CN103940087B - 一种窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉 - Google Patents

Abstract

一种窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，包括外壳，其内换热器由多圈倾斜预设角度、圈与圈间含有间隙的扁圆形双盘管构成，扁圆形双盘管由扁圆形管子由外管圈自上而下再由内管圈自下而上盘制而成，内管圈包绕构成炉内辐射换热空间，扁圆形双盘管紧固在碟盘形上隔板和碟盘形下隔板间，其外圈最顶层开口为双盘管入水口，内圈最顶层开口为双盘管出水口；全预混燃烧器安装在外壳上顶板上，全预混燃烧器头部深入到炉内辐射换热空间进行燃烧放热，烟气从扁圆形双盘管内管圈和外管圈间隙流过，并由烟气出口流出；本发明具有结构简单，制造工艺简化的优势，同时强化了烟气侧层流对流和冷凝换热，使整个换热器十分紧凑。

Description

一种窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉

技术领域

本发明涉及整体冷凝锅炉技术领域，具体涉及一种窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉。

背景技术

长期以来，我国的能源生产和消费中主要以煤为主。我国的大气污染属于“第一代”煤烟型污染，主要是由于煤燃烧造成。世界许多大城市的经验表明，改善大气污染状况的根本途径是改善燃料结构。燃烧天然气基本上不排放或排放少量的SO2；氮氧化合物排放量比燃煤减少45%，比燃油减少63%；CO2排放量比燃煤减少52%，比燃油减少26%。其次，天然气在供热采暖时具有明显的节能效益。实行能源结构调整，大力发展天然气，用天然气等清洁燃料部分代替单一燃料煤，是我国节约能源、保护环境，实现可持续发展战略目标所采取的重要措施之一。因此开发高效环保的天然气热能利用装置是大势所趋。

目前，常规的燃气锅炉等热能动力设备，存在利用效率低的问题。一方面需要不断提高天然气的燃烧效率，另一方面需要进一步降低天然气利用设备的排烟温度，提高设备转换效率。常规天然气热水锅炉的排烟温度一般在130℃以上，蒸汽锅炉在200℃以上，有时甚至高达300℃，该温度远高于天然气烟气水露点温度（通常为55～60℃），排烟不仅带走大量烟气显热，更重要的是烟气中水蒸气潜热得不到充分利用，降低锅炉排烟温度对于提高天然气锅炉效率和降低运行费用是非常重要的。

冷凝锅炉利用高效的全预混燃烧技术，有效的降低了燃烧过量空气系数，提高了天然气燃烧效率，降低NOx等污染气体的生成与排放，同时采用烟气深度冷却技术，将热能利用设备排烟温度降到烟气露点温度（或水露点）以下，不仅能够充分地吸收烟气的显热还能利用天然气燃烧时产生的水蒸气凝结放热，大大提高了天然气能量在热能利用设备中的转换效率，节约了能源。同时，凝结液对烟气中的CO2、NOx、SOx等有害气体还有一定的吸收脱除作用。因此，开发应用燃气式冷凝锅炉，是减少环境污染、高效利用燃气的有效途径之一。目前市场上冷凝锅炉的结构形式主要有分离式和整体式两种形式，前者是在常规锅炉后加装冷凝段换热器；后者是将常规锅炉和冷凝换热器设计为整体结构。不管是那种结构，通常都是采用翅片管等扩展受热面强化传热元件，通过翅片强化扰流，增大对流换热系数，同时增大换热面积从而实现强化传热的目的。但是采用扩展受热面结构必然导致结构复杂，维护修理难度增大。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，采用具有一定倾斜角度的扁圆形窄间隙双盘管组成锅炉的辐射—对流换热器，盘管构成的燃烧室有利于发挥全预混燃烧器辐射换热能力强的优势，同时，盘管上下层间的窄间隙烟道，使高温烟气流过时被管内水强烈冷却，换热系数大。锅炉结构简单，成本低且热效率高，在回水温度30℃时，锅炉热效率可达106%以上。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：

一种窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，包括外壳1，外壳1内换热器由多圈倾斜预设角度5°～60°、圈与圈间含有间隙的扁圆形双盘管2构成，所述扁圆形双盘管2由扁圆形管子由外管圈自上而下再由内管圈自下而上盘制而成，内管圈包绕构成冷凝锅炉炉内辐射换热空间3，扁圆形双盘管2紧固在碟盘形上隔板5和碟盘形下隔板6之间，扁圆形双盘管2外圈最顶层开口为双盘管入水口9，内圈最顶层开口为双盘管出水口10，双盘管入水口9和双盘管出水口10穿过碟盘形上隔板5分别与给水入口弯管11和加热水出口弯管12进行连接；全预混燃烧器13安装在外壳1的上顶板14上，全预混燃烧器头部15深入到炉内辐射换热空间3进行燃烧放热，烟气从扁圆形双盘管2内管圈和外管圈间隙流过，并由烟气出口22流出。

所述扁圆形双盘管2内、外圈呈“V字形”相向布置，扁圆形双盘管2内、外圈最顶层上表面与碟盘形上隔板5下表面紧密贴合，扁圆形双盘管2内、外圈最底层下表面与碟盘形下隔板6上表面紧密贴合。

所述碟盘形上隔板5边缘上沿周向等距加工4个上螺孔16，碟盘形上隔板5上加工两个扁圆孔17供双盘管入水口9和双盘管出水口10穿过，碟盘形上隔板5上加工一个圆孔18供全预混燃烧器头部15穿过。

所述碟盘形下隔板6边缘上沿周向等距加工4个下螺孔19，碟盘形下隔板6的V型环面上加工多条冷凝液流道20，碟盘形下隔板6V型环面底部加工半圆形环槽7，所述半圆形环槽7与水平方向呈预设倾斜角度，与冷凝液排出管8连接的圆孔位于半圆形环槽7的最低位置。

所述碟盘形上隔板5和碟盘形下隔板6的中央干烧部分采用耐高温1Cr25Ni20Si2或耐高温不锈钢材料，碟盘形下隔板6的V型环面采用316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料；扁圆形双盘管2采用316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料。

所述外壳1内表面、烟气出口15采用碳钢辅以表面化学镀膜或热喷涂防腐处理材料，或者直接采用抗硫酸露点腐蚀能力的ND钢、Corten钢、316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料，或者采用PVC、ABS、PP或PE。

所述外壳1内多圈扁圆形双盘管2的倾斜角度为5°～60°。

所述扁圆形双盘管2圈与圈间的间隙为1～2mm。

本发明和现有技术相比，具有如下优点：

1、本发明冷凝锅炉的换热器结构采用窄间隙扁圆形双盘管组成辐射—对流受热面，紧凑的盘管燃烧室，可以充分吸收高温烟气的辐射换热，窄间隙的烟道流程，有效强化了烟气与管壁的对流换热。

2、盘管采用扁圆形的截面形式，与扁平截面的盘管相比，减小了烟气进入窄间隙的流动阻力；与圆形截面的盘管相比，增加了烟气在窄间隙的对流换热面积，具有优于扁平截面和圆形截面盘管的换热效果。

3、扁圆形双盘管内、外圈与水平方向各成一定角度盘制而成，同一高度内、外圈盘管呈环V形布置，有利于冷凝液的排出。同时，高温烟气经燃烧室依次流过内圈和外圈时，烟气流向发生V型转折，烟气中的携带的冷凝水在因烟气转向产生的离心力作用下向下滴落，促进冷凝液的收集。烟气在窄间隙间流向的改变也造成烟气的扰动，加强了对流换热。

4、盘管采用双盘管结构，内管圈体和外管圈体同时进行换热工作，具有较高的热效率，同时，盘管采用不锈钢或铸铝硅合金材料有效的提高抗氧化、耐腐蚀性，并且光滑的换热表面可以自动清洁，大大延长了换热器的使用寿命，保养更加简便。

5、高换热效果的双盘管换热器以及具有冷凝液收集功能的碟盘形下隔板，使整个冷凝锅炉结构设计紧凑，安装拆卸方便。

6、本发明冷凝锅炉采用的全预混燃烧器，与传统扩散式燃烧器相比，能够在极低的过量空气系数下充分燃烧，不仅降低了排烟热损失，并且提高烟气中水蒸气冷凝率；该燃烧器具有较高的表面辐射效率，头部能够加工成多种形状等特点，能够极好的适应炉膛辐射换热的需要。

7、本发明具有结构简单，制造工艺简化的优势，同时强化了烟气侧层流对流和冷凝换热，使整个换热器十分紧凑；当供热量要求增加时，2个以上的模块进行拼装即可增大容量。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为本发明双盘管换热器结构示意图。

图3为本发明碟盘形上隔板结构示意图。

图4为为本发明带有冷凝液收集功能的碟盘形下隔板结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。

如图1和图2所示，本发明一种窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，包括外壳1，外壳1内换热器由多圈倾斜预设角度5°～60°、圈与圈间含有间隙的扁圆形双盘管2构成，所述扁圆形双盘管2由扁圆形管子由外管圈自上而下再由内管圈自下而上盘制而成，内管圈包绕构成冷凝锅炉炉内辐射换热空间3，扁圆形双盘管2通过四根螺栓4紧固在碟盘形上隔板5和碟盘形下隔板6之间，扁圆形双盘管2外圈最顶层开口为双盘管入水口9，内圈最顶层开口为双盘管出水口10，双盘管入水口9和双盘管出水口10穿过碟盘形上隔板5分别与给水入口弯管11和加热水出口弯管12进行焊接；全预混燃烧器13安装在外壳1的上顶板14上，全预混燃烧器头部15深入到炉内辐射换热空间3进行燃烧放热，烟气从扁圆形双盘管2内管圈和外管圈间隙流过，并由烟气出口22流出。所述扁圆形双盘管2内、外圈呈“V字形”相向布置，扁圆形双盘管2内、外圈最顶层上表面与碟盘形上隔板5下表面紧密贴合，扁圆形双盘管2内、外圈最底层下表面与碟盘形下隔板6上表面紧密贴合。

如图3所示，所述碟盘形上隔板5边缘上沿周向等距加工4个上螺孔16，碟盘形上隔板5上加工两个扁圆孔17供双盘管入水口9和双盘管出水口10穿过，碟盘形上隔板5上加工一个圆孔18供全预混燃烧器头部15穿过。

如图4所示，所述碟盘形下隔板6边缘上沿周向等距加工4个下螺孔19，碟盘形下隔板6的V型环面上加工多条冷凝液流道20，碟盘形下隔板6V型环面底部加工半圆形环槽7，所述半圆形环槽7与水平方向呈预设倾斜角度，与冷凝液排出管8连接的圆孔位于半圆形环槽7的最低位置。

作为本发明的优选实施方式，所述碟盘形上隔板5和碟盘形下隔板6的中央干烧部分采用耐高温1Cr25Ni20Si2或耐高温不锈钢材料，碟盘形下隔板6的V型环面采用316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料；扁圆形双盘管2采用316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料。

作为本发明的优选实施方式，所述外壳1内表面、烟气出口15采用碳钢辅以表面化学镀膜或热喷涂防腐处理材料，或者直接采用抗硫酸露点腐蚀能力的ND钢、Corten钢、316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料，或者采用PVC、ABS、PP或PE。

作为本发明的优选实施方式，所述外壳1内多圈扁圆形双盘管2的倾斜角度为5°～60°。

作为本发明的优选实施方式，所述扁圆形双盘管2圈与圈间的间隙为1～2mm。

本发明的工作原理分为水流程、烟气流程和冷凝液排出过程，其中水流程为：锅炉回水经给水入口弯管11先进入扁圆形双盘管2外管圈自上而下流动，再由扁圆形双盘管2内管圈自下而上流动，水在扁圆形双盘管2中加热后由加热水出口弯管12排出提供给用户；烟气流程为：天然气和空气在全预混燃烧器头部15中预混合后发生无焰燃烧并向扁圆形双盘管2内管圈壁面进行辐射换热，随后烟气依次流过扁圆形双盘管2内、外管圈窄间隙，并与扁圆形双盘管2壁面发生显热对流换热和凝结换热，经冷却后的烟气流出扁圆形双盘管2外管圈窄间隙并改变方向由烟气出口22流出；冷凝液排出过程：烟气流过扁圆形双盘管2内、外管圈窄间隙时，与扁圆形双盘管2壁面发生显热对流换热和凝结换热，冷凝液在盘管壁面析出并在重力作用下沿着扁圆形双盘管2内、外管圈之间空隙向下流动进入碟盘形下隔板6底部的半圆型环槽7内，最终由冷凝液排出管8流出。

Claims (6)

1.一种窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，包括外壳(1)，其特征在于：外壳(1)内换热器由多圈倾斜预设角度、圈与圈间含有间隙的扁圆形双盘管(2)构成，所述扁圆形双盘管(2)由扁圆形管子由外管圈自上而下再由内管圈自下而上盘制而成，内管圈包绕构成冷凝锅炉炉内辐射换热空间(3)，扁圆形双盘管(2)紧固在碟盘形上隔板(5)和碟盘形下隔板(6)之间，扁圆形双盘管(2)外圈最顶层开口为双盘管入水口(9)，内圈最顶层开口为双盘管出水口(10)，双盘管入水口(9)和双盘管出水口(10)穿过碟盘形上隔板(5)分别与给水入口弯管(11)和加热水出口弯管(12)进行连接；全预混燃烧器(13)安装在外壳(1)的上顶板(14)上，全预混燃烧器头部(15)深入到炉内辐射换热空间(3)进行燃烧放热，烟气从扁圆形双盘管(2)内管圈和外管圈间隙流过，并由烟气出口(22)流出；所述扁圆形双盘管(2)内、外圈呈“V字形”相向布置，扁圆形双盘管(2)内、外圈最顶层上表面与碟盘形上隔板(5)下表面紧密贴合，扁圆形双盘管(2)内、外圈最底层下表面与碟盘形下隔板(6)上表面紧密贴合；所述碟盘形上隔板(5)边缘上沿周向等距加工4个上螺孔(16)，碟盘形上隔板(5)上加工两个扁圆孔(17)供双盘管入水口(9)和双盘管出水口(10)穿过，碟盘形上隔板(5)上加工一个圆孔(18)供全预混燃烧器头部(15)穿过。

2.根据权利要求1所述的窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，其特征在于：所述碟盘形下隔板(6)边缘上沿周向等距加工4个下螺孔(19)，碟盘形下隔板(6)的V型环面上加工多条冷凝液流道(20)，碟盘形下隔板(6)V型环面底部加工半圆形环槽(7)，所述半圆形环槽(7)与水平方向呈预设倾斜角度，与冷凝液排出管(8)连接的圆孔位于半圆形环槽(7)的最低位置。

3.根据权利要求1所述的窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，其特征在于：所述碟盘形上隔板(5)和碟盘形下隔板(6)的中央干烧部分采用耐高温1Cr25Ni20Si2或耐高温不锈钢材料，碟盘形下隔板(6)的V型环面采用316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料；扁圆形双盘管(2)采用316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料。

4.根据权利要求1所述的窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，其特征在于：所述外壳(1)内表面、烟气出口(22)采用碳钢辅以表面化学镀膜或热喷涂防腐处理材料，或者直接采用抗硫酸露点腐蚀能力的ND钢、Corten钢、316L奥氏体不锈钢或铸铝硅合金材料，或者采用PVC、ABS、PP或PE。

5.根据权利要求1所述的窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，其特征在于：所述外壳(1)内多圈扁圆形双盘管(2)的倾斜角度为5°～60°。

6.根据权利要求1所述的窄间隙扁圆形双盘管整体冷凝锅炉，其特征在于：所述扁圆形双盘管(2)圈与圈间的间隙为1～2mm。