CN108700335A - 热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种冷凝式热交换器，包括燃烧室，在燃烧室的顶部处设置有用于安装预混气体燃烧器的空间。热交换器包括由壁限定的烟气道，烟气可以在壁之中的两个水冷壁之间流动。每个水冷壁包括水流通道。燃烧室在其顶部处至少部分地由为燃烧器提供的空间界定；燃烧室在其侧面处由彼此相对的一组两个第一燃烧室壁界定、并由彼此相对的一组两个第二燃烧壁界定；燃烧室在其底部处由烟气道界定。第一燃烧室壁设置有水流通道。第一燃烧室壁被设置为限定烟气道的水冷壁的延伸。两个第一燃烧室壁各自包括第一段和位于第一段下方的第二段。每个第一段是弯曲的，从而使燃烧室由第一段限定的部分沿烟气流下游方向变宽。两个第一段中的每个第一段设置有水流通道。每个第二段是弯曲的，从而使燃烧室由第二段限定的部分沿烟气下游方向变窄。第一燃烧室壁的第二段包括纵向翅片，其沿远离燃烧室的顶部的方向延长并在燃烧室中延伸。第一燃烧室壁的第一段是光滑的，这表示第一段不包括在燃烧室中延伸的热交换增加突起。

Description

热交换器
技术领域
本发明涉及热交换器，其包括用于锅炉及加热设备的燃烧室。更具体地，本发明涉及一种当在锅炉中使用时，CO产生量最小化的热交换器。
背景技术
WO09/053247A1公开了一种热交换器元件，包括具有向外弯曲的或者成脊的燃烧器表面的预混燃烧器。该热交换器元件进一步包括燃烧室。该燃烧室在一侧由燃烧器界定，并且进一步由水冷壁构成，该水冷壁起始于燃烧器并沿下游方向，先变宽并随后变窄至通常的热交换器元件的宽度。这为适当的燃烧创造了足够的空间，避免了死角和再循环或者燃烧反应的过早结束，从而实现了NOx和CO的低排放。在实施例中，该燃烧室包括沿烟气流的下游方向延长的翅片。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热交换器，其可以进一步降低CO(一氧化碳)排放，同时不会对效率产生消极影响。
本发明的第一方面是包括燃烧室的冷凝式热交换器。在燃烧室的顶部处提供空间，以用于安装预混气体燃烧器，优选用于安装向外弯曲的或成脊的预混气体燃烧器，更优选用于安装具有向外弯曲的或成脊的燃烧器甲板的表面稳定预混气体燃烧器。热交换器包括烟气道；烟气道由壁限定，烟气可以在壁之中的两个水冷壁(优选平行水冷壁)之间流动。两个水冷壁各自包括水流通道。然而，也可以有两个以上的壁是水冷壁。燃烧室在其顶部处至少部分地由为燃烧器提供的空间界定；燃烧室在其侧面处由彼此相对的一组两个第一燃烧室壁界定、并且由彼此相对的一组两个第二燃烧壁界定。优选地，第一燃烧室壁比第二燃烧室壁长。第一燃烧室壁设置有水流通道。燃烧室在其底部处由烟气道界定。第一燃烧室壁被设置为限定烟气道的水冷壁的延伸。两个第一燃烧室壁各自包括第一段和第二段。第二段位于第一段的下方；这意味着第二段被设置在第一段沿烟气流方向的下游。优选地，第二段在沿烟气流方向紧随第一段的下游。每个第一段均为弯曲的(并且优选为连续弯曲的)，从而使燃烧室的由第一段界定的部分沿烟气流下游方向变宽(优选连续地变宽)。两个第一段中的每个第一段分别设置有水流通道。每个第二段均为弯曲的(优选为连续弯曲的)，从而使燃烧室由第二段界定的部分沿烟气下游方向变窄(优选连续地变窄)。第一燃烧室壁的第二段包括纵向翅片，其沿远离燃烧室的顶部的方向延长。翅片在燃烧室中延伸。第一燃烧室壁的第一段是光滑的，这表示第一段不包括在燃烧室中延伸的热交换增加突起。
本发明的冷凝式热交换器显示出令人惊讶的结果，CO产量显著降低，同时没有对热交换器的效率产生消极影响。结果令人惊讶；因为技术人员会推测，第一燃烧室壁的第一段上缺少热交换增加突起会由于热交换器表面减小而大大降低热交换器的效率。
在优选实施例中，第二燃烧室壁不包括在燃烧室中延伸的热交换增加突起。
在优选实施例中，燃烧室为梁状。
在优选实施例中，彼此相对的第二燃烧室壁中的一个或两者设置有水流通道。
优选地，翅片的高度在第二段的至少一半上是恒定的；并且优选在第二段的至少75％上是恒定的。翅片的高度为垂直于设置有翅片的壁所测量的翅片的尺寸。
优选地，第二段包括翅片的高度沿从第二段的底部到第二段的端部的方向减小的部分。更优选地，在翅片的高度沿从第二段的底部朝第二段的端部的方向减小的部分处，翅片被倒角(优选为线性地倒角)。
在优选实施例中，翅片的高度在第二段的至少一半上是恒定的；并且优选在第二段的至少75％上翅片的高度是恒定的。翅片的高度减小的部分被设置在翅片的高度恒定的部分的上方，翅片的高度恒定的部分在第二段的至少一半上，并且优选在第二段的至少75％上。
优选地，限定烟气道的水冷壁包括延伸到烟气道中的销。更优选地，限定烟气道的水冷壁上的销，优选所有的销，均是在限定烟气道的两个水冷壁之间的全距离上延伸的连续销。
优选地，在冷凝式热交换器的至少一个横截面内，两个第一段中的每个第一段包括水流全通道。对于该优选实施例，横截面被认为与冷凝式热交换器内的平均烟气流方向一致。包括水流全通道是指整个水流通道都被包含在第一段中。
在优选实施例中，当沿在冷凝式热交换器内平均烟气流方向测量时，第一段的高度大于第二段的高度的一半。更优选地，当沿在冷凝式热交换器内的平均烟气流方向测量时，第一段的高度大于第二段的高度的60％。进一步优选地，当沿在冷凝式热交换器内的平均烟气流方向测量时，第一段的高度等于第二段的高度。
优选地，限定烟气道的水冷壁未设置有在烟气道中延伸的翅片。
优选地，冷凝式热交换器由铝或铝合金制成。
在本发明的示例中，冷凝式热交换器为整体铸件；整体铸件优选由铝或者铝合金制成。
在本发明的示例中，冷凝式热交换器包括一个或多于一个金属铸造部件，金属铸造部件优选由铝或者铝合金制成。
本发明的第二方面是一种热单元，其包括根据本发明的第一方面任意实施例的冷凝式热交换器。热单元包括设置在燃烧室顶端的向外弯曲的或者成脊的预混气体燃烧器。优选地，预混气体燃烧器为表面稳定预混气体燃烧器，其中的燃烧器甲板具有向外弯曲的或成脊的表面。预混气体燃烧器被设置为用于在热单元被使用时产生烟气，烟气用于加热流经冷凝式热交换器的水。
附图说明
图1示出根据本发明的热单元。
图2示出图1所示的热单元的横截面。。
具体实施方式
图1示出根据本发明的热单元10的示例。图2示出图1所示热单元按照图1所示平面II-II'的横截面200。
热单元10包括作为本发明的第一方面的冷凝式热交换器202。热交换器202的燃烧室210的顶端设置有向外弯曲的或者成脊的预混气体燃烧器204(图1中未示出，而是在图2中示出)。燃烧器204是充分预混表面稳定的气体燃烧器，其中的燃烧器甲板具有向外弯曲的或者成脊的表面。本示例中的冷凝式热交换器可以被提供为由铝合金制成的整体铸件。热交换器包括由壁限定的烟气道212，其中壁包括两个水冷壁214，烟气可以在两个水冷壁214之间流动。两个水冷壁214各自包括水流通道216。燃烧室210在其顶部处由为燃烧器提供的空间界定；燃烧室210在其侧面处由彼此相对的一组两个第一燃烧室壁220界定、并且由彼此相对的一组两个第二燃烧壁界定。第一燃烧室壁220设置有水流通道222。燃烧室在其底部处由烟气道212界定。第一燃烧室壁220被设置为限定烟气道的水冷壁214的延伸。每个第一燃烧室壁220包括第一段224和第二段226。第二段226位于第一段224下方；并且沿烟气流下游方向紧随第一段224。每个第一段224是连续弯曲的，从而使燃烧室210由第一段224界定的部分沿烟气流下游方向连续变宽。在图2所示的横截面中，两个第一段中的每个第一段包括水流全通道223。当沿在冷凝式热交换器内的平均烟气流方向测量时，第一段的高度(A)等于第二段的高度(B)。
每个第二段226是连续弯曲的，从而使燃烧室210由第二段226界定的部分沿烟气流下游方向连续变窄。第一燃烧室壁220的第二段226包括纵向翅片228，其沿远离燃烧室的顶部的方向延长。翅片228在燃烧室中延伸。第一燃烧室壁220的第一段224是光滑的，这表示第一段224不包括在燃烧室210中延伸的热交换增加突起。
在该示例中，翅片228的高度在第二段226的约70％的长度上保持恒定。在翅片的高度沿从第二段226的底部朝第二段226的端部的方向减小的部分处，翅片被倒角。
在该示例性冷凝式热交换器中，限定烟气道的水冷壁214包括延伸到烟气道212中的销230。在该示例中，所有的销230均是在限定烟气道212的水冷壁214之间的全距离上延伸的连续销。
已经进行了对现有技术热交换器与根据本发明的热交换器进行比较的试验。根据WO09/053247A1的实施例，提供一种热交换器，其具有燃烧器的第一燃烧室壁的全长上的金属壁上的细长翅片。已经将该现有技术热交换器的结果与根据本发明的热交换器进行比较；在相同尺寸、相同设计的情况下，其区别仅在于两个第一燃烧室壁的第一段是光滑的，这表示第一段不包括热交换增加销，也不包括热交换增加翅片。试验结果表明，在现有技术热交换器的烟气中，CO含量为120ppm；而在本发明热交换器的烟气中，CO含量仅为90ppm。现有技术热交换器与本发明热交换器的效率之间没有检测到明显差异。
通过图2所示的示例中翅片的特定布置，可以获得进一步改善的性能。

Claims (12)

1.一种冷凝式热交换器，包括燃烧室，
其中在所述燃烧室的顶部处提供用于安装预混气体燃烧器的空间，
其中所述热交换器包括烟气道；所述烟气道由壁限定，烟气能够在所述壁之中的两个水冷壁之间流动，所述两个水冷壁各自包括水流通道；
其中所述燃烧室在其顶部处至少部分地由为所述燃烧器提供的空间界定；
所述燃烧室在其侧面处由彼此相对的一组两个第一燃烧室壁界定、并且由彼此相对的一组两个第二燃烧壁界定；其中所述第一燃烧室壁设置有水流通道；
其中所述燃烧室在其底部处由所述烟气道界定；并且其中所述第一燃烧室壁被设置为限定所述烟气道的水冷壁的延伸；
其中所述两个第一燃烧室壁各自包括第一段和第二段，其中所述第二段位于所述第一段的下方；其中每个所述第一段为弯曲的，从而使所述燃烧室由所述第一段界定的部分沿所述烟气流的下游方向变宽；
其中所述两个第一段中的每个第一段被设置有水流通道；
其中每个所述第二段为弯曲的，从而使所述燃烧室由所述第二段界定的部分沿烟气的下游方向变窄；
其中所述第一燃烧室壁的所述第二段包括纵向翅片，所述纵向翅片沿远离所述燃烧室的所述顶部的方向延长；其中所述翅片在所述燃烧室中延伸；
其特征在于，所述第一燃烧室壁的所述第一段是光滑的，所述光滑表示所述第一段不包括在所述燃烧室中延伸的热交换增加突起。
2.根据权利要求1所述的冷凝式热交换器，其中所述翅片的高度在所述第二段的至少一半上是恒定的。
3.根据前述任一项权利要求所述的冷凝式热交换器，其中所述第二段包括其中所述翅片的高度沿从所述第二段的底部到所述第二段的端部的方向减小的部分。
4.根据权利要求2和3所述的冷凝式热交换器，其中所述翅片的高度减小的部分被设置在所述翅片的高度在所述第二段的至少一半上恒定的部分的上方。
5.根据权利要求3或4中任一项所述的冷凝式热交换器，其中在所述翅片的高度沿从所述第二段的底部朝所述第二段的端部的方向减小的部分处，所述翅片被倒角。
6.根据前述任一项权利要求所述的冷凝式热交换器，其中限定所述烟气道的水冷壁包括延伸到所述烟气道中的销。
7.根据前述任一项权利要求所述的冷凝式热交换器，其中在所述冷凝式热交换器的至少一个横截面中，所述两个第一段中的每一个包括水流全通道。
8.根据前述任一项权利要求所述的冷凝式热交换器，其中在沿在所述冷凝式热交换器内的平均烟气流方向测量时，所述第一段的高度大于所述第二段的高度的一半。
9.根据前述任一项权利要求所述的冷凝式热交换器，其中在沿所述冷凝式热交换器内的平均烟气流方向测量时，所述第一段的高度等于所述第二段的高度。
10.根据前述权利要求1-8中任一项所述的冷凝式热交换器，其中所述冷凝式热交换器是整体铸件。
11.根据前述权利要求1-8中任一项所述的冷凝式热交换器，其中所述冷凝式热交换器包括一个或多于一个金属铸造部件。
12.一种热单元，包括根据前述权利要求1-10中任一项所述的冷凝式热交换器；其中在所述燃烧室的顶端设置有向外弯曲的或者成脊的预混气体燃烧器。
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