本發(fā)明屬于燃?xì)鉄崴仩t，具體涉及一種氫氣全預(yù)混摻燒的三角形管燃?xì)庹婵障嘧儫崴仩t。

背景技術(shù)：

1、隨著各國(guó)對(duì)大氣環(huán)境污染問(wèn)題日益重視，燃煤鍋爐逐漸被燃用天然氣的鍋爐所取代。其次，清潔能源的出現(xiàn)顛覆了人們對(duì)以往化石燃料的認(rèn)識(shí)，其中氫氣以其零污染性受到全球各國(guó)的青睞。燃?xì)鉄崴仩t主要用于工業(yè)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘５南丛『图彝ス┡?。真空熱水鍋爐，又稱真空相變熱水鍋爐，以其鍋爐內(nèi)部介質(zhì)壓力低于大氣壓、安全、不易發(fā)生爆炸，通過(guò)相變換熱方式加熱冷水的優(yōu)勢(shì)受到用戶的青睞。但是現(xiàn)有真空熱水鍋爐不能做到氫氣全預(yù)混摻燒；并且現(xiàn)有燃?xì)庹婵障嘧儫崴仩t蒸發(fā)換熱管束受熱面少導(dǎo)致所需受熱面增加，換熱管數(shù)目的增加導(dǎo)致鍋爐體積大；其次，煙氣強(qiáng)化換熱能力弱，煙氣沖刷流程長(zhǎng)，換熱效率低；爐膛內(nèi)部溫度高導(dǎo)致氮氧化物排放量增加，對(duì)環(huán)境造成污染。

2、西安交通大學(xué)、浙江音諾偉森熱能科技有限公司申請(qǐng)的cn202310138049.2是一種安全且煙氣對(duì)流換熱系數(shù)高的真空熱水鍋爐。該技術(shù)顯著提高換熱系數(shù)，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)件湊、工藝簡(jiǎn)化、降低鍋爐整噸鋼耗量和水容積，實(shí)現(xiàn)降低碳排放；本發(fā)明在該技術(shù)的基礎(chǔ)上做到進(jìn)一步創(chuàng)新和優(yōu)化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決傳統(tǒng)燃?xì)庹婵障嘧儫崴仩t存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種氫氣全預(yù)混摻燒的真空相變熱水鍋爐，提出一種將傳統(tǒng)膜式水冷壁輻射受熱面和傳統(tǒng)水管管束對(duì)流受熱面有機(jī)結(jié)合成為整體的輻射對(duì)流傳熱元件，或稱一種新型傳熱管束，即正三角形翅片管和倒三角型翅片管；正三角型管水冷壁管中有氫氣管，氫氣管連通至上下氫氣集箱，此時(shí)正三角形管內(nèi)仍為水，故為正三角形水冷壁管；也可將正三角形管直接連通至上下氫氣集箱，此時(shí)正三角形管內(nèi)為氫氣，故為正三角形氫氣管；可以在三角形管氫氣管的兩側(cè)壁面或管邊開(kāi)孔，并在壁面上利用沖壓工藝加裝凸臺(tái)以達(dá)到氫氣全預(yù)混摻燒的目的。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種氫氣全預(yù)混摻燒的三角形管燃?xì)庹婵障嘧儫崴仩t，立式布置，包括鼓風(fēng)機(jī)、燃燒器、三角形管水冷壁管束、上部汽水室和下部水室；鼓風(fēng)機(jī)和燃燒器布置于鍋爐正面，上部汽水室底部、下部水室的頂部、三角形管水冷壁管束圍成預(yù)混氣體空間，燃燒器連通預(yù)混氣體空間；三角形管水冷壁管束包括正三角形氫氣管和倒三角形水冷壁管，正三角形氫氣管和倒三角形水冷壁管間留有縫隙；正三角形氫氣管側(cè)壁或棱邊上開(kāi)設(shè)氫氣孔，正三角形氫氣管中通入氫氣；上部汽水室中設(shè)置上氫氣集箱，下部水室中設(shè)置下氫氣集箱，正三角形氫氣管兩端連接上氫氣集箱和下氫氣集箱，下氫氣集箱底部有補(bǔ)充氫氣的管道。

3、進(jìn)一步的，所述正三角形氫氣管兩側(cè)管壁開(kāi)交叉射流孔，管壁兩側(cè)有擾流臺(tái)，擾流臺(tái)為中間鏤空的拱形凸臺(tái)。

4、進(jìn)一步的，上部汽水室中設(shè)置上氫氣集箱，下部水室中設(shè)置下氫氣集箱，正三角形氫氣管內(nèi)設(shè)置氫氣管成為正三角形水冷壁管，氫氣管兩端連接上氫氣集箱和下氫氣集箱，氫氣管通過(guò)連通管連通所述氫氣孔；正三角形水冷壁管兩端連接上部汽水室和下部水室，正三角形水冷壁管和氫氣管之間通入水，正三角形水冷壁管兩側(cè)壁面上開(kāi)設(shè)氫氣孔并且在兩側(cè)壁面設(shè)置擾流凸臺(tái)。

5、進(jìn)一步的，所述通有氫氣的正三角形氫氣管或正三角形水冷壁管和通有水的倒三角形水冷壁管交錯(cuò)排布，通有氫氣的正三角形氫氣管或正三角形水冷壁管兩邊開(kāi)孔。

6、進(jìn)一步的，三角形管水冷壁管束采用λ形排布或n形排布，形成λ形或n形水冷燃燒面。

7、進(jìn)一步的，鍋爐前墻處和尾部設(shè)置三角形管膜式水冷壁蒸發(fā)換熱管束，鍋爐兩側(cè)設(shè)置三角形管耦合翅片管蒸發(fā)換熱管束；三角形管耦合翅片管蒸發(fā)換熱管束的單管之間設(shè)有縫隙；上部汽水室底部、下部水室的頂部、三角形管膜式水冷壁蒸發(fā)換熱管束、三角形管水冷壁管束以及三角形管耦合翅片管蒸發(fā)換熱管束圍成爐膛空間，鍋爐本體外殼板與三角形管耦合翅片管蒸發(fā)換熱管束圍成等壓煙氣通道。

8、進(jìn)一步的，在尾端設(shè)置三角形管節(jié)能冷凝換熱器，尾部的三角形管膜式水冷壁蒸發(fā)換熱管束中相鄰兩根管緊密連接，尾部的三角形管膜式水冷壁蒸發(fā)換熱管束和三角形管節(jié)能冷凝換熱器構(gòu)成等壓煙室，三角形管節(jié)能冷凝換熱器兩端分別連接煙氣冷凝換熱器上部矩形截面集箱和煙氣冷凝換熱器下部矩形截面集箱，煙氣冷凝換熱器上部矩形截面集箱和煙氣冷凝換熱器下部矩形截面集箱內(nèi)設(shè)有隔板，在三角形管節(jié)能冷凝換熱器、煙氣冷凝換熱器上部矩形截面集箱和煙氣冷凝換熱器下部矩形截面集箱中形成s形水流道。

9、進(jìn)一步的，三角形管節(jié)能冷凝換熱器采用“i型”三角形翅片管排列形成，“i型”三角形翅片管包括相互連接三角形管基管和帶有擾流柱的翅片，帶有擾流柱的翅片沿著三角形管基管軸向設(shè)置，帶有擾流柱的翅片上的擾流柱為y形錯(cuò)列排布、y型并列排布或菱形排布。

10、進(jìn)一步的，三角形管耦合翅片管蒸發(fā)換熱管束采用多個(gè)正三角形“j型”翅片管與三角形管基管間隔布置、倒三角形“j型”翅片管與三角形管基管間隔布置、多個(gè)“i型”三角形管翅片管、多個(gè)“c型”三角形翅片管與三角形管基管間隔布置或“w型”三角形翅片管與三角形管基管間隔布置或采用多根三角形管翅片管與三角形管換熱管間隔排列或多根“i型”三角形管翅片管排列形成；正三角形“j型”翅片管包括相互連接的三角形管基管和帶有擾流柱的翅片，倒三角形“j型”翅片管包括相互連接的倒三角形管基管和帶有擾流柱的翅片，“c型”三角形翅片管包括三角形管基管、帶有擾流柱的翅片和光滑翅片，三角形管基管的一條棱邊連接帶有擾流柱的翅片，另一條棱邊連接光滑翅片的中心線處，光滑翅片與帶有擾流柱的翅片平行；“w型”三角形翅片管包括三角形管基管、帶有擾流柱的翅片和光滑翅片，帶有擾流柱的翅片和光滑翅片分別連接三角形管基管的兩條棱，帶有擾流柱的翅片和光滑翅片垂直；帶有擾流柱的翅片以及光滑翅片均沿著三角形管基管的軸向設(shè)置；帶有擾流柱的翅片上的擾流柱為y形錯(cuò)列排布、y型并列排布或菱形排布，三角形管耦合翅片管蒸發(fā)換熱管束中相鄰管之前形成寬度為0.5～2mm的縫隙通道。

11、進(jìn)一步的，燃燒器包括與風(fēng)機(jī)鏈接的膨脹節(jié)和預(yù)混器；預(yù)混器下部設(shè)置與天然氣管道匹配的法蘭，預(yù)混器一側(cè)設(shè)置通過(guò)空氣的孔板，內(nèi)部有通入天然氣的管道，管道壁面為通過(guò)天然氣的孔板，預(yù)混器另一側(cè)設(shè)置通過(guò)預(yù)混氣體的孔板，燃燒器一端為預(yù)混氣體分配室，氣體分配室設(shè)置隔板，所述隔板將氣體分配室分為左預(yù)混通道和右預(yù)混通道，預(yù)混氣體通過(guò)孔板進(jìn)入預(yù)混氣體分配室，通過(guò)孔板溢出進(jìn)入縫隙通道；空氣擴(kuò)散器的進(jìn)口為矩形或梯形；風(fēng)機(jī)和膨脹節(jié)及預(yù)混器通過(guò)法蘭連接。

12、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少具有以下有益效果：

13、本發(fā)明所述氫氣全預(yù)混摻燒的三角形管燃?xì)庹婵障嘧儫崴仩t三角形管縫隙式水冷壁管束由相鄰的正三角形水冷壁管和倒三角形管水冷壁蒸發(fā)管組成，正三角形水冷壁管內(nèi)通有氫氣，管束兩側(cè)壁面或管邊開(kāi)孔噴出氫氣，將氫能運(yùn)用在傳統(tǒng)真空相變熱水鍋爐中；三角形管水冷壁管束相鄰管間縫隙可以使煙氣流出時(shí)形成二次交叉流，增強(qiáng)火焰穩(wěn)定性；也可以在三角形管水冷壁管束中的正三角形水冷壁管向火側(cè)焊接4-8mm的耐火翅片，將火焰分為兩股，避免火焰交疊，降低爐內(nèi)溫度從而降低氮氧化物排放量，解決了傳統(tǒng)燃?xì)庹婵障嘧儫崴仩t氮氧化物排放量大的問(wèn)題。

14、進(jìn)一步的，三角形管水冷壁管束采用λ形排布或n形排布，形成λ形或n形水冷燃燒面，煙氣流過(guò)縫隙時(shí)二次交叉可以降低煙氣的溫度，減少氮氧化物形成，同時(shí)管排延伸到后端膜式水冷壁蒸發(fā)換熱管束可使鍋爐呈雙爐膛形，采用全預(yù)混水冷燃燒器的優(yōu)勢(shì)在于可以大大減小爐膛體積并使天然氣和氫氣全預(yù)混。

15、進(jìn)一步的，本發(fā)明的一種氫氣全預(yù)混摻燒的三角形管燃?xì)庹婵障嘧儫崴仩t采用層流強(qiáng)化換熱的理念，通過(guò)縫隙通道消除煙氣換熱過(guò)程的中心高溫區(qū)，使鍋爐煙氣僅需30mm～100mm的流程即可從1100℃以上降至200℃以下，同時(shí)煙氣阻力控制在1000pa以下，降低鍋爐蒸噸鋼耗量和水容積。

16、進(jìn)一步的，三角形管耦合翅片管蒸發(fā)換熱管束采用正三角形“j型”翅片管、倒三角形“j型”翅片管，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相較于方形管可提高單位長(zhǎng)度換熱面積兩倍以上，可進(jìn)一步降低煙氣溫度，強(qiáng)化傳熱。

17、進(jìn)一步的，擾流臺(tái)為中間鏤空的拱形凸臺(tái)，可以使孔內(nèi)的氫氣溢出后形成二次交叉流，可以增強(qiáng)擾動(dòng)來(lái)增強(qiáng)預(yù)混氣的混合均勻程度。

18、進(jìn)一步的，三角形水冷壁氫氣管在管壁兩側(cè)和氫氣管向心側(cè)同時(shí)開(kāi)孔，管壁兩側(cè)溢出的氫氣在擾流柱的擾動(dòng)進(jìn)行預(yù)混摻氫的同時(shí)，向心側(cè)孔溢出氫氣進(jìn)行擴(kuò)散式預(yù)混摻氫，進(jìn)一步增強(qiáng)預(yù)混氣體的混合均勻程度。

19、進(jìn)一步的，所述通有氫氣的正三角形氫氣管和通有水的倒三角形水冷壁管交錯(cuò)排布，通有氫氣的正三角形氫氣管兩邊開(kāi)孔，氫氣從孔內(nèi)溢出后與進(jìn)入縫隙通道的空氣/天然氣預(yù)混氣進(jìn)行預(yù)混。

20、綜上所述本發(fā)明設(shè)計(jì)的氫氣全預(yù)混摻燒的三角形管燃?xì)庹婵障嘧儫崴仩t采用三角形管作為水冷壁管可以顯著提高鍋爐強(qiáng)度同時(shí)減少水冷壁鋼耗量20％以上，極大減小鍋爐的生產(chǎn)成本。