CN108397909A - 一种新型全预混冷凝式换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型全预混冷凝式换热装置，包括外壳、高温换热装置、冷凝换热装置和燃烧器组件，所述高温换热装置和冷凝换热装置轴向布置在外壳内；高温换热装置为由若干高温管翅式换热单元配合形成的第一环状结构，燃烧器组件燃烧产生的高温烟气位于第一环状结构内。本发明结构紧凑，显著强化了换热，有效地避免了烟尘堵塞烟气流道，提高了换热效率和安全可靠性，降低了材料成本和制造费用，提高了生产效率。

Description

一种新型全预混冷凝式换热装置

技术领域

本发明涉及热交换设备技术领域，特别涉及一种新型全预混冷凝式换热装置。

背景技术

现有全预混冷凝热交换器最常用于壁挂炉等热交换装置，混合燃气燃烧产生的高温烟气穿过全预混冷凝热交换器，对流经全预混冷凝热交换器中的水进行加热，高温烟气被降温直至冷凝，加热后的水再流入壁挂炉中被热交换器使用。现有全预混冷凝热交换器主要有盘管式全预混冷凝热交换器和圆盘翅片管式全预混冷凝热交换器两种结构。

现有一种盘管式全预混冷凝热交换器，包括外壳和逐层盘绕的环形的换热管，换热管多为扁管或者圆管的结构，换热管分为轴向布置的两组，即高温烟气盘管式换热管组件和烟气冷凝盘管式换热管组件，高温烟气盘管式换热管组件和烟气冷凝盘管式换热管组件置于外壳内，外壳上设有进气口和出气口，预混合后的燃气从进气口进入高温烟气盘管式换热管组件内设置的燃烧头内并燃烧，燃烧产生的高温烟气从内向外径向穿过高温烟气盘管式换热管组件的盘管式换热管之间的间隙，在此过程中，高温烟气与高温烟气盘管式换热管组件内的水进行热交换，高温烟气从内向外径向穿过高温烟气盘管式换热管组件之后经降温被吸热后混合为中温烟气；中温烟气再从烟气冷凝盘管式换热管组件的外围从外向内径向穿过烟气冷凝盘管式换热管组件的盘管式换热管之间的间隙，在此过程中，中温烟气与烟气冷凝盘管式换热管组件内的水进行热交换，中温烟气从外向内径向穿过烟气冷凝盘管式换热管组件之后经降温减湿被吸热后混合为低温烟气；冷凝换热后的低温烟气从烟气冷凝盘管式换热组件的内环经外壳内的烟道从外壳上设置的出气口流出盘管式全预混冷凝热交换器。

上述现有盘管式全预混冷凝热交换器技术的缺点在于：换热管多为扁管或者圆管结构，烟气与盘管式换热管进行换热的表面为光滑换热表面，烟气热传递效果较差，换热效率较低；为了提高换热性能通常采用小间隙，一般间隙在大约0.7mm左右，这样极易造成烟尘堵塞烟气流道，粘附的烟尘进一步加剧堵灰的进程，影响了换热管预先设计的阻力的平衡，造成换热器无法均匀地进行换热，降低了换热效率，而直接粘附在管壁上的固体颗粒物还具有酸性，会腐蚀换热管，影响换热管的工作寿命；高温烟气在与盘管式换热管换热时的温度降在1000℃左右，烟气平均流速也变化巨大，这也造成烟气在进入高温烟气盘管式换热管组件的流动阻力较大，而在流经高温烟气盘管式换热管组件的后部的流速十分低而使得其换热较差；另外，在低负荷运行式，高温烟气与高温烟气盘管式换热管组件换热也可能会产生冷凝，由于结构紧凑性的要求使得高温烟气盘管式换热管组件通常为卧是安装，这样高温烟气盘管式换热管组件中的产生的部分冷凝水会滴落到燃烧器的燃烧头上，长期运行会造成燃烧头损坏和降低燃烧性能，同时换热管间隙处留存和向下滴落的冷凝水也严重影响了换热性能并加速烟尘等堵塞烟气流道的问题。

现有另外一种圆盘翅片管式全预混冷凝热交换器，包括外壳和轴向布置的两组翅片管换热组件，即高温烟气圆盘翅片管换热组件和烟气冷凝圆盘翅片管换热组件，高温烟气圆盘翅片管换热组件和烟气冷凝圆盘翅片管换热组件置于外壳内，外壳上设有进气口和出气口，预混合后的燃气从进气口进入高温烟气圆盘翅片管换热组件内设置的燃烧头内并燃烧，燃烧产生的高温烟气从内向外径向穿过高温烟气圆盘翅片管换热组件的圆盘翅片之间的间隙，在此过程中，高温烟气与高温烟气圆盘翅片管换热组件内的水进行热交换，高温烟气从内向外径向穿过高温烟气圆盘翅片管换热组件之后经降温被吸热后混合为中温烟气；中温烟气再从烟气冷凝圆盘翅片管换热组件的外围从外向内径向穿过烟气冷凝圆盘翅片管换热组件的翅片之间的间隙，在此过程中，中温烟气与烟气冷凝圆盘翅片管换热组件内的水进行热交换，中温烟气从外向内径向穿过烟气冷凝圆盘翅片管换热组件之后经降温减湿被吸热后混合为低温烟气；冷凝换热后的低温烟气从烟气冷凝圆盘翅片管换热组件的内环经外壳内的烟道从外壳上设置的出气口流出圆盘翅片管式全预混冷凝热交换器。

上述现有圆盘翅片管式全预混冷凝热交换器技术，烟气与高温烟气圆盘翅片管换热组件和烟气冷凝圆盘翅片管换热组件进行换热，是采用圆盘翅片式，烟气换热性能明显强于盘管式全预混冷凝热交换器；翅片间隙一般在1.7-2.7mm之间，烟尘堵塞烟气流道的问题也明显改善。但其它盘管式全预混冷凝热交换器存在的问题依然存在：高温烟气在与圆盘翅片管式换热管换热时的温度降在1000℃左右，烟气平均流速也变化巨大，这也造成烟气在进入高温烟气圆盘翅片管式换热管组件的流动阻力较大，而在流经高温烟气圆盘翅片管式换热管组件的后部的流速较低而使得其换热较差；在低负荷运行式，高温烟气与高温烟气圆盘翅片管式换热管组件换热也可能会产生冷凝，由于结构紧凑性的要求使得高温烟气圆盘翅片管式换热管组件通常为卧式安装，这样高温烟气圆盘翅片管式换热管组件中的产生的冷凝水会部分滴落到燃烧器的燃烧头上，长期运行会造成燃烧头损坏和降低燃烧性能，同时换热管翅片间留存和向下滴落的冷凝水也严重影响了换热性能并使得烟尘等很容易堵塞烟气流道，粘附的烟尘进一步加剧堵灰的进程，影响了换热管预先设计的阻力的平衡，造成换热器无法均匀地进行换热，降低了换热效率，而直接粘附在管壁上的固体颗粒物还具有酸性，会腐蚀换热管和翅片，影响其工作寿命。另外，尽管圆盘翅片管式全预混冷凝热交换器的高温烟气圆盘翅片管换热组件和烟气冷凝圆盘翅片管换热组件的圆盘翅片采用大小翅片进行套裁，但其套裁翅片的无效边角料达40%左右，翅片的带材的材料有效利用率有待于提高；高温烟气圆盘翅片管换热组件和烟气冷凝圆盘翅片管换热组件的圆盘翅片采用大小翅片进行套裁，其空间布置的紧凑性也存在不足。

发明内容

本发明是为了克服上述现有技术中缺陷，提供一种新型全预混冷凝式换热装置，其中高温换热装置与冷凝换热装置采用轴向布置且两者的结构、布置紧密，有效降低了材料成本和生产费用，显著强化烟气换热，明显改善烟尘堵塞烟气流道的不足，明显提高换热效率和运行可靠性，降低制造成本。

为实现上述目的，本发明提供一种新型全预混冷凝式换热装置，包括外壳、高温换热装置、冷凝换热装置、燃烧器组件和分隔板，所述高温换热装置和冷凝换热装置呈轴向设置在外壳内且冷凝换热装置位于高温换热装置轴向的上方；

所述外壳内设置有容置空间，根据烟气的流动及热量分布，将容置空间划分为高温烟气区、中温烟气区和低温烟气区，所述外壳设置有与低温烟气区相连通的烟气出口；

根据高温换热装置和冷凝换热装置的轴向分布，将容置空间划分为用于安装高温换热装置的下部空间、以及用于安装冷凝换热装置的上部空间；

所述高温换热装置包括若干高温管翅式换热单元，若干所述高温管翅式换热单元相配合在下部空间内形成第一环状结构，该第一环状结构环绕高温烟气区的外沿设置，将高温烟气区与中温烟气区分隔口；

所述分隔板封盖所述第一环状结构的上端开口；

所述燃烧器组件燃烧产生的高温烟气位于高温换热装置的第一环状结构内；

所述冷凝换热装置位于中温烟气区与低温烟气区之间，包括一个或者一个以上的冷凝单元，所述冷凝单元为具有冷凝换热管的管式或者管翅式换热结构；

燃烧器组件燃烧产生高温烟气，高温烟气与高温换热装置热交换后转换为中温烟气，进入中温烟气区，然后与冷凝换热装置进行热交换后转换为低温烟气，进入低温烟气区，最后从烟气出口排出。

进一步设置为：所述冷凝单元的数量为一个，为具有冷凝换热管的管翅式换热结构，冷凝单元包括环状结构的冷凝换热翅片和插设在冷凝换热翅片上的冷凝换热管，冷凝单元在上部空间的横向剖面上环周布置形成第二环状结构，第二环状结构内部为低温烟气区。

进一步设置为：所述冷凝单元的数量为两个或者两个以上，为具有冷凝换热管的管式或者管翅式换热结构，所述冷凝单元相互配合在上部空间横向剖面上布置形成封闭的第三环状结构，第三环状结构内部为低温烟气区。

进一步设置为：所述外壳内还设置有中低温分区隔板组件；

所述冷凝单元的数量为一个或者一个以上，为具有冷凝换热管的管式或者管翅式换热结构，所述冷凝单元与中低温分区隔板组件相配合或者冷凝单元、中低温分区隔板组件与外壳相配合在上部空间形成第四环状结构，所述下部空间与第四环状结构相连通，所述第四环状结构的外部为低温烟气区。

进一步设置为：所述燃烧器组件包括探入式燃烧部，该探入式燃烧部为圆筒形结构并伸入第一环状结构内，所述燃烧部的筒壁上布设有燃烧孔。

进一步设置为：所述燃烧器组件包括外置式燃烧部，所述外置式燃烧部为平板结构，位于高温换热装置形成的第一环状结构的底部，外置式燃烧部燃烧产生的火焰位于第一环状结构内。

进一步设置为：所述高温换热装置的相邻高温管翅式换热单元之间或者高温管翅式换热单元与中高温烟气分区隔板采用接触连接。

进一步设置为：所述高温换热装置的相邻高温管翅式换热单元之间采用间隙配合。

进一步设置为：相邻高温管翅式换热单元之间的间隙为0.1~1mm。

进一步设置为：相邻高温管翅式换热单元之间的间隙内填充有填充物。

进一步设置为：所述高温换热装置的高温换热翅片为弧形的板状结构，由板材连续切割形成。

进一步设置为：所述高温换热装置的第一环状结构的形状为圆形、椭圆形或者多边形。

与现有技术相比，本发明结构紧凑，显著强化了烟气换热，有效提高了换热效率，避免了烟气所携带的固体颗粒堵塞高温管翅式换热单元的间隙和冷凝水滴落对设备性能和寿命与可靠性的影响，保证了长期运行换热的稳定性；同时高温换热装置为由若干高温管翅式换热单元配合形成的第一环状结构，有效提高了板材的利用率，减低了生产成本，提高了生产效率。

附图说明

图1是本发明实施例一的新型全预混冷凝式换热装置的高温换热装置的横向剖面结构示意图；

图2是实施例一的高温管翅式换热单元的结构示意图；

图3是实施例一的高温换热翅片及下料结构示意图；

图4是实施例一的高温管翅式换热单元之间的配合的局部示意图；

图5是实施例一的冷凝换热装置的横向剖面结构示意图；

图6是实施例一的全预混冷凝式换热装置的轴向剖面结构示意图；

图7是实施例二的全预混冷凝式换热装置的轴向剖面结构示意图；

图8是实施例三的冷凝换热装置的横向剖面结构示意图；

图9是实施例三的全预混冷凝式换热装置的轴向剖面结构示意图；

图10是实施例四的冷凝换热装置的横向剖面结构示意图；

图11是实施例五的冷凝换热装置的横向剖面结构示意图；

图12是实施例六的冷凝换热装置的横向剖面结构示意图；

图13是实施例七的高温换热装置的横向剖面结构示意图。

结合附图在其上标记以下附图标记：

1、外壳；11、烟气出口；12、中低温烟气分区隔板组件；13、冷凝水接管；14、上部空间；15、下部空间；

2、高温换热装置；21、高温管翅式换热单元；211、高温换热翅片；2111、间隙；2112、翅片单元配合部；212、高温换热管；221、高温换热装置前管板；222、高温换热装置后管板；231、高温换热装置前盖板；232、高温换热装置后盖板;

3、冷凝换热装置；31、冷凝单元；311、冷凝换热管；312、冷凝换热翅片；321、冷凝换热装置前管板；322、冷凝换热装置后管板；331、冷凝换热装置前盖板；332、冷凝换热装置后盖板；

4、燃烧器组件；41、探入式燃烧部；42、外置式燃烧部；43、混合气连接部；

HT：高温烟气区；MT：中温烟气区；LT：低温烟气区；E1：第一换热区；E2：第二换热区。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的一个具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

本发明一种新型全预混冷凝式换热装置如图1至图13所示，包括外壳1、高温换热装置2、冷凝换热装置3、燃烧器组件4和分隔板，其中高温换热装置2和冷凝换热装置3位于外壳1的轴向平面内，冷凝换热装置3位于高温换热装置2轴向的上方。

外壳1内设置有容置空间，根据烟气的流动以及温度分布，在外壳1内设置的中低温烟气分区隔板组件12，以及后述的高温换热装置2和冷凝换热装置3，将容置空间划分为高温烟气区HT、第一换热区E1、中温烟气区MT、第二换热区E2和低温烟气区LT，外壳1设置有与低温烟气区LT相连通的烟气出口11，第一换热区E1位于高温烟气区HT和中温烟气区MT之间，第二换热区E2位于中温烟气区MT和低温烟气区LT之间，高温换热装置2位于第一换热区E1内，冷凝换热装置3位于第二换热区E2内，燃烧器组件4燃烧产生高温烟气位于高温换热区内；根据高温换热装置2以及冷凝换热装置3在外壳1内的轴向分布状况，将容置空间划分为用于安装高温换热装置2的下部空间15、以及用于安装冷凝换热装置3的上部空间14；高温换热装置2位于下部空间15内为第一环状结构并环绕设置在高温烟气区HT的外沿将高温烟气区HT与中温烟气区MT分隔，分隔板封盖第一环状结构的轴向上端开口，使得第一环状结构内的高温烟气径向流过第一换热区E1的高温换热装置2与高温换热装置2中介质水进行热交换后转换为中温烟气并进入中温烟气区MT；中温烟气区MT进入上部空间14，流过第二换热区E2的冷凝换热装置3与冷凝换热装置3中介质水进行热交换后转换为低温烟气并进入低温烟气区LT，最后从烟气出口11排出。

在本装置中，高温烟气区HT内的高温烟气温度一般在1000℃~1200℃之间，中温烟气区MT内的中温烟气一般在70℃~200℃之间，低温烟气区LT内的低温烟气一般在55℃以下；介质水的温度范围一般在20℃~80℃之间，根据使用情况进行选择。

实施例一

如图1至图6所示，包括外壳1、高温换热装置2、冷凝换热装置3和燃烧器组件4，高温换热装置2与冷凝换热装置3在外壳1内呈轴向设置且冷凝换热装置3位于高温换热装置2轴向的上方。

外壳1内设置有容置空间，根据烟气的流动以及温度分布，在外壳1内设置的中低温烟气分区隔板组件12，以及后述的高温换热装置2和冷凝换热装置3，将容置空间划分为高温烟气区HT、第一换热区E1、中温烟气区MT、第二换热区E2和低温烟气区LT，外壳1设置有与低温烟气区LT相连通的烟气出口11，第一换热区E1位于高温烟气区HT和中温烟气区MT之间，第二换热区E2位于中温烟气区MT和低温烟气区LT之间，高温换热装置2位于第一换热区E1内，冷凝换热装置3位于第二换热区E2内，燃烧器组件4燃烧产生高温烟气位于高温换热区内；根据高温换热装置2以及冷凝换热装置3在外壳1内的轴向分布状况，将容置空间划分为用于安装高温换热装置2的下部空间15、以及用于安装冷凝换热装置3的上部空间14；高温换热装置2位于下部空间15内为第一环状结构并环绕设置在高温烟气区HT的外沿将高温烟气区HT与中温烟气区MT分隔，分隔板封盖第一环状结构的轴向上端开口，在本实施例中分隔板具体表现为高温换热装置2的高温换热装置2管板和高温换热装置2盖板，使得第一环状结构内的高温烟气径向流过第一换热区E1的高温换热装置2与高温换热装置2中介质水进行热交换后转换为中温烟气并进入中温烟气区MT；中温烟气区MT进入上部空间14，流过第二换热区E2的冷凝换热装置3与冷凝换热装置3中介质水进行热交换后转换为低温烟气并进入低温烟气区LT，最后从烟气出口11排出。

进一步，在外壳1的下部设置有冷凝水接管13，高温换热装置2和冷凝换热装置3产生的冷凝水经收集后经冷凝水接管13统一排放。在正常运行工况下，冷凝换热装置3会产生冷凝水，高温换热装置2不会产生冷凝水，但在特殊工况下如低负荷运行时高温换热装置2也会产生少量冷凝水。在外壳1上还设置有介质水进口接管和介质水出口接管，低温介质水从介质水进口接管进入，在冷凝换热装置3和高温换热装置2中被加热成高温介质水，最后从介质水出口接管排出。

如图1所示，高温换热装置2安装于外壳1的下部空间15内，包括若干高温管翅式换热单元21，位于第一换热区E1内。若干所述高温管翅式换热单元21配合在横向剖面上环周布置形成封闭的第一环状结构，第一环状结构环绕设置在高温烟气区HT的外沿，将高温烟气区HT与中温烟气区MT分隔，燃烧器组件4燃烧产生的高温烟气位于第一环状结构内；高温烟气区HT的高温烟气在第一环状结构的分隔和导引作用下流过高温换热装置2的高温换热翅片211间，高温烟气与高温换热装置2中的高温换热管212内的介质水进行换热后进入中温烟气区MT变为中温烟气，中温烟气包围所述高温换热装置2与所述中高温烟气分区隔板组件配合形成第一环状结构，也就是所述第一环状结构内为高温烟气，所述第一环状结构外为中温烟气，所述第一环状结构将高温烟气区HT和中低温烟气区LT分隔。所述高温管翅式换热单元21的烟气流路为在横向剖面上的径向向外，所述高温管翅式换热单元21包括若干高温换热翅片211、若干高温换热管212，所述若干高温换热翅片211相互堆叠，高温换热翅片211间的烟气流道采用烟气等速收缩结构，所述的“烟气等速收缩结构”是指烟气从进入高温换热翅片211的烟气平均流速到翅片管孔后部的最窄流道处烟气平均流速相接近，一般相差不超过30%，从而在明显改善翅片间积灰和冷凝水搭桥现象的同时显著强化烟气换热；高温烟气在若干高温换热翅片211间流过与若干高温换热管212内的介质水进行高效换热，若干高温换热管212插设在高温换热翅片211的翅片管孔内,所述相邻的高温管翅式换热单元21的相互堆叠的高温换热翅片211的临近边缘接触或者间隙2111配合。

进一步如图3所示，高温换热翅片211为弧形的板状结构，高温换热翅片211通过板材套裁连续切割形成，高温换热翅片211的前侧弧面能够与后侧弧面相拼合，有效减低了高温换热翅片211的生产成本，提高了生产效率；同时高温换热翅片211包括翅片单元配合部2112，翅片单元配合部2112是相邻两个高温管翅式换热单元21的配合部，位于高温换热翅片211板体的左、右两侧且与板体侧边具有一定的交叉角，以便相邻两个高温管翅式换热单元21配合成弧状。

进一步地如图4所示，相邻的高温管翅式换热单元21之间的配合为接触或者间隙2111配合，优选间隙2111配合，以便于制造装配，即相邻的高温换热翅片211的翅片单元配合部2112之间为间隙2111配合，优选该间隙2111为0.1~1mm。为了保证相邻的高温管翅式换热单元21之间密封良好，防止烟气从该处的配合间隙2111中泄露，可在该配合间隙2111处设置填充物。

进一步如图6所示，高温换热装置2管板包括高温换热装置前管板221和高温换热装置后管板222，分别设置在若干高温管翅式换热单元21两端，并与若干高温管翅式换热单元21的高温换热管212连接。高温换热装置2盖板包括高温换热装置前盖板231与高温换热装置后盖板232，分别与所述高温换热装置前管板221与高温换热装置后管板222相连接。所述配合的若干高温管翅式换热单元21的若干高温换热管212、高温换热装置2管板和高温换热装置2盖板内连通形成第二介质水流道，以简化制造工艺和降低介质水流道阻力。

具体的，本实施例的高温换热装置2，包括六个高温管翅式换热单元21，六个高温管翅式换热单元21配合形成第一环状结构。本实施例的高温换热装置2设置了六个高温管翅式换热单元21，也可以设置两个或者两个以上的高温管翅式换热单元21。

在低负荷运行情况下，高温换热装置22中的烟气会有少量的水分凝结，在重力的作用下滴会落至下方，由于采用若干个高温管翅式换热单元21配合的结构和高温换热翅片211“烟气等速收缩结构”等，少量凝结水会在较高流速的烟气的冲刷作用下被带向高温管翅式换热单元21的外部，凝结水不会落到布置在高温换热装置22内的探入式燃烧部41上，也不会产生滴落到下部的高温管翅式换热单元21的翅片上，可以有效地延长燃烧器的寿命和长期使用性能，以及避免翅片腐蚀和积灰甚至堵塞的问题，显著提高了长期使用性能和寿命。

如图5所示，冷凝换热装置3安装于上部空间14内，位于第二换热区E2内，包括两个或者两个以上的冷凝单元31，冷凝单元31为管翅式结构，包括若干冷凝换热管311和若干冷凝换热翅片312，冷凝换热管311穿插在冷凝换热翅片312的管孔内，若干冷凝换热翅片312相互堆叠；冷凝单元31配合在横向剖面上形成闭环第三环状结构，所述第三环状结构与第一环状结构的轴向布置且位于第一环状结构的上方，第三环状结构中温烟气区MT与低温烟气区LT分隔，第三环状结构内为低温烟气区LT，中温烟气区MT的中温烟气流过冷凝换热装置3的冷凝换热管311外，与所述冷凝换热装置3中的冷凝换热管311内的介质水进行热交换，烟气经被吸热降温减湿后流出所述冷凝换热装置3转换为低温烟气，进入低温烟气区LT，最后从烟气出口11接管排出。

如图6所示，冷凝换热装置3还包括冷凝换热装置3管板和冷凝换热装置3盖板。其中，冷凝换热装置3管板包括冷凝换热装置前管板321和冷凝换热装置后管板322，分别设置在若干冷凝单元31两端，并与冷凝单元31的冷凝换热管311连接；冷凝换热装置3盖板，包括冷凝换热装置前盖板331与冷凝换热装置后盖板332，分别与所述冷凝换热装置前管板321与冷凝换热装置后管板322相连接；所述冷凝单元31的若干冷凝换热管311、冷凝换热装置3管板和冷凝换热装置3盖板内连通形成第一介质水流道。

如图6所示，燃烧器组件4包括探入式燃烧部41和混合气连接部43，探入式燃烧部41为筒形结构并伸入第一环状结构内，探入式燃烧部41的燃烧筒壁结构上设置有燃烧孔状或者为网状结构的燃烧筒壁，混合燃气在该所述燃烧筒壁处进行燃烧而产生高温烟气；探入式燃烧部41的燃气燃烧产生的高温烟气，位于第一环状结构内的高温烟气区HT，流过第一换热区E1的高温换热装置2的若干高温管翅式换热单元21的高温换热翅片211间，与高温换热装置2的若干高温管翅式换热单元21中高温换热管212内的介质水进行热交换后转换为中温烟气，进入中温烟气区MT，然后流过第二换热区E2的冷凝换热装置3的冷凝换热管311外冷凝换热翅片312之间，与冷凝换热装置3中的冷凝换热管311内介质水进行热交换后转换为低温烟气，进入低温烟气区LT，最后从外壳1上设置的烟气出口11接管排出。

综上所述，本发明的一种单元组合轴向布置双环全预混冷凝式换热装置，具有如下主要特点和优点：

1、明显节省了材料成本和制造成本。由于高温换热装置2采用若干高温管翅式换热单元21配合形成第一环状结构，高温换热翅片211可以进行套裁，套裁翅片的边角料只有大约不到10%，相对于现有技术的圆盘翅片式全预混冷凝式换热器，可以大幅节省翅片材料；而且由于高温换热翅片211间的烟气流道采用“烟气等速收缩结构”等强化烟气换热措施，单位换热量的材料成本也明显降低；由于冷凝换热装置3采用了若干冷凝单元31配合形成第三环状结构等，不仅可以节省冷凝换热翅片312的材料，而且结构紧凑而且也便于规模化工业生产，制造成本更低。

2、显著提高寿命、可靠性和长期使用性能。由于高温换热翅片211间的烟气流道采用“烟气等速收缩结构”等，使得高温换热装置2不易出现凝结水搭桥和积灰堵塞等现象，从而也使得设备具有高可靠性和长期使用高性能；由于采用了高温换热装置2和冷凝换热装置3的第一环状结构和第三环状结构等，也使得冷凝换热装置3的冷凝水便于排放，也一定程度上提高了设备的寿命和可靠性。

3、有效强化了换热，提高了热效率。由于高温换热装置2采用若干高温管翅式换热单元21配合形成第一环状结构，相对于现有技术的盘管式全预混冷凝热交换器，不仅显著强化了换热而且明显减少了烟气流道阻力；由于高温换热翅片211间的烟气流道采用“烟气等速收缩结构”，以及冷凝换热装置3采用了若干冷凝单元31配合形成第三环状结构等，相对于现有技术的圆盘翅片式全预混冷凝式换热器，也明显强化了烟气换热，因而明显提高了热效率。

实施例二

如图7所示，与实施例一相比，两者的区别在于燃烧组件的燃烧部的区别，实施例一采用的是探入式燃烧器，而实施二采用的为外置式燃烧部42结构，外置式燃烧部42为平板结构，位于第一环状结构的端部，外置式燃烧部42燃烧产生的火焰位于高温换热装置2内。

实施例三

如图8和图9所示，与实施例一相比，本实施例的外壳1内还设置有中低温烟气分区隔板组件12，冷凝换热装置3采用若干管翅式冷凝单元31配合形成开环的第四环状结构，开环的第四环状结构与中低温烟气分区隔板组件12配合或者开环的第四环状结构、中低温烟气分区隔板组件12和外壳1内壁配合形成封闭的第四环状结构，而实施例一为其冷凝换热装置3采用若干管翅式冷凝单元31配合形成闭环的第二环状结构。

实施例四

如图10所示，与实施例三相比，本实施例的冷凝换热装置3的冷凝单元31为管式换热结构，若干管式的冷凝单元31与中低温烟气分区隔板组件12配合形成第四环状结构，而实施例三的冷凝单元31为管翅式换热结构。

实施例五

如图11所示，与实施例一相比，本实施例的冷凝换热装置3包括一个冷凝单元31，该冷凝单元31包括环状结构的冷凝换热翅片312和插设在冷凝换热翅片312上的冷凝换热管311，冷凝单元31在上部空间14的横向剖面上形成封闭的第二环状结构，第二环状结构内为低温烟气区LT。

实施例六

如图12所示，与实施例五相比，本实施例的冷凝换热装置3的冷凝单元31为管式结构，冷凝单元31的冷凝换热管311呈环状布置，形成第二环状结构，第二环状结构内为低温烟气区LT。

实施例七

如图13所示，与实施例一至六相比，本实施例的高温换热装置2与以上实施例的高温换热装置2形状不同，本实施例的高温换热装置2形成的第一环状结构为多边形结构，具体的，六组矩形的高温管翅式换热单元21拼合形成六边形的第一环状结构，伸入其内的探入式燃烧器为六边形，同理，高温换热装置2形成的环状结构的形状可为五边形，也可以为其他的多边形结构，也可以为圆形或者椭圆形或者扇形，燃烧部的形状也可以根据需要进行改变。

与现有技术相比，本发明结构紧凑，显著强化了烟气换热，有效提高了换热效率，避免了烟气所携带的固体颗粒堵塞高温管翅式换热单元的间隙和冷凝水滴落对设备性能和寿命与可靠性的影响，保证了长期运行换热的稳定性；同时高温换热装置由若干高温管翅式换热单元配合形成第一环状结构，有效提高了板材的利用率，减低了生产成本，提高了生产效率。

以上公开的仅为本发明的实施例，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，包括外壳、高温换热装置、冷凝换热装置、燃烧器组件和分隔板，所述高温换热装置和冷凝换热装置呈轴向设置在外壳内且冷凝换热装置位于高温换热装置轴向的上方；

所述外壳内设置有容置空间，根据烟气的流动及热量分布，将容置空间划分为高温烟气区、中温烟气区和低温烟气区，所述外壳设置有与低温烟气区相连通的烟气出口；

根据高温换热装置和冷凝换热装置的轴向分布，将容置空间划分为用于安装高温换热装置的下部空间、以及用于安装冷凝换热装置的上部空间；

所述高温换热装置包括若干高温管翅式换热单元，若干所述高温管翅式换热单元相配合在下部空间内形成第一环状结构，该第一环状结构环绕高温烟气区的外沿设置，将高温烟气区与中温烟气区分隔口；

所述分隔板封盖所述第一环状结构的上端开口；

所述燃烧器组件燃烧产生的高温烟气位于高温换热装置的第一环状结构内；

所述冷凝换热装置位于中温烟气区与低温烟气区之间，包括一个或者一个以上的冷凝单元，所述冷凝单元为具有冷凝换热管的管式或者管翅式换热结构；

燃烧器组件燃烧产生高温烟气，高温烟气与高温换热装置热交换后转换为中温烟气，进入中温烟气区，然后与冷凝换热装置进行热交换后转换为低温烟气，进入低温烟气区，最后从烟气出口排出。

2.根据权利要求1所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述冷凝单元的数量为一个，为具有冷凝换热管的管翅式换热结构，冷凝单元包括环状结构的冷凝换热翅片和插设在冷凝换热翅片上的冷凝换热管，冷凝单元在上部空间的横向剖面上环周布置形成第二环状结构，第二环状结构内部为低温烟气区。

3.根据权利要求1所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述冷凝单元的数量为两个或者两个以上，为具有冷凝换热管的管式或者管翅式换热结构，所述冷凝单元相互配合在上部空间横向剖面上布置形成封闭的第三环状结构，第三环状结构内部为低温烟气区。

4.根据权利要求1所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述外壳内还设置有中低温分区隔板组件；

所述冷凝单元的数量为一个或者一个以上，为具有冷凝换热管的管式或者管翅式换热结构，所述冷凝单元与中低温分区隔板组件相配合或者冷凝单元、中低温分区隔板组件与外壳相配合在上部空间形成第四环状结构，所述下部空间与第四环状结构相连通，所述第四环状结构的外部为低温烟气区。

5.根据权利要求1所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述燃烧器组件包括探入式燃烧部，该探入式燃烧部为圆筒形结构并伸入第一环状结构内，所述燃烧部的筒壁上布设有燃烧孔。

6.根据权利要求1所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述燃烧器组件包括外置式燃烧部，所述外置式燃烧部为平板结构，位于高温换热装置形成的第一环状结构的底部，外置式燃烧部燃烧产生的火焰位于第一环状结构内。

7.根据权利要求1所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述高温换热装置的相邻高温管翅式换热单元之间或者高温管翅式换热单元与中高温烟气分区隔板采用接触连接。

8.根据权利要求1所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述高温换热装置的相邻高温管翅式换热单元之间采用间隙配合。

9.根据权利要求8所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，相邻高温管翅式换热单元之间的间隙为0.1~1mm。

10.根据权利要求8或9所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，相邻高温管翅式换热单元之间的间隙内填充有填充物。

11.根据权利要求1所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述高温换热装置的高温换热翅片为弧形的板状结构，由板材连续切割形成。

12. 根据权利要求1所述的一种新型全预混冷凝式换热装置，其特征在于， 所述高温换热装置的第一环状结构的形状为圆形、椭圆形或者多边形。