本发明涉及工业供热领域，更具体地，涉及一种燃气锅炉。
背景技术：
现有的燃气锅炉为了实现低氮排放，会采用贫燃预混燃烧方式，以及辅以金属网稳焰或旋流稳焰措施。然而，目前燃气锅炉的低氮燃烧技术大多从燃烧角度解决排放问题，没有与锅炉换热紧密结合，存在排烟热损失增加、锅炉热效率降低问题，并且现有燃气锅炉的低氮燃烧技术大多存在燃烧不稳定的问题，这是贫燃料预混燃烧的普遍问题，不但燃烧效率降低而且为锅炉运行带来安全隐患。此外，目前燃气锅炉的低氮燃烧技术可以达到氮氧化物排放浓度低于30mg/m3，随着对保护环境的要求越高，需要新技术进一步降低氮氧化物的排放浓度。
技术实现要素：
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种燃气锅炉，采用贫燃预混燃烧耦合低氧浓度补充燃烧，并且将两次燃烧发生的区域分开，降低氮氧化物的排放。
根据本发明提供的一种燃气锅炉，包括依次连通的物料入口、腔体以及物料出口，待加热的物料经过所述物料入口进入所述腔体加热后自所述物料出口排出，所述燃气锅炉还包括依次连通的混合器、第一燃烧室、第二燃烧室以及烟气出口，其中，所述混合器连接有第一燃气管路以及助燃气管路，所述第二燃烧室连接有第二燃气管路，第一部分燃气通过所述第一燃气管路进入所述混合器，与通过所述助燃气管路进入所述混合器的助燃气混合形成第一混合气，所述第一混合气进入所述第一燃烧室燃烧形成第二混合气，所述第二混合气进入所述第二燃烧室与通过所述第二燃气管路进入所述第二燃烧室的第二部分燃气混合并燃烧，形成烟气，所述烟气通过所述烟气出口排出。
优选地，所述第一部分燃气占燃气总量的40％至55％，所述第二部分燃气占燃气总量的60％至45％。
优选地，所述第一燃烧室的至少部分内部填充蓄热材料。
优选地，所述第一燃烧室内的所述蓄热材料的上游和/或下游设有多孔挡件。
优选地，所述第一燃烧室的至少部分内壁设有保温层。
优选地，所述燃气锅炉还包括：烟气通道，连接于所述第二燃烧室与所述烟气出口之间。
优选地，所述烟气通道内设有至少一层隔板，使得所述烟气通道隔为至少两层。
优选地，所述燃气锅炉还包括：喷枪，所述喷枪一端与所述第二燃气管路连接，另一端设有喷口并且伸入所述第二燃烧室内，用于将来自所述第二燃气管路的所述第二部分燃气喷入第二燃烧室。
优选地，所述第二燃烧室以及所述烟气通道自下而上依次设置在所述燃气锅炉的底面与顶面之间，所述混合器位于所述燃气锅炉的第一侧，所述烟气出口位于所述燃气锅炉的与所述第一侧相对的第二侧，所述第二燃气管路在所述第二侧与所述第二燃烧室连接。
优选地，所述第一燃烧室与所述第二燃烧室在所述燃气锅炉的第二侧连通，所述第二燃烧室与所述烟气通道在所述燃气锅炉的第一侧连通。
优选地，所述物料入口位于所述底面，所述物料出口位于所述顶面。
优选地，所述第二燃烧室的内壁在对应于所述喷枪的喷口处设有凸向所述喷口的凸起。
优选地，所述第二燃烧室至少部分内壁呈波浪形。
优选地，所述燃气锅炉还包括：烟囱以及引风机，所述烟气出口、所述引风机以及所述烟囱依次连接，所述引风机引导所述烟气通过所述烟气出口自所述烟囱排出。
根据本发明的燃气锅炉，包括混合器、第一燃烧室以及第二燃烧室，燃气包括第一部分燃气和第二部分燃气，其中第一部分燃气与助燃气在混合器内混合后进入第一燃烧室进行一次燃烧，即贫燃预混燃烧，形成第二混合气，第二混合气余氧较低，在第一燃烧室内散失部分热量后进入第二燃烧室。第二混合气在第二燃烧室内作为助燃气与通过第二燃气管路进入的第二部分燃气混合并进行二次燃烧，即低氧浓度补充燃烧，形成余氧更低的烟气。本发明的燃气锅炉将贫燃预混燃烧与低氧浓度补充燃烧耦合，并且将两次燃烧发生的区域分开，进一步降低氮氧化物的排放，并且烟气中余氧浓度更低，提高了锅炉的热效率。
在优选的实施例中，第一部分燃气占燃气总量的40％至55％，则一次燃烧产生的第二混合气内氮氧化物的浓度为1mg/m3至3mg/m3，一氧化碳浓度在10mg/m3以下，余氧浓度为10％至13％，温度为600℃至800℃，在第一燃烧室内散失部分热量后温度降低至400℃至500℃。剩余的占燃气总量的60％至45％的第二部分燃气与散失部分热量从而降温的第二混合气混合并进行二次燃烧，形成烟气，该烟气中氮氧化物浓度为8mg/m3至10mg/m3，一氧化碳浓度在10mg/m3以下，余氧浓度约为1％，温度为800℃至1000℃在第二燃烧室内继续散热，温度可以降至120℃或更低。相比现有技术，本发明的燃气锅炉可以实现燃烧产物中氮氧化物的排放浓度在8mg/m3至10mg/m3的超低排放浓度、超洁净排放水平，同时烟气中氧气浓度达到1％左右，可以保证极高的锅炉热效率。
第一燃烧室的至少部分内部可以填充蓄热材料，蓄热材料的上游和/或下游可以设有多孔挡件。蓄热材料可以提供一次燃烧的空间，解决了贫燃料燃烧稳定性的问题，多孔挡件一方面可以夹持、保护蓄热材料，另一方面可以使通过多孔挡件的气流更均匀，促进充分燃烧。此外，第一燃烧室的至少部分内壁可以设有保温层，使得一次燃烧产物的温度不会降低过多。
燃气锅炉还可以包括喷枪，其一端设有喷口并且伸入第二燃烧室内，使得第二部分燃气可以经过喷枪的喷口更均匀地喷入第二燃烧室。
第二燃烧室的墙壁在对应于喷枪的喷口处可以设有凸向喷口的凸起，在第二混合气的流动方向上形成喉部收口，提高第二混合气在喷枪喷口处的流动速度，提升作为二次燃烧助燃气的第二混合气与第二部分燃气的混合效果和扩散燃烧效果。此外，第二燃烧室至少部分墙壁的内壁面可以呈波浪形，增加换热面积，提高将热量散发至物料中换热效率。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1示出根据本发明实施例的燃气锅炉的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。在下文中描述了本发明的许多特定的细节，但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。
应当理解，在描述部件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将部件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
图1示出根据本发明实施例的燃气锅炉的结构示意图，该燃气锅炉包括依次连通的混合器101、第一燃烧室102、第二燃烧室103以及烟气出口105，其中，混合器101连接有第一燃气管路302以及助燃气管路202，第二燃烧室103连接有第二燃气管路402。
燃气包括第一部分燃气b1和第二部分燃气b2，第一部分燃气b1通过第一燃气管路301进入混合器101，与通过助燃气管路201进入混合器101的助燃气a混合形成第一混合气，所述第一混合气进入第一燃烧室102燃烧形成第二混合气，所述第二混合气进入第二燃烧室103与通过第二燃气管路402进入第二燃烧室103的第二部分燃气b2混合并燃烧，形成烟气c，烟气c通过烟气出口排出。
第一燃烧室102以及第二燃烧室103的至少部分墙壁中空，形成相互连通的腔体108，燃气锅炉还包括物料入口106以及物料出口107，其中物料入口106、腔体108以及物料出口107依次连通，待加热的低温物料d1经过物料入口106进入腔体108加热后转变为高温物料d2，自物料出口107排出。
根据本发明的燃气锅炉，包括混合器101、第一燃烧室102以及第二燃烧室103，燃气可以分为第一部分燃气b1和第二部分燃气b2，其中第一部分燃气b1与助燃气a在混合器101内混合后进入第一燃烧室102进行一次燃烧，即贫燃预混燃烧，形成第二混合气，第二混合气余氧较低，在第一燃烧室102内散失部分热量后进入第二燃烧室103。第二混合气在第二燃烧室103内作为助燃气与通过第二燃气管路402进入的第二部分燃气b2混合并进行二次燃烧，即低氧浓度补充燃烧，形成余氧更低的烟气c。本发明的燃气锅炉将贫燃预混燃烧与低氧浓度补充燃烧耦合，并且将两次燃烧发生的区域分开，进一步降低氮氧化物的排放，并且烟气c中余氧浓度更低，提高了锅炉的热效率，将回收热量与燃烧结合，同时达到低氮目标及高热效率目标。
助燃气管路201上可以设置第一阀门202，第一燃气管路301上可以设置第一阀门302，第二燃气管路401上可以设置第三阀门402，第一阀门202、第二阀门302以及第三阀门402分别用于控制助燃气a、第一部分燃气b1、第二部分燃气b2的流量。
燃气例如是天然气，助燃气a可以是空气。低温物料d1即待加热的物料，例如是水，则对应地，加热得到的高温物料d2可以是热水或蒸汽。
优选地，第一部分燃气b1占燃气总量的40％至55％，则一次燃烧产生的第二混合气内氮氧化物的浓度为1mg/m3至3mg/m3，一氧化碳浓度在10mg/m3以下，余氧浓度为10％至13％，温度为600℃至800℃，在第一燃烧室内散失部分热量后温度降低至400℃至500℃。剩余的占燃气总量的60％至45％的第二部分燃气b2与散失部分热量从而降温的第二混合气混合并进行二次燃烧，形成烟气c，该烟气c中氮氧化物浓度为8mg/m3至10mg/m3，一氧化碳浓度在10mg/m3以下，余氧浓度约为1％，温度为800℃至1000℃在第二燃烧室内继续散热，温度可以降至120℃或更低。相比现有技术，本发明的燃气锅炉可以实现燃烧产物中氮氧化物的排放浓度在8mg/m3至10mg/m3的超低排放浓度、超洁净排放水平，同时烟气中氧气浓度达到1％左右，可以保证极高的锅炉热效率。
燃气锅炉还可以包括烟气通道104，其连接于第二燃烧室103与烟气出口105之间，烟气通道104的至少部分墙壁也可以中空，从而形成所述腔体108的一部分。烟气通道104内可以设有至少一层隔板115，使得烟气通道104隔为至少两层。该至少一层隔板115的至少部分也可以中空，也形成所述腔体108的一部分。通过增加至少一层隔板115，一方面使烟气c的分布更加均匀，另一方面增大与腔体108内物料d1的换热面积。
本实施例的燃气锅炉大致为棱柱状，具有底面m1、顶面m2以及相对的第一侧m3和第二侧m4，第一燃烧室102、第二燃烧室103以及烟气通道104自下而上依次设置在底面m1与顶面m2之间，混合器101位于第一侧m3，烟气出口105位于第二侧m4。
第一燃烧室102与第二燃烧室103在第二侧m4处连通，第二燃烧室103与烟气通道104在第一侧m3处连通，使得相互连通的第一燃烧室102、第二燃烧室103以及烟气通道104在截面上大致呈s形，使得燃烧产物可以在燃气锅炉具有较长的行程，提高换热效率。可以理解的是，燃气锅炉的具体形状以及第一燃烧室102、第二燃烧室103、烟气通道104的布置方式可以不限于此，例如在其他实施例中，燃气锅炉的侧面为曲面，第一燃烧室102、第二燃烧室103、烟气通道104仍然可以自下而上排列，并且第一燃烧室102与第二燃烧室103的连接位置和第二燃烧室103与烟气通道104的连接位置相对，也可以获得较长的燃烧产物的行程。为了达到最佳的燃气锅炉热效率，燃气锅炉换热面的设置也需要配合燃烧烟气参数专门设计。
物料入口106可以位于底面m1，物料出口107可以位于顶面m2，使得低温物料d1在物料入口106与物料出口107之间也可以具有较大行程，提高换热效率。
第一燃烧室102的至少部分内部可以填充蓄热材料109，本实施例在第一燃烧室102内靠近混合器101的位置处填充蓄热材料109。第一燃烧室102内的蓄热材料109的上游和/或下游可以设有多孔挡件110。本实施例中多孔挡件110由挡块砖形成，并且在蓄热材料109的上游和下游均设置。
蓄热材料109可以提供一次燃烧的空间，解决了贫燃料燃烧稳定性的问题。多孔挡件110一方面可以夹持、保护蓄热材料109，另一方面可以使通过多孔挡件109的气流更均匀，促进充分燃烧。此外，第一燃烧室102的至少部分内壁可以设有第一保温层111，使得一次燃烧产物的温度不会降低过多，更适宜支持二次燃烧。
燃气锅炉还可以包括喷枪112，喷枪112一端与第二燃气管路401连接，另一端设有喷口113并且伸入第二燃烧室103内，第二部分燃气b2经过第二燃气管路401以及喷枪112自所述喷口113喷入第二燃烧室103。通过设置喷枪112，使得第二部分燃气b2可以经过喷枪112的喷口113更均匀地喷入第二燃烧室103，提高二次燃烧效率。
本实施例的喷枪112自燃气锅炉的第二侧m4伸入第二燃烧室103内。进一步地，第二燃烧室103的内壁在对应于喷枪112的喷口113处设有凸向喷口113的凸起114，形成窄流结构，从而使第二燃烧室103在第二混合气的流动方向上形成喉部收口，提高第二混合气在喷枪112喷口113处的流动速度，提升作为二次燃烧助燃气的第二混合气与第二部分燃气b2的混合效果和扩散燃烧效果。
第二燃烧室103至少部分内壁可以呈波浪形，增加换热面积，提高将热量散发至物料中换热效率。
第一燃烧室102、第二燃烧室103以及烟气通道104的至少部分外壁设有第二保温层116，本实施例中第二保温层116将全部第一燃烧室102、第二燃烧室103以及烟气通道104包覆，能够减少腔体108内物料热量的散失。
燃气锅炉还可以包括烟囱118以及引风机117，烟气出口105、引风机117以及烟囱118依次连接，引风机117引导烟气c通过烟气出口105自烟囱118排出。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。