CN101782270A - 冷凝式燃气锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种冷凝式燃气锅炉，属于热交换设施技术领域。该产品主要由燃烧器和具有烟气、水流通道的换热装置组成，换热装置包括相互串联的卧式换热器和V型换热器；卧式换热器的圆周分布有构成迂回流道的第一组水管，中部为筒状燃烧室；筒状燃烧室的一端安装燃烧器，烟气穿过卧式换热器并通过朝下的通孔进入V型换热器的V形烟气流道；V形烟气流道中装有间隔分布构成迂回流道的第二组水管；水流先经第二组水管、再经第一组水管，与源于燃烧室、并经V形烟气流道的烟气形成逆向换热。本发明换热充分，可以保持降温后烟气的流速以保证换热效率，并且结构合理，占地面积很小。

Description

冷凝式燃气锅炉

技术领域

本发明涉及一种燃气锅炉，尤其是一种冷凝式燃气锅炉，属于热交换设施技术领域。

背景技术

据申请人了解，现有燃气热水器用冷凝式换热器的典型结构如申请号为200820052420.4、申请日为2008-03-04的中国发明专利所公开，它包括换热室、换热管、进烟口、排烟口、冷水入口、热水出口，设在换热室中的冷凝水出口，所述换热室是由换热器外壳及换热器内筒构成一个横切面为环形的通道，换热器内筒及换热器外壳分别与进烟口、排烟口连接，换热管以螺旋管形式布置在换热室内，烟气沿换热室轴线方向运动，与换热室内的换热管接触。工作时，烟气沿着环形通道运动，与布置在其中的螺旋式换热管均匀接触。此类产品普遍存在以下缺点：1)只有一级热交换，换热不充分；2)有冷凝水生成时候容易使得燃烧器熄灭；冷凝水无法排出，容易在铜管表面形成水膜，阻碍换热；3)需要大量的铜管和较大的占地面积。

发明内容

本发明的目首要的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种换热充分，且结构紧凑、占地面积小的冷凝式燃气锅炉。

本发明进一步的目的在于：提出一种可以及时排出冷凝水，从而保证高效换热的冷凝式燃气锅炉。

为了达到以上首要目的，本发明的冷凝式燃气锅炉主要由燃烧器和具有烟气、水流通道的换热装置组成，其特征在于：所述换热装置包括相互串联的在上环形卧式换热器和在下V型换热器；所述环形卧式换热器的圆周分布有构成迂回流道的第一组水管，中部为筒状燃烧室；所述筒状燃烧室的一端安装燃烧器，烟气穿过卧式换热器并通过朝下的V型换热器的V形烟气流道；所述V形烟气流道中装有间隔分布构成迂回流道的第二组水管；水流先经第二组水管、再经第一组水管，与源于燃烧室、并经V形烟气流道的烟气形成逆向换热。

由于本发明源自燃烧器的烟气先后经过两级换热，因此换热更为充分。而且，由于采取了第一级换热器为环形、第二级换热器为上大下小的V形结构，因此第一级与筒状燃烧室的换热更为充分，第二级可以保持降温后烟气的流速以保证换热效率；结果进一步实现了充分换热。此外，由于二级换热器上下布置，因此结构合理，占地面积很小。

实验表明，大部分的烟气冷凝过程是发生在第二级换热器的上半部，尤其在长时间运行及进水温度较低的情况下，冷凝水量常常很多，若冷凝水滴落在下面的水管上，便会形成水膜，不但严重阻碍了烟气和水的热交换效果，而且会加速水管的腐蚀。因此，为了达到进一步的目的，所述V形烟气流道中部设有向两侧倾斜的冷凝水分流板。这样，烟气产生的冷凝水可以顺利地沿着分流板流向两侧，以便排出，从而防止了水管上水膜的形成，在减弱冷凝水对水管腐蚀的同时，使得烟气可以与水管充分接触，增大了第二级换热器的换热系数，更有效地吸收烟气中的热量，进一步提高了换热效率。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明实施例一的结构示意图。

图2为图1的侧视图。

图3为图1实施例的立体剖视结构示意图之一。

图4为图1实施例的立体剖视结构示意图之二。

图5为本发明实施例二的立体结构示意图。

图6为图5实施例的二维结构示意图。

具体实施方式

实施例一

本优选实施例的冷凝式燃气锅炉如图1至图4所示，主要由燃烧器(图中未示)和具有烟气、水流通道的换热装置组成。换热装置包括位于壳体3中相互串联的在上环形卧式换热器1和在下V型换热器2。环形卧式换热器1的圆周分布有构成迂回流道的第一组水管，中部为筒状燃烧室1-1。筒状燃烧室1-1的前端安装燃烧器，并通过隔开两换热器的网板4两端朝下的排孔4-1与V型换热器2的V形烟气流道2-1连通。

V形烟气流道2-1中装有间隔分布构成迂回流道的第二组水管，第二组水管分成等间距上、下排布、且被水平隔板2-2隔开的第一、第二、第三、第四、第五共五排管P1、P2、P3、P4、P5。其中，第四、第五排管的后端在后V形水封头2-3处与进水口8连通，其前端在前V形水封头2-3’处与第三排管P3的前端连通。第三排管P3的后端在后V形水封头2-3处与第二排管P2的后端连通。第二排管P2的前端在前V形水封头2-3’处与第一排管P1的前端连通。第一排管P1的后端在后V形水封头2-3处与C形连通管5的下端连通。

第一组水管被沿圆周均布的三处径向隔板1-2分成第一、第二、第三三个区段管PA、PB和PC。第一区段管PA的后端在后环形水封头1-3处与C形连通管5的上端连通。第一区段管PA和第二区段管PB的前端在前环形水封头1-3’处连通，第二区段管PB和第三区段管PC的后端在后环形水封头1-3处连通。第三区段管PC的前端在前环形水封头1-3’处与出水口6连通。

以上的第二组水管与第一组水管均采用铜翅片管。

工作时，水流由进水口先经第二组水管迂回、再经第一组水管迂回，最终由出水口输出，而燃烧器产生的高温烟气由燃烧室穿过第一组水管的铜翅片，再通过网板上的排孔，经V形烟气流道穿过第二组水管的铜翅片，最终由一侧的排烟口7排出。由于水流与烟气的方向相逆，因此形成了高效的逆流换热。

换言之，在第一级换热器中，在铜管间M型烟气挡板的作用下，烟气流动阻力增加，和铜管接触充分，烟气从翅片间缝隙挤出的过程中，同时具有辐射和对流两种换热方式，热量可以充分传递给铜管内流动的水，烟气温度降低，后又通过两个换热器之间的网板结构进入第二级V型换热器中，由于进入二级换热器铜管中水的温度相对比较低，烟气中剩余的大部分热量也被水充分吸收，最后热水从上面一级换热器的顶部流出，而低温低排放的烟气从下面一级换热器排出，整个过程是一个逆流换热过程，此种逆流冷凝的换热方式使的本实施例具有在高负荷条件下使用材料少、占用空间小且热效率高等优点。

此外，本实施例V型渐缩结构设计的二级换热器设计考虑到在第一级换热器铜管间烟气挡板的影响下，进入二级换热器的烟气流速变慢，换热效率下降，V型渐缩结构可以使烟气在其中流动时因流通面积的减小而流速变大，从而加大了对流换热系数，使得二级换热器中烟气的热量更好的传递给铜管中流动的水。同时，烟气流速的增加更加容易吹落铜管翅片上的集聚的冷凝水，防止冷凝水在铜管上形成水膜而减弱烟气对流传热效果，提高了换热效率，保护了铜管不被腐蚀。该结构对于换热效率的提升意义重大。

为了及时排出冷凝水，本实施例在V形烟气流道中的第三排管P3和第四排管P4之间设置向两侧倾斜的冷凝水分流板9(图1)。该冷凝水分流板由钢板制成，焊接在两排铜管之间，和换热器成为一个整体。通过实验和CFD模拟证实，大部分的烟气冷凝过程是发生在第二级换热器的上半部，尤其在机器长时间运行及进水温度较低的情况下，冷凝水的量是非常多的，若这些冷凝水滴落在下面的铜管上，便会形成水膜，不但严重阻碍了烟气和水的热交换效果，而且会加速末级铜管的腐蚀。增加了该冷凝水分流板后，烟气中产生的冷凝水可以顺利地沿着分流板流向两侧并通过两侧的开孔排出，防止了铜管上水膜的形成，在减弱冷凝水对铜管腐蚀的同时，使得烟气可以和铜管充分接触，增大了第二级换热器后几排铜管的换热系数，更有效的吸收烟气中的热量，进一步提高了换热效率。在此特殊结构的作用下，本实施例不但保证了机器可以在大水流量下正常工作，而且保证整机的换热效率保持在冷凝水平。

总之，本实施例具有两级铜翅片换热器及预混燃烧系统应用于热水器后，两级水平放置的换热器第一级采用环形结构，第二级采用V型渐缩结构。对比传统热水器的主要特点为：1)冷凝式换热、2)设有增强换热的V型换热器、3)具有可以有效排除冷凝水和防止腐蚀的冷凝水分流板、4)形成二级逆流换热；等等，因此不但能够在更少的材料下达到相同的负荷，节省了大量的空间，而且具有更高的热效率和更低的碳氧化物和氮氧化物的排放。

实施例二

本实施例的冷凝式燃气锅炉如图5、图6所示，与实施例一的不同之处在于：卧式换热器位于V型换热器一侧，相互之间之间通过串联的烟道连通；其工作原理和主要优点与实施例一相同，不另赘述。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种冷凝式燃气锅炉，主要由燃烧器和具有烟气、水流通道的换热装置组成，其特征在于：所述换热装置包括相互串联的卧式换热器和V型换热器；所述卧式换热器的圆周分布有构成迂回流道的第一组水管，中部为筒状燃烧室；所述筒状燃烧室的一端安装燃烧器，烟气穿过卧式换热器并通过朝下的通孔进入V型换热器的V形烟气流道；所述V形烟气流道中装有间隔分布构成迂回流道的第二组水管；水流先经第二组水管、再经第一组水管，与源于燃烧室、并经V形烟气流道的烟气形成逆向换热。

2.根据权利要求1所述的冷凝式燃气锅炉，其特征在于：所述V形烟气流道中部设有向两侧倾斜的冷凝水分流板。

3.根据权利要求1或2所述的冷凝式燃气锅炉，其特征在于：所述第一组水管被沿圆周均布的三处径向隔板分成第一、第二、第三三个区段管；所述第一区段管的后端在后环形水封头处与C形连通管的上端连通，所述第一区段管和第二区段管的前端在前环形水封头处连通，所述第二区段管和第三区段管的后端在后环形水封头处连通，所述第三区段管的前端在前环形水封头处与出水口连通。

4.根据权利要求3所述的冷凝式燃气锅炉，其特征在于：所述第二组水管分成等间距上下排布、且被水平隔板隔开的第一、第二、第三、第四、第五共五排管；所述第四、第五排管的后端在后V形水封头处与进水口连通，前端在前V形水封头处与第三排管的前端连通；所述第三排管的后端在后V形水封头处与第二排管的后端连通，所述第二排管的前端在前V形水封头处与第一排管的前端连通，所述第一排管的后端在后V形水封头处与所述C形连通管的下端连通。

5.根据权利要求4所述的冷凝式燃气锅炉，其特征在于：所述卧式换热器为位于所述V型换热器之上的环形卧式换热器。

6.根据权利要求5所述的冷凝式燃气锅炉，其特征在于：所述卧式换热器位于V型换热器一侧，相互之间之间通过串联的烟道连通。

7.根据权利要求6所述的冷凝式燃气锅炉，其特征在于：所述第三排管和第四排管之间设置向两侧倾斜的冷凝水分流板。

8.根据权利要求7所述的冷凝式燃气锅炉，其特征在于：所述筒状燃烧室通过隔开两换热器的网板两端朝下的排孔与所述V型换热器的V形烟气流道连通。

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