CN108731268A - 碟形焰低氮负压热水机组及其运行方法 - Google Patents

Abstract

发明涉及一种碟形焰低氮负压热水机组及其运行方法，设有机壳，机壳前端设有燃烧器，该燃烧器设有燃气进口、空气进口和烟气进口；并设有混气室，在燃烧器里设有旋流片；在机壳内设有燃烧室和水冷壁，在燃烧室后部设有循环水管列；在列管上部设有上部空间，水冷壁、列管和上部空间均充满循环水；上部空间内安装换热管，该换热管内为外供热水，在所述列管的相对燃烧室的另一侧设有烟气排放管；在所述上部空间设有使循环水***保持负压的抽气装置；并设有防爆装置。另外设有PLC控制器和与其进行信号和控制连接的多个传感器和自控变频器。本发明采用碟形焰低氮负压手动或自控运行，结构完善合理，具有显著的高效、节能、环保、安全、自动化运行的优点。

Description

碟形焰低氮负压热水机组及其运行方法

技术领域

本发明涉及一种产生热水的装置，是一种以天然气为燃料的高效、低排氮氧化物、负压运行、安全的热水机组。具体是一种碟形焰低氮负压热水机组及其运行方法，一种适用于各种供热水需求的热水装置。

背景技术

目前，通过天然气燃烧产生热水的装置通常为燃气锅炉，节能环保是锅炉行业的必然要求，随着国家环保排放要求的提高，对锅炉烟气低氮排放的要求越来越严。同时，由于传统的锅炉通常都属于压力容器，炉体是承压部件，因此运行时有可能发生***的安全隐患。另外热效率和运行的自动化智能化程度也有待提高。因此，非常需要提出一种低氮氧化物排放、低压甚至负压运行，更加环保安全的，能节能高效自动化运行的热水生产装置，以解决传统热水锅炉的不足。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种碟形焰低氮负压热水机组及其运行方法。本机组采用碟形火焰燃烧技术和内部循环热水列管竖直安装、密集阵列布置的结构，使热水产生速度大幅提升，提高燃烧加热的效率和换热效率，实现更好的节能高效的效果；通过在燃烧室内四周布置水冷壁和烟气循环利用降低助燃风的氧气浓度，降低燃烧温度，从而减少NOx的生成，实现烟气低氮排放；采用负压运行技术，大大提高了机组运行的安全性；并设置自动控制***。具有显著的高效、节能、环保、安全、自动化运行的优点。

本发明的所提供的技术方案是：

一种碟形焰低氮负压热水机组，设有机壳，其特征是：在机壳的前端设有燃烧器，该燃烧器设有燃气进口、空气进口和循环利烟气的烟气进口，燃气进口与燃气阀连通，空气进口与空气鼓风机连通，烟气进口与烟气引风机连通；并设有空气和烟气混合的助燃风混气室，在燃烧器的燃烧嘴里面设有使燃气和助燃风混合并形成旋转气流的旋流片；在机壳内燃烧器的燃烧嘴前面设有燃烧室，在燃烧室内四周布置有竖直排列的水管构成的水冷壁，在机壳内设有与燃烧室紧密靠近的循环水列管，该列管为竖直密集阵列或交叉设置的钢管；在列管上部的机壳内设有上部空间，所述水冷壁、列管和上部空间和下部水箱均充满相互连通的循环水，构成循环水***；上部空间内安装管式换热器的换热管，该换热管内为外供热水，与外供热水的进出口连通，该热水进出口与供热***连通；在所述列管的相对燃烧室的另一侧设有烟气排放管，该烟气排放管设有烟气循环利用出口，该烟气循环利用出口与所述燃烧器的烟气进口连通；在所述上部空间设有使循环水***保持负压的抽气装置。

本发明进一步完善和实施的补充方案是：

所述上部空间设有显示其内部温度和压力的温度表和压力表；并设有控制安全压力的埋入式溶解栓；在所述机壳下部设有与燃烧室连通的防爆装置；所述烟气排放管与设置的烟气余热回收装置连通，烟气排放管的出口设有烟气净化装置；所述上部空间设有排气阀，列管下方的机壳底部设有排水口，用以排出积水，防止管壁锈蚀。

上述的碟形焰低氮负压热水机组的运行方法：

1)在循环水***内一次性灌注软化循环水或叫热媒水到设定液位，即列管的上口；

2)打开燃气阀、鼓风机和燃气进口、空气进口，打开排气阀，点燃燃烧器，小负荷对热媒水进行升温，由于热媒水受热沸腾，随温度升高原壳体内存储的空气被蒸汽排出，然后关闭排气阀门；

3)启动管式换热器外部热水***循环泵，使外供热水循环流动起来，热媒水蒸汽在换热器管外表面凝结，蒸汽将换热管内的冷水加热为热水后输送至用户，凝结后的热媒水形成水滴落下，热媒水重新被加热汽化，循环水***里的循环水开始循环运行；

4)当上部空间的压力表指示的压力超过设定值时，开启上部空间的抽气装置，并使上部空间保持设定负压值，该负压值为－30kPa,正负5kPa；

5)然后增大燃烧器负荷，同时开启引风机和烟气进口，使部分烟气与助燃空气按1：3比例在混烟箱内混合后通过旋流片形成离心旋转气流进入炉膛，在燃烧室内形成碟形火焰，对热媒水进行加热；机组开始运行；

6)关机：关闭燃气阀、鼓风机和引风机，并关闭燃气进口、空气进口和烟气进口，实现停机。

本热水机组进一步完善和实施的补充方案是：

在所述循环水循环***设有循环水温度传感器和循环水压力传感器；在所述燃烧室设有燃烧室温度传感器和燃烧室压力传感器；所述燃气阀和空气鼓风机、烟气引风机设有控制流量的自控变频器；在排烟气管内设有氮氧化物浓度传感器；并设有PLC控制器与所述循环水温度传感器和循环水压力传感器、燃烧室温度传感器和燃烧室压力传感器、燃气阀和空气鼓风机及烟气引风机的自控变频器、氮氧化物浓度传感器进行信号和控制连接；所述控制方式是：当PLC控制器从相应传感器获得循环水温度或压力过低，或燃烧室的温度或压力过低的信号时，控制燃气阀加大燃气的流量，并减少烟气进口的流量，直到温度和压力达到正常值；反之，当PLC控制器从相应传感器获得循环水温度或压力过高，或燃烧室的温度或压力过高的信号时，控制燃气阀减少燃气的流量，并增大烟气进口的流量，直到温度和压力达到正常值；当PLC控制器从相应传感器获得氮氧化物浓度超标时，控制减少空气的流量，或增大烟气的流量，直到氮氧化物浓度降到达标值；并设有报警信号发生器与PLC控制器进行控制连接，其控制方式是：当PLC控制器对温度、压力和氮氧化物浓度值不正常的调节不能使温度、压力和氮氧化物浓度的值恢复正常值时，PLC控制器控制报警信号发生器发出报警信号。

另外还设有无线远程信号发送器与PLC控制器进行控制连接，其控制方式是：当发生报警信号时，PLC控制器控制无线远程信号发送器将报警信号发送到设置的远程监控器和机组维护人员手机上。

上述的碟形焰低氮负压热水机组的运行方法具有以下步骤：

1)在PLC控制器上设置控制参数：循环水温度正常值范围：60－75℃、循环水压力正常值范围：-28kPa－-32kPa、燃烧室温度正常值范围：800℃左右、燃烧室压力正常值范围：28kPa－32kPa；氮氧化物浓度正常值范围：低于30mg/m³；

2)在循环水***内一次性灌注软化循环水或叫热媒水到设定液位，即列管的上口；

3)打开燃气阀、鼓风机和燃气进口、空气进口，打开排气阀，点燃燃烧器，小负荷对热媒水进行升温，由于热媒水受热沸腾，随温度升高原壳体内存储的空气被蒸汽排出，然后关闭排气阀门；

4)启动管式换热器外部热水***循环泵，使外供热水循环流动起来，热媒水蒸汽在换热器管外表面凝结，蒸汽将换热管内的冷水加热为热水后输送至用户，凝结后的热媒水形成水滴落下，热媒水重新被加热汽化，循环水***里的循环水开始循环运行；

5)当上部空间的压力表指示的压力超过设定值时，开启上部空间的抽气装置，并使上部空间保持设定负压值，该负压值为－30kPa,正负5kPa；

6)然后增大燃烧器负荷，同时开启引风机和烟气进口，使部分烟气与助燃空气按1：3比例在混烟箱内混合后通过旋流片形成离心旋转气流进入炉膛，在燃烧室内形成碟形火焰，对热媒水进行加热；机组开始运行；

7)打开PLC控制器的运行开关，机组开始自动控制运行；

8)关机：关闭PLC控制器运行开关，关闭燃气阀、鼓风机和引风机，并关闭燃气进口、空气进口和烟气进口，实现停机。

本发明的碟形焰低氮负压热水机组及其运行方法具有以下有益效果：

1)热效率较传统压力热水锅炉有较大的提高，具有较明显的节能优势；

2)烟气排放达到甚至超过国家的净化和低氮排放标准，具有非常明显的高环保优点；

3)消除了传统压力锅炉容易发生***的安全隐患，操作人员上岗容易，节约了人员培训和管理的成本，而且生产的安全性大大提高；

4)既可以人工控制也可以全自动控制，运行灵活，自动化程度高，可以实现很少值班人员运行和远程监控，提高了生产效率和实现了生产管理自动化，智能化。

附图说明

图1为本发明的正面剖视结构示意图。

图2为本发明的横截面剖视结构示意。

图3为图1的A—A纵截面剖视结构示意图。

图4为本发明的热水进口出口侧的侧视结构示意图。

图5为本发明的烟气排出管侧的侧视结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行说明：实施例1：参见附图，一种碟形焰低氮负压热水机组，设有机壳1，在机壳的前端设有燃烧器3，该燃烧器设有燃气进口、空气进口和循环利烟气的烟气进口，燃气进口与燃气阀连通，空气进口与空气鼓风机5连通，烟气进口与烟气引风机4连通；并设有空气和烟气混合的助燃风混气室7，在燃烧器的燃烧嘴里面设有使燃气和助燃风混合并形成旋转气流的旋流片；在机壳内燃烧器的燃烧嘴前面设有燃烧室16，在燃烧室内四周布置有竖直排列的水管构成的水冷壁14，在机壳内设有与燃烧室紧密靠近的循环水列管，该列管为竖直密集阵列或交叉设置的钢管15；在列管上部的机壳内设有上部空间9，所述水冷壁、列管和上部空间和下部水箱均充满相互连通的循环水，构成循环水***；上部空间内安装管式换热器的换热管10，该换热管内为外供热水，与外供热水的进口和出口8连通，该热水进出口与供热***连通；在所述列管的相对燃烧室的另一侧设有烟气排放管13，该烟气排放管设有烟气循环利用出口，该烟气循环利用出口与所述燃烧器的烟气进口连通；在所述上部空间设有使循环水***保持负压的抽气装置12。

所述上部空间设有显示其内部温度和压力的温度表和压力表；并设有控制安全压力的埋入式溶解栓11；在所述机壳下部设有与燃烧室连通的防爆门2；所述烟气排放管与设置的烟气余热回收装置连通，烟气排放管的出口设有烟气净化装置；所述上部空间设有排气阀，列管下方的机壳底部设有排水口，用以排出积水，防止管壁锈蚀。

上述本实施例的碟形焰低氮负压热水机组的运行方法，采用以下步骤：

1)在循环水***内一次性灌注软化循环水或叫热媒水到设定液位：列管的上口；

2)打开燃气阀、鼓风机和燃气进口、空气进口，打开排气阀，点燃燃烧器，小负荷对热媒水进行升温，由于热媒水受热沸腾，随温度升高原壳体内存储的空气被蒸汽排出，然后关闭排气阀门。

3)启动管式换热器外部热水***循环泵，使外供热水循环流动起来，热媒水蒸汽在换热器管外表面凝结，蒸汽将换热管内的冷水加热为热水后输送至用户，凝结后的热媒水形成水滴落下，热媒水重新被加热汽化，循环水***里的循环水开始循环运行。

4)当上部空间的压力表指示的压力超过设定值时，开启上部空间的抽气装置，并使上部空间保持设定负压值，该负压值为－30kPa,；

5)然后增大燃烧器负荷，同时开启引风机和烟气进口，使部分烟气与助燃空气按1：3比例在混烟箱内混合后通过旋流片形成离心旋转气流进入炉膛，在燃烧室内形成碟形火焰，对热媒水进行加热；机组开始运行；

6)关机：本实施例试运行一周，运行正常，关闭燃气阀、鼓风机和引风机，并关闭燃气进口、空气进口和烟气进口，实现停机。

实施例2：碟形焰低氮负压热水机组，在实施例1结构的基础上进行优化，在循环水循环***设有循环水温度传感器和循环水压力传感器；在所述燃烧室设有燃烧室温度传感器和燃烧室压力传感器；所述燃气阀和空气鼓风机、烟气引风机设有控制流量的自控变频器；在排烟气管内设有氮氧化物浓度传感器；并设有PLC控制器与所述循环水温度传感器和循环水压力传感器、燃烧室温度传感器和燃烧室压力传感器、燃气阀和空气鼓风机、烟气引风机的自控变频器、氮氧化物浓度传感器进行信号和控制连接；所述控制方式是：当PLC控制器从相应传感器获得循环水温度或压力过低，或燃烧室的温度或压力过低的信号时，控制燃气阀加大燃气的流量，并减少烟气进口的流量，直到温度和压力达到正常值；反之，当PLC控制器从相应传感器获得循环水温度或压力过高，或燃烧室的温度或压力过高的信号时，控制燃气阀减少燃气的流量，并增大烟气进口的流量，直到温度和压力达到正常值；当PLC控制器从相应传感器获得氮氧化物浓度超标时，控制减少空气的流量，或增大烟气的流量，直到氮氧化物浓度降到达标值；并设有报警信号发生器与PLC控制器进行控制连接，其控制方式是：当PLC控制器对温度、压力和氮氧化物浓度值不正常的调节不能使温度、压力和氮氧化物浓度的值恢复正常值时，PLC控制器控制报警信号发生器发出报警信号；另外还设有无线远程信号发送器与PLC控制器进行控制连接，其控制方式是：当发生报警信号时，PLC控制器控制无线远程信号发送器将报警信号发送到设置的远程监控器和机组维护人员手机上。

本实施例的上述热水机组的运行方法，采用以下步骤：

1)在PLC控制器上设置控制参数：循环水温度正常值范围：60－75℃、循环水压力正常值范围：-28kPa－-32kPa、燃烧室温度正常值范围：800℃左右、燃烧室压力正常值范围：28kPa－32kPa；氮氧化物浓度正常值范围：低于30mg/m³；

2)在循环水***内一次性灌注软化循环水或叫热媒水到设定液位：列管的上口；

3)打开燃气阀、鼓风机和燃气进口、空气进口，打开排气阀，点燃燃烧器，小负荷对热媒水进行升温，由于热媒水受热沸腾，随温度升高原壳体内存储的空气被蒸汽排出，然后关闭排气阀门。

4)启动管式换热器外部热水***循环泵，使外供热水循环流动起来，热媒水蒸汽在换热器管外表面凝结，蒸汽将换热管内的冷水加热为热水后输送至用户，凝结后的热媒水形成水滴落下，热媒水重新被加热汽化，循环水***里的循环水开始循环运行。

5)当上部空间的压力表指示的压力超过设定值时，开启上部空间的抽气装置，并使上部空间保持设定负压值，该负压值为－30kPa；

6)然后增大燃烧器负荷，同时开启引风机和烟气进口，使部分烟气与助燃空气按1：3比例在混烟箱内混合后通过旋流片形成离心旋转气流进入炉膛，在燃烧室内形成碟形火焰，对热媒水进行加热；机组开始运行；

7)打开PLC控制器的运行开关，机组开始自动控制运行；

8)关机：本实施例正常运行一周后关机：关闭PLC控制器运行开关，关闭燃气阀、鼓风机和引风机，并关闭燃气进口、空气进口和烟气进口，实现停机。

上述两实施例运行效果较传统热水锅炉有明显的优势：节能效果：平均节电30％，节省人工：实施例1为20％，实施例2为80％；排放环保效果：低于达标规定标准20％；安全效果：运行期间无事故，无***险情；工人上岗更为灵活，生产管理更加简化高效，并实现了远程监控。

应该指出，在本发明基本方案的基础上还可以做出多种变化和改进，但这些大同小异的变化和改进的技术方案，也应属于本发明专利的保护范围。

Claims (5)

1.一种碟形焰低氮负压热水机组，设有机壳(1)，其特征是：在机壳的前端设有燃烧器(3)，该燃烧器设有燃气进口、空气进口和循环利用烟气的烟气进口，燃气进口与燃气阀连通，空气进口与空气鼓风机(5)连通，烟气进口与烟气引风机(4)连通；并设有空气和烟气混合的助燃风混气室(7)，在燃烧器的燃烧嘴里面设有使燃气和助燃风混合并形成旋转气流的旋流片；在机壳内燃烧器的燃烧嘴前面设有燃烧室(16)，在燃烧室内四周布置有竖直排列的水管构成的水冷壁(14)，在机壳内设有与燃烧室紧密靠近的循环水列管，该列管为竖直密集阵列或交叉设置的钢管(15)；在列管上部的机壳内设有上部空间(9)，所述水冷壁、列管、上部空间和下部水箱均充满相互连通的循环水，构成循环水***；上部空间内安装管式换热器的换热管(10)，该换热管内为外供热水，与外供热水的进口和出口(8)连通，该热水进口和出口与供热***连通；在所述列管的相对燃烧室的另一侧设有烟气排放管(13)，该烟气排放管设有烟气循环利用出口，该烟气循环利用出口与所述燃烧器的烟气进口连通；在所述上部空间设有使循环水***保持负压的抽气装置(12)。

2.根据权利要求1所述的热水机组，其特征是：所述上部空间设有显示其内部温度和压力的温度表和压力表；并设有控制安全压力的埋入式溶解栓(11)；在所述机壳下部设有与燃烧室连通的防爆装置(2)；所述烟气排放管与设置的烟气余热回收装置连通，烟气排放管的出口设有烟气净化装置；所述上部空间设有排气阀，列管下方的机壳底部设有排水口，用以排出积水，防止管壁锈蚀。

3.根据权利要求2所述的碟形焰低氮负压热水机组的运行方法，其特征是具有以下步骤：

1)在循环水***内一次性灌注软化循环水或叫热媒水到设定液位，即列管的上口；

2)打开燃气阀、鼓风机和燃气进口、空气进口，打开排气阀，点燃燃烧器，小负荷对热媒水进行升温，由于热媒水受热沸腾，随温度升高原壳体内存储的空气被蒸汽排出，然后关闭排气阀门；

3)启动管式换热器外部热水***循环泵，使外供热水循环流动起来，热媒水蒸汽在换热器管外表面凝结，蒸汽将换热管内的冷水加热为热水后输送至用户，凝结后的热媒水形成水滴落下，热媒水重新被加热汽化，循环水***里的循环水开始循环运行。

4)当上部空间的压力表指示的压力超过设定值时，开启上部空间的抽气装置，并使上部空间保持设定负压值，该负压值为－30kPa,正负5kPa；

5)然后增大燃烧器负荷，同时开启引风机和烟气进口，使部分烟气与助燃空气按1：3比例在混烟箱内混合后通过旋流片形成离心旋转气流进入燃烧室，在燃烧室内形成碟形火焰，对热媒水进行加热；机组开始运行；

6)关机：关闭燃气阀、鼓风机和引风机，并关闭燃气进口、空气进口和烟气进口，实现停机。

4.根据权利要求2所述的热水机组，其特征是：在所述循环水循环***设有循环水温度传感器和循环水压力传感器；在所述燃烧室设有燃烧室温度传感器和燃烧室压力传感器；所述燃气阀和空气鼓风机、烟气引风机设有控制流量的自控变频器；在烟气排放管内设有氮氧化物浓度传感器；并设有PLC控制器与所述循环水温度传感器和循环水压力传感器、燃烧室温度传感器和燃烧室压力传感器、燃气阀和空气鼓风机及烟气引风机的自控变频器、氮氧化物浓度传感器进行信号和控制连接；所述控制方式是：当PLC控制器从相应传感器获得循环水温度或压力过低，或燃烧室的温度或压力过低的信号时，控制燃气阀加大燃气的流量，并减少烟气进口的流量，直到温度和压力达到正常值；反之，当PLC控制器从相应传感器获得循环水温度或压力过高，或燃烧室的温度或压力过高的信号时，控制燃气阀减少燃气的流量，并增大烟气进口的流量，直到温度和压力达到正常值；当PLC控制器从相应传感器获得氮氧化物浓度超标时，控制减少空气的流量，或增大烟气的流量，直到氮氧化物浓度降到达标值；并设有报警信号发生器与PLC控制器进行控制连接，其控制方式是：当PLC控制器对温度、压力和氮氧化物浓度值不正常的调节不能使温度、压力和氮氧化物浓度的值恢复正常值时，PLC控制器控制报警信号发生器发出报警信号；另外还设有无线远程信号发送器与PLC控制器进行控制连接，其控制方式是：当发生报警信号时，PLC控制器控制无线远程信号发送器将报警信号发送到设置的远程监控器和机组维护人员手机上。

5.根据权利要求4所述的热水机组的运行方法，其特征是具有以下步骤：

1)在PLC控制器上设置控制参数：循环水温度正常值范围：60－75℃、循环水压力正常值范围：-28kPa－-32kPa、燃烧室温度800℃左右、燃烧室压力正常值范围：28kPa－32kPa；氮氧化物浓度正常值范围：低于30mg/m³；

2)在循环水***内一次性灌注软化循环水或叫热媒水到设定液位，即列管的上口；

3)打开燃气阀、鼓风机和燃气进口、空气进口，打开排气阀，点燃燃烧器，小负荷对热媒水进行升温，由于热媒水受热沸腾，随温度升高原壳体内存储的空气被蒸汽排出，然后关闭排气阀门。

4)启动管式换热器外部热水***循环泵，使外供热水循环流动起来，热媒水蒸汽在换热器管外表面凝结，蒸汽将换热管内的冷水加热为热水后输送至用户，凝结后的热媒水形成水滴落下，热媒水重新被加热汽化，循环水***里的循环水开始循环运行。

5)当上部空间的压力表指示的压力超过设定值时，开启上部空间的抽气装置，并使上部空间保持设定负压值，该负压值为－30kPa,正负5kPa；

6)然后增大燃烧器负荷，同时开启引风机和烟气进口，使部分烟气与助燃空气按1：3比例在混烟箱内混合后通过旋流片形成离心旋转气流进入炉膛，在燃烧室内形成碟形火焰，对热媒水进行加热；机组开始运行；

7)打开PLC控制器的运行开关，机组开始自动控制运行；

8)关机：关闭PLC控制器运行开关，关闭燃气阀、鼓风机和引风机，并关闭燃气进口、空气进口和烟气进口，实现停机。