具有复合水冷炉膛的燃气燃油锅炉的制作方法

本发明涉及一种锅炉，尤其涉及具有复合水冷炉膛的燃气燃油锅炉。

背景技术：

长期以来，我国一直以煤作为主要能源，燃煤锅炉大量使用，形成了煤烟型大气污染，尤其是近年来多地发生的雾霾天气，进一步促使我国的能源政策和能源结构尽快转型。目前我国的燃煤工业及生活用锅炉的使用量巨大，是我国雾霾天气重要的污染源，因此我国的一些大、中城市近期制定了把工业或生活燃煤锅炉改为燃油或燃天然气的锅炉政策，这样不仅可以解决锅炉燃煤和环境之间的突出矛盾，而且在西气东输的背景下，政策上也是可操作的，目前及相当一段时间内锅炉“煤改油”或“煤改气”的政策会保持延续性。

目前在燃油和燃天然气锅炉中，工业及生活锅炉使用的szs燃油燃天然气锅炉数量巨大，主要是因为其结构简单，自动化程度高，生产和安装的周期短，尤其是中小型锅炉的适应性强，因此深得用户的青睐，市场上的占有率越来越大。随着国家及地方政府对燃烧煤的锅炉限制范围及吨位越来越大，szs型锅炉迎来了大发展期，这种锅炉的典型结构主要包括两个部分，锅炉一侧是偏置的炉膛，炉膛端部布置燃烧器，炉膛作为提供燃料燃烧的空间，炉膛四周布置水冷膜式壁受热面，这些受热面起到吸热和密封的作用，由于这些受热面主要吸收火焰的辐射热，因此称为辐射受热面；另一侧布置过热器及对流管束或只有对流管束，这些受热面用来吸收烟气流动放出的热量，统称为对流受热面，这两个部分的四周全部用水冷膜式壁进行了密封，这样可以作为整体在锅炉制造单位组装好后出厂，到现场后便于安装，缩短安装时间，方便用户使用。在这种锅炉的设计和使用过程中，由于结构和运输的限制，锅炉的炉膛一般设计的比较小，这样燃料在炉膛内部燃烧时放出的热量不能被四周的单层膜式水冷壁及时吸收，造成了炉膛内部的温度很高，有时可以达到1400°c左右，这样出现两个主要问题：一是由于温度在1200度以上，锅炉热力型氮氧化合物大量产生，和当前的环保政策相悖，为了减少氮氧化合物的产生，燃烧只有尽可能的减少氧气的供给，造成燃料燃烧不完全，产生了大量的co，不仅浪费了燃料，而且锅炉操作人员也不安全；二是锅炉的炉膛出口及以后的对流受热面布置较困难，主要表现在两个方面：其一由于炉膛出口烟气温度过高，在炉膛出口处不能布置过热器，避免过热器的烧坏，这和过热器需要布置在烟温最高处的理念相悖，并且在过热器安装时如果布置在炉膛出口，可以在过热器两面定位，易于安装和检查，目前必须采取在过热器前面即炉膛出口处布置保护过热器的一部分对流管束，过热器安装时只能观察面向锅炉外部的过热器的情况，因为另一面是紧靠炉膛膜式壁的，没有办法进行定位和检查；其二，由于炉膛出口烟气温度过高（有的达到1400°c左右），为了降低锅炉出口的烟气温度，不得不多布置对流受热面，这和需要设计出紧凑的锅炉体积便于运输和安装的理念相悖，结果是把一部分受热面移到锅炉外面，增加锅炉节能受热面，无论增加那部分受热面，由于对流受热面的传热强度比辐射传热若很多，在同样的排烟温度情况下，吸收同样的热量，对流受热面的钢耗量都大的多，不利于锅炉的节能降耗，综合以上两点可以看出。对于szs型燃油燃气锅炉由于结构和运输的限制，传统炉膛四周布置的单层水冷膜式壁吸热能力有限，导致锅炉炉膛内的温度过高和炉膛出口烟气温度过高，炉膛内温度过高增加了氮氧化合物的产生，虽然采用低供给氧量的办法可以降低氮氧化合物的产生，但是却导致了燃料燃烧不完全，炉膛出口烟气温度过高使受热面布置困难，增加了锅炉的整体钢耗量及安装困难，不利于锅炉的节能降耗。

技术实现要素：

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种在炉膛内部有限的空间内，设置螺旋鳍片管以降低炉膛内部温度，从而减少氮氧化物生成的具有复合水冷炉膛的燃气燃油锅炉。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：具有复合水冷炉膛的燃气燃油锅炉，包括锅炉本体，锅炉本体内部右侧为炉膛，锅炉本体前部右侧开设有燃烧器安装孔，炉膛四周内壁设置有水冷膜式壁，锅炉本体左侧设置有上锅筒和下锅筒，上锅筒和下锅筒通过对流管束连通，炉膛出烟口设置在炉膛左侧的水冷膜式壁后部，在上锅筒和下锅筒之间并位于炉膛出烟口处设置有过热器，锅炉本体左侧前部设置有锅炉出烟口，炉膛四周的水冷膜式壁内侧均匀设置有若干根螺旋鳍片管，水冷膜式壁合围成外炉膛，这些螺旋鳍片管合围成内炉膛，水冷膜式壁和螺旋鳍片管在炉膛内形成复合水冷炉膛，每根螺旋鳍片管在上锅筒和下锅筒之间竖直方向布置，螺旋鳍片管与水冷膜式壁间的距离大于水冷膜式壁的水管管径，所有的螺旋鳍片管的上端均伸入到上锅筒内，所有的螺旋鳍片管的下端均伸入到下锅筒内，螺旋鳍片管伸入到上锅筒和下锅筒内的长度不大于10mm；在安装锅炉时，螺旋鳍片管先于水冷膜式壁组装到位，螺旋鳍片管与水冷膜式壁对炉膛进行复合水冷，使炉膛出烟口的烟温控制在950°c以下。

螺旋鳍片管由螺旋鳍片管本体和鳍片构成，螺旋鳍片管本体和鳍片采用一种金属材料通过热轧制技术一体成型，并且通过多次辊压形成等螺距的螺旋鳍片管，鳍片剖面成梯形，鳍片在螺旋鳍片管本体的轴向方向成螺旋线形。

还包括用于增强螺旋鳍片管内冷却水循环流动速度的增压喷水装置；

增压喷水装置包括第一安装架、第二安装架、两个给水泵和两根供水管，第一安装架和第二安装架均设置在下锅筒内底部，两根供水管均沿与下锅筒中心线平行的方向由下锅筒后端部伸入到下锅筒内，两根供水管通过u型螺栓、垫片及螺母被分别安装在第一安装架和第二安装架上，供水管的前端封堵，每根供水管后端的进水口均对应与一个给水泵的出水口连接，两根供水管上分别设置有一个位于锅炉本体外部的控制阀门，两根供水管之间通过若干根连接管连通，其中一根供水管上沿长度方向连接有若干根喷射管，每根喷射管的喷射口与一根螺旋鳍片管下端口对应，喷射管的喷射口与螺旋鳍片管下端口之间的距离为2-4mm，喷射管的喷射口的内径为3-5mm。

螺旋鳍片管采用从燃烧器安装孔到炉膛出烟口的方向逐渐由疏变密再到疏的布置方式，螺旋鳍片管与水冷膜式壁的水管间隔交错布置。

采用上述技术方案，在燃油燃气锅炉的炉膛四周水冷膜式壁内部，布置安装散装的水冷管，相当于在原来的炉膛基础上增加了一个水冷炉膛，为了充分利用炉膛有限的空间，布置的水冷管采用螺旋鳍片管，螺旋鳍片管采用整体热轧制而成，增加火焰侧的吸热面积，为了不影响水冷膜式壁的吸热，布置的螺旋鳍片管的鳍片外沿距离膜式壁最少大于一个膜式壁的水管的管径，并且螺旋鳍片管与水冷膜式壁的水管间隔交错布置，螺旋鳍片管的数量以把炉膛内的温度降低到950℃以下为宜，这样的温度可以很好的控制氮氧化物的产生，同时又能在炉膛出烟口布置过热器，避免由于过热器的热负荷太大，过热蒸汽吸热能力差而引起爆管，由于充分的利用了炉膛内辐射换热的空间，可以不用增加炉膛以及锅炉的体积，在维持同样的排烟温度时，可以减少上锅筒和下锅筒之间对流管束的布置，降低锅炉的钢耗量和锅炉的整体重量及体积。

具体增加锅炉扩展水冷炉膛方法如下：在炉膛四周的水冷膜式壁，紧靠水冷膜式壁的地方，增加水冷管，形成内部散管炉膛，和原来的水冷膜式壁组成复合水冷结构的炉膛，内部的水冷管可以是光管或鳍片管组成，本发明优先采用整体性螺旋鳍片管，此种螺旋鳍片管通过热轧制技术，并且通过多次辊压形成螺旋鳍片管，螺旋鳍片管本体和鳍片是一体成型的，鳍片和螺旋鳍片管本体之间没有焊接因此材质相同，鳍片剖面成梯形，鳍片在螺旋鳍片管本体的轴向方向成螺旋线形，此种结构利于热量的扩散和烟气传热时的扰动，因此螺旋鳍片管的传热系数很高，单位长度传热面积大，可以在有限的空间内布置较少的螺旋鳍片管数量却成倍的增加受热面积。由于燃油燃气锅炉是具有上锅筒和下锅筒布置结构，可以直接把螺旋鳍片管穿在上锅筒和下锅筒中间，采用插入式结构，螺旋鳍片管的上端部和下端部穿透锅筒壁深入到锅筒内部，这样在锅炉运行时可以保证螺旋鳍片管在上锅筒和下锅筒内的端部深埋于水中，保证上锅筒和下锅筒在进行辐射换热时的安全换热，螺旋鳍片管在锅筒内部采用封闭焊接的方式和锅筒连接，螺旋鳍片管伸入锅筒内部的长度应不大于10mm为宜，在炉膛内部布置的螺旋鳍片管的鳍片外沿距离炉膛膜式壁最少大于一个膜式壁的水管的管径，螺旋鳍片管的数量以把锅炉炉膛内的温度降低到950度以下为宜（这个温度一方面可以满足辐射换热，又能减少氮氧化合物的生成），同时应满足锅炉锅筒的强度要求，满足以上两种要求后，应尽可能的多布置内层炉膛的螺旋鳍片管，为了不影响燃料的燃烧温度，在燃烧器安装孔附近应适当减少螺旋鳍片管的布置数量，在安装水冷膜式壁内侧的螺旋鳍片管时，应先于水冷膜式壁组装到位。

因为炉膛内的传热属于辐射传热，热强度大，为了增加水循环的安全性，在内层炉膛的螺旋鳍片管下端口处布置增压喷水装置，在供水管上设置控制阀门，此控制阀门在运行过程中保持全开，喷水的阻力多少由喷水口的尺寸控制，在锅炉停炉时把控制阀门关闭，在供水管上设置喷射管，喷射管的喷射口与螺旋鳍片管下端口对应，喷射管的喷射口距离螺旋鳍片管下端口保持在3mm左右较好，喷射管的喷射口尺寸一般保持在3-5mm较好，让喷射管的喷射口喷出来的高压水（流速约5米/秒），对螺旋鳍片管可能出现的水循环动力不足提供补偿，保证螺旋鳍片管水循环的高可靠性，从而更容易降低炉膛内的温度。另外，本发明中采用两个给水泵和两根供水管，并且两个供水管之间通过若干根连接管连接，这样不仅可以大大增强喷射管喷出水的流速，而且当一个给水泵发生故障或检修时，另一个还可以继续工作，从而使增压水的作业的不间断进行，确保炉膛内的温度不发生大的波动。

采用复合水冷炉膛后，如果锅炉带有过热器，可以把过热器直接布置在炉膛出口，不用按原来的布置方式在炉膛出口先布置对流管束，然后再布置过热器，方便了过热器的安装和检查，对于同样的锅炉出口烟气温度，可以较少的布置对流管束，减少锅炉的体积，降低锅炉的整体钢耗量，但不降低锅炉的整体性能。

综上所述，本发明在不增加锅炉体积甚至减小锅炉体积时降低了炉膛的温度及炉膛出口的温度，减少了锅炉热力型氮氧化物的生成量，方便了过热器的布置，减少了锅炉整体钢耗量。

附图说明

图1是本发明的主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的左视图；

图4是图3中增压喷水装置的放大图；

图5是图2中螺旋鳍片管的放大结构示意图；

图6是图5中螺旋鳍片管的鳍片的剖面图。

具体实施方式

如图1-图6所示，本发明的具有复合水冷炉膛的燃气燃油锅炉，包括锅炉本体1，锅炉本体1内部右侧为炉膛2，锅炉本体1前部右侧开设有燃烧器安装孔3，炉膛2四周内壁设置有水冷膜式壁4，锅炉本体1左侧设置有上锅筒5和下锅筒6，上锅筒5和下锅筒6通过对流管束7连通，炉膛出烟口23设置在炉膛2左侧的水冷膜式壁4后部，在上锅筒5和下锅筒6之间并位于炉膛出烟口23处设置有过热器8，锅炉本体1左侧前部设置有锅炉出烟口9，炉膛2四周的水冷膜式壁4内侧均匀设置有若干根螺旋鳍片管10，水冷膜式壁4合围成外炉膛，这些螺旋鳍片管10合围成内炉膛，水冷膜式壁4和螺旋鳍片管10在炉膛2内形成复合水冷炉膛，每根螺旋鳍片管10在上锅筒5和下锅筒6之间竖直方向布置，螺旋鳍片管10与水冷膜式壁4的距离大于水冷膜式壁4的水管管径，所有的螺旋鳍片管10的上端均伸入到上锅筒5内，所有的螺旋鳍片管10的下端均伸入到下锅筒6内，螺旋鳍片管10伸入到上锅筒5和下锅筒6内的长度不大于10mm；在安装锅炉时，螺旋鳍片管10先于水冷膜式壁4组装到位，螺旋鳍片管10与水冷膜式壁4对炉膛2进行复合水冷，使炉膛出烟口23烟温控制在950°c以下。

螺旋鳍片管10由螺旋鳍片管本体11和鳍片12构成，螺旋鳍片管本体11和鳍片12采用一种金属材料通过热轧制技术一体成型，并且通过多次辊压形成等螺距的螺旋鳍片管10，鳍片12剖面成梯形，鳍片12在螺旋鳍片管本体11的轴向方向成螺旋线形。

还包括用于增强螺旋鳍片管10内冷却水循环流动速度的增压喷水装置13；

增压喷水装置13包括第一安装架14、第二安装架15、两个给水泵16和两根供水管17，第一安装架14和第二安装架15均设置在下锅筒6内底部，两根供水管17均沿与下锅筒6中心线平行的方向由下锅筒6后端部伸入到下锅筒6内，两根供水管17通过u型螺栓18、垫片及螺母19被分别安装在第一安装架14和第二安装架15上，供水管17的前端封堵，每根供水管17的后端的进水口均对应与一个给水泵16的出水口连接，两根供水管17上分别设置有一个位于锅炉本体1外部的控制阀门22，两根供水管17之间通过若干根连接管20连通，其中一根供水管17上沿长度方向连接有若干根喷射管21，每根喷射管21的喷射口与一根螺旋鳍片管10下端口对应，喷射管21的喷射口与螺旋鳍片管10下端口之间的距离为2-4mm，喷射管21的喷射口的内径为3-5mm。

螺旋鳍片管10采用从燃烧器安装孔3到炉膛出烟口23的方向逐渐由疏变密再到疏的布置方式，螺旋鳍片管10与水冷膜式壁4的水管间隔交错布置。

在燃油燃气锅炉的炉膛2四周水冷膜式壁4内部，布置安装散装的水冷管，相当于在原来的炉膛2基础上增加了一个水冷炉膛2，为了充分利用炉膛2有限的空间，布置的水冷管采用螺旋鳍片管10，螺旋鳍片管10采用整体热轧制而成，增加火焰侧的吸热面积，为了不影响水冷膜式壁4的吸热，布置的螺旋鳍片管10外沿距离膜式壁最少大于一个膜式壁的水管的管径，并且螺旋鳍片管10与水冷膜式壁4的水管间隔交错布置，螺旋鳍片管10的数量以把炉膛2内的温度降低到950℃以下为宜，这样的温度可以很好的控制氮氧化物的产生，同时又能在炉膛出烟口23布置过热器8，避免由于过热器8的热负荷太大，过热蒸汽吸热能力差而引起爆管，由于充分的利用了炉膛2内辐射换热的空间，可以不用增加炉膛2以及锅炉的体积，在维持同样的排烟温度时，可以减少上锅筒5和下锅筒6之间对流管束7的布置，降低锅炉的钢耗量和锅炉的整体重量及体积。

具体增加锅炉扩展水冷炉膛2方法如下：在炉膛2四周的水冷膜式壁4，紧靠水冷膜式壁4的地方，增加水冷管，形成内部散管炉膛2，和原来的水冷膜式壁4组成复合水冷结构的炉膛2，内部的水冷管可以是光管或鳍片管组成，本发明优先采用整体性螺旋鳍片管10，此种螺旋鳍片管10通过热轧制技术，并且通过多次辊压形成螺旋鳍片管10，螺旋鳍片管本体11和鳍片12是一体成型的，鳍片12和螺旋鳍片管本体11之间没有焊接因此材质相同，鳍片12剖面成梯形，鳍片12在螺旋鳍片管本体11的轴向方向成螺旋线形，此种结构利于热量的扩散和烟气传热时的扰动，因此螺旋鳍片管10的传热系数很高，单位长度传热面积大，可以在有限的空间内布置较少的螺旋鳍片管本体11数量却成倍的增加受热面积。由于燃油燃气锅炉是具有上锅筒5和下锅筒6布置结构，可以直接把螺旋鳍片管10穿在上锅筒5和下锅筒6中间，采用插入式结构，螺旋鳍片管10的上端部和下端部穿透锅筒壁深入到锅筒内部，这样在锅炉运行时可以保证螺旋鳍片管10在上锅筒5和下锅筒6的端部深埋于水中，保证上锅筒5和下锅筒6在进行辐射换热时的安全换热，螺旋鳍片管10在锅筒内部采用封闭焊接的方式和锅筒连接，螺旋鳍片管10伸入锅筒内部的长度应不大于10mm为宜，在炉膛2内部布置的螺旋鳍片管10的鳍片外沿距离炉膛2膜式壁最少大于一个膜式壁的水管的管径，螺旋鳍片管10的数量以把锅炉炉膛2内的温度降低到950度以下为宜（这个温度一方面可以满足辐射换热，又能减少氮氧化合物的生成），同时应满足锅炉锅筒的强度要求，满足以上两种要求后，应尽可能的多布置内层炉膛2的螺旋鳍片管10，为了不影响燃料的燃烧温度，在燃烧器安装孔3附近应适当减少螺旋鳍片管10的布置数量，在安装水冷膜式壁4内侧的螺旋鳍片管10时，应先于水冷膜式壁4组装到位。

因为炉膛2内的传热属于辐射传热，热强度大，为了增加水循环的安全性，在内层炉膛2的螺旋鳍片管10下端口处布置增压喷水装置13，在供水管17上设置控制阀门22，此控制阀门22在运行过程中保持全开，喷水的阻力多少由喷水口的尺寸控制，在锅炉停炉时把控制阀门22关闭，在供水管17上设置喷射管21，喷射管21的喷射口与螺旋鳍片管10下端口对应，喷射管21的喷射口距离螺旋鳍片管10下端口保持在3mm左右较好，喷射管21的喷射口尺寸一般保持在3-5mm较好，让喷射管21的喷射口喷出来的高压水（流速约5米/秒），对螺旋鳍片管10可能出现的水循环动力不足提供补偿，保证螺旋鳍片管10水循环的高可靠性，从而更容易降低炉膛2内的温度。另外，本发明中采用两个给水泵16和两根供水管17，并且两个供水管17之间通过若干根连接管20连接，这样不仅可以大大增强喷射管21喷出水的流速，而且当一个给水泵16发生故障或检修时，另一个还可以继续工作，从而使增压水的作业的不间断进行，确保炉膛2内的温度不发生大的波动。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。