CN106979619A - 一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉及冷凝器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉及冷凝器；一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉，包括燃气锅炉炉体和冷凝器，其特征在于：所述冷凝器的前端设置有冷凝器烟气均流弯区，第二回程换热管的烟气出口与冷凝器烟气均流弯区前端的—冷凝器烟气进口连接；所述冷凝器的尾部上端设置有冷凝器烟气出口，所述冷凝器的尾部下端设置凝结水排液口；所述冷凝器的中部设置有若干条沿高度方向并行布置的三维换热管，每条三维换热管呈S型设置；每条三维换热管的进水端均连接冷凝器进水管，每条三维换热管的出水端均连接冷凝器出水管；冷凝器进水管一端通过调节阀与进水水泵连接；冷凝器出水管一端与锅炉进水口连接；本发明可广泛应用于能源、化工等领域。

Description

一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉及冷凝器
技术领域
本发明涉及燃气锅炉及冷凝器，具体涉及一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉及冷凝器。
背景技术
近十年，中国的能源结构发生了巨大的变化，由于燃料煤的使用，对环境造成了很大的破坏，随着国家能源政策的转变，天然气将成为民用供暖的主要能源。
传统的三回程天然气燃气锅炉炉体体积较大，影响了占地面积，且排烟温度在150℃左右，未能充分利用尾部烟气中水蒸汽的汽化潜热，造成了极大的能源浪费。而近年来出现的一体式燃气锅炉，虽然把第三回程取消，取而代之的是在锅炉外部增加冷凝器。但是，燃气锅炉本体体积较大，第二回程及增加的外部冷凝器换热效率低，且存在不能根据需要改变排烟温度，用户投资大，管路布置困难等问题。所以需要一种外部冷凝器可换、高效紧凑型的燃气锅炉。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提供一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉及冷凝器。
根据本发明的技术方案,一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉，包括燃气锅炉炉体和冷凝器，该燃气锅炉炉体内设置有组合炉胆、回燃室和第二回程，第二回程内设置有第二回程换热管；组合炉胆的烟气出口与回燃室的烟气进口连接，回燃室的烟气出口与第二回程换热管的烟气进口连接；其特征在于：所述冷凝器的前端设置有冷凝器烟气均流弯区，第二回程换热管的烟气出口与冷凝器烟气均流弯区前端的—冷凝器烟气进口连接；所述冷凝器的尾部上端设置有冷凝器烟气出口，所述冷凝器的尾部下端设置凝结水排液口；所述冷凝器的中部设置有若干条沿高度方向并行布置的三维换热管，每条三维换热管呈S型设置；每条三维换热管的进水端均连接冷凝器进水管，每条三维换热管的出水端均连接冷凝器出水管；冷凝器进水管一端通过调节阀与进水水泵连接；冷凝器出水管一端与锅炉进水口连接。
本发明采用模块化结构，冷凝器采用法兰与燃气锅炉连接，冷凝器可换，不同冷凝器的换热管的数量不同，从而可以得到出口烟气如为40℃、0℃、170℃等不同烟气温度的要求。通过模块化设计，当需要不同烟气出口温度时，不需更换锅炉炉体，只要更换冷凝器模块即可。
根据本发明所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉的优选方案，所述冷凝器烟气均流弯区设置为弧形。
根据本发明所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉的优选方案，所述第二回程换热管为三维外肋管、三维内肋管或者三维内外肋管，其具有换热效率高、凸起单元与换热管间无接触热阻、工作温度区间大等特点。三维外肋管为在三维肋管的外壁面设置有若干个三维凸起单元，该三维内肋管为在三维肋管的内壁面设置有若干个三维凸起单元；该三维内外肋管为在三维肋管的外表面和内壁面均设置有若干个三维凸起单元。当流体在经过这些三维凸起单元时，就会形成三元流动，从而产生显著的扰动，破坏流动边界层，极大的增强对流传热性能。第二回程管内走高温烟气，内表面设置三维内肋后换热系数达到光管的2～6倍。第二回程管外为水空间，外表面设置三维外肋后管外沸腾换热时，其换热系数达到光管的2～5倍；管外单相对流换热时，换热系数可达到光管的2～6倍。通过第二回程的出口烟气温度比换热管采用传统光管或螺纹管要低，进而降低了冷凝器的烟气进口温度，使冷凝器体积和总体重量减小。第二回程换热管采用三维外肋管、三维内肋管或者三维内外肋管以及运用冷凝器取代第三回程，新形式与原三回程燃气锅炉相比，整体体积减少约20％。安装占地面积减少约30％，从而使燃气锅炉本体结构更加紧凑。
根据本发明所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉的优选方案，所述三维换热管为三维外肋管。三维肋管能明显改善凝结液的快速排出，因为三维肋型结构可调，而且具有凝结液引流、减薄凝结表面液膜厚度的作用。已凝结的液体会沿着三维肋移动直到脱离换热管，加快了凝结液的排除。而对于燃气锅炉中所含有的不凝气体，三维肋管有着光管不可比拟的优势。相对光管而言，三维肋管增大了冷凝换热的面积；三维肋管的肋齿结构产生的表面张力梯度减薄了肋面上的凝结液厚度，同时加快了凝结液从管底部的排除；非对称性的三维肋齿可使近壁面处流体流动过程产生漩涡扰动，破坏气—液相界面附近含高不凝性气体的气膜层(气相扩散层)，甚至能够撕裂液膜，强化了对流换热与传质能力。
根据本发明所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉的优选方案，所述冷凝器的尾部下端设置为双坡面结构。
本发明的第二个技术方案是，一种用于燃气锅炉的冷凝器，其特征在于：所述冷凝器的前端设置有冷凝器烟气均流弯区，所述冷凝器的尾部上端设置有冷凝器烟气出口，所述冷凝器的尾部下端设置冷凝水排液口；所述冷凝器的中部设置有若干条沿高度方向并行布置的三维换热管，每条三维换热管呈S型设置；每条三维换热管的进水端均连接冷凝器进水管，每条三维换热管的出水端均连接冷凝器出水管；冷凝器进水管一端通过调节阀与进水水泵连接；冷凝器出水管一端与锅炉进水口连接。
根据本发明所述的一种用于燃气锅炉的冷凝器的优选方案，所述冷凝器烟气均流弯区设置为弧形。
根据本发明所述的一种用于燃气锅炉的冷凝器的优选方案，所述三维换热管为三维外肋管。
根据本发明所述的一种用于燃气锅炉的冷凝器的优选方案，所述冷凝器的尾部下端设置为双坡面结构。
本发明所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉及冷凝器的有益效果是:燃气锅炉采用模块化结构，冷凝器设置在燃气锅炉外部，可根据需要更换冷凝器，增大了燃气锅炉的适用范围；第二回程换热管采用三维内外肋管，使得锅炉换热效果更加高效，结构更加紧凑；冷凝器换热管采用三维外肋管，能够使冷凝液尽快排出，大大提高了换热系数，本发明具有换热效率高，出口烟气温度可调，具有高的稳定性、可靠性和换热性能，运行能耗低，运行成本低，可广泛应用在能源、化工等领域。
附图说明
图1是本发明所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉的结构示意图。
图2是本发明所述冷凝器主视图。
图3是本发明所述冷凝器左视图。
图4是本发明所述冷凝器的结构示意图。
图5是三维换热管18的结构示意图。
图6是三维外肋管的结构示意图。
图7是三维内肋管的结构示意图。
图8是三维内外肋管的结构示意图。
具体实施方式
参见图1至图8,一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉，包括燃气锅炉炉体和冷凝器7，该燃气锅炉炉体5内设置有组合炉胆1、回燃室2和第二回程，第二回程内设置有第二回程换热管4；所述冷凝器7的前端设置有冷凝器烟气均流弯区9，所述冷凝器的尾部上端设置有冷凝器烟气出口13，所述冷凝器的尾部下端设置冷凝水排液口14；所述冷凝器的中部设置有若干条沿高度方向并行布置的三维换热管18，每条三维换热管呈S型设置；三维换热管的折弯处为换热管弯管接头11；每条三维换热管的进水端均连接冷凝器进水管，每条三维换热管的出水端均连接冷凝器出水管；冷凝器进水管的上端12通过调节阀与进水水泵连接，冷凝器出水管的下端17与锅炉进水口连接；冷凝器进水管的下端16和冷凝器出水管的上端10均设置有调节阀，作为冷凝器水排出口；组合炉胆1的烟气出口与回燃室2的烟气进口连接，回燃室2的烟气出口与第二回程换热管4的烟气进口连接；第二回程换热管4的烟气出口6与冷凝器烟气均流弯区9前端的—冷凝器烟气进口8连接。回燃室2设置有可视孔3。
在具体实施例中，所述冷凝器烟气均流弯区9设置为弧形，冷凝器烟气均流弯区9使得烟气流速处于相同速度。
在具体实施例中，所述第二回程换热管4为三维外肋管、三维内肋管或者三维内外肋管，三维外肋管为在三维肋管的外壁面设置有若干个三维凸起单元20，该三维内肋管为在三维肋管的内壁面设置有若干个三维凸起单元21；该三维内外肋管为在三维肋管的外表面和内壁面均设置有若干个三维凸起单元。三维肋管加工可采用如下方法加工，采用专用刀头和夹具在专用机床上对圆管内壁实施反复的旋转、深刻切加工，形成排列有序的针肋或鱼鳞肋及凹槽，该方法加工对管壁破坏小，加工的三维肋高度高、肋排列方式和肋结构尺寸调整方便、具有更广泛的适用性和传热布置的灵活性，且这个种加工工艺把加工材质扩大到钢、不锈钢、钛等一切有延展性的金属，从而扩大了换热器的使用范围。所述冷凝器壳体可采用厚度大的壳板，或采用薄壳板加局部加强筋。
在具体实施例中，所述三维换热管为三维外肋管。
所述冷凝器的尾部下端设置为双坡面结构。坡面15是具有向后方向3—5度的坡度，坡面19是具有向凝结水排液口14方向3—5度的坡度，使换热过程中形成的凝结水脱离换热管后，沿坡度的方向流到凝结水排液口14，大大提高了排液速度。
本发明的工作原理是：组合炉胆1为燃气锅炉的燃烧区，烟气通过回燃室2进入第二回程，与第二回程换热管4进行换热后，再经过第二回程烟气出口6进入冷凝器，进入冷凝器前可以利用热敏器件检测烟气温度，根据烟气温度与流量进行冷凝器选择。烟气在冷凝器烟气均流弯区9使得烟气流速处于相同速度，再与冷凝器的三维换热管内的水进行热交换，换热之后的烟气经过冷凝器烟气出口10排出，换热后的水进入锅炉，换热产生的凝结液通过冷凝水排液口14排出。
一种用于燃气锅炉的冷凝器，所述冷凝器的前端设置有冷凝器烟气均流弯区9，所述冷凝器的尾部上端设置有冷凝器烟气出口13，所述冷凝器的尾部下端设置冷凝水排液口14；所述冷凝器的中部设置有若干条沿高度方向并行布置的三维换热管，每条三维换热管呈S型设置；每条三维换热管的进水端均连接冷凝器进水管，每条三维换热管的出水端均连接冷凝器出水管；冷凝器进水管一端12通过调节阀与进水水泵连接；冷凝器出水管一端17与锅炉进水口连接。
在具体实施例中，所述冷凝器烟气均流弯区9设置为弧形。
所述三维换热管为三维外肋管。
所述冷凝器的尾部下端设置为双坡面结构。坡面15是具有向后方向3—5度的坡度，坡面19是具有向凝结水排液口14方向3—5度的坡度，使换热过程中形成的凝结液脱离换热管后，沿坡度的方向流到凝结水排液口14，大大提高了排液速度。
在具体运用中，可将冷凝器箱体设计为：箱体长度1000—8000mm，宽度300—3000mm，高度500—3000mm。三维换热管外径12—39mm，壁厚2—5mm，沿高度方向并行布置的三维换热管的数量可根据实际情况选定。

Claims (9)

1.一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉，包括燃气锅炉炉体和冷凝器，该燃气锅炉炉体内设置有组合炉胆(1)、回燃室(2)和第二回程，第二回程内设置有第二回程换热管(4)；组合炉胆(1)的烟气出口与回燃室(2)的烟气进口连接，回燃室(2)的烟气出口与第二回程换热管(4)的烟气进口连接；其特征在于：所述冷凝器的前端设置有冷凝器烟气均流弯区(9)，第二回程换热管(4)的烟气出口(6)与冷凝器烟气均流弯区(9)连接；所述冷凝器的尾部上端设置有冷凝器烟气出口(13)，所述冷凝器的尾部下端设置凝结水排液口(14)；所述冷凝器的中部设置有若干条沿高度方向并行布置的三维换热管，每条三维换热管呈S型设置；每条三维换热管的进水端均连接冷凝器进水管，每条三维换热管的出水端均连接冷凝器出水管；冷凝器进水管一端(12)通过调节阀与进水水泵连接；冷凝器出水管一端(17)与锅炉进水口连接。
2.根据权利要求1所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉，其特征在于：所述冷凝器烟气均流弯区(9)设置为弧形。
3.根据权利要求1或2所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉，其特征在于：所述第二回程换热管(4)为三维外肋管、三维内肋管或者三维内外肋管，三维外肋管为在三维肋管的外壁面设置有若干个三维凸起单元，该三维内肋管为在三维肋管的内壁面设置有若干个三维凸起单元；该三维内外肋管为在三维肋管的外表面和内壁面均设置有若干个三维凸起单元。
4.根据权利要求3所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉，其特征在于：所述三维换热管为三维外肋管。
5.根据权利要求4所述的一种模块化紧凑型三维肋管燃气锅炉，其特征在于：所述冷凝器的尾部下端设置为双坡面结构。
6.一种用于燃气锅炉的冷凝器，其特征在于：所述冷凝器的前端设置有冷凝器烟气均流弯区(9)，所述冷凝器的尾部上端设置有冷凝器烟气出口(13)，所述冷凝器的尾部下端设置凝结水排液口(14)；所述冷凝器的中部设置有若干条沿高度方向并行布置的三维换热管，每条三维换热管呈S型设置；每条三维换热管的进水端均连接冷凝器进水管，每条三维换热管的出水端均连接冷凝器出水管；冷凝器进水管一端(12)通过调节阀与进水水泵连接；冷凝器出水管一端(17)与锅炉进水口连接。
7.根据权利要求6所述的一种用于燃气锅炉的冷凝器，其特征在于：所述冷凝器烟气均流弯区(9)设置为弧形。
8.根据权利要求6或7所述的一种用于燃气锅炉的冷凝器，其特征在于：所述三维换热管为三维外肋管。
9.根据权利要求8所述的一种用于燃气锅炉的冷凝器，其特征在于：所述冷凝器的尾部下端设置为双坡面结构。
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