[发明专利]一种窄间隙燃烧及换热的燃气冷凝锅炉

说明书

一种窄间隙燃烧及换热的燃气冷凝锅炉，包括燃烧器与换热器，安装在锅炉顶板中心的窄间隙燃烧器由鼓风机、混合器和水冷燃烧头构成；换热器由内、外两圈内侧窄外侧宽的玉米粒形直管和一圈与燃烧头耦合的玉米粒形直管沿周向均匀布置构成，鼓风机将空气送入混合器和燃气充分混合进入燃烧头空腔沿周向均匀分布的水冷直管间的窄间隙喷流而出，点火后沿周向和轴向均匀燃烧并向内管圈辐射放热，烟气依次冲刷内、外圈直管间的窄间隙实现窄间隙层流强化换热，通过外壳和外层直管间的间隙向下流入承露盘并从烟气出口排入大气，本发明结构简单，层流强化，紧凑换热，低氮排放，热效率高。

技术领域

本发明涉及整体冷凝锅炉技术领域，具体涉及一种窄间隙燃烧及换热的燃气冷凝锅炉。

背景技术

我国是能源生产和消费的大国，节能减排、提高能源利用效率是我们面临的重要任务，同时我国环境治理还需严控，雾霾问题的持续、频发，北方供暖季间雾霾现象更为严重。长期以来，我国的能源生产和消费中主要以煤为主。我国的大气污染属于“第一代”煤烟型污染，主要是由于煤燃烧造成。为治理雾霾，供暖行业提出了2019年清洁取暖率50％代替散烧煤0.74亿吨，新增气131亿m3；2021年清洁取暖率70％代替散烧煤1.5亿吨，新增气278亿m3；2021年供暖天然气需求达641亿m3以上等诸多要求。为达到要求，采用燃烧天然气的商用燃气冷凝热水炉作为分布式供热方式必不可少，燃烧天然气基本上不排放或排放少量的SO₂；氮氧化合物排放量比燃煤减少45％，比燃油减少63％；CO2排放量比燃煤减少52％，比燃油减少26％，其次，商用燃气冷凝热水炉是将天然气的化学能转变成热能实现采暖的供应终端，是分布式供热的最好选择。

目前，常规的商用燃气热水炉等热能动力设备，存在利用效率低的问题。一方面需要不断提高天然气的燃烧效率，另一方面需要进一步降低天然气利用设备的排烟温度，提高设备转换效率。常规天然气热水锅炉的排烟温度一般在130℃以上，蒸汽锅炉在200℃以上，有时甚至高达300℃，该温度远高于天然气烟气水露点温度(通常为55～60℃)，排烟不仅带走大量烟气显热，更重要的是烟气中水蒸气潜热得不到充分利用，降低锅炉排烟温度对于提高天然气锅炉效率和降低运行费用是非常重要的。

冷凝锅炉利用高效的全预混燃烧技术，有效的降低了燃烧过量空气系数，提高了天然气燃烧效率，降低NOx等污染气体的生成与排放，同时采用烟气深度冷却技术，将热能利用设备排烟温度降到烟气露点温度(或水露点)以下，不仅能够充分地吸收烟气的显热还能利用天然气燃烧时产生的水蒸气凝结放热，大大提高了天然气能量在热能利用设备中的转换效率，节约了能源。因此，开发应用燃气冷凝热水锅炉，是减少环境污染、高效利用燃气的有效途径之一。目前市场上冷凝锅炉的结构形式主要有分离式和整体式两种形式，前者是在常规锅炉后加装冷凝段换热器，冷凝率低，锅炉整体热效率提高小；后者是将常规锅炉和冷凝换热器设计为整体结构。目前市场上推出的整体式冷凝锅炉主要有铸铝硅镁模块化商用燃气冷凝热水炉和商用燃气不锈钢盘管冷凝热水炉。铸铝硅镁模块化商用燃气冷凝热水炉虽然效率较高，结构紧凑但模具、材料价格昂贵，国内生产能力极其有限同时核心技术受国外掌控；商用燃气不锈钢盘管冷凝热水炉体积大且笨重，盘管工艺复杂、成本高。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种窄间隙燃烧及换热的燃气冷凝锅炉，采用横截面为内侧窄外侧宽的玉米粒形直管组成锅炉的辐射—对流换热器，玉米粒形直管构成的燃烧室有利于发挥全预混燃烧器辐射换热能力强的优势，同时，相邻玉米粒形直管管间的窄间隙烟道，使高温烟气流过时被管内水强烈冷却，强化层流换热，换热系数大。锅炉结构简单，成本低且热效率高，在回水温度30℃时，锅炉热效率可达106％以上。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：