CN101080598A - 锅炉冷凝模块 - Google Patents

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CN101080598A CNA2005800435110A CN200580043511A CN101080598A CN 101080598 A CN101080598 A CN 101080598A CN A2005800435110 A CNA2005800435110 A CN A2005800435110A CN 200580043511 A CN200580043511 A CN 200580043511A CN 101080598 A CN101080598 A CN 101080598A
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Abstract

本发明涉及一种锅炉冷凝模块，其特点是，它包括水/烟气热交换器(E)和闭合回路的压缩热力学致冷装置，所述模块(2)与锅炉(1)连通，以截取烟气流和水流，以便将显热和蒸发潜热抽取到锅炉烟气中以使其成为提供给系统水的热量，因此提高燃烧效率。

Description

锅炉冷凝模块
技术领域
本发明涉及锅炉冷凝模块。
更具体来说，本发明涉及上述类型的装置，当它安装在内部，或与甲烷或G.P.L.或柴油的馈送加热锅炉连接，或与其它类型锅炉连接时，所述装置吸取燃烧发出的烟气，并有效地利用余热。
背景技术
目前大多数使用的锅炉是所谓的“高效锅炉”。这些装置能利用高达95％的燃烧热值，仅失去总热量的5％。它们用来馈送给高温的系统，即，使用标准散热器和/或风扇盘管，即使用对于合适的运行来说需要温度高于70℃的热媒介物(水)的元件的系统。所述锅炉不能回收蒸发的燃烧潜热，即在将燃烧过程中所产生的蒸汽转换为液体形式所回收的热量。
某些最重要的燃气锅炉制造商生产了“冷凝锅炉”，即这样一种特别的锅炉，它们通过正常情况下翻转的特别燃烧器和效率提高的烟/水热交换器，可携带在25℃和55℃之间变化的所谓“露点”(其可根据可燃物、空气-燃料混合物和排放的CO2变化)之下的燃烧烟气；在所述温度以下，烟气内所含有的蒸汽开始冷凝，由此产生大量热。更重要的是，冷凝潜热等于从甲烷燃烧中发出总热量的11％。为此原因，不计散射热量的话，冷凝锅炉理论上可相对于热值具有111％的热效率(100％显热(sensitive heat)+11％冷凝潜热)。
然而，只有在用于低温系统(地面盘管)，循环的热媒介物(水)的温度为35℃-40℃，或采用某些特殊的方案(降低温度和/或热媒介物的流率，限制锅炉性能)时，则这些装置才可达到103％-106％的非常高的效率。不管怎样，如果这些锅炉的温度保持在60℃-80℃的数值(使系统的散热器或风扇盘管正确地工作所必需的)，则冷凝锅炉不能成功地回收蒸发潜热，因为水的入口温度高于或过于接近于烟气的露点温度：在此情形中，冷凝锅炉作为标准的高效锅炉(效率为85％-95％)运行。
发明内容
鉴于以上所述，根据本发明提出一种装置，它可回收包含在燃烧时产生的大量蒸汽内的部分显热和部分冷凝潜热(也称之为蒸发潜热)。
由上述装置回收的热量将被用来预热包含在加热系统管内的媒介物(通常为水)，这样的水从最终用户(散热器、通风-对流式加热器、散热管等)再次进入锅炉内，然后被加热并再次送入到最终用户(但也可将其用作其它应用)。这使锅炉能使用较少能量来将热媒介物提高到设定温度，因此，在从系统中获得同样能量的情况下可节约燃料。
根据本发明的装置使用一水/烟气交换器，且进行一压缩的热力学循环，可回收大量热量直到冷却烟气(甚至高达约+35℃)并将所述热量传输到具有不同温度(甚至超过+80℃)的热媒介物为止。
因此，本发明的特定目的是一种锅炉冷凝模块，其特点是，它包括水/烟气热交换器和闭合回路的压缩热力学致冷装置，所述模块与锅炉连通以截取烟气流和水流，以便将显热和蒸发潜热抽取到锅炉烟气中以使其成为提供给系统水的热量，因此提高燃烧效率。
较佳地，根据本发明，所述热交换器是水/烟气板或片状单元型的。
此外，根据本发明，所述致冷装置是压缩热力学致冷装置，尤其是由以下部分组成：烟气-致冷剂或蒸发器热交换器、交换器、致冷剂压缩机、膨胀或层叠构件、电气-电子控制系统。
还根据本发明，所述闭合回路的压缩热力学致冷装置提供包括在12℃和20℃之间的蒸发温度和在50℃和95℃之间变化的冷凝温度。
尤其是，所述致冷机包括一个或多个板和/或片状单元和/或管束型的水-致冷剂热交换器；一个或多个板和/或片状单元和/或管束型的烟气-致冷剂热交换器；一个或多个压缩机，甚至是反相型的压缩机，适于压缩R12、R134、R404、R407、R410、R125致冷剂流体和类似的流体为热(as heat)；一个或多个毛细管和/或热静力学的膨胀阀型的层叠构件，带有或不带有压力平衡器和/或标定扼流器；连接各种部件的金属管。
此外，根据本发明，可直接与烟气冷凝物接触的零件由抵抗由于该冷凝物引起的酸腐蚀的材料制成，例如，AISI 316L不锈钢，或其它合适材料。
还根据本发明，提供一个或多个水/烟气板或片状单元型热交换器，所述热交换器与或不与渗碳空气的热交换。
此外，根据本发明，所述水-烟气热交换器和所述烟气-致冷剂热交换器(用于致冷回路的蒸发器)安装在金属室内，烟气可在该金属室内循环，并以如下方式实现：由两个热交换器产生的冷凝物可容易地流出到所述金属室，避免发生空气、环境、水以及烟气的混合。
此外，提供通常用于致冷回路内的保护和控制配件，诸如，压力开关、恒温器、流量计、压力计、温度计、变换器、烟气抽取机、通道指示器、风扇、液体注射系统、液体接受器和分配器、过滤器、电气/电子板、压力平衡器和减压器、截取和调整阀、混合阀、冷凝物排出虹吸管。
尤其是，流体R134A用作为致冷剂流体，或作为替代物，可使用各种致冷剂流体(R404、R407、R410、R125)以在致冷回路内循环。
还根据本发明，提供体积的或离心式压缩机，该压缩机是密封、半密封或敞开型的。
还是根据本发明，使用包括乙二醇或其它抗冷冻的液体的其它流体或混合物来代替作为系统热媒介物的水。
此外，根据本发明，从烟气回收的热量传送(传输)到不直接与主水系统连接的另一系统的流体，例如，用来加热清洁用的热水和/或用于馈送另一加热系统和/或用于直接加热空气。
最后，根据本发明，可使用逆流热交换器。
根据本发明的“冷凝锅炉模块”目的在于对标准的高效锅炉(不是一冷凝锅炉)获得与冷凝锅炉相同的优点(低耗、效率非常高和低排放)，同时，解决两个主要缺点：高成本以及只有在系统内的水温低的情况下才良好运行。
根据本发明的装置甚至在保持高温的热媒介物(60℃-80℃)情况下允许回收冷凝潜热。这可避免为了输送热媒介物而对系统作昂贵的修改，以及在将冷凝锅炉安装在现有加热系统上的情形中对所需的最终装置(散热器-风扇盘管)作昂贵修改。现有加热系统只有很小的百分比实现有地板扩散，而目前95％系统设置有铸铁或铝质散热器，在这样的系统中设置冷凝锅炉不很方便。
附图说明
为了说明而不是限制的目的，现将根据本发明的优选实施例并特别地参照附图来描述本发明，其中：
图1是设置有根据本发明的冷凝模块的锅炉的示意图；以及
图2具体地示出图1的冷凝模块。
具体实施方式
观看附图，图中示出一带有根据本发明的冷凝单元2的锅炉1。如图1所示，为示范之目的，根据本发明的模块可实现为根据本方案的锅炉1的外部部件，锅炉冷凝模块2、散热器3、通向用户的输水管4、从用户返回的回水管5、锅炉烟气出口6、烟道7、冷凝水排放口8。
特别地观看图2，图中示出一根据本发明的锅炉冷凝模块2，它基本上包括一水/烟气板或片状单元类型的热交换器E和压缩热力学型的致冷装置。
所述致冷装置由以下部分组成：一烟气-致冷剂或蒸发器热交换器G(蒸发器)、致冷剂压缩机H、一膨胀或层叠构件L、一电气-电子控制系统、以及通常用于致冷系统内的各种功能性配件，它们不是本发明的专门的主题。
从锅炉(未示出)到来的烟气进入锅炉冷凝模块2内，通过孔C进入金属室P内，温度约为150℃，顺序地遇到烟气/水热交换器E，在那里由于与水进行热交换，冷却到90℃，然后，遇到烟气-致冷剂热交换器G，在那里由于致冷剂在低于20℃的温度下循环，它们进一步被冷却。
烟气在该热交换器G内冷却到约35℃，因此允许蒸汽包含在该冷凝物内，从而可回收蒸发潜热。
最后，烟气通过孔D从金属室P退出，可能被风扇/抽吸器N推出以补偿较高的流动阻力和由于温度低而导致的抽吸力缺乏。
约为60℃的来自于系统的水通过接头A进入，首先在水-致冷剂热交换器F内通过，由此，由于致冷剂的较高温度(约为110℃)而预热到约62-64℃，然后，在水-烟气热交换器E内通过，进一步加热(可能加热到高达64℃-67℃)，因为它与温度高达150℃的烟气进行热交换。
最后，通过管Q由接头从锅炉冷凝模块排出水。在标准状态下，所述预热水设计成回到锅炉内，这将因先前的预热而需要较少的燃料就可提高温度。
致冷剂(通常为R134A或类似的流体)被包含在一水密的回路内。压缩机H压缩为蒸汽的至压力(16-22巴)，该压力是蒸气在其再次进入最终用户内时具有水的温度所必需的压力。
过热蒸汽通过高压管I进入水-致冷剂热交换器F内；致冷剂产生热量到水中，所述水被加热，同时，致冷剂在其饱和温度下(称之为它的比压)冷却，改变状态而变为液体形式。现在，致冷剂遇到层叠构件L，目的在于降低其压力(约3.5-4.5巴)，以便降低其饱和温度(12℃-18℃)，并同时降低其实际温度。
因此，致冷剂处于液体-蒸汽饱和混合物状态，通过低压管M进入烟气-致冷剂热交换器G内；这里，致冷剂从烟气中接受热量(冷却到35℃-40℃)，允许状态进入到致冷剂其余液体部分的蒸汽。致冷剂因此被压缩机H吸收而重新开始循环。
根据本发明的“锅炉冷凝模块”可在其制造过程中安装在一强制吸风的锅炉内或安装到一鼓风的燃烧器内，或可设置在已经存在的加热系统内，截取锅炉烟气和锅炉入口水管。
烟气的冷凝只发生在模块2内，因此，保护锅炉免于因冷凝物酸性而损坏。
很显然，回收的热量可以用于不同的目的，或预热锅炉用水。
根据本发明的“锅炉冷凝模块”可在不同性能的锅炉中实现，以便适用于具有不同大小和使用不同燃料的锅炉。事实上，燃料类型也影响本发明方案的性能，因为对于相同的下热值，上热值不是相同的。
根据本发明的“锅炉冷凝模块”具有将一标准锅炉转换为非常高效锅炉的优点，因为几乎全部回收了通常散布到大气中的热量(显热和潜热)。事实上，如果不浪费能量，那么燃料的消耗可降低到最低的水平，以及随着燃料消耗的降低排放也成比例地降低。
此外，污染物质被保持在运行过程中形成的冷凝水中，因为某些成分是可溶的且该冷凝水具有特殊的表面活性性能。
在系统运行时，使入口水温度高于35℃，则设置有“锅炉冷凝模块”的锅炉具有的效率高于传统的冷凝锅炉。锅炉冷凝模块实现起来便宜和简单，并可获得非常有利的性价比。
现已出于说明而不是限制的目的根据本发明的优选实施例对本发明作了描述，但应该理解到，熟悉本技术领域内的技术人员可引入各种修改和/或变化而不脱离附后的权利要求书所定义的相应范围。

Claims (16)

1.锅炉冷凝模块，其特征在于，它包括水/烟气热交换器和闭合回路的压缩热力学致冷装置，所述模块与锅炉连通以截取烟气流和水流，以便将显热和蒸发潜热抽吸抽取到锅炉烟气中以使其成为提供给系统水的热量，因此提高燃烧效率。
2.如权利要求1所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，所述热交换器是水/烟气板或片状单元型的。
3.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，所述致冷装置是压缩热力学致冷装置。
4.如权利要求3所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，所述致冷装置由以下部分组成：烟气—致冷剂或蒸发器热交换器、交换器、致冷剂压缩机、膨胀或层叠构件、电气—电子控制系统。
5.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，所述闭合回路的压缩热力学致冷装置提供包括在12℃至20℃之间的蒸发温度和在50℃至95℃之间变化的冷凝温度。
6.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，所述致冷机包括一个或多个板和/或片状单元和/或管束型的水—致冷剂热交换器；一个或多个板和/或片状单元和/或管束型的烟气—致冷剂热交换器；一个或多个压缩机，甚至是反相型的压缩机，适于压缩R12、R134、R404、R407、R410、R125致冷剂流体和类似的流体为热；一个或多个毛细管和/或热静力学的膨胀阀型的层叠构件，带有或不带有压力平衡器和/或标定扼流器；连接各种部件的金属管。
7.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，可直接与烟气冷凝物接触的零件由抵抗由于该冷凝物引起的酸腐蚀的材料制成，例如，AISI 316L不锈钢，或其它合适材料。
8.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，提供一个或多个水/烟气板或片状单元型的热交换器，所述热交换器与或不与渗碳空气的热交换。
9.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，所述水—烟气热交换器和所述烟气—致冷剂热交换器(用于所述致冷回路的蒸发器)安装在金属室内，烟气在该金属室内循环，并以如下方式实现：由两个热交换器产生的冷凝物可容易地流出到所述金属室，避免发生空气、环境、水以及烟气的混合。
10.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，提供通常用于致冷回路内的保护和控制配件，诸如，压力开关、恒温器、流量计、压力计、温度计、变换器、烟气抽取机、通道指示器、风扇、液体注射系统、液体接受器和分配器、过滤器、电气/电子板、压力平衡器和减压器、截取和调整阀、混合阀、冷凝物排出虹吸管。
11.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，尤其是，流体R134A用作为致冷剂流体，或作为替代物，可使用各种致冷剂流体(R404、R407、R410、R125)，以在所述致冷回路内循环。
12.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，提供体积的或离心式压缩机，该压缩机是密封、半密封或敞开型的。
13.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，使用包括乙二醇或其它抗冷冻的液体的另一流体或混合物来代替作为系统热媒介物的水。
14.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，从烟气回收的热量传送(传输)到不直接与主水系统连接的另一系统的流体，例如，用来用于加热清洁用的热水和/或用于馈送另一加热系统和/或用于直接加热空气。
15.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，其特征在于，可使用逆流热交换器。
16.如上述权利要求中任何一项所述的锅炉冷凝模块，基本上如所图示和所描述的。
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