中氮在高温(1400℃以上)下氧化产生。这造成氮氧化物的排放量高，造成空气污染。常规的WNS卧式三回程燃油气蒸汽锅炉的波纹炉胆内烟气温度达到1500℃左右，因而，造成NOx大量产生，其NOx的排放量达到50-200mg/Nm3。
发明内容
本发明克服了现有技术的不足，提供一种热效率高且氮氧化物排放量低的冷凝卧式蒸汽锅炉。
为解决上述的技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，包括烟箱，烟箱上设置有蒸汽出口；所述烟箱内安装有波纹炉胆，波纹炉胆的一端连接有燃烧机，燃烧机设置于烟箱的外部；波纹炉胆的另一端依次连接有螺纹烟管和节能器，螺纹烟管设置于烟箱内，节能器设置于烟箱的外部，波纹炉胆的直径为1.05～1.3m之间。
作为本发明的优选方案，所述节能器的另一端还依次连接有连接管和冷凝器，冷凝器与烟箱通过管道连通。
作为本发明的优选方案，所述连接管与燃烧机之间连接有烟气回流管。烟气回流管将从节能器排出的烟气重新送入燃烧机内进行燃烧，这部分烟气占到燃烧机总进气量的12％
作为本发明的优选方案，所述燃烧机为超低氮燃烧器。超低氮燃烧机能减少氮氧化物的生成，从而相应减少氮氧化物的排放。
作为本发明的优选方案，所述燃烧机内分别设置有一级燃烧区和二级燃烧区，二级燃烧区位于一级燃烧区上方；一级燃烧区和二级燃烧区分别连接有进气管，烟气回流管与一级燃烧区上的进气管连通。将燃料按比例分配在一级燃烧区和二级燃烧区，并将所需的进气量按比例通入一级燃烧区和二级燃烧区的进气量。控制一级燃烧区内过量空气系数α＞1，一级燃烧区内过量空气系数α＜1。
作为本发明的优选方案，所述冷凝器为ND钢螺旋鳍片管冷凝器。ND钢材料制成的泠凝器减少烟气中酸性气体对烟囱的腐蚀。
作为本发明的优选方案，所述螺纹烟管的形状为螺旋形，使得螺纹烟管与烟箱内的水进行充分换热，有效提高热效率。
作为本发明的优选方案，所述波纹炉胆的直径为1.1m。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明的波纹炉胆的直径由原来的1m增大到1.05～1.3m，波纹炉胆与烟箱中的水充分换热，不仅提高了热效率，还使得波纹炉胆内的烟气最高温度由1500℃降低到1200℃～1300℃之间。炉内最高温度降低到1400℃以下时，热力型NOx大幅度减少，总NOx的排放量可大幅度降低，使得NOx排放量由原来的50-200mg/Nm3降低到30mg/Nm3以下，具有意想不到的效果。
2、本发明的冷凝器能吸收锅炉烟气中的汽化潜能，其热量被有效利用，用于烟箱中蒸汽的生成，提高了热效率。通过将节能器出口的烟气温度从120℃降低到80℃，使得锅炉热效率从原来的90％-92％提高到97％-99％。烟气温度降低后，烟气中NOx部分溶解，进一步减少了NOx的排放。
3、节能器出口的烟气含有较多热量，通过烟气回流管将烟气重新导入燃烧机，提高了热效率。在总进气量的12％为烟气时，相当于温度较高的混合气体进气，降低了燃烧温度，减少热力型NOx的生成。通气混合气体时，也相应降低了氧气浓度，进一步降低了NOx的排放浓度。
4、超低氮燃烧机能减少氮氧化物的生成，从而相应减少氮氧化物的排放。
5、在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时，会发生NO的还原反应，重新还原为N2。利用这一原理，将主要燃料送入一级燃烧区，并将烟气回流管回收的烟气和一级燃烧区上进气管通入一级燃烧区欧，在α>1条件下，燃烧并生成NOx。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料，其余15～20％的燃料送入二级燃烧区。一级燃烧区形成的烟气和二级燃烧区上进气管的补充进气通入二级燃烧区，在α<1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NOX在二级燃烧区内被还原成氮分子。在二次燃烧区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放浓度进一步降低。综合采用在采用燃料分级、空气分级、烟气循环，不仅使得燃料充分燃烧，还有效地降低了NOx排放，可将烟气中NOx的排放量控制在15mg/Nm3以下。
6、增加冷凝器后，排烟中含有一些酸性水雾，而ND钢材质的冷凝器能有效减少烟囱的腐蚀。
7、螺旋形的螺纹烟管使得螺纹烟管与烟箱内的水的接触面积增大，有效提高了换热效率，相应高热效率。从螺纹烟管流出的烟气的温度降低后，烟气进入冷凝器的温度进一步降低，从而，进一步增加了NOx的溶解，降低NOx的排放。
8、波纹炉胆的直径为1.1m为最佳选择，当波纹炉胆的直径进一步增大时，对降低波纹炉胆内温度的效果逐渐降低。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是燃烧机的结构示意图。
图中，1-烟箱，2-波纹炉胆，3-燃烧机，4-螺纹烟管，5-节能器，6-连接管，7-冷凝器，8-烟气回流管，11-蒸汽出口，31-进气管。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明作详细的说明。
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用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例一
如图1所示，本发明包括烟箱1，烟箱1上设置有蒸汽出口11；其特征在于，所述烟箱1内安装有波纹炉胆2，波纹炉胆2的一端连接有燃烧机3，燃烧机3设置于烟箱1的外部；波纹炉胆2的另一端依次连接有螺纹烟管4和节能器5，螺纹烟管4设置于烟箱1内，节能器5设置于烟箱1的外部，波纹炉胆2的直径为1.05～1.3m之间。
本发明的波纹炉胆2的直径由原来的1m增大到1.05～1.3m，波纹炉胆2与烟箱1中的水充分换热，不仅提高了热效率，还使得波纹炉胆2内的烟气最高温度由1500℃降低到1200℃～1300℃之间。炉内最高温度降低到1400℃以下时，热力型NOx大幅度减少，总NOx的排放量可大幅度降低，使得NOx排放量由原来的50-200mg/Nm3降低到30mg/Nm3以下，具有意想不到的效果。
实施例二
如图1所示，在实施例一的基础上，所述节能器的另一端还依次连接有连接管6和冷凝器7，冷凝器7与烟箱1通过管道连通。
本发明的冷凝器7能吸收锅炉烟气中的汽化潜能，其热量被有效利用，用于烟箱1中蒸汽的生成，提高了热效率。通过将节能器5出口的烟气温度从120℃降低到80℃，使得锅炉热效率从原来的90％-92％提高到97％-99％。烟气温度降低后，烟气中NOx部分溶解，进一步减少了NOx的排放。
实施例三
如图1和图2所示，在实施例一或实施例二的基础上，所述连接管6与燃烧机3之间连接有烟气回流管8。
节能器5出口的烟气含有较多热量，通过烟气回流管8将烟气重新导入燃烧机3，提高了热效率。在总进气量的12％为烟气时，相当于温度较高的混合气体进气，降低了燃烧温度，减少热力型NOx的生成。通气混合气体时，也相应降低了氧气浓度，进一步降低了NOx的排放浓度。
实施例四
在上述任意一项实施例的基础上，所述燃烧机3为超低氮燃烧器。超低氮燃烧机能减少氮氧化物的生成，从而相应减少氮氧化物的排放。
实施例五
如图2所示，在上述任意一项实施例的基础上，所述燃烧机3内分别设置有一级燃烧区和二级燃烧区，二级燃烧区位于一级燃烧区上方；一级燃烧区和二级燃烧区分别连接有进气管31，烟气回流管8与一级燃烧区上的进气管31连通；一级燃烧区内过量空气系数α＞1，一级燃烧区内过量空气系数α＜1。
在燃烧中已生成的NO遇到烃根CHi和未完全燃烧产物CO、H2、C和CnHm时，会发生NO的还原反应，重新还原为N2。利用这一原理，将主要燃料送入一级燃烧区，并将烟气回流管回收的烟气和一级燃烧区上进气管通入一级燃烧区欧，在α>1条件下，燃烧并生成NOx。送入一级燃烧区的燃料称为一次燃料，其余15～20％的燃料送入二级燃烧区。一级燃烧区形成的烟气和二级燃烧区上进气管的补充进气通入二级燃烧区，在α<1的条件下形成很强的还原性气氛，使得在一级燃烧区中生成的NOX在二级燃烧区内被还原成氮分子。在二次燃烧区中不仅使得已生成的NOx得到还原，还抑制了新的NOx的生成，可使NOx的排放浓度进一步降低。综合采用在采用燃料分级、空气分级、烟气循环，不仅使得燃料充分燃烧，还有效地降低了NOx排放，可将烟气中NOx的排放量控制在15mg/Nm3以下。
实施例六
在上述任意一项实施例的基础上，所述冷凝器7为ND钢螺旋鳍片管冷凝器。增加冷凝器7后，排烟中含有一些酸性水雾，而ND钢材质的冷凝器7能有效减少烟囱的腐蚀。
实施例七
在上述任意一项实施例的基础上，所述螺纹烟管4的形状为螺旋形。螺旋形的螺纹烟管4使得螺纹烟管4与烟箱1内的水的接触面积增大，有效提高了换热效率，相应高热效率。从螺纹烟管4流出的烟气的温度降低后，烟气进入冷凝器7的温度进一步降低，从而，进一步增加了NOx的溶解，降低NOx的排放。
实施例八
在上述任意一项实施例的基础上，所述波纹炉胆2的直径为1.1m。波纹炉胆2的直径为1.1m时为最佳选择，当波纹炉胆2的直径进一步增大时，对降低波纹炉胆2内温度的效果逐渐降低。
Claims (8)
1.一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，包括烟箱(1)，烟箱(1)上设置有蒸汽出口(11)；其特征在于，所述烟箱(1)内安装有波纹炉胆(2)，波纹炉胆(2)的一端连接有燃烧机(3)，燃烧机(3)设置于烟箱(1)的外部；波纹炉胆(2)的另一端依次连接有螺纹烟管(4)和节能器(5)，螺纹烟管(4)设置于烟箱(1)内，节能器(5)设置于烟箱(1)的外部，波纹炉胆(2)的直径为1.05～1.3m之间。
2.根据权利要求1所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，其特征在于，所述节能器的另一端还依次连接有连接管(6)和冷凝器(7)，冷凝器(7)与烟箱(1)通过管道连通。
3.根据权利要求2所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，其特征在于，所述连接管(6)与燃烧机(3)之间连接有烟气回流管(8)。
4.根据权利要求3所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，其特征在于，所述燃烧机(3)为超低氮燃烧器。
5.根据权利要求4所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，其特征在于，所述燃烧机(3)内分别设置有一级燃烧区和二级燃烧区，二级燃烧区位于一级燃烧区上方；一级燃烧区和二级燃烧区分别连接有进气管(31)，烟气回流管(8)与一级燃烧区上的进气管(31)连通；一级燃烧区内过量空气系数α＞1，一级燃烧区内过量空气系数α＜1。
6.根据权利要求2所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，其特征在于，所述冷凝器(7)为ND钢螺旋鳍片管冷凝器。
7.根据权利要求1所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，其特征在于，所述螺纹烟管(4)的形状为螺旋形。
8.根据权利要求1～7任意一项所述的一种四回程超低氮冷凝卧式蒸汽锅炉，其特征在于，所述波纹炉胆(2)的直径为1.1m。
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