本實用新型涉及一種低氮蓄熱式燃油燃氣鍋爐，該設(shè)備屬于鍋爐行業(yè)。

背景技術(shù)：

燃煤鍋爐：以中小型燃煤鍋爐和燃煤快裝鍋爐的使用數(shù)量最多、也最為普遍，這些燃煤鍋爐中絕大多數(shù)是技術(shù)落后、熱效率低下(在65％以下)的高耗能設(shè)備，也是煙氣處理設(shè)備極不完善的高污染排放設(shè)備。燃煤鍋爐因排放大量的CO₂是溫室氣體減排治理的重要目標，同時燃煤鍋爐排放大量的煙塵和SO₂也是大氣污染治理的主要對象，當前廣泛開展的鍋爐“煤改氣”，就是以燃油燃氣等清潔燃料替代燃煤，目的是節(jié)能減排、保護大氣環(huán)境。

燃油燃氣鍋爐：以中小型熱水鍋爐或飽和蒸汽鍋爐為主(沒有過熱蒸汽鍋爐)，燃油燃氣鍋爐比燃煤快裝鍋爐的結(jié)構(gòu)更緊湊，金屬消耗量更低，熱效率更高(＞94％)；燃油燃氣鍋爐因此肩負“煤改氣”的重任，也承載著“節(jié)能減排”的眾望。

北京市大力度推進鍋爐“煤改氣”多年，煙塵及SO₂的排放量顯著減少，但北京市的霧霾還是越來越多、空氣污染越來越重，研究表明氮氧化物NO_X是霧霾的主要成因、其危害性更大。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示在北京市NO_X污染物總量中燃油燃氣鍋爐是第三大排放源，可見霧霾的增多與燃油燃氣鍋爐的大量使用有關(guān)，對鍋爐進行“煤改氣”應將NO_X的排放量列入重要的減排指標和監(jiān)控目標。

研究發(fā)現(xiàn)：熱力型NO_X的生成量與燃燒溫度、氧氣濃度及氣體在高溫的停留時間有關(guān)，當燃燒溫度T＜1,300℃時只有少量的NO生成，當T＞1,500℃時NO的生成量顯著增加。普通燃油燃氣鍋爐配備的常規(guī)燃燒機，鍋爐運行時擴散式燃燒火焰的溫度很高(1,200～1,600℃)，燃燒持續(xù)的時間較長，煙氣中余氧含量也很高(在3％左右)，這些因素有利于NO_X的大量生成，普通燃油燃氣鍋爐的NO_X排放量很高(不達標)。

現(xiàn)在全國很多省市都在大力推進“煤改氣”工作，這些地方也存在NO_X的減排問題，同樣需要燃油燃氣“低氮燃燒器”和“低氮鍋爐”類的技術(shù)產(chǎn)品，而當前國內(nèi)外的這類低氮燃燒技術(shù)產(chǎn)品都還不夠成熟，這意味著低氮燃燒技術(shù)產(chǎn)品有著緊迫的需求和廣闊的市場空間。

燃油燃氣低氮燃燒技術(shù)主要有：蓄熱燃燒技術(shù)、分級燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)、分割火焰燃燒技術(shù)及預混燃燒技術(shù)等。

蓄熱燃燒技術(shù)即高溫空氣燃燒(High Temperature Air Combustion，HTAC)技術(shù)，已在工業(yè)窯爐上成熟使用十多年、節(jié)能效果顯著。HTAC技術(shù)由成對的蓄熱室、換向閥及成對的燃料噴槍組成，通過換向閥的切換兩個蓄熱室在放熱、蓄熱兩種狀態(tài)下交替工作。放熱狀態(tài)：助燃空氣經(jīng)過高溫蓄熱室被加熱到1,000℃～1,200℃，在高溫空氣流的中心區(qū)氧含量很低(21％～2％)，將霧化燃油或燃氣噴入到高溫空氣中心首先進行低氧燃燒；氣流進入爐膛燃料、空氣充分混合進行短時間的室式燃燒，室式燃燒的平均溫度水平比局部燃燒要高、但沒有局部高溫火焰，因而NO_X的生成量很低、更環(huán)保；室式燃燒較高的溫度水平有利于對爐內(nèi)工件的輻射加熱。蓄熱狀態(tài)：爐內(nèi)的高溫煙氣經(jīng)過低溫蓄熱室被冷卻到100℃以下低溫排放，煙氣的余熱得以最大程度的回收、節(jié)能效果顯著。

此外，燃煤鍋爐、燃煤快裝鍋爐及燃油燃氣鍋爐都采用傳統(tǒng)鍋爐的設(shè)計模式：即都設(shè)置煙道及低溫對流換熱設(shè)備(包括省煤器、空氣預熱器、鍋爐管束、煙管管束及冷凝換熱器等)，以降低排煙溫度提高鍋爐的熱效率。眾所周知，這些煙道低溫換熱設(shè)備多為熱效率低、金屬耗量大、造價及維修費用高的粗重設(shè)備，其經(jīng)濟性很差，也嚴重影響鍋爐整體的性價比。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

低氮蓄熱式燃油燃氣鍋爐創(chuàng)造性地將工業(yè)窯爐上的高溫空氣燃燒(HTAC)技術(shù)應用到燃油燃氣鍋爐上，很好地解決了普通燃油燃氣鍋爐的低氮排放問題，也徹底拋棄了傳統(tǒng)燃油燃氣鍋爐低溫對流換熱設(shè)備，提升鍋爐設(shè)備的經(jīng)濟性。

本實用新型鍋爐的HTAC技術(shù)同樣由成對的蓄熱室、換向閥及燃油燃氣噴槍等裝置組成，通過換向閥的切換使得兩個蓄熱室在放熱、蓄熱兩種狀態(tài)下交替工作，實現(xiàn)低氧燃燒、室式燃燒，顯著降低NOx生成量、排放更環(huán)保；冷凝低溫排煙、最大限度回收煙氣的余熱，熱效率顯著提高、更節(jié)能。

技術(shù)創(chuàng)新點之一：全新的設(shè)計理念、架構(gòu)上的技術(shù)創(chuàng)新

采用HTAC技術(shù)、蓄熱室可進行低溫排煙，本實用新型的鍋爐本體沒有煙道設(shè)施，更無需為降低排煙溫度而設(shè)置低溫對流換熱面(如煙管管束、冷凝換熱器及空氣預熱器等)，代之以全部設(shè)置在爐膛內(nèi)的高溫輻射換熱面(水冷壁和輻射換熱器)；這種全新的設(shè)計理念及架構(gòu)上的技術(shù)創(chuàng)新，給傳統(tǒng)的鍋爐設(shè)計帶來一場“革命”、也徹底“顛覆”了傳統(tǒng)鍋爐的結(jié)構(gòu)。

技術(shù)創(chuàng)新點之二：具有NO_X排放低、高效節(jié)能等顯著特點

采用HTAC技術(shù)的低氮蓄熱式燃油燃氣鍋爐，通過高溫蓄熱室助燃空氣被加熱到 1,000℃～1,200℃，在高溫空氣流的中心低氧區(qū)(21％～2％)噴入燃料(霧化的燃油或燃氣)先進行欠氧燃燒，氣流進入到爐膛以后充分混合快速完成室式燃燒。由于欠氧燃燒的溫度很低、室式燃燒沒有局部高溫火焰等措施都能夠顯著降低NOx的生成量、符合低氮排放標準更環(huán)保；與此同時通過蓄熱室低溫排煙(40℃～60℃)、最大限度回收煙氣的余熱(含顯熱及潛熱)、鍋爐的熱效率顯著提高(在102％以上)、更節(jié)能。

技術(shù)創(chuàng)新點之三：精簡的鍋爐構(gòu)成、緊湊的鍋爐單體結(jié)構(gòu)經(jīng)濟性更高

本實用新型鍋爐的本體沒有煙道及煙氣換熱設(shè)備，僅由爐膛及內(nèi)部設(shè)置的全部高溫輻射換熱設(shè)備(水冷壁和輻射換熱器)構(gòu)成緊湊的單體結(jié)構(gòu)。由于高溫輻射換熱效率遠高于低溫對流換熱效率，在同等換熱負荷的條件下高溫輻射換熱器的換熱面積要比低溫對流換熱器的換熱面積小得多、金屬消耗量更少，本實用新型鍋爐設(shè)備的造價和運行維護費用隨之降低、而經(jīng)濟性更高。

技術(shù)創(chuàng)新點之四：能夠生產(chǎn)高溫過熱蒸汽提升熱能的品級

由于HTAC技術(shù)能夠顯著地提高爐膛的平均溫度水平(溫度場更均勻)、提升爐膛的輻射換熱能力，本實用新型鍋爐爐膛內(nèi)設(shè)置的高溫輻射換熱器能夠生產(chǎn)高溫過熱蒸汽，小容量的鍋爐可提供高參數(shù)的蒸汽、提升供能的品位。這有利于“分布式能源系統(tǒng)”熱能的梯級利用、提高系統(tǒng)的熱利用率；還能提高小型“燃氣-蒸汽發(fā)電系統(tǒng)”的熱效率。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進一步詳細說明。

圖1為本實用新型的一種實施方式示意圖

圖2為本實用新型的另一種實施方式示意圖

具體實施方式

參見圖1，低氮蓄熱式燃油燃氣鍋爐的主要設(shè)備由鍋爐本體10及蓄熱式燃燒設(shè)備20組成，此外還有鍋爐附屬設(shè)備。

鍋爐本體10由鋼架和爐墻構(gòu)成封閉的爐膛101、爐膛內(nèi)壁四周布置的水冷壁102、爐膛內(nèi)中上部懸掛的輻射換熱器103以及爐膛外頂部的鍋筒104組成。水冷壁102及輻射換熱器103為鍋爐的全部換熱面，本實用新型鍋爐不再設(shè)置低溫對流換熱設(shè)備。

蓄熱式燃燒設(shè)備20，由成對的蓄熱室211、212、換向閥213及成對的燃油燃氣噴槍214、215組成。

蓄熱室211、212的內(nèi)部均設(shè)有蓄熱體，對于普通鍋爐只回收煙氣顯熱、設(shè)置一級蓄熱體即可滿足低溫(120℃～180℃)排煙的要求，對于冷凝鍋爐同時回收顯熱和潛熱、需要設(shè)置兩級蓄熱體以滿足冷凝更低溫(40℃～60℃)排煙的要求。

參見圖2，隨著鍋爐容量的增大(爐膛的增高)蓄熱式燃燒設(shè)備20以增加單元組的方式加大燃燒功率，即在第一單元組：成對的蓄熱室211、212、換向閥213及成對的燃油燃氣噴槍214、215基礎(chǔ)上，增加第二單元組：成對的蓄熱室221、222、換向閥223及成對的燃油燃氣噴槍224、225，增加第三單元組。

鍋爐附屬設(shè)備包括以下通用設(shè)備：燃油燃氣供應設(shè)備、鼓風機、鍋爐軟化水處理設(shè)備、給水泵、引風機及電氣控制設(shè)備，這些附屬設(shè)備都是通用設(shè)備本實用新型不再贅述。

低氮蓄熱式燃油燃氣鍋爐的工作過程：由換向閥213切換蓄熱室211、212在放熱及蓄熱兩種狀態(tài)下交替工作；放熱狀態(tài)：助燃空氣經(jīng)過高溫的蓄熱室211被加熱到 1,000℃～1,200℃，燃油燃氣噴槍214將燃料噴入高溫空氣中心欠氧燃燒、進入到爐膛 101中再進行室式燃燒；室式燃燒較高的溫度水平對水冷壁102及輻射換熱器103進行強烈的輻射換熱；蓄熱狀態(tài)：爐膛內(nèi)的高溫煙氣經(jīng)過低溫蓄熱室212被冷卻后低溫 (40℃～60℃)排煙、最大限度回收煙氣的余熱(含顯熱和潛熱)更節(jié)能。換向閥213 換向后蓄熱室211變?yōu)樾顭釥顟B(tài)、蓄熱室212變?yōu)榉艧釥顟B(tài)，......，換向閥213反復切換、鍋爐連續(xù)運行。

上述的實施方式只是為便于對本實用新型進行詳細的說明，并非限制本實用新型的實施范圍。