一种卧式炉内预混燃烧环向布置火管的燃气锅炉

本发明属于燃气锅炉，具体涉及一种卧式炉内预混燃烧环向布置火管的燃气锅炉。

背景技术：

1、工业蒸汽锅炉广泛应用于建筑、化工、制药、纺织、酿酒等工业生产领域。天然气的碳排放仅为煤炭的一半，因此工业蒸汽锅炉领域正在逐步实现天然气锅炉对燃煤锅炉的替代。卧式室燃燃气锅炉是目前使用最为广泛的天然气锅炉，具有结构成熟、制造维修方便、炉体热效率高等优势，但也存在着炉体巨大启停炉速度慢、燃烧室空间巨大难以适配表面燃烧技术、锅炉排烟冷凝量较小等问题。

2、针对卧式室燃燃气锅炉燃烧室空间巨大难以适配表面燃烧技术的问题，申请号cn202123432116.7，一种新型水冷燃烧火管冷凝锅炉提出了一种外置平板水冷燃烧器结构。外置平板水冷燃烧器仅能利用锅炉炉胆前墙的空间，平板水冷燃烧器的面积难以做大，且该结构通过连接管与本体相连，更适用于热水锅炉。申请号cn202123432116.7，一种全预混水冷燃烧的锅壳式燃气锅炉，提出了圆锥形水冷预混燃烧器，虽然可以增加燃烧面的面积，但是冷却水需要强制循环，且水路易结垢堵塞存在着安全风险。锅炉炉胆内部空间巨大，若利用炉胆空间布置预混表面燃烧器，则可以显著提高预混表面燃烧面的面积和功率，目前急缺一种能够将预混表面燃烧器与锅炉本体有机结合的卧式锅炉。

3、针对卧式室燃燃气锅炉排烟冷凝率较低的现状，申请号cn202211116372.1，可调预混燃烧和局部回燃耦合的短流程超紧凑燃气锅炉提出了一种紧凑式的空气预热器和节能冷凝器组合的结构，但是空气预热器安装在锅炉本体出口处，无法解决尾部低温烟气的冷凝温度。烟气冷凝需要大量低温工质，锅炉助燃风与低温烟气换热才能充分冷凝烟气。申请号cn201420403118.4，尾部带气-气热管换热管的卧式火管锅炉，提出了一种热管型空气预热器，利用空气冷凝烟气，但热管结构易泄露，且必须垂直布置热管，使换热器的安装方式受限。

4、目前卧式室燃燃气锅炉的火管部分采用大量强化换热技术，已经极大程度的缩短了火管的长度，但火管的尾端通常位于锅炉前管板或后管板，火管的前段位于炉膛后管板，没有利用锅壳上的巨大环向空间，由于炉膛后管板、锅炉前管板或后管板的面积有限，制约了火管的根数，导致采用强化换热技术的卧式室燃燃气锅炉蒸发量均低于10t/h。因此改变火管的排布方式，利用锅炉锅壳的环向巨大空间，可使锅炉蒸发量增加至30t/h以上。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种卧式炉内预混燃烧环向布置火管的燃气锅炉，实现预混表面燃烧与卧式锅炉的有机结合，合理排布强化换热火管，利用巨大的锅炉环向空间，提高锅炉蒸发量。提出环向的烟室壳结构，并将冷凝器与空预器联用，降低锅炉排烟温度，提高锅炉热效率。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种卧式炉内预混燃烧环向布置火管的燃气锅炉，主体为卧式结构，包括锅壳、炉胆、燃烧面、水冷屏以及火管；锅壳的轴线与炉胆轴线平行，炉胆偏置在锅壳内，锅壳与炉胆围成的空间为炉体汽水空间，火管设置在所述炉体汽水空间中；沿着燃气流向设置混合器、分配头、燃烧面、水冷屏和火管，火管的两端分别连接锅壳与炉胆，燃烧面沿着分配头的出气面布置，分配头和燃烧面布置于炉胆端面或内部；锅壳外侧沿着烟气流向依次设置收集烟道、节能器、收水盘、烟气冷凝器、空预器和烟囱；锅壳前后端设置膜式壁炉墙；

3、火管采用扰流子强化换热结构，火管分布在炉胆环向侧，火管沿炉胆长度方向均匀布置，火管浸没在汽水空间的水位线以下；火管连续布置在炉胆一周的19％～55％。

4、进一步的，水冷屏采用密排光管或强化换热翅片管排列的管束，沿烟气流动方向水冷屏布置一排到四排；水冷屏的两端贴近炉胆，靠近炉胆处的水冷屏与炉胆内壁的夹角小于45°；每排水冷屏以炉胆水平面为剖面形成的管排截面为直线型、三角形、椭球形或折线形状；水冷屏的光管或强化换热翅片管内径大于25mm。

5、进一步的，强化换热翅片管包括螺旋翅片、h型翅片、销钉翅片和组合型“只甲”翅片；组合型“只甲”翅片由“只”型翅片管和“甲”型翅片管相间分布组成，炉膛侧没有翅片；“只”型翅片管由圆管和呈“只”型分布的左右板翅组成，“甲”型翅片管由圆管和单板翅组成；“只”型分布的左右板翅距“甲”型翅片管的圆管的距离不大于10mm。

6、进一步的，水冷屏管束的下端与炉胆连接，水冷屏管束的上端与炉胆相连或穿过炉胆和锅壳延伸至锅壳的外侧；当水冷屏管束的上端延伸至锅壳的外侧时，水冷屏位于炉胆与锅壳之间的部分开有多个导气孔。

7、进一步的，分配头位于炉胆内部一侧，包括曲面气室、孔板、导流管、密封侧板；曲面气室贴合部分炉胆内表面，孔板贴合燃烧面，孔板表面至燃烧面表面的最大距离应小于mm；导流管位于密封侧板或曲面气室表面，当导流管位于密封侧板表面时，混合器设置于膜式壁炉墙之外，当导流管位于曲面气室表面时，混合器穿过锅壳。

8、进一步的，分配头位于炉胆内部沿长度方向的两侧，设置两个分配头，全部或部分水冷屏位于两个分配头之间；或分配头位于炉胆内部沿长度方向的两端，两个混合器均位于膜式壁炉墙之外；或分配头伸入炉胆的内部，分配头沿炉胆水平方向的截面呈矩形、梯形或三角形；或分配头位于炉胆的外部，燃烧面替换部分膜式壁炉墙。

9、进一步的，烟气冷凝器的下方设置收水盘，收水盘包括槽式收集杆、溢流孔、冷凝水汇集箱以及u型排水管；冷凝水汇集箱设置在溢流孔外侧，u型排水管连接冷凝水汇集箱的最低处，槽式收集杆为一层到四层错列排布带槽型结构的收集杆，所述收集杆截面呈“v”型、“u”型或半圆型，收集杆水平或倾斜布置，倾斜布置时靠近溢流孔的一端低于另一端。

10、进一步的，火管采用强化换热结构，所述强化换热结构采用内翅强化结构、扰流子强化结构或多头螺纹强化结构。

11、进一步的，燃烧面为金属纤维、金属编制毯、多孔陶瓷板、多孔不锈钢板中的一种。

12、进一步的，收集烟道贴合在锅壳的圆周方向上，覆盖所有的火管在锅壳外侧的烟气出口，收集烟道的出口连接节能器的入口。

13、进一步的，所述节能器和烟气冷凝器为水管换热结构，锅炉给水流经管内，烟气流经管外，烟气从下往上流动；水管光管或外翅片强化换热管；节能器和烟气冷凝器的烟气流通截面呈扁平状，沿水管长度方向的尺寸是垂直于水管长度方向尺寸的1.5倍以上，布置于锅壳的侧面。

14、进一步的，节能器、烟气冷凝器以及空预器为一体式设计的雨滴形水管式节能冷凝空预器，给水流经管内，烟气和空气流经管外，水管换热段光管或外翅片强化换热管；雨滴形水管式节能冷凝空预器包括串联式烟气冷凝器、串联式空预器和倾斜布置的节能器；串联式烟气冷凝器和串联式空预器在水平方向并排布置，节能器位于串联式烟气冷凝器下方，串联式烟气冷凝器、串联式空预器和节能器的管路采用蛇形管结构，串联式烟气冷凝器、串联式空预器的每一根水管均连通；雨滴形水管式节能冷凝空预器的下部连通收集烟道，串联式空预器经风机连通混合器的空气入口。

15、进一步的，节能器、烟气冷凝器以及空预器在同一水平方向上依次排开布置，空预器出口顶部设置烟囱；节能器、烟气冷凝器、空预器位于炉胆的头部或尾部。

16、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

17、1、本发明提供了一种卧式炉内预混燃烧环向布置火管的燃气锅炉，合理排布燃烧面，利用了巨大的纵向炉胆空间，增加预混表面燃烧面积，燃烧面直接接入锅炉水循环，提高了锅炉的蒸发量和安全性。

18、2、本发明所述卧式炉内预混燃烧环向布置火管的燃气锅炉，合理排布强化换热火管，利用巨大的锅壳环向空间，增加了火管布置根数，提高了锅炉的单位体积热负荷，显著提高了锅炉蒸发量，节约锅炉的占地空间。

19、3、在火管附近设置水冷屏结构，可以降低进入火管的烟温，将燃烧产生的辐射热隔绝在火管之外，实现高温水管换热、低温火管换热的梯度复合传热强化。

20、进一步的，本发明所述卧式炉内预混燃烧环向布置火管的燃气锅炉，合理排布锅炉尾部换热管，同时利用空气和低温给水冷凝烟气，显著提高了锅炉效率；

21、进一步的，本发明的水冷屏的上端延伸至锅壳之外，上端为可拆卸结构，可以拆开清洗管束内的水垢，解决了水冷屏易结构，清洗困难的问题，显著延长了锅炉的使用寿命。

22、进一步的，所述水冷屏位于燃烧面和火管之间，水冷屏的下端与炉胆连接，用于部分屏蔽可燃气体燃烧时对火管端部的辐射热，将进入火管的烟气温度降低至800℃以下。

23、进一步的，“只”型翅片管将高温烟气引导至“甲”型翅片管的表面并射流冲刷其尾部的单板翅，整个复合换热过程包括湍流换热强化和射流换热强化两个过程，单排组合型“只甲”翅片可将烟气降温300℃以上。

24、进一步的，水冷屏吸热产生的蒸汽从导气孔中扩散至锅壳内部，水冷屏的上端部有可拆卸堵头，拆去堵头，即可清洗水冷屏。

25、进一步的，全部或部分水冷屏位于两个分配头之间，防止左右双侧的火焰相互干扰。