CN102901222A - 一种强制翅片直管双环状冷凝供热换热器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，包括壳体，设置于壳体内的燃烧器与复数个翅片直管，壳体上设置有进水口、出水口及排烟口，燃烧器与空气及燃气进气装置连接，燃烧器位于壳体上部，燃烧器周围安装有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束，燃烧器下方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的排烟管道，排烟管道通过排烟口排空；进水口与燃烧器下方构成排烟管道的翅片直管连通，燃烧器下方构成排烟管道的翅片直管与燃烧器周围的翅片直管连通，燃烧器周围的翅片直管与出水口连通。本发明采用内折翅片直管做为强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的基本元件，强化了烟气侧的换热，显著提高了换热效率。

Description

一种强制翅片直管双环状冷凝供热换热器
技术领域
本发明属于热工设备领域，具体是涉及一种强制翅片直管双环状冷凝供热换热器。
背景技术
早在20世纪中东石油危机之后，为节约能源，在欧洲便研制出了高热效率的冷凝式锅炉，其显著特点是热效率比常规设计锅炉提高10%以上。由于使锅炉的排烟温度降低到露点以上，烟气中大量水蒸汽冷凝并释放出汽化潜热，具有明显的节能效果，运用到冷凝式锅炉中的冷凝式换热器就是根据其原理研制而成。
1.传统非冷凝锅炉的供热换热器由碳钢或铸铁制成，在设计时的排烟温度一般都高于150℃，不考虑吸收烟气中水蒸气冷凝所释放大量显热和潜热，没有冷凝水产生。
2.冷凝锅炉具有高效节能环保的特点，是锅炉行业的发展方向并得到广泛的推广。冷凝锅炉由于产生了大量弱酸性冷凝水，如果使用常用的钢板或铸铁等材料制造冷凝锅炉供热换热器将严重缩短冷凝锅炉的寿命，所以冷凝锅炉供热换热器必须使用不锈钢或铸铝加工制成。目前，多采用不锈钢光管或铸铝制成。
3.用铸铝模具加工换热器的技术已基本成熟，但只能制作500KW多的供热换热器。大型铸铝件存在模具成本高，加工工艺复杂，产品报废率高的问题，使得无法用铸铝模具直接加工大型供热换热器。
4.这两种换热器在通常的情况下，热效率最多可达96％左右。
5.当锅炉的回水温度高于60℃，锅炉将不产生冷凝水。这时换热器只能回收烟气中的显热，热效率也只有87％左右。
6.空气预热器一般在电站等大型锅炉中采用。在供热锅炉中还没有采用。
7.传统的供热换热器根据客户不同的需求来设计制造大小不同的供热换热器，换热器大小不同，所需零部件也不同，不利于工业化批量生产。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明要解决的技术问题是，如何克服现有技术中换热器结构设计不足导致烟气流动路径换热不充分的问题，如何改进传热面结构以达到增大换热面积提高换热效率的目的，同时使得锅炉在同等功率下可以做得更小，占用更小的体积,以及如何将空气预热器巧妙的结合到换热器中，从而进行二次换热，提高空气进入的初始温度的同时进一步降低排烟温度。
为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：一种强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，包括壳体，设置于壳体内的燃烧器与复数个翅片直管，壳体上设置有进水口、出水口及排烟口，燃烧器与空气及燃气进气装置连接，其特征在于：燃烧器位于壳体上部，燃烧器周围安装有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束，燃烧器下方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的排烟管道，排烟管道通过排烟口排空；进水口与燃烧器下方构成排烟管道的翅片直管连通，燃烧器下方构成排烟管道的翅片直管与燃烧器周围的翅片直管连通，燃烧器周围的翅片直管与出水口连通。
作为本发明所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的一种优选方案，其中：所述燃烧器周围同轴安装一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束，燃烧器下方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的圆筒形排烟管道。
作为本发明所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的一种优选方案，其中：对所述紧密排列的翅片直管相邻的翅片进行折弯或挤压处理，翅片管两侧沿直管轴向呈一定角度内折,翅片管所形成的两个内折面是平行的或呈现一定角度。
作为本发明所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的一种优选方案，其中：所述燃烧器周围由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束的外侧设置有外导流板。
作为本发明所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的一种优选方案，其中：所述外导流板为截面为带有弧度的“V”型长条状导流板，与翅片直管外侧贴合，紧密排列的翅片直管的相邻处与外导流板的导流口相互错开。
作为本发明所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的一种优选方案，其中：所述燃烧器下方由复数个翅片直管紧密排列组成的圆筒状排烟管道的内侧设置有内导流板；所述内导流板为筒状，内导流板与组成排烟管道的翅片直管内侧贴合设置，紧密排列的翅片直管的相邻处与内导流板的导流口相互错开。
作为本发明所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的一种优选方案，其中：所述排烟管道内设置有空气预热器。
作为本发明所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的一种优选方案，其中：所述空气预热器穿过排烟管道与空气进气装置连接；所述排烟口为四通式排烟口，其上端为排烟口，其下端为冷凝水出口，中部为空气预热器的空气进口。
作为本发明所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的一种优选方案，其中：所述排烟管道内的空气预热器为一根或多根长方体或圆柱形空气进气管。
作为本发明所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的一种优选方案，其中：燃烧器位于壳体下部，燃烧器周围安装有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束，燃烧器上方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的排烟管道，排烟管道通过排烟口排空；进水口与构成排烟管道的翅片直管连通，构成排烟管道的翅片直管与燃烧器周围的翅片直管连通，燃烧器周围的翅片直管与出水口连通。
采用本发明所述技术方案，具有如下有益技术效果：
本发明的整体结构布置能够提高换热效率。本发明采用了燃烧器设置在上方，排烟口设置在下方的二级逆流换热布置结构，燃烧器燃烧后的烟气从换热器上方向下流动，先穿过燃烧器周围翅片管以及外导流板，然后穿过排烟管道的翅片管与内导流板，沿着排烟管道，逆流至排烟口排空。而进水口设置在下部排烟口处，出水口设置在换热器上部，水通过进水口、翅片管，换热器两端连接上下翅片管束的腔体，例如可以是前水母管和后水母管，最终通过出水口排出。采取逆流的换热方式,水的出口温度才更有可能高于排烟温度，可以大大提高换热效率，增大换热量。
本发明二次加工后的翅片管能够显著提高换热效率。本发明采用翅片管作为强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的基本元件，在换热管的表面通过加翅片，增大换热管的外表面积从而达到提高换热效率的目的，强化了烟气侧的换热，可使整个换热器体积进一步减少。通过对翅片进行二次加工，例如折弯、切割或挤压，使得翅片管的光管之间间距明显减少，从而使得烟气流与光管进行更充分地接触冲刷，增强换热，提高紊流脉动程度，增大对流换热系数，有效地达到增强传热的目的，提高了换热效率，同时使整个换热器体积进一步减少，同时，控制火焰与换热器表面之间的距离来降低火焰温度，进而使NOX的排放降低到30PPM下。
本发明设置有外、内导流板，有利于减小烟气流的“死区”，进一步改善壳程流体流速分布。本发明中，通过增加若干位于圆周翅片管束外侧和外壳之间的外导流板和位于排烟管道翅片管束内侧的内导流板，使得烟气的流动路径紧贴翅片及光管，能够进一步加强换热，明显改善壳程流体流速分布，减小烟气流的“死区”或“短路”。
本发明进一步的设置有空气预热器，可以提高效率。本发明中，空气预热器巧妙地结合设置在换热器的排气管道中，当在冬天室外空气达到-20℃以下，利用烟气余热提高进入炉膛的空气温度，进一步降低排烟温度，使得效率达到98％以上，具有明显效果。
附图说明
图1是本发明一个实施例所述强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的右视示意图。
图2是本发明一个实施例所述强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的主体示意图。
图3是本发明一个实施例中强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的结构剖视示意图。
图4是本发明一个实施例中强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的工作原理示意图。
图5是本发明一个实施例中带有三个空气预热器的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的工作原理右视示意图。
图6是本发明A向放大图。
图7是本发明B向放大图。
图8是本发明另一个实施例燃烧器位于下部时的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的结构剖视示意图。
图9是本发明另一个实施例燃烧器位于下部时的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的工作原理示意图。
图10是本发明经过处理后的翅片直管的主视示意图。
图11是本发明经过处理后的翅片直管的左视示意图。
图12是本发明再一个实施例中带有一个圆柱形空气预热器的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的右视结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
如图1-图12所示，其中包括：前水母管1、前挡板2、壳体3、翅片直管束4、外导流板5、燃烧器6、内导流板7、后水母管8、后挡板9、空气预热器10、出水口11、进水口12、排烟口13、空气进口14、冷凝水出口15、排烟管道16、构成排烟管道的翅片直管17。
参考图1～图3描述本发明一个实施例的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器。如图1、图2以及图3所示，一种强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，包括壳体3、燃烧器6以及翅片直管束4和构成排烟管道的翅片直管17,所述壳体3侧外壳分别由两个“U”形板焊接成椭圆形侧外壳，所述椭圆形侧外壳两端内侧安装有前挡板2和后挡板9，且椭圆形侧外壳与前挡板2和后挡板9焊接固定。前挡板2和后挡板9皆采用保温材料制成。
如图所示，前挡板2的外侧安装有前水母管1；后挡板9的外侧安装有后水母管8，换热器壳体3上附有出水口11和进水口12。
所述翅片直管束4由多根翅片直管组合而成，可参见图5，较佳地，围成圆柱形。翅片直管束4和构成排烟管道的翅片直管17两端都固定于前挡板2和后挡板9之间，且同前水母管1及后水母管8焊接固定。构成排烟管道的翅片直管17的内部构成排烟管道16。进水口12、构成排烟管道的翅片直管17、前水母管1、翅片直管束4、后水母管8、出水口11，构成水加热过程的回路。
翅片直管束4位于构成排烟管道的翅片直管17的上方。较佳地，翅片直管束4和构成排烟管道的翅片直管17相平行。
所述燃烧器6同轴安装于翅片直管束4内，燃烧器6与空气及燃气进气装置连接。
外导流板5与所述翅片直管束4同轴安装于翅片直管束4的外围，外导流板5为截面为带有弧度的“V”型长条状导流板，与翅片直管外侧贴合，紧密排列的翅片直管的相邻处与外导流板5的导流口相互错开。外导流板5点焊于翅片直管束4上。
所述构成排烟管道的翅片直管17内同轴安装内导流板7；所述内导流板7为为圆筒状，上面附有多个孔和/或缝；所述孔和/或缝与紧密排列的翅片直管相邻处相互错开，其通过膨胀固定于构成排烟管道的第二翅片直管管束组内。该内导流板7为筒状，与组成排烟管道16的翅片直管内侧贴合设置，紧密排列的翅片直管的相邻处与内导流板7的导流口相互错开。当然，也可以采取焊接等连接方式固定。
该强制翅片直管双环状冷凝供热换热器还可以进一步包括空气预热器10，其同轴安装在排烟管道16内。
图4为本发明强制翅片直管双环状冷凝供热换热器换热原理图。如图4所示，本发明采用二次换热方式，采用逆流布置换热，高温烟气由上至下经过翅片直管束4、构成排烟管道的翅片直管17；而水流方向正好相反，先经过构成排烟管道的翅片直管17，再经过翅片直管束4。空气预热器10设置在排烟管道16内，可以与烟气进行换热，由此提高进入炉膛的空气温度而同时进一步降低排烟温度。
图5～图7所示，图5为本发明一个实施例中空气预热器带有三个空气进气管的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的工作原理右视示意图；图6为其A向放大图；而图7为该实施例B向放大图。在该实施例中，所述强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，包括壳体3，设置于壳体3内的燃烧器6与复数个翅片直管，壳体3上设置有进水口12、出水口11及排烟口13，燃烧器6与空气及燃气进气装置连接，燃烧器6位于壳体3上部，燃烧器6周围安装有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束4，燃烧器6下方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的排烟管道16，排烟管道16通过排烟口13排空；而进水口12与燃烧器6下方构成排烟管道的翅片直管17连通，燃烧器6下方构成排烟管道的翅片直管17与燃烧器6周围的翅片直管连通，燃烧器6周围的翅片直管与出水口11连通。
在该实施例中，所述燃烧器6周围同轴安装一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束4，燃烧器6下方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的圆筒形排烟管道16。而空气预热器10为一根或多根长方体或圆柱形空气进气管，其设置于圆筒形排烟管道16内。
本发明采用逆流布置高温烟气由下至上经过一级显热换热和二级冷凝换热；而水流方向正好相反，先经过了二级冷凝换热的圆周均布翅片直管束4，再经过一级显热换热构成排烟管道的翅片直管17。回水在二级冷凝换热吸收烟气余热后，再进入一级显热换热中吸收高温烟气显热，空气预热器10穿过二级冷凝换热器与烟气进行三级换热，提高进入炉膛的空气温度和进一步降低排烟温度。
如图中翅片直管束4、排烟管道16和外导流板5、内导流板7的位置示意，通过设置外导流板5和内导流板7，使导流后的烟气的流动路径围绕翅片管，明显改善壳侧流体分布，减小烟气流“死区”或短路，强制烟气与水管更加充分的接触及换热。
如图8、图9所示，图8为本发明另一个实施例燃烧器位于下部时的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的结构剖视示意图；图9为本发明另一个实施例燃烧器位于下部时的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的工作原理示意图。在这一实施例中，燃烧器6位于壳体3下部，燃烧器6周围安装有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束4，燃烧器6上方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的排烟管道16，排烟管道16通过排烟口13排空；进水口12与构成排烟管道的翅片直管17连通，构成排烟管道的翅片直管17与燃烧器6周围的翅片直管连通，燃烧器6周围的翅片直管与出水口11连通。
此时，高温烟气则由下至上经过翅片直管束4、构成排烟管道的翅片直管17。空气预热器10设置在排烟管道16内，可以与烟气进行换热。
如图10、图11所示，图10为本发明经过处理后的翅片直管的主视示意图；图11为本发明经过处理后的翅片直管的左视示意图。本发明将所述紧密排列的翅片直管相邻的翅片进行折弯或挤压处理，使得翅片沿直管轴向呈一定角度内折。如此，复数个经过处理的翅片直管紧密贴合组成圆筒状。
本发明将翅片直管的翅片二次加工为相对于翅片管轴线方向内折的翅片。当然，根据具体实际生产的情况，也可以采取切割或挤压等方式，来减小相邻翅片直管的光管之间的距离。通过二次加工，使得翅片直管两侧沿直管轴向呈一定角度内折,翅片管所形成的两个内折面是平行的或呈现一定角度，呈一定角度是为了便于复数个翅片管可以排列成圆周形状或其他形状。
图12为本发明再一个实施例中带有一个圆柱形空气预热器的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器的右视结构示意图。在这一个实施例中，排烟管道内设置有一根圆柱形的空气预热器10。
综上，本发明从研究如何改进传热面结构出发，增大换热面积以提高换热效率。其采用内折翅片直管做为强制翅片直管冷凝供热换热器的基本元件，强化了烟气侧的换热，同时也使整个换热器体积进一步减少。
通过外导流板5和内导流板7的导向设计，使得烟气的流动路径紧贴翅片管，进一步加强换热，明显改善壳程流体流速分布，减小烟气流的“死区”或“短路”现象。并且发明将空气预热器10巧妙地结合在换热器中，通过实验显示，当在冬天室外空气达到-20℃以下，利用烟气余热提高进入炉膛的空气温度同时进一步降低排烟温度，使得效率达到98％以上。
同时，本发明对关键零部件模块化设计，易于批量化生产，降低换热器的生产难度，节约生产成本。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，包括壳体（3），设置于壳体（3）内的燃烧器（6）与复数个翅片直管，壳体（3）上设置有进水口（12）、出水口（11）及排烟口（13），燃烧器（6）与空气及燃气进气装置连接，其特征在于：
燃烧器（6）位于壳体（3）上部，燃烧器（6）周围安装有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束（4），燃烧器（6）下方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的排烟管道（16），排烟管道（16）通过排烟口（13）排空；
进水口（12）与燃烧器（6）下方构成排烟管道的翅片直管（17）连通，燃烧器（6）下方构成排烟管道的翅片直管（17）与燃烧器（6）周围的翅片直管连通，燃烧器（6）周围的翅片直管与出水口（11）连通。
2.根据权利要求1所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，其特征在于：所述燃烧器（6）周围同轴安装一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束（4），燃烧器（6）下方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的圆筒形排烟管道（16）。
3.根据权利要求1所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，其特征在于：对所述紧密排列的翅片直管相邻的翅片进行折弯或挤压处理，翅片管两侧沿直管轴向呈一定角度内折,翅片管所形成的两个内折面是平行的或呈现一定角度。
4.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，其特征在于：所述燃烧器（6）周围由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束（4）的外侧设置有外导流板（5）。
5.根据权利要求4所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，其特征在于：所述外导流板（5）为截面为带有弧度的“V”型长条状导流板，与翅片直管外侧贴合，紧密排列的翅片直管的相邻处与外导流板（5）的导流口相互错开。
6.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，其特征在于：所述燃烧器（6）下方由复数个翅片直管紧密排列组成的圆筒状排烟管道（16）的内侧设置有内导流板（7）；所述内导流板（7）为筒状，内导流板（7）与组成排烟管道（16）的翅片直管内侧贴合设置，紧密排列的翅片直管的相邻处与内导流板（7）的导流口相互错开。
7.根据权利要求1至3中任一权利要求所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，其特征在于：所述排烟管道（16）内设置有空气预热器（10）。
8.根据权利要求7所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，其特征在于：所述空气预热器（10）穿过排烟管道（16）与空气进气装置连接；所述排烟口（13）为四通式排烟口（13），其上端为排烟口（13），其下端为冷凝水出口（15），中部为空气预热器（10）的空气进口（14）。
9.根据权利要求7所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，其特征在于：所述排烟管道（16）内的空气预热器（10）为一根或多根长方体或圆柱形空气进气管。
10.根据权利要求1所述的强制翅片直管双环状冷凝供热换热器，其特征在于：燃烧器（6）位于壳体（3）下部，燃烧器（6）周围安装有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的翅片直管束（4），燃烧器（6）上方设置有一组由复数个翅片直管紧密排列组成的排烟管道（16），排烟管道（16）通过排烟口（13）排空；进水口（12）与构成排烟管道的翅片直管（17）连通，构成排烟管道的翅片直管（17）与燃烧器（6）周围的翅片直管连通，燃烧器（6）周围的翅片直管与出水口（11）连通。
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