CN108826687B - 一种全预混冷凝式换热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种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径向分布在外壳内；高温换热装置为由中低温烟气分区隔板与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组合成弧状结构，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。

Description

一种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式安装，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是安装，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，提供一种全预混冷凝式换热装置，其高温换热装置、冷凝换热装置结构和布局更加紧凑，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径向分布在外壳内；

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；

所述高温换热装置包括中高温烟气分区隔板与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形成弧状结构，所述中高温烟气分区隔板设置在弧状结构的弧口处并与弧状结构配合形成第一环状结构，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；

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：所述外壳内还设置有中低温烟气分区隔板组件，所述中低温烟气分区隔板组件和冷凝换热装置或者中低温烟气分区隔板组件、冷凝换热装置和外壳的内壁配合形成第二环状结构，所述第二环状结构环绕设置在第一环状结构的外侧，将中温烟气区与低温烟气区分隔。

进一步设置为：所述中低温烟气分区隔板组件与外壳之间设置有冷凝水导流槽。

进一步设置为：所述中低温烟气分区隔板组件包括第一隔板，所述第一隔板的一侧者两侧设置有供烟气流过的烟气过口。

进一步设置为：所述冷凝换热装置与高温换热装置中的介质水相连通并与烟气逆流换热。

进一步设置为：所述弧状结构为圆弧状或者椭圆弧状或者折线弧状或者多点拟合弧状。

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。

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高温换热装置形成的第一环状结构内，所述探入式燃烧部的筒壁包括扇形结构的燃烧区和非燃烧区，燃烧区上布设有燃烧孔，对应的，非燃烧区内没有燃烧孔。

进一步设置为：所述非燃烧区的扇形夹角为60°~180°，燃烧区的扇形夹角为180°~300°。

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：所述高温换热翅片的两侧均设置有与板体呈预定交叉角度设置的翅片单元配合部，相邻的两块高温换热翅片的翅片单元配合部相互配合，使得两块高温换热翅片呈弧状布置。

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或者高温管翅式换热单元与中高温烟气分区隔板之间采用间隙配合。

进一步设置为：该间隙配合的间隙为0.1~1mm。

进一步设置为：相邻所述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之间的间隙内填充有填充物。

进一步设置为：所述中高温烟气分区隔板上设置有吸热管。

进一步设置为：在同一冷凝单元内，所述冷凝换热管呈阵列排布且相邻的三根所述冷凝换热管中心连线形成等边三角形结构。

进一步设置为：所述外壳的横截面形状为圆形或者U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；同时高温换热装置由若干高温管翅式换热单元组合成弧状结构，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是本发明全预混冷凝式换热装置的实施例一的立体结构示意图；

图2是图1的移除前管板和前盖板的结构示意图；

图3是图2移除燃烧器的结构示意图；

图4是图实施例一的横向剖面图；

图5是实施例一的高温换热装置的第一环状结构的横向剖面示意图；

图6是实施例一的高温管翅式换热单元的立体结构示意图；

图7是实施例一的高温换热翅片及其下料示意图；

图8是实施例一相邻两个高温管翅式换热单元配合的局部示意图；

图9是实施例一的探入式燃烧部的立体结构视图；

图10是实施例一的第二环状结构的横向剖面示意图；

图11是实施例一的横向剖面烟气流动示意图；

图12是实施例一的横向剖面分区示意图；

图13是实施例一的纵向剖面结构示意图（探入式）；

图14是实施例一的全预混冷凝式换热装置的换热原理示意图；

图15是实施例二的纵向剖面结构示意图（外置式）；

图16是实施例三的横向剖面结构示意图；

图17是实施例四的横向剖面结构示意图；

图18是实施例五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、介质水进口接管；14、介质水出口接管；15、冷凝水导流槽；16、冷凝水接管；

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；24、中高温烟气分区隔板；25、吸热管；

3、冷凝换热装置；31、冷凝单元；311、冷凝换热管；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；411、燃烧孔；412、非燃烧区；42、外置式燃烧部；43、混合气连接部；

5、介质水流路；6、冷凝水流路；7、烟气流路；

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。

本发明一种全预混冷凝式换热装置如图1-图18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，其中高温换热装置2和冷凝换热装置3位于外壳1径向平面内；其中，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，将所述容置空间在横向剖面划分为高温烟气区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LTLT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；高温换热装置2形成的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，使得高温烟气区HT的高温烟气流过第一换热区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；外壳1内设置有中低温烟气分区隔板组件12，中低温烟分区隔板组件和冷凝换热装置3配合或者中低温烟气分区隔板组件12、冷凝换热装置3与外壳1的内壁配合形成第二环状结构，第二环状结构环绕设置在第一环状结构的外侧将中温烟气区MT与低温烟气区LT分隔，使得中温烟气区MT的中温烟气流过第二换热区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14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和冷凝换热装置3设置在外壳1的径向平面内。

外壳1包括烟气出口11、中低温烟气分区隔板组件12、介质水进口接管13、介质水出口接管14、冷凝水导流槽15和冷凝水接管16。

外壳1为圆筒形结构，圆筒形结构易于成型，加工方便。在外壳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，以及高温换热装置2和冷凝换热装置3，将容置空间在横向剖面划分为高温烟气区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，烟气出口11与低温烟气区LT相连通。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，所产生的高温烟气位于高温烟气区HT内。高温换热装置2与冷凝换热装置3均位于外壳1的径向平面内，从横向剖面看，高温换热装置2位于外壳1的下部，冷凝换热装置3位于外壳1的上部，冷凝换热装置3位于高温换热装置2的上部。高温烟气区HT的高温烟气流过第一换热区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，中温烟气区MT的中温烟气流过第二换热区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，烟气被吸热降温减湿后经烟气出口11排出。

进一步地如图11所示，在外壳1与中低温烟气分区隔板组件12之间设置有冷凝水导流槽15，冷凝换热装置3产生的冷凝水经冷凝水导流槽15导流至外壳1的下部。在外壳1的下部设置有冷凝水接管16，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16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13和介质水出口接管14，低温介质水从介质水进口接管13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14排出。

高温换热装置2，包括若干高温管翅式换热单元21和中高温烟气分区隔板24，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向上开环的弧状结构，中高温烟气分区隔板24设置在向上开环的弧状结构的向上开环处并与弧状结构配合形成第一环状结构，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24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7在横向剖面上径向向外，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。

进一步地如图7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8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，优选的，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；同时中高温烟气分区隔板24与高温管翅式换热单元21之间也可以为接触或者间隙2111配合，间隙2111配合的间隙2111优选为0.1~1mm。

进一步地如图1和图2所示，中高温烟气分区隔板24的一侧为高温烟气，另外一侧为中温烟气，为了降低中高温烟气分区隔板24的温度提高设备使用寿命，高温烟气分区隔板上接触连接有吸热管25，吸热管25内为介质水，可有效降低的降低高温烟气分区隔板的温度。中高温烟气分区隔板24组件上的吸热管25两端还设置有端管板和盖板，吸热管25两端的端管板和盖板之间设置有第三介质水流道。

进一步地如图13所示，高温换热装置2还包括高温换热装置2管板和高温换热装置2盖板。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包括四个高温管翅式换热单元21和一块中高温烟气分区隔板24，高温管翅式换热单元21的数量可以为两个或者两个以上，若干高温管翅式换热单元21配合形成的弧状结构的弧度一般为180°~270°。

具体的，本实施例设置的四个高温管翅式换热单元21配合形成的向上开环的弧状布置为圆弧状布置，同理也可以为椭圆弧状或者折线弧状或者多点拟合弧状。本实施例的四个高温管翅式换热单元21配合的向上开环的弧状布置为垂直向上布置，也可以为倾斜向上布置。

在低负荷运行情况下，高温换热装置2中的烟气会有少量的水分凝结，在重力的作用下滴落至下方，由于采用向上开环的弧状布置的结构以及若干个高温管翅式换热单元21配合的结构，滴落的凝结水不会落到布置在高温换热装置2内的探入式燃烧部41上，可以有效延长燃烧器的寿命和提高燃烧器的燃烧性能；而且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，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，可以有效地避免翅片腐蚀和积灰甚至堵塞的问题，提高了长期使用性能和寿命。同时，一般排烟是在外壳1的上部，因此将冷凝换热装置3设置在外壳1的上部以便于最短和最小阻力烟道的设置，则高温换热装置2设置在外壳1的下部， 因此高温换热装置2的这种向上开环的弧状布置的结构也便于在外壳1横向截面内径向紧凑型的布置高温换热装置2和冷凝换热装置3。

冷凝换热装置3包括一个或者一个以上的冷凝单元31，位于第二换热区E2域内，其为具有冷凝换热管311的管式结构，在同一冷凝单元31内，冷凝换热管311呈阵列排布且相邻的三根冷凝换热管311的中心构成等边三角形； 所述冷凝换热装置3与中低温分区隔板组件配合或者冷凝换热装置3、中低温分区隔板组件与外壳1的内侧配合在横向剖面上形成第二环状结构，在横向剖面上所述第二环状结构位于所述第一环状结构外且套在所述第一环状结构上，所述第二环状结构与所述第一环状结构之间为中温烟气区MT，所述第二环状结构将中温烟气区MT与低温烟气区LT分隔，中温烟气区MT的中温烟气在所述第二环状结构的分隔和导引作用下流过冷凝换热装置3的冷凝单元31，与所述冷凝单元31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排出。

具体的，本实施例的冷凝换热装置3，包括三个冷凝单元31，每个冷凝单元31又包括多个三角形布置的冷凝换热管311。本实施例的冷凝换热管311为光管，具有便于制造和优良的抗腐蚀和防堵塞的特性，但相对于管翅式换热结构其不足是烟气换热差一些，需要布置更多的冷凝换热管311，两者各有优缺点，根据需要选择。

如图13所示，本实施例的冷凝换热装置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1和图13所示，本实施例的高温换热装置前管板221与冷凝换热装置前管板321连接为一体的一体式结构；所述高温换热装置后管板222与冷凝换热装置后管板322连接为一体的一体式结构；所述高温换热装置前盖板231与冷凝换热装置前盖板331连接为一体的一体式结构；所述高温换热装置后盖板232与冷凝换装置后盖板连接为一体的一体式结构；第一介质水流道和第二介质水流道通过内部流道相连通，以简化制造工艺和降低介质水流道阻力；进一步，第三介质水流道与的第一介质水流道和第二介质水流道连通。

如图3和图4所示，本实施例的高温换热装置2与冷凝换热装置3在外壳1的径向平面内布置。相对于轴向布置，本实施例的径向平面内布置的结构更紧凑，制造更简便，材料成本和制造成本也更低。

如图2和图13所示，本实施例的燃烧器组件4包括探入式燃烧部41和混合气连接部43，混合燃气在所述探入式燃烧部41上进行燃烧。本实施例的探入式燃烧部41为筒形结构并伸入第一环状结构内。探入式燃烧部41的筒壁包括扇形布置的燃烧区和非燃烧区，燃烧区对应于弧形布置的若干高温管翅式换热单元21设置，所述燃烧区的筒壁上设置有燃烧孔或者为网状结构的燃烧筒壁，混合燃气在燃烧区的筒壁处进行燃烧而产生高温烟气。该非燃烧区的筒壁对应中高温烟气分区隔板24设置，非燃烧区的筒壁上没有燃烧孔，不产生燃烧，以降低所述中高温烟气分区隔板24的温度，提高所述中高温烟气分区隔板24组件的隔热效果和使用寿命，且在提高布置的紧凑性的同时改善燃烧性能。探入式燃烧部41的燃烧区扇形夹角根据高温换热装置2的若干高温管翅式换热单元21配合形成的弧状结构的弧度不同和燃烧性能要求进行选择，一般燃烧区扇形夹角的范围为180°~300°，非燃烧区的扇形夹角范围为60°~180°。燃烧器组件4的探入式燃烧部41的混合燃气燃烧产生的高温烟气，位于高温换热装置2的第一环状结构内的高温烟气区HT，在所述第一环状结构的分隔和导引作用下流过第一换热区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，然后在所述第二环状结构的分隔和导引作用下流过第二换热区E2的冷凝换热装置3的冷凝换热管311外，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，最后从烟气出口11排出。

如图14所示，本实施例的高温换热装置2和冷凝换热装置3中的介质水相连通并与烟气进行逆流换热，即低温介质水首先从冷凝换热装置3相连接的介质水进口接管13进入冷凝换热装置3中的冷凝换热管311内，与冷凝换热装置3中冷凝换热管311外流过的烟气进行换热后，经冷凝换热装置3和高温换热装置2间设置的介质水连接通道进入高温换热装置2的若干高温换热单元的管翅式高温换热管212内，再与流过高温换热装置2的管翅式高温换热管212外翅片间的烟气进行换热，被烟气多次折回加热的介质水从介质水出口接管14流出，完成介质水与烟气逆流换热。

如图14所示，本实施例的第一介质水流道、第二介质水流道和第三介质水流道的连通顺序为：第一介质水流道与第二介质水流道连通，第二介质水流道再与第三介质水流道连通，第一介质水流道连接有介质水进口接管13，第三介质水流道连接有介质水出口接管14。

本实施例的流动和换热原理如图11、图12和图14所示：

烟气流路7：燃烧组件的探入式燃烧部41的混合燃气燃烧产生的高温烟气，位于高温换热装置2的第一环状结构内的高温烟气区HT，在所述第一环状结构的分隔和导引作用下流过第一换热区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，然后在所述第二环状结构的分隔和导引作用下流过第二换热区E2的冷凝换热装置3的冷凝换热管311外，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，最后从烟气出口11排出；

介质水流路5：高温换热装置2和冷凝换热装置3中的介质水相连通并与烟气进行逆流换热，即低温介质水首先从冷凝换热装置3相连接的介质水进口接管13进入冷凝换热装置3中的冷凝换热管311内，与冷凝换热装置3中冷凝换热管311外流过的烟气进行换热后，经冷凝换热装置3和高温换热装置2间设置的介质水连接通道进入高温换热装置2的若干高温换热单元的管翅式高温换热管212内，再与流过高温换热装置2的管翅式高温换热管212外翅片间的烟气进行换热，被烟气多次折回加热的介质水从介质水出口接管14流出，完成介质水与烟气逆流换热。

冷凝水流路6：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。位于外壳1的下部的冷凝水导流槽15设置有冷凝水接管16，高温换热装置2和冷凝换热装置3产生的冷凝水流入冷凝水导流槽15并经收集后经冷凝水接管16统一排放。

综上所述，本发明的一种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为由若干高温管翅式换热单元21与中高温烟气分区隔板24配合形成的第一环状结构，高温换热翅片211通过套裁制得，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；由于采用了高温换热装置2与冷凝换热装置3在外壳1的径向平面内布置、第一环状结构和第二环状结构等，不仅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。由于高温换热装置2为若干高温管翅式换热单元21与中高温烟气分区隔板24配合形成的第一环状结构，使得低负荷运行工况下高温换热装置2的冷凝水不会滴落到下部的燃烧器燃烧头和换热翅片上，具有更长寿命和可靠性，可以保证长期高性能使用；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二环状结构等，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为由若干高温管翅式换热单元21与中低温烟气分区隔板配合形成的第一环状结构，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”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15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16所示，与实施例一相比，本实施例的主要区别在于冷凝换热装置3采用管翅式结构。本实施例的冷凝换热装置3包括一个冷凝单元31，冷凝单元31包括若干冷凝换热管311和若干冷凝换热翅片，冷凝换热管311插设在冷凝换热翅片的翅片管孔内，若干冷凝换热翅片相互堆叠。另外，便于冷凝换热装置3的冷凝液排放，冷凝换热装置3呈倾斜设置，相应的高温换热装置2的若干高温管翅式换热单元21配合形成向上开环的弧状结构为倾斜向上。

实施例四

如图17所示，与实施例一相比，本实施例的主要区别在于冷凝单元31的布置和数量，以及外壳1的形状。本实施例和实施例一的冷凝单元31均采用光管结构。本实施例的冷凝单元31为六组，比实施例一的单元数多出1倍，其主要目的是增强冷凝换热装置3的换热，继续深度降低烟气出口11温度而提高热效率。由于本实施例的冷凝单元31的比较多，为了降低冷凝单元31管内介质水的流动阻力，将六组冷凝单元31分两组进行串联。也由于冷凝单元31的数量比较多，采用直线布置并相应采用非圆形外壳1，以实现紧凑布置。实施例一的外壳1为圆形，本实施例的外壳1为U形。

实施例五

如图18所示，本实施例与实施例四结构比较相近，如冷凝单元31的数量和布置，以及外壳1的形状都比较相近，高温换热装置2相同。但与实施例四相比，本实施例的主要区别在于烟气进入冷凝换热装置3的烟气过口为两个，中温烟气分别从两侧进入冷凝换热装置3进行换热，然后从冷凝换热装置3中部相连接的烟气出口11接管排出。本实施例为了与上述结构上的变化相适应，设置的中低温烟气分区隔板组件12不同于实施例四。本实施例的中低温烟气分区隔板组件12是两件分离的成型隔板构成，包括第一隔板，第一隔板置于高温换热装置2的上方并分别与两侧外壳1内壁配合形成烟气过口，烟气过口数量为两个，而其它实施例的中低温烟气分区隔板组件12为一件成型隔板构成，烟气过口只有一个。因此上述实施例的中低温烟气分区隔板组件12可以是一件成型隔板构成，也可以是两件或者两件以上的成型隔板构成，根据结构和制造工艺的不同选择。

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组合成弧状结构，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 (17)

1.一种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、冷凝换热装置和燃烧器组件，所述高温换热装置和冷凝换热装置径向分布在外壳内；

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；

所述高温换热装置包括中高温烟气分区隔板与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形成弧状结构，所述中高温烟气分区隔板设置在弧状结构的弧口处并与弧状结构配合形成第一环状结构，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；

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；

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高温换热装置形成的第一环状结构内，所述探入式燃烧部的筒壁包括扇形结构的燃烧区和非燃烧区，燃烧区上布设有燃烧孔且其对应于弧形布置的若干高温管翅式换热单元设置，对应的，非燃烧区内没有燃烧孔且非燃烧区的筒壁对应中高温烟气分区隔板设置。

2.根据权利要求1所述的一种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烟气分区隔板组件，所述中低温烟气分区隔板组件和冷凝换热装置或者中低温烟气分区隔板组件、冷凝换热装置和外壳的内壁配合形成第二环状结构，所述第二环状结构环绕设置在第一环状结构的外侧，将中温烟气区与低温烟气区分隔。

3.根据权利要求2所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述中低温烟气分区隔板组件与外壳之间设置有冷凝水导流槽。

4.根据权利要求2所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述中低温烟气分区隔板组件包括第一隔板，所述第一隔板的一侧或者两侧设置有供烟气流过的烟气过口。

5. 根据权利要求1所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于， 所述冷凝换热装置与高温换热装置中的介质水相连通并与烟气逆流换热。

6.根据权利要求1所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述弧状结构为圆弧状或者椭圆弧状或者折线弧状或者多点拟合弧状。

7. 根据权利要求5所述的一种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。

8.根据权利要求1所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述非燃烧区的扇形夹角为60°~180°，燃烧区的扇形夹角为180°~300°。

9.根据权利要求1所述的一种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，由板材通过套裁连续切割形成。

10.根据权利要求9所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述高温换热翅片的两侧均设置有与板体呈预定交叉角度设置的翅片单元配合部，相邻的两块高温换热翅片的翅片单元配合部相互配合，使得两块高温换热翅片呈弧状布置。

11.根据权利要求1或10所述的一种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。

12.根据权利要求1或10所述的一种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之间采用间隙配合。

13.根据权利要求12所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，该间隙配合的间隙为0.1~1mm。

14.根据权利要求13所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，相邻所述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之间的间隙内填充有填充物。

15.根据权利要求1所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述中高温烟气分区隔板上设置有吸热管。

16.根据权利要求1所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，在同一冷凝单元内，所述冷凝换热管呈阵列排布且相邻的三根所述冷凝换热管中心连线形成等边三角形结构。

17.根据权利要求1所述的一种全预混冷凝式换热装置，其特征在于，所述外壳的横截面形状为圆形或者U形。