[发明专利]一种耦合预混水冷燃烧的单锅片串接铸铝硅热水炉

说明书

本发明公开了一种耦合预混水冷燃烧的单锅片串接铸铝硅热水炉，其本体由轴对称单锅片替代三种不锅片串接而成，上部由水冷燃烧头和前、后盖板封闭而成的燃烧室辐射区、中部对流区和冷凝区以及下部的异形烟箱构成。轴对称单锅片的燃烧室中心设置有一个环形、两根平行上升或炉膛顶部两侧设置的水冷通道构成水冷燃烧头，混合气经其上设置的防回火肋和稳焰柱喷出后点火燃烧，高温烟气从炉膛辐射区依次向下冲刷对流区和冷凝区的针翅受热面，汇集于异形烟箱转弯后向上排出。水道通过内置集箱而非外接，减少密封工作量，提高生产效率，使整体更加紧凑。本发明实现水冷燃烧与水冷换热一体化，降低燃烧区温度，抑制NOx产生，使氮氧化物进一步降低。

技术领域

本发明属于热能工程领域，具体涉及一种耦合预混水冷燃烧的单锅片串接铸铝硅热水炉。用于提高生产效率、降低成本、节能环保和提高产品质量和可靠性的锅炉设备技术领域。

背景技术

根据《2020中国能源化工产业发展报告》，2020年我国天然气需求将达3290亿立方米，同比增长8.8％，天然气已然成为我国能源结构调整的重要方向性能源以及改善居民生活质量的关键替代性能源。于是，在节能减排、可再生能源利用、“煤改气”等政策的多重影响下，整个燃气采暖炉行业也迎来了崭新的发展机遇和更加激烈的行业竞争。而对于被逐渐应用于学校、酒店、医院、社区的商用燃气采暖炉，如何更加有效地控制成本，以及如何更加高效地节能降耗，是其在技术与发展上必须面对的两个问题。

在控制成本方面，目前商用冷凝燃气采暖炉多以铸铝硅冷凝采暖炉为主，其兼具高热导率，易于安装维护，设计相对灵活，且耐蚀性较好等优点，因此在燃气采暖炉中占有较大份额。然而，现在市场上绝大多数的铸铝硅冷凝采暖炉采用1个前锅片、若干个中锅片以及1个后锅片模块式的组合结构。其中前锅片连接燃烧器头部，后锅片封闭烟气流动兼支撑燃烧头尾部，而前锅片和后锅片的中间依次串接串接1～12个相同结构的中锅片。因此，要想制造生产某功率范围的铸铝硅燃气采暖炉，至少需要3套不同模具分别生产前锅片、中锅片和后锅片，致使铸造模具成本极高。尤其对于大功率、大尺寸的铸铝硅商用燃气采暖炉，每一级锅片的重量约为70～100kg，其对应的模具费用更加昂贵。然而，连接燃烧器的前锅片和后锅片，其实际生产数量一般仅为中锅片的10～20％，因此如果能够实现上述三种锅片铸件在结构上的相对统一，模糊其在非关键细节上的区别，以1种单锅片同时完成上述3种不同结构锅片的功能，就能将铸造模具缩减为原来的1/3，从而有效降低生产成本，提高生产效率，减少废品率，也利于增多产品系列，显著提高产品质量和可靠性。

而在节能降耗方面，由于铸铝硅商用燃气采暖炉结构非常紧凑，因此目前燃气燃烧器普遍选用火焰长度较短的全预混金属纤维表面燃烧器，但较小的炉膛尺寸使全预混燃烧器的容积热负荷极高，额定负荷下，氮氧化物排放往往超过30mg/m3，不能满足全国主要城市污染物排放指标要求，将造成锅炉降低负荷运行。然而表面全预混燃烧技术也存在着一些难题，一方面随着空燃预混比例的增大，火焰的稳定燃烧范围变小，这就限制了全预混燃烧器的大型化；另一方面，全预混燃烧由于已完成精确比例混合，燃烧完全，燃烧速度快，火焰温度高，因此常规的全预混表面燃烧技术往往需要大量的过量空气来冷却燃烧区温度，从而减少燃烧过程中氮氧化物的生成，然而较高的过量空气系数导致排烟热损失增加，直接降低锅炉热效率。

为改善高过量空气系数燃烧与易回火的问题，国内外技术人员在全预混表面燃烧技术的基础上研发出全预混水冷燃烧技术，通过采用高传热系数的水冷管束组成燃烧器头部，预混后通过水冷管束间的狭缝喷出后点火燃烧，水冷管束在火焰根部将预混火焰产生的高温迅速带走，有效降低燃烧区温度，进一步抑制了热力型NOx的产生。同时水冷管束的“冷壁效应”起到熄火保护作用，能有效地降低燃烧头的回火风险。因此，全预混水冷燃烧技术也成为很多冷凝锅炉的首选。另外目前市场上的铸铝硅冷凝燃气锅炉几乎全部都选配全预混金属纤维表面燃烧器，这种燃烧器所配风机需要防静电风机，功率较小，若有突破功率限制，在技术上自主突破，减少对国外技术的依赖，也必须选用全预混水冷燃烧器。目前还没有先例把全预混水冷燃烧器和铸铝硅组合在一起，更不用说将全预混水冷燃烧器和铸铝硅一体化的产品了。

发明内容