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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410718065.X (22)申请日 2014.12.02 F22B 21/04(2006.01) F23C 5/08(2006.01) (71)申请人中国矿业大学 地址江苏省徐州市大学路1号中国矿业大 学南湖校区 (72)发明人宋正昶 张保生 (74)专利代理机构北京科亿知识产权代理事务 所(普通合伙) 11350 代理人汤东凤 (54) 发明名称 一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽锅炉 (57) 摘要 本发明公开了一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽 锅炉，外侧墙水冷壁下部竖直与外侧墙水冷壁下 集箱相连通，上部倾斜弯向上锅筒与上锅筒相连 通，外。
2、侧墙水冷壁的两端，外侧墙水冷壁下集箱和 上锅筒之间安装两根下降管，内侧墙水冷壁直接 安装在上锅筒和下锅筒上将上锅筒和下锅筒连 通；后墙水冷壁上下分别与后墙水冷壁上集箱和 后墙水冷壁下集箱连接，后墙水冷壁上集箱和后 墙水冷壁下集箱再分别与上锅筒和下锅筒相连； 前墙水冷壁上下分别与前墙水冷壁上集箱和前墙 水冷壁下集箱连接，前墙水冷壁上集箱和前墙水 冷壁下集箱再分别和上锅筒和下锅筒相连；燃烧 器安装在在炉膛下部的支架上。本发明的有益效 果是能够很好地安装低浓度煤层气或瓦斯燃烧 器。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图4。
3、页 (10)申请公布号 CN 104456505 A (43)申请公布日 2015.03.25 CN 104456505 A 1/1页 2 1.一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽锅炉，其特征在于：包括上锅筒(1)和下锅筒(2)，外 侧墙水冷壁(4)下部竖直与外侧墙水冷壁下集箱(5)相连通，外侧墙水冷壁(4)上部倾斜 弯向上锅筒(1)与上锅筒(1)相连通，为保证外侧墙水冷壁(4)内良好的水动力特性，在外 侧墙水冷壁(4)的两端，外侧墙水冷壁下集箱(5)和上锅筒(1)之间安装两根下降管(6)， 内侧墙水冷壁(12)直接安装在上锅筒(1)和下锅筒(2)上将上锅筒(1)和下锅筒(2)连 通； 后墙水冷壁(7)。
4、上下分别与后墙水冷壁上集箱(9)和后墙水冷壁下集箱(8)连接，后 墙水冷壁上集箱(9)和后墙水冷壁下集箱(8)再分别与上锅筒(1)和下锅筒(2)相连； 前墙水冷壁(10)上下分别与前墙水冷壁上集箱(13)和前墙水冷壁下集箱(11)连接， 前墙水冷壁上集箱(13)和前墙水冷壁下集箱(11)再分别和上锅筒(1)和下锅筒(2)相 连； 外侧墙水冷壁(4)、内侧墙水冷壁(12)、前墙水冷壁(10)、后墙水冷壁(7)构成炉膛，燃 烧器(15)安装在炉膛内。 2.按照权利要求1所述一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽锅炉，其特征在于：所述燃烧器 (15)为多孔介质燃烧器，采用的多孔介质类型为泡沫型、颗粒堆积型、直孔。
5、网格型或纤维网 格型。 3.按照权利要求2所述一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽锅炉，其特征在于：所述燃烧器 (15)的燃料为低浓度煤层气或瓦斯、高炉煤气、焦炉煤气、地下气化气、垃圾填埋气、常规天 然气。 4.按照权利要求1所述一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽锅炉，其特征在于：所述燃烧器 (15)根据锅炉容量大小，分多组安装。 5.按照权利要求1所述一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽锅炉，其特征在于：所述锅炉为 一D型炉，双锅筒纵置式结构，上锅筒(1)和下锅筒(2)之间为对流受热面(3)，对流受热面 (3)为光管或者低肋管。 权 利 要 求 书CN 104456505 A 1/3页 3 一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽锅。
6、炉 技术领域 0001 本发明属于热力设备技术领域，涉及一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽锅炉。 背景技术 0002 低浓度煤层气(瓦斯)通常指浓度低于30的煤层气或瓦斯，是甲烷与空气的混 合物。低浓度煤层气(瓦斯)锅炉是指燃烧低浓度煤层气(瓦斯)产生蒸汽的锅炉，是一 种中低压小型锅炉。 0003 高瓦斯矿井井下抽采煤层气(瓦斯)一般浓度低于30，由于热值低，又处于或接 近爆炸浓度范围内，在现有燃烧设备上无法安全稳定高效燃烧并加以利用。另外，还有其它 类似气体，如高炉煤气、焦炉煤气、地下气化气、垃圾填埋气、常规天然气等。由于低浓度煤 层气(瓦斯)燃烧器与现有的燃气燃烧器燃烧方式不同，在功率相同的情况下。
7、，其需要的布 置面积要比现有的燃气燃烧器大几十倍，而且需要立式布置，因此不能直接与现有的燃气 蒸汽锅炉相结合。 0004 现有的燃气D型锅炉，燃烧器一般布置在锅炉炉膛前墙，燃烧过程发生在整个炉 膛内部。而低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器属于无焰燃烧，燃烧过程发生在燃烧器内部，属于 表面辐射式燃烧器，与锅炉相配合往往需要很大的布置面积才能达到足够的容量。 0005 低浓度煤层气(瓦斯)锅炉运行方式为:低浓度煤层气(瓦斯)进入布置在炉膛 底部的低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器。在燃烧器内部充分燃烧，释放的热量一部分被高温 烟气带走，一部分通过燃烧器基质表面向炉膛水冷壁辐射，被水冷壁内的饱和水吸收。烟气 边向后。
8、流动边向炉膛内释放热量，通过炉膛后部的转弯烟室后冲刷尾部对流受热面继续释 放热量，再经过省煤器降低到一定温度后经由烟囱排向大气。 0006 现有的燃气蒸汽锅炉D型结构一般是与扩散式燃气燃烧器相配合而设计的，燃烧 器一般布置在炉膛前墙或侧墙，同时前、侧墙也布置水冷壁。燃烧器布置所需要的面积很 小，容易在前、侧墙布置。同样容量的锅炉，布置低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器所需的炉墙 面积要比布置现有燃气燃烧器面积大十几倍。同时，现有燃烧器是室燃方式，燃烧发生在整 个炉膛内，燃烧火焰需要炉膛有足够的空间，才能保证燃料充分燃烧和炉膛安全。而低浓度 煤层气(瓦斯)燃烧器是表面辐射式燃烧器，燃烧在燃烧器内部已经完。
9、成，对炉膛结构和空 间大小的要求和现有燃气燃烧器不同。 发明内容 0007 本发明的目的在于提供一种低浓度煤层气或瓦斯蒸汽锅炉，解决了现有的燃气锅 炉炉膛结构不能直接安装低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器的问题。 0008 本发明所采用的技术方案： 0009 包括上锅筒和下锅筒，外侧墙水冷壁下部竖直与外侧墙水冷壁下集箱相连通，外 侧墙水冷壁上部倾斜弯向上锅筒与上锅筒相连通，为保证外侧墙水冷壁内良好的水动力特 性，在外侧墙水冷壁的两端，外侧墙水冷壁下集箱和上锅筒之间安装两根下降管，内侧墙水 说 明 书CN 104456505 A 2/3页 4 冷壁直接安装在上锅筒和下锅筒上将上锅筒和下锅筒连通； 001。
10、0 后墙水冷壁上下分别与后墙水冷壁上集箱和后墙水冷壁下集箱连接，后墙水冷壁 上集箱和后墙水冷壁下集箱再分别与上锅筒和下锅筒相连； 0011 前墙水冷壁上下分别与前墙水冷壁上集箱和前墙水冷壁下集箱连接，前墙水冷壁 上集箱和前墙水冷壁下集箱再分别和上锅筒和下锅筒相连； 0012 外侧墙水冷壁、内侧墙水冷壁、前墙水冷壁、后墙水冷壁构成炉膛，燃烧器安装在 炉膛下部。 0013 进一步，所述燃烧器为多孔介质燃烧器，采用的多孔介质可以是泡沫型、颗粒堆积 型、直孔网格型或纤维网格型。进一步，锅炉燃料为低浓度煤层气或瓦斯，也可以是高炉煤 气、焦炉煤气、地下气化气、垃圾填埋气、常规天然气等。 0014 进一步，。
11、所述燃烧器布置在炉膛下部，根据锅炉容量大小，分多组安装。 0015 进一步，所述锅炉为一D型炉，双锅筒纵置式结构，上锅筒和下锅筒之间为对流受 热面，对流受热面为光管或者低肋管。 0016 本发明的有益效果是能够很好地安装低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器。 附图说明 0017 图1是本发明锅炉横向示意图； 0018 图2是本发明锅炉纵向示意图； 0019 图3是本发明锅炉后墙水冷壁和下降管连接示意图； 0020 图4是本发明锅炉前墙水冷壁连接示意图； 0021 图5是本发明锅炉本体俯视剖面示意图； 0022 图6锅炉与燃烧器总装示意图； 0023 图7燃烧器安装俯视剖面示意图。 0024 图中，1上锅。
12、筒、2下锅筒、3对流受热面、4外侧墙水冷壁、5外侧墙水冷 壁下集箱、6下降管、7后墙水冷壁、8后墙水冷壁下集箱、9后墙水冷壁上集箱、10 前墙水冷壁、11前墙水冷壁下集箱、12内侧墙水冷壁、13前墙水冷壁上集箱、14省 煤器、15燃烧器、16外保温层、17内保温层。 具体 实施方式 0025 下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。 0026 本发明如图1至图5所示，锅炉为一双锅筒纵置式D型锅炉，锅炉为一D型炉，双 锅筒纵置式结构，上锅筒1和下锅筒2之间为对流受热面3，对流受热面3为光管或者低肋 管。外侧墙水冷壁4下部竖直与外侧墙水冷壁下集箱5相连通，外侧墙水冷壁4上部倾斜弯 向上锅筒。
13、1与上锅筒1相连通。为保证外侧墙水冷壁4内良好的水动力特性，在外侧墙水 冷壁4的两端，外侧墙水冷壁下集箱5和上锅筒1之间分别安装两根下降管6。此部分水循 环方式是：上锅筒1下降管6外侧墙水冷壁下集箱5外侧墙水冷壁4上锅筒1，这样 形成一个循环。下降管6经过了严格的保温，里面的水不受热，密度不变，而外侧墙水冷壁4 吸收炉膛辐射热量，里面的水气化，密度变小，在静压差作用下，水形成了良好的自然循环。 外侧墙水冷壁4顶部为一坡面，既可保证炉膛有足够的容积热强度，又有利于水自然循环。 说 明 书CN 104456505 A 3/3页 5 0027 内侧墙水冷壁12直接安装在上锅筒1和下锅筒2上，将上锅筒。
14、1和下锅筒2连通， 这样构成了内侧墙水冷壁12上锅筒1下锅筒2内侧墙水冷壁12之间水循环回路。 0028 后墙水冷壁7上下分别与后墙水冷壁上集箱9和后墙水冷壁下集箱8连接、后墙 水冷壁上集箱9和后墙水冷壁下集箱8再分别和上锅筒1和下锅筒2相连，形成上锅筒1 下锅筒2后墙水冷壁下集箱8后墙水冷壁7后墙水冷壁上集箱9上锅筒1之间的水 循环回路。 0029 前墙水冷壁10上下分别与前墙水冷壁上集箱13和前墙水冷壁下集箱11连接、前 墙水冷壁上集箱13和前墙水冷壁下集箱11再分别和上锅筒1和下锅筒2相连，形成上锅 筒1下锅筒2前墙水冷壁下集箱11前墙水冷壁10后墙水冷壁上集箱13上锅筒1 之间的水循环。
15、回路。 0030 图6为锅炉与燃烧器总装示意图，产生的烟气热量通过省煤器14进行吸收。锅炉 炉膛水冷壁除后墙外都采用膜式水冷壁，后墙采用光管水冷壁，便于弯管，形成检查孔。低 浓度煤层气(瓦斯)燃烧器15布置在炉膛下部，通过法兰与锅炉炉膛支架相连接。 0031 如图7所示的燃烧器安装方式，为保证燃烧的均匀性，燃烧器15根据锅炉容量的 大小分多组安装。低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器15是表面辐射式燃烧器，燃烧过程发生在 燃烧器内部，在燃烧器15内部已经完成燃烧，其燃烧和传热方式与现有扩散式燃气燃烧器 有很大的不同。现有的锅炉结构不能直接和低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器相配合，这就要 求锅炉要有特别的燃烧器。
16、布置方式、炉膛水冷壁结构和尾部对流受热面形式，才能保证良 好的传热、水动力特性、以及较高的经济性。本发明根据该燃烧器的燃烧特点和传热方式， 对D型燃气锅炉进行了改造，将其下部水冷壁全部拆掉，用于安装低浓度煤层气(瓦斯)燃 烧器。为了防止低浓度煤层气(瓦斯)燃烧不均匀，采用多个燃烧器，分块布置、分组进气 的方案。燃烧器15采用的多孔介质类型可以是泡沫型、颗粒堆积型、直孔网格型或纤维网 格型。在外侧墙水冷壁4外还可加装内保温层17和外保温层16，进一步对外侧墙水冷壁4 进行保温。锅炉燃料为低浓度煤层气或瓦斯,也可是高炉煤气、焦炉煤气、地下气化气、垃 圾填埋气、常规天然气等类似气体。 0032 本发。
17、明的优点是采用低浓度煤层气(瓦斯)燃烧器，解决大量低浓度煤层气(瓦 斯)无法利用的问题，可为矿区提供生产和生活用蒸汽或热水，代替常规燃煤锅炉，具有较 好的节能减排效益。 0033 以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限 制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均 属于本发明技术方案的范围内。 说 明 书CN 104456505 A 1/4页 6 图1 图2 说 明 书 附 图CN 104456505 A 2/4页 7 图3 图4 说 明 书 附 图CN 104456505 A 3/4页 8 图5 图6 说 明 书 附 图CN 104456505 A 4/4页 9 图7 说 明 书 附 图CN 104456505 A 。