阅读说明：本技术 强制循环超低氮真空相变热水冷凝锅炉 (Forced circulation ultra-low nitrogen vacuum phase-change hot water condensation boiler ) 是由 郭奇 郭小山 于 2021-08-11 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种强制循环超低氮真空相变热水冷凝锅炉,所述锅炉包括真空锅炉本体,真空锅炉本体包括锅筒组件、减排组件、真空换热室组件和连接管,所述减排组件套设于锅筒组件内,由炉胆、回水器、三回程水管、四回程水管、进水室、出水室组成了四维立体炉膛；所述真空换热室组件封焊在锅筒组件顶部,形成了蒸汽室,又用连接管导通了二组件循环媒水,构成了真空锅炉本体；所述真空锅炉本体前端、后端与低部分别安装了前烟室、后烟室与底座,所述前烟室中心处安装了燃烧器,所述后烟室烟气出口串接了空气预热器。本发明的四维立体炉膛高温燃烧辐射换热方式,四回程烟气与媒水强制循环对流换热方式,实现了高热效率与超低氮排放目的。(The invention discloses a forced circulation ultra-low nitrogen vacuum phase-change heat water condensation boiler which comprises a vacuum boiler body, wherein the vacuum boiler body comprises a boiler barrel assembly, an emission reduction assembly, a vacuum heat exchange chamber assembly and a connecting pipe, the emission reduction assembly is sleeved in the boiler barrel assembly, and a four-dimensional stereo hearth is formed by a boiler furnace, a water return device, a three-return water pipe, a four-return water pipe, a water inlet chamber and a water outlet chamber; the vacuum heat exchange chamber component is sealed and welded on the top of the boiler barrel component to form a steam chamber, and the two components are communicated with circulating medium water through a connecting pipe to form a vacuum boiler body; the front end, the rear end and the lower part of the vacuum boiler body are respectively provided with a front smoke chamber, a rear smoke chamber and a base, the center of the front smoke chamber is provided with a burner, and a smoke outlet of the rear smoke chamber is connected in series with an air preheater. The four-dimensional stereo hearth high-temperature combustion radiation heat exchange mode and the four-return flue gas and medium water forced circulation convection heat exchange mode realize the purposes of high heat efficiency and ultralow nitrogen emission.)

强制循环超低氮真空相变热水冷凝锅炉

技术领域

本发明涉及热水锅炉技术领域，具体涉及一种强制循环超低氮真空相变热水冷凝锅炉。

背景技术

以前，多数用户选用传统室燃三回程火管真空相变燃气热水锅炉，不足之处：A.锅炉炉胆010直径较小，炉膛辐射换热面少燃烧温度高，会生成较多氮氧化物；B.高温烟气聚集在炉膛后部的回燃室09内，又会生成较多氮氧化物；所以本类锅炉适配80毫克排放扩散式燃烧器，不能达标氮氧化物≤30毫克排放目的。(参考图10图11所示)

目前，国内外超低氮减排方式，均是用FGR烟气再循环燃烧系统降低炉膛燃烧温度，或用全预混小火苗分散燃烧面降低高温聚集区，总之，是用各种降低温度燃烧方式减少氮氧化物生成，达标氮氧化物≤30毫克排放的。

方法1：上述传统三回程火管真空锅炉是用FGR烟气再循环燃烧器达标超低氮排放的，其原理是通过燃烧器01进风口负压，用回收管08回收废气和新风混合再循环燃烧，目的是减少炉膛气体含氧量，降低炉膛燃烧温度减排氮氧化物的，不足处是：A.低温燃烧方式相比高温燃烧方式锅炉出力差，热效率底；B.为达到锅炉额定出力，炉膛容积与烟管须增大增加，钢耗量大，制造成本高；C.高温废气和常温新风混合产生的废气有害物与冷凝水，对燃烧器和锅炉换热面有一定损害，使用寿命短，燃烧稳定性差；D.燃烧器电机功率需增加，耗能较高，控制复杂，售价高昂，信价比底；E.部分用户为节约燃气会关掉烟气再循环，回到高温燃烧方式时起不到减排目的。

方法2：全预混金属网硅铸铝锅炉优点是硅铸铝导热率好，所以锅炉体积小，重量轻，占地少，烟温低；不足处是：A.对空气质量要求严，需定期清理更换滤网；B.对水质要求高，必须二次换热供水，增加了板换、水泵与阀门管道，占地与热损大，造价高；C.为了安全烟气含氧量均调整在6％左右,与扩散式燃烧器最佳调整在≤3.0％烟气含氧量相比，热效率略低。

方法3：全预混真空水管锅炉是在平板式燃烧器端面上，均布小火苗降低集中高温区，还另需水冷壁降低喷口温度防止回火爆燃，达到超低氮排放目的，也存在上方法2的某些不足处。

目前传统冷凝方式：多是在锅炉烟道串接冷凝回收器提高热效率的，这种用烟道低温冷凝换热方式，耗钢量大，现场安装费工费时；且在回水温度较高时冷凝换热节能效果不明显。

综上所述：目前国内外厂企均是用各种降低燃烧温度的低温燃烧方式，减排氮氧化物的；冷凝方式是在锅炉烟气出口串接冷凝器，达到节能与降低排烟温度的。

发明内容

(一)解决技术问题

针对上述技术不足问题，本发明目的在于提供了一种强制循环超低氮真空相变冷凝热水锅炉，适配80毫克排放扩散式燃烧器，釆用四维立体炉膛高温辐射换热方式，四回程高温烟气与四回程媒水强制循环的对流换热方式，达到了能用锅炉本体减排氮氧化物≤25毫克目的，同时也解决了目前锅炉低温燃烧减排方式与冷凝方式存在的上述不足处。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种强制循环超低氮真空相变热水冷凝锅炉，它包括真空锅炉本体，真空锅炉本体包括锅筒组件、减排组件、真空换热室组件与连接管，所述减排组件套设于锅筒组件的炉胆中，构成了四维立体炉膛，所述四维立体炉膛辐射换热面，由进水室内端面、三回程水管、回水器内端面、四回程水管、出水室内端面与炉胆组成，所述真空换热室组件坐落在锅筒组件连通孔上部周圈封焊导通后，形成了蒸汽室，所述连接管上端口与真空换热室组件热水出口连通，下端口与所述减排组件的进水口连通后，组成了真空锅炉本体；

具体地，所述锅筒组件包括炉胆、前管板、二回程导烟管、锅筒外壳、三回程烟管、后管板和排污口，所述锅筒外壳的两端口分别封焊了前管板和后管板，所述排污口焊连在锅筒外壳的前下端并导通，所述二回程导烟管弯头端口与炉胆后部环周开孔处焊连导通，直端口与前管板焊连导通，所述三回程烟管两个端口分別与前管板、后管板焊连导通后，组成了锅筒组件；

具体地，所述减排组件包括进水口、进水室、三回程水管、回水器、四回程水管、出水室、出水口、烟气双防爆口，所述进水口、进水室、三回程水管、回水器串接焊连导通了第三回程媒水路径，所述回水器、四回程水管、出水室、出水口串接焊连导通了第四回程媒水路径，所述烟气双防爆口穿过进水室管焊连后，四维立体炉膛与大气导通，组成了减排组件；

具体地，所述真空换热室组件包括冷水进口、进水箱、一回程水管、回水箱、二回程水管、出水箱、热水出口、真空室前管板、真空室后管板、U型外壳、防爆口、水位视镜、吊耳，所述冷水进口、进水箱、一回程水管和回水箱串连焊连，导通了蒸汽室负压相变换热，第一回程循环媒水路径，所述回水箱、二回程水管、出水箱和热水出口串连焊连，导通了蒸汽室负压相变换热，第二回程循环媒水路径，所述U型外壳的两端包在真空前管板与真空后管板的立面上封焊，所述U型外壳顶端焊连了真空室防爆口和吊耳，其右下前部焊连水位视镜并导通后，组成了真空换热室组件。

具体地，所述真空锅炉本体的前端面和后端面分别安装了前烟室和后烟室，其底部安装了底座，所述前烟室的中心处安装了扩散式燃烧器。

优选地，所述真空锅炉本体的二回程导烟管中，可串装冷凝扰流片。

优选地，所述后烟室的烟气出口可串接空气预热器。

(三)有益效果：

与现有技术相比，本发明的优点在于:

有益效果1：本发明所提供的不同于传统锅炉特征的四维立体高温辐射换热炉膛，辐射换热面是传统锅炉的2倍余；强制循环的媒水流速是传统锅炉的近3倍；烟气与媒水是四回程方式热交换的；适配80毫克排放扩散式燃烧器，达到了能用锅炉本体减排氮氧化物≤25毫克的目的；同时解决了低温燃烧方式热效率底、耗钢耗电量大、制造成本高、燃烧器和锅炉换热面使用寿命较短、运行稳定性差的不足之处。

有益效果2：上述四维立体高温辐射换热炉膛能热交换出总热量的约60％，排烟温约105℃左右，在二回程导烟管内装入冷凝扰流片，导烟管换热效率约提高了20％，排烟温可降到冷凝点以下,达到可派生出高热效率的一体式超低氮冷凝锅炉目的；同时解决了上述传统锅炉冷凝方式结构繁杂、耗钢量大、造价较高，现场安装费工费时的问题。

有益效果3：可串装空气预热器，烟温降至约60℃左右，新风温度提高到约60℃，进一步提高炉膛燃烧温度后，热效率高，节能效果好。

有益效果4：传统扩散式燃烧器是经典产品，运行安全可靠的同时，无吨位限制，弥补了金属网全预混燃烧器仅能适配小型锅炉的不足处。

为了验证本发明的可用性，试制了验证机验证，(附图12)在排烟温95℃，过量空气系数1.16，烟气含氧量2.9％时；一氧化碳排放75毫克左右，氮氧化物排放折算值24毫克左右，达到了国家各项废气与氮氧化物≤30毫克排放标准；如果再加装冷凝拢流片与空气预热器进一步优化后，地暖采暖时排烟温度可降到55℃左右，进一步提高了热效率与降低了二氧化碳排放量。

附图说明

图1为本发明真空冷凝锅炉组件装配原理图(主视图)；

图2为本发明真空冷凝锅炉组件装配原理图(右视图)；

图3为本发明真空冷凝锅炉组件装配原理图(左剖图)；

图4为本发明锅筒组件结构原理图(主视图)；

图5为本发明锅筒组件结构原理图(剖视图)；

图6为本发明减排组件结构原理图(主视图)；

图7为本发明减排组件结构原理图(右视图)；

图8为本发明真空换热室组件结构原理图(主视图)；

图9为本发明真空换热室组件结构原理图(剖视图)；

图10为传统真空冷凝锅炉结构示意图；

图11为传统真空冷凝锅炉剖面示意图；

图12为验证机现场检测数据与照片。

附图标记说明

1-燃烧器；2-前烟室；3-真空换热室组件；4-空气预热器；5-连接管；6-后烟室；7-锅筒组件；8-减排组件；9-冷凝扰流片；10-四维立体炉膛；11-底座；12-蒸汽室；13-真空锅炉本体；14-胆炉；15-前管板；16-二回程导烟管；17-锅筒外壳；18-连通孔；19-三回程烟管；20-后管板；21-排污口；22-回水器；23-三回程水管；24-进水室；25-进水口；26-烟气双防爆口；27-出水口；28-出水室；29-四回程水管；30-回水箱；31-真空室后管板；32-真空室防爆口；33-U型外壳；34-一回程水管；35-吊耳；36-真空室前管板；37-进水箱；38-冷水进口；39-热水出口；40-水位视镜；41-出水箱；42-二回程水管；01-燃烧器；02-二回程烟管；03-三回程烟管；04-真空换热器组件；05-锅筒组件；06-热交换水管；07-冷凝换热器；08-废气回收管；09-高温回燃室；010-胆炉。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例

如图1-3所示，一种强制循环超低氮真空相变热水冷凝锅炉，它包括锅炉本体13，锅炉本体13包括锅筒组件7、减排组件8、真空换热室组件3、连接管5，所述减排组件8装入到锅筒组件7的炉胆14内后，由炉胆14、回水器22内端面、进水室24内端面、出水室28内端面、三回程水管23、四回程水管29组成了四维立体炉膛10的辐射受热面，所述真空换热室组件3坐落在锅筒组件7连通孔18的上部周圈封焊导通后，形成了蒸汽室(12)所述连接管5上端口与真空换热室组件3的热水出口39连通，下端口与所述减排组件8的进水口25焊连导通后，组成了锅炉本体13。

所述真空锅炉本体13烟气循环的流程为：四维立体炉膛10→二回程导烟管16→前烟室2→三回程烟管19→后烟室6→空气预热器4，是一种低背压的四回程烟气辐射换热与对流换热路径。

所述真空锅炉本体13循环媒水的流程为：冷水进口38→进水箱37→一回程水管34→回水箱30→二回程水管42→出水箱41→连接管5→进水室24→三回程水管23→回水器22→四回程水管29→出水室28→出水口27→供暖系统，是一种强制循环的四回程循环媒水换热路径。

如图4-5所示，前述锅筒组件7，它包括炉胆14、前管板15、二回程导烟管16、锅筒外壳17、三回程烟管19、后管板20、排污口21，所述前管板15、后管板20、分别焊连在锅筒外壳17两端口、排污口21焊连在前下端，所述二回程导烟管16弯头端口与炉胆14后外部周圈开孔焊连，直端口与前管板5焊连，导通了二回程烟气路径，所述三回程烟管19二端口分別与前管板15、后管板20焊连，导通了三回程烟气路径后，组成了锅筒组件7。

如图6-7所示，前述减排组件8，它包括进水口25、进水室24、三回程水管23、回水器22、四回程水管29，出水室28、出水口27、烟气双防爆口26、所述三回程水管23端口分别与进水口25、进水室24、回水器22焊连，导通了第三回程媒水路径，所述四回程水管29端口分别与回水器22、出水室28与出水口27焊连，导通了第四回程系统媒水路径，所述烟气双防爆口26穿过进水室24焊连后，导通了炉膛双防爆口后，组成了减排组件8。

如图8-9所示，前述真空换热室组件3，它包括冷水进口38、进水箱37、一回程水管34、回水箱30、二回程水管42、出水箱41、水出口39、真空室前管板36、真空室后管板31、U型外壳33、真空室防爆口32、蒸汽室12、吊耳35、水位视镜40，所述冷水进口38→进水箱37→一回程水管34→回水箱30串连焊接，导通了蒸汽室12负压相变换热，循环媒水第一回程路径，所述回水箱30→二回程水管42→出水箱41→热水出口39串连焊接，导通了蒸汽室12负压相变换热，循环媒水第二回程路径，所述U型外壳33二端包在真空前管板36与真空后管板31立面上焊连，所述U型外壳33顶端焊连了真空室防爆口32、吊耳35，其右下前部焊连了水位视镜40后，组成了真空换热室组件3。

前述真空锅炉本体13的前端面、后端面、分别安装了前烟室2、后烟室6，底部安装了底座11，所述前烟室2中心处安装了扩散式燃烧器1。

优选的，所述真空锅炉本体13二回程导烟管16，可串装冷凝扰流片9。

优选的，所述后烟室6烟气出口可串接空气预热器4，同时导通了四回程低温烟气路径。

本发明的说明书已对锅炉的结构给出了充分的说明，特别是所附图是验证机生产图，普通技术人员足以通过本说明书加以实施。在权利要求的框架下，基于本思路的锅炉本体核心技术改进属于本发明的权利范围。

以上所述仅为较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的锅炉本体核心技术所作的修改、等同替换、改进等，包含在本发明的保护范围之内。