本發(fā)明涉及燃燒和熱能轉換設備技術領域，具體涉及一種單回程wns結構鍋爐。

背景技術：

隨著經濟和現代科學技術的發(fā)展，燃氣鍋爐由于其燃燒效率高，方便運輸，運行操作簡單，并且滿足可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護的要求，成為了鍋爐燃燒原料的首選，而wns型鍋爐作為燃氣鍋爐的一種，則又以其結構緊湊、體積較小、自動化程度高、利于安裝、運行安全可靠等優(yōu)點，為大多數燃氣鍋爐所采用，發(fā)展趨勢良好，市場需求量高。

市場上現有的wns燃氣鍋爐多采用三回程式結構，使用高速直流燃燒器，增加了回燃室、前煙箱等高溫活動部件，但是，這種結構存在一定的問題，如：燃燒器氣體速度高，造成燃燒器阻力大；燃燒器火焰細長，火焰高溫區(qū)集中，會產生較多nox污染物；轉向煙室結構比較復雜，制造工藝繁瑣，則相對制造成本較高，且高溫轉向活動部件容易產生煙氣泄露等問題，存在較大的安全隱患；為了滿足吸熱量，需要受熱面更大，因為三回程式結構中有兩回程煙管且較長，導致鍋爐阻力大，需要消耗更多能量。

鑒于此，克服現有技術所存在的缺陷是本技術領域亟待解決的問題。

技術實現要素：

本發(fā)明實施例要解決的技術問題是：

現有的三回程式wns燃氣鍋爐燃燒器的火焰中心溫度高，污染物nox排放增加，煙氣回程較多，煙管部件較長，導致系統阻力大，高溫活動部件容易煙氣泄露的問題，存在較大的安全隱患；

另一方面，本發(fā)明提出的單回程wns結構鍋爐還可以用于解決現有三回程式wns燃氣鍋爐中存在的：零部件較多，結構復雜，制造工藝繁瑣，相對制造成本較高等問題。

本發(fā)明實施例是通過如下技術方案達到上述目的的：

一種單回程wns結構鍋爐，包括：控制柜、燃燒器、鍋殼、波形爐膛、煙管組、進水口、熱水或蒸汽出口、節(jié)能器和煙氣出口，其中，進水口、熱水或蒸汽出口和煙氣出口設置在鍋殼表面?？刂乒窨刂普麄€鍋爐運行，所述的燃燒器、波形爐膛和煙管組為同軸依次連接，燃燒器頂部的燒頭周圍布置有火嘴；燃燒器包括風機、安裝管體、一次風道、二次風道、調節(jié)閥、一次風葉片、二次風噴嘴、燃氣噴嘴、燒頭、燃氣進口；所述的風機設置在安裝管體的一端，一次風道和二次風道內分別設置有調節(jié)閥，通過控制調節(jié)閥把風量分配到一次風道和二次風道。燃氣進口設置在安裝管體的中段表面，燃氣進口通過輸送管道與燃氣噴嘴連接；燒頭設置在安裝管體的另一端。所述的波形爐膛和煙管組安裝在鍋殼內構成單回程結構；對應煙氣路徑，所述波形爐膛作為煙氣進口，在鍋殼尾部的頂端設置有煙氣出口，在煙氣出口與煙管組之間設置有節(jié)能器。

進一步的，燃燒器為旋流燃燒器，安裝管體內由中心向外圈依次布置有一次風道、燃氣管道和二次風道；一次風口設置為旋流葉片式，燃氣管道口和二次風口設置為噴嘴式。一次風葉片、燃氣噴嘴和二次風噴嘴組成燒頭。一次風和二次風的流速范圍為20～30m/s，燃氣的流速范圍為50～60m/s。

進一步的，燒頭周圍的火嘴采用水冷型火嘴，水冷型火嘴為橢圓結構，所述的水冷型火嘴兩端分別與鍋殼和波形爐膛焊接。該結構可保證旋流火焰的形狀，并吸收火焰燃燒產生的熱量，降低燃燒溫度，防止爐體外壁溫度過高。

進一步的，所述的煙管組為多根螺紋煙管組成，螺紋煙管的管壁上螺旋壓制有1～3mm深的凹槽；螺紋煙管在鍋殼的截面上，以波形爐膛的中軸為中心向四周密集分布，螺紋煙管可為正三角形等距排列或以波形爐膛中心線為圓心等弧長排列。

進一步的，所述的節(jié)能器由聯箱與帶螺旋肋片的蛇形管組成，蛇形管為將螺旋肋片螺旋纏繞焊接在蛇形管體上制成；所述的蛇形管并列或錯列排列在聯箱上。

本發(fā)明實施例的有益效果是：

1、本發(fā)明提供的一種單回程wns結構鍋爐，采用一體化結構旋流燃燒器，通過調節(jié)一次風和二次風的風量和風壓，從而控制火焰尺寸，防止火焰接觸波形爐膛內壁，燒壞波形爐膛。本燃燒器燃氣流速高且空氣流速低，可利用流速差和空氣旋流，使燃氣和空氣的接觸邊界大幅度增加，提高空氣和燃氣混合速度，保證燃氣與空氣的完全混合，并在波形爐膛內混合均勻并充分燃燒；燃燒器這種分級的燃燒方式，使高溫區(qū)溫度和氧濃度有所下降，減少了nox的生成量。

2、本發(fā)明的燃燒器具有中心回流的特點，使波形爐膛尾部的高溫煙氣能夠回流到燒頭處，加強煙氣與燃氣、空氣在燒頭處混合，提高了此處的溫度，改善了燃料的著火條件，使本鍋爐能燃燒不同種類燃料，又能夠穩(wěn)定火焰，避免回火和脫火。

3、本發(fā)明的燃燒氣流速度低，鍋爐單回程結構，減小了系統運行阻力，進一步減小了運行時的電能消耗，為燃氣鍋爐的技術發(fā)展提供了積極的意義。

4、本發(fā)明的水冷型火嘴可降低燃燒火焰溫度，穩(wěn)定旋流火焰，促進燃燒和降低污染物nox生成。

5、本發(fā)明區(qū)別于市場現有的三回程結構，省去了前煙箱、回燃室、三回程煙管等部件，簡化為單回程結構，減少了鋼材的消耗。節(jié)能器由市場上的外部安裝，改為在鍋殼內安裝，使得鍋爐的結構更為緊湊，縮小了體積，一體化出廠，方便安裝和運輸。

上述說明僅僅是本發(fā)明技術方案的概述，為了能更清楚了解本發(fā)明實施例的技術手段，并可依照說明書的內容進行具體實施，以下本發(fā)明的較佳實施例并配合附圖詳細說明如后，本發(fā)明的具體實施方式將由以下實施例及其附圖詳細給出。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例的技術方案，下面將對本發(fā)明實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹。顯而易見地，下面所描述的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為一種單回程wns結構鍋爐的結構示意圖；

圖2為一種單回程wns結構鍋爐的燃燒器結構主視圖；

圖3為一種單回程wns結構鍋爐的燃燒器結構側視圖；

圖4為一種單回程wns結構鍋爐的節(jié)能器主視圖；

圖5為一種單回程wns結構鍋爐的節(jié)能器結構側視圖；

圖6為一種單回程wns結構鍋爐的覆蓋耐火混凝土的水冷型火嘴結構示意圖；

在所有附圖中，相同的附圖標記用來表示相同的元件或結構，其中：1、鍋殼；2、控制柜；3、波形爐膛；4、燃燒器；5、煙管組；6、進水口；7、熱水或蒸汽出口；8、節(jié)能器；9、煙氣出口；10、風機；11、安裝管體；12、一次風道；13、二次風道；14、調節(jié)閥；15、燃氣噴嘴；16、燒頭；17、旋流葉片；18、噴嘴；19、燃氣進口；20、螺旋肋片；21、蛇形管；22、聯箱；23、水冷型火嘴；24、耐火混凝土覆蓋層。

具體實施方式

為了使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。此外，下面所描述的本發(fā)明各個實施方式中所涉及到的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互組合。

實施例1：

如圖1所示，本發(fā)明實施例1提供了一種單回程wns結構鍋爐，包括：控制柜2、燃燒器4、鍋殼1、波形爐膛3、煙管組5、進水口6、熱水或蒸汽出口7、節(jié)能器8和煙氣出口9，其中，進水口6、熱水或蒸汽出口7和煙氣出口9設置在鍋殼1表面?？刂乒?控制整個鍋爐運行，該鍋爐可立式布置或臥式布置。燃燒器4、波形爐膛3和煙管組5依次連接；其中，燃燒器4、波形爐膛3和煙管組5三者依次同軸連接；燃燒器4可為單段火燃燒器、雙段火燃燒器、比例調節(jié)燃燒器等，此處優(yōu)選為旋流燃燒器。

如圖2～3所，該燃燒器4包括：風機10、安裝管體11、一次風道12、二次風道13、調節(jié)閥14、燃氣噴嘴15、燒頭16、燃氣進口19；所述的風機10設置在安裝管體11的一端，一次風道12和二次風道13內分別設置有調節(jié)閥14，安裝管體11內由中心向外圈依次布置有一次風道12、燃氣管道和二次風道13；如圖3所示，一次風道12的出口設置為旋流葉片17式，燃氣管道口和二次風道13出口設置為噴嘴18式?？刂乒?通過控制調節(jié)閥14把風量分配到一次風道12和二次風道13，使得火焰形狀可通過改變風量和風壓進行調節(jié)。助燃風分為一次風和二次風，由不同管路進入波形爐膛3，一次風為旋流，控制火焰直徑；二次風為直流，控制火焰長度。燃氣進口19設置在安裝管體11的中段表面，燃氣進口19通過輸送管道與燃氣噴嘴15連接；所述的燒頭16設置在安裝管體11的另一端。

如圖1所示，波形爐膛3和煙管組5安裝在鍋殼1內構成單回程結構；波形爐膛3通過管板與煙管組5焊接，煙管組5為多根煙管組成，煙管在鍋殼1的截面上，以波形爐膛3的中軸為中心向四周密集分布，煙管之間為正三角形等距排列或以波形爐膛3中心線為圓心等弧長排列，以增加熱交換面積。波形爐膛3可吸收因為燃燒受熱而產生的膨脹，防止因為熱應力而導致破裂。對應煙氣路徑，所述波形爐膛3作為煙氣進口，在鍋殼1尾部的頂端設置有煙氣出口9，在煙氣出口9與煙管組5之間設置有節(jié)能器8。

煙管可為螺紋煙管，內翅片煙管等，此處煙管組5優(yōu)選由多根螺紋煙管組成，螺紋煙管的管壁上螺旋壓制有1～3mm的深的凹槽，通常優(yōu)選為2mm。這樣的凹槽結構設置可以破除傳熱流動邊界層，加強煙氣側擾動，增大熱交換面積，傳熱系數增加，增大傳熱效率。該鍋爐工作時燃燒器4內空氣流速小于燃氣流速，燃氣的流速范圍為50～60m/s，一次風和二次風的流速范圍為20～30m/s，凹槽與煙管布置方式的組合，使得在煙管長度減少的情況下，不僅保持合理的煙氣流速，又有充足的換熱面積。

如圖4、5所示，節(jié)能器8由聯箱22與帶螺旋肋片20的蛇形管21組成；蛇形管21為將螺旋肋片20螺旋纏繞焊接在蛇形管21體上制成；以4～5倍的擴展受熱面積布置螺旋肋片20，所述的蛇形管21并列或錯列纏繞安裝在聯箱22上。

如圖6所示，所述的燒頭周圍設置有水冷型火嘴23，水冷型火嘴23為橢圓結構，所述的水冷型火嘴23兩端分別與鍋殼和波形爐膛焊接?；鹱煊糜诒３忠欢ǜ邷?，輻射熱量，促進點火，組織火焰形狀，促進燃料燃燒。但是在燃料為高熱值燃料時，燒頭16處溫度迅速升高，過高的溫度的火焰容易損壞靠近燃燒器4處的波形爐膛3壁和前墻，損壞鍋爐。所述的水冷型火嘴23可降低此處燒頭16溫度，使得在保證燒頭16著火條件的前提下，降低溫度，保護波形爐膛3壁和前墻。

下面基于該鍋爐的其中一種結構組合，對其工作過程進行詳細說明。工作時，控制柜2向鍋爐下達工作指令，燃氣由燃氣進口19進入燃氣噴嘴15，空氣作為助燃風分別由一次風道12和二次風道13進入，分別調節(jié)一次風道12和二次風道13內的調節(jié)閥14，控制一次風與二次風的風量和風壓，從而調節(jié)燒頭16上火焰的長度與直徑，使得火焰尺寸適應波形爐膛3的尺寸，充滿爐膛3。將助燃空氣的流速控制在20-30m/s，燃氣的流速范圍控制在50～60m/s，并且一次風比例小于二次風比例，可以達到提高燃燒效率的目的；燃氣流速高于空氣流速，即可利用流速差和空氣旋流，提高空氣和燃氣混合速度，保證燃氣與空氣的完全混合燃燒。這種分級的燃燒方式，使燃氣和空氣的接觸邊界增加，高溫區(qū)溫度和氧濃度有所下降，減少了降低污染物nox排放量，也避免了脫火和回火的情況發(fā)生。

進一步地，由于燃氣的流速快，燃氣噴嘴15處氣壓減小，該旋流燃燒器4會產生中心回流，波形爐膛3尾部的高溫煙氣回流到燒頭16處，加強了煙氣與燃氣、空氣在燒頭16處混合，加上火嘴提供的保溫效果，提高了此處的溫度，改善了燒頭16的著火條件，使得該鍋爐可適用于更大范圍熱值的燃料燃燒，如：屬于低熱值的高爐煤氣，炭黑煤氣等，屬于高熱值的天燃氣、焦爐煤氣等。燃氣經過充分燃燒產生的煙氣，從波形爐膛3進入煙管組5，高溫煙氣及時與水進行熱交換，高溫煙氣通過煙管后進入節(jié)能器8，節(jié)能器8上設置的帶螺旋肋片20蛇形管21結構可以擴展傳熱的面積，進一步降低煙氣溫度，使煙氣產生冷凝，回收更多的熱量。煙氣通過節(jié)能器8后從煙氣出口9流出，熱水或蒸汽出口7處即可得到熱水或蒸汽。

實施例2:

在實施例1的基礎上，基于上述的結構，燒頭16周圍設置有水冷型火嘴23，用于保持一定高溫，輻射熱量，促進點火；在燃料為高熱值燃料時，燒頭16處溫度迅速升高，可降低燒頭處溫度，保護波形爐膛3壁和前墻不被高溫損壞。但是在進行使用率較低的低熱值燃料燃燒時，水冷型火嘴23的降溫功能對其燃燒造成了阻礙，針對上述情況，如圖6所示，可在水冷型火嘴23上設置耐火混凝土覆蓋層24。當燃氣在燒頭16處燃燒時，在耐火混凝土覆蓋層24的保護下，保持燒頭16處高溫，輻射熱量，促進燃料燃燒。

本領域的技術人員容易理解，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。