CN108981171B - 一种燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其包括空气腔、烟气加速腔、混合腔和回收腔，空气腔的相对两侧分别设有进风口和出风口，烟气加速腔设置于空气腔内，烟气加速腔的进烟口设置于空气腔的口径较大一端，出烟口位于空气腔的出风口处，烟气加速腔的腔壁上设有与空气腔连通的通风孔，出烟口与混合腔连通，混合腔上连接有烟囱，混合腔的底部连接有回收腔，混合腔的底板上设有与回收腔连通的孔洞，回收腔的靠近混合腔的底板处设有间壁式热交换器。其目的是为了提供一种燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其能够不受供热系统回水温度限制而达到节水、节能、烟气净化以及除雾的目的。

Description

一种燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置

技术领域

本发明涉及暖通领域，特别是涉及一种适用于燃气锅炉的烟气、水蒸气及热量的回收装置。

背景技术

随着生活水平的提高，社会的进步和科技的发展，人们对于生活质量和生活环境的要求越来越高，以往舒适安逸的生活要求已经不能满足需要了，而对于绿色自然的生活空间是越来越被向往了。随着可持续社会发展的思想在全社会的日益深入人心，如何减少污染，保护环境，已成为各个行业持续发展考虑的前提了。对于很多城市中目前存在的大量用于采暖的小型燃煤锅炉所造成环境污染，已经成为了城市绿色发展的一大障碍。目前很多城市已经下达了限期拆除整改市区中小型燃煤锅炉的通知了，并采用污染大为降低的燃气锅炉进行替代，以来改善城市空气质量。燃气锅炉在使用过程中所造成的污染比燃煤锅炉大为减小，并且具有更高的燃烧效率。所以无论是从经济效益还是社会效益上来说，燃气锅炉都有很广阔的应用空间。

天然气主要由CH₄组成，约占98％左右，在燃烧过程中主要产物为CO₂和H₂O，经计算1m³天然气燃烧可以生成水蒸气约为1.55kg。所以，按照区域供热每个小区10T锅炉的装机容量，每天产生的水量约为29.8吨，水量十分可观。

这部分水蒸气如果不被回收利用，那么，水蒸气将和烟气一同排入大气中，不但造成热量浪费，而且还会造成白雾现象，排入大气中的水蒸气还会参与化学反应，成为雾霾形成的媒介。

由于烟气中水蒸气的酸露点约为57℃，所以凝结水的水温一般为50℃左右，这部分水相当于供热系统供给热用户的水温，也就是说如果该凝结水的水温完全可以直接用于采暖，如果用于供热系统，既可以节省能源，又可以节省水资源。

由于锅炉排烟系统在使用过程中难以避免的因为腐蚀而产生杂质，并且在燃烧过程中也会产生NOx等对大气有污染的气体等，在凝结水产生的过程中这部分杂质伴随凝结水流出被清除，有害气体也将会伴随凝结作用部分溶于水，使烟气得到净化。

综上，对于燃气锅炉来说，烟气中水蒸气的回收十分重要，不但可以回收热量，实现节能，还能回收水资源、净化烟气，实现节水、环保、净化烟气的目的。

目前，燃气锅炉烟气热量的回收主要依靠冷凝炉或者烟气余热回收设备，而这两种技术都受到供热系统回水温度的限制，一般回水温度为40-50℃，由于存在传热温差，烟气温度一般大约可以降至55-60℃，此时可以回收的冷凝水不足10％，还有90％的水蒸气需要回收利用。所以一种不受供热系统回水温度限制的节水、节能、烟气净化、除雾装置成为了行业的迫切需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其能够不受供热系统回水温度限制而达到节水、节能、烟气净化以及除雾的目的。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，包括空气腔、烟气加速腔、混合腔和回收腔，所述空气腔的相对两侧分别设有进风口和出风口，进风口一侧空气腔的内径大于出风口一侧空气腔的内径，所述烟气加速腔设置于所述空气腔内，所述烟气加速腔的进烟口设置于所述空气腔的口径较大一端，所述烟气加速腔的出烟口位于所述空气腔的出风口处，所述烟气加速腔的腔壁上设有与所述空气腔连通的通风孔，所述烟气加速腔的出烟口与所述混合腔连通，所述混合腔上连接有烟囱，所述混合腔的底部连接有所述回收腔，所述混合腔的底板上设有与所述回收腔连通的孔洞，所述回收腔的靠近混合腔的底板处设有间壁式热交换器，所述间壁式热交换器用于流通供热系统回水。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述烟气加速腔的靠近进烟口处设有喉口结构，所述喉口结构从所述烟气加速腔的进烟口到出烟口方向依次分为喉口渐缩段、喉口段和喉口渐扩段。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述空气腔的外壁与所述进烟口的轴线呈30～45°的夹角，所述通风孔沿所述烟气加速腔的腔壁均匀布置，所述烟气加速腔内的每个通风孔处均设有一导流片，所述导流片倾斜于所述通风孔的轴线方向布置。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述空气腔的横截面呈圆形，所述空气腔的内径从进风口到出风口方向逐渐变小，所述烟气加速腔设为一个，所述进风口设有至少两个，所述进风口沿所述进烟口的周向均匀布置。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述空气腔的内壁上设有环形挡风板，所述环形挡风板靠近进风口一侧布置。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述空气腔的内壁从进风口到出风口方向呈波浪形，所述空气腔的横截面呈椭圆形，所述烟气加速腔设为两个，所述进风口设为多个，所述进风口布置在所述烟气加速腔的进烟口周围，所述烟气加速腔内的每个通风孔处均设有朝出烟口方向布置的导流针，所述导流针的横截面呈圆形。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述回收腔的底部设有除污泄水口。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述回收腔上设有溢流管，所述溢流管内设有水封。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述回收腔内设有PH计，所述回收腔与一加药箱连通，所述加药箱的上部为储药箱，所述储药箱用来存放碱性物质，所述储药箱的下部开口处装有阀门。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述回收腔内设有PH传感器，所述回收腔与一加药箱连通，所述加药箱的上部为储药箱，所述储药箱用来存放碱性物质，所述储药箱的下部开口处装有电动阀门，所述电动阀门与控制器连接，所述PH传感器也与所述控制器连接。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置与现有技术不同之处在于本发明凭借自身的结构和不同处理段的有序排列使低温室外空气与烟气快速、充分混合，迅速使烟气温度降低至露点以下，并析出冷凝水、净化烟气，降低烟气含水量、缓解白雾现象；并通过设置的热回收装置立即回收冷凝水中热量，避免热量散发；热交换后的低温冷凝水作为水资源回收利用。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置实施例一的结构示意图；

图2为沿图1中A-A线的剖视图；

图3为沿图1中B-B线的剖视图；

图4为本发明中的加药箱结构示意图；

图5为本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置实施例二的结构示意图；

图6为沿图5中C-C线的剖视图。

具体实施方式

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置包括空气腔20、烟气加速腔19、混合腔6和回收腔10，所述空气腔20的相对两侧分别设有进风口2和出风口，进风口2一侧空气腔20的内径大于出风口一侧空气腔20的内径，所述烟气加速腔19设置于所述空气腔20内，所述烟气加速腔19的进烟口1设置于所述空气腔20的口径较大一端，所述烟气加速腔19的出烟口位于所述空气腔20的出风口处，所述烟气加速腔19的腔壁5上设有与所述空气腔20连通的通风孔，所述烟气加速腔19的出烟口与所述混合腔6连通，所述混合腔6上连接有烟囱7，所述混合腔6的底部连接有所述回收腔10，该回收腔10即为冷凝水箱。所述混合腔6的底板上设有与所述回收腔10连通的孔洞，所述回收腔10的靠近混合腔6的底板处设有间壁式热交换器8，所述间壁式热交换器8用于流通供热系统回水。

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例一

如图1所示，所述空气腔20的内径从进风口2一侧到出风口一侧逐渐减小，所述烟气加速腔19设置于所述空气腔20内，烟气加速腔19设为一个，该烟气加速腔19设置于空气腔20内的中间位置。所述烟气加速腔19的进烟口1设置于所述空气腔20的口径较大一端，所述烟气加速腔19的出烟口位于所述空气腔20的出风口处，出烟口与出风口重合。

如图1所示，所述烟气加速腔19的靠近进烟口1处设有喉口结构，所述喉口结构从所述烟气加速腔19的进烟口1到出烟口方向依次分为喉口渐缩段、喉口段和喉口渐扩段。

烟气加速腔19由弧形钢板组成(弧形板也就是空气腔20的内壁)，弧形钢板在烟气进入很短的距离内形成喉口，在喉口处烟气加速形成抽吸作用，另外由于烟囱7本身的抽力，烟气加速腔19形成负压，空气腔20中的室外冷空气由弧形板上的通风孔均匀进入烟气加速腔19。烟气加速腔19的弧形板内壁上装有弧形导流片12，该导流片12在烟气加速过程中同时形成涡旋作用，卷吸室外空气靠近烟气中心，促使混合更加充分。

进风口2处还可以设置轴流风机作为空气流动的动力，使空气的流入不完全依靠烟气加速腔19的抽吸作用。

所述空气腔20的外壁4与所述进烟口1的轴线呈30～45°的夹角，所述通风孔沿所述烟气加速腔19的腔壁5均匀布置，如图2所示，所述烟气加速腔19内的每个通风孔处均设有一导流片12，所述导流片12倾斜于所述通风孔的轴线方向布置。

空气腔20位于装置最外层，外壁4由一个围绕烟气加速腔19的半圆锥组成，外壁4主要起到均匀分布空气的作用，外部空气进入空气腔20，经空气腔20外壁4导流作用，流线由与烟道水平变为垂直烟道方向(也就是垂直于空气腔20内壁)，空气腔20内壁(即为烟气加速腔19的腔壁5)由304不锈钢板构成，钢板具有密集通风孔，空气由于风压和抽吸作用由通风孔进入烟气加速腔19。

如图3所示，所述空气腔20的横截面呈圆形，所述空气腔20的内径从进风口2到出风口方向逐渐变小，所述烟气加速腔19设为一个，所述进风口2设有两个，两个进风口沿所述进烟口1的周向均匀布置，即分别布置在进烟口1的上下位置。

如图1所示，所述空气腔20的内壁上设有环形挡风板3，所述环形挡风板3靠近进风口2一侧布置。环形挡风板3设为多个，从靠近进风口的位置开始布置。环形挡风板3能够使空气更加均匀地进入到烟气加速腔19。

空气与烟气混合而获得旋转作用后，进入混合腔6，混合腔6腔体直径大于烟气加速腔19，在混合腔6中由于流动截面积变大，烟气流速下降，给充分混合创造了足够的时间，另在旋转流动过程中，混合气体流态处于紊流状态，混合更充分，热交换更充分。由于充分热质交换烟气温度迅速下降至25-30℃之下，远低于酸露点温度(57℃)，大量冷凝水析出，除水率70％以上。混合腔6底板低于烟气加速腔19出口，凝结出的冷凝水汇流至混合腔6底板，混合腔6底板为316L不锈钢材质，底板为多孔结构，形成的冷凝水通过底板的多孔结构滴入回收腔10；除水后的混合烟气经烟道与烟囱7排入大气，由于含水量低，所以减弱了白雾现象，环保作用明显。

烟气冷凝水经混合腔6下底板孔洞滴入回收腔10，混合腔6底板下层为间壁式热交换器8，冷凝水在热交换器表面与供热系统回水进行热交换，由于此时冷凝水的温度最高，接近露点温度(57℃)，热交换效果相对较好，同时由于立即进行热交换，避免了冷凝水热量散失，经过热交换冷凝水中热量进入供热系统，作为有用热量使用，实现热量回收；降温后的冷凝水和杂质一起进入冷凝水箱，作为水资源进行回收。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述回收腔10的底部设有除污泄水口11，可以将伴随冷凝水进入回收腔10的杂质进行清除。

本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述回收腔10上设有溢流管9，所述溢流管9内设有水封。

当冷凝水量达到一定高度，由回收腔10的溢流管9中流出，在这个过程中冷凝水箱在承载冷凝水的过程中，也起到了沉淀冷凝水、初步过滤的作用，溢流管9内设有水封，可以避免烟气泄漏至锅炉房，水封下部设有检查口，可以起到二次沉淀过滤的作用。

如图4所示，所述回收腔10内设有PH计，所述回收腔10与一加药箱13连通，所述加药箱13的上部为储药箱14，所述储药箱14用来存放碱性物质，所述储药箱14的下部开口处装有阀门15。工作人员通过观察PH计，从而操作阀门15，对回收腔10内的冷凝水进行中和。

或者，还可以通过如下设置对回收腔10内的冷凝水PH值进行自动调节，如图4所示，所述回收腔10内设有PH传感器17，所述回收腔10与一加药箱13连通，所述加药箱13的上部为储药箱14，所述储药箱14用来存放碱性物质，所述储药箱14的下部开口处装有电动阀门15，所述电动阀门15与控制器16连接，所述PH传感器17也与所述控制器16连接。

因为氮氧化物和硫化物等溶于冷凝水中，所以冷凝水为酸性，经过检测其PH为2-5，具有很强的腐蚀性，不满足系统水的使用条件，直接排放也会对环境造成污染。所以，在冷凝水箱内设置PH传感器17，定时测量冷凝水PH值，冷凝水箱与加药箱13连通，加药箱13内按照测得的PH值大小进行加药，药剂为纯碱；加药箱13上部为储药箱14，储药箱14下部为漏斗状，上装有电动阀门15，由加药控制器16进行控制。PH传感器17与加药控制器16连接，控制器16与电动阀门15连接，当冷凝水箱中的冷凝水PH<7，控制器16控制电动阀门15打开，由于重力与运行中管道震动的作用力，纯碱由储药箱14不断落入加药箱13，单位时间加药量由电动阀开度控制，加药箱13与冷凝水箱连通，由于纯碱极易溶于水，则冷凝水迅速被中和，PH逐渐上升，当PH≥10时，电动阀门15关闭。加药装置的作用可时刻保障冷凝水箱中冷凝水处于中性或弱碱性，当冷凝水经过沉淀、中和后，由冷凝水箱中排出时，可以直接用于系统补水，也可直接作为其他用途，从而避免了对系统的伤害和环境的污染。

实施例二

如图5所示，并结合图6所示，本实施例与实施例一的区别在于：本发明燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其中所述空气腔20的内壁从进风口2到出风口方向呈波浪形，波浪形的空气腔20内壁能够使空气更容易改变方向而进入到烟气加速腔19内，并且波浪形的空气腔20内壁能够使空气在进入烟气加速腔19之前就形成一定程度的涡流，从而使空气与烟气的混合更加充分。所述空气腔20的横截面呈椭圆形，所述烟气加速腔19设为两个，所述进风口设为多个，所述进风口2布置在所述烟气加速腔19的进烟口1周围，所述烟气加速腔19内的每个通风孔处均设有朝出烟口方向布置的导流针18，所述导流针18的横截面呈圆形。导流针18设置的长度大小不一，导流针18能够起到两方面的作用：一是使进入到烟气加速腔19内的空气在经过导流针18后出现紊流，二是使烟气加速腔19内的烟气也出现紊流。由于空气和烟气均产生了紊流，因此两者在混合的时候也就会更加充分。

本发明凭借自身的结构和不同处理段的有序排列使低温室外空气与烟气快速、充分混合，迅速使烟气温度降低至露点以下，并析出冷凝水、净化烟气，降低烟气含水量、缓解白雾现象；并通过设置的热回收装置立即回收冷凝水中热量，避免热量散发；热交换后的低温冷凝水作为水资源回收利用。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其特征在于：包括空气腔、烟气加速腔、混合腔和回收腔，所述空气腔的相对两侧分别设有进风口和出风口，进风口一侧空气腔的内径大于出风口一侧空气腔的内径，所述烟气加速腔设置于所述空气腔内，所述烟气加速腔的进烟口设置于所述空气腔的口径较大一端，所述烟气加速腔的出烟口位于所述空气腔的出风口处，所述烟气加速腔的腔壁上设有与所述空气腔连通的通风孔，所述烟气加速腔的出烟口与所述混合腔连通，所述混合腔上连接有烟囱，所述混合腔的底部连接有所述回收腔，所述混合腔的底板上设有与所述回收腔连通的孔洞，所述回收腔的靠近混合腔的底板处设有间壁式热交换器，所述间壁式热交换器用于流通供热系统回水，

所述烟气加速腔的靠近进烟口处设有喉口结构，所述喉口结构从所述烟气加速腔的进烟口到出烟口方向依次分为喉口渐缩段、喉口段和喉口渐扩段，

所述空气腔的外壁与所述进烟口的轴线呈30～45°的夹角，所述通风孔沿所述烟气加速腔的腔壁均匀布置，所述烟气加速腔内的每个通风孔处均设有一导流片，所述导流片倾斜于所述通风孔的轴线方向布置。

2.根据权利要求1所述的燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其特征在于：所述空气腔的横截面呈圆形，所述空气腔的内径从进风口到出风口方向逐渐变小，所述烟气加速腔设为一个，所述进风口设有至少两个，所述进风口沿所述进烟口的周向均匀布置。

3.根据权利要求2所述的燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其特征在于：所述空气腔的内壁上设有环形挡风板，所述环形挡风板靠近进风口一侧布置。

4.根据权利要求1所述的燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其特征在于：所述空气腔的内壁从进风口到出风口方向呈波浪形，所述空气腔的横截面呈椭圆形，所述烟气加速腔设为两个，所述进风口设为多个，所述进风口布置在所述烟气加速腔的进烟口周围，所述烟气加速腔内的每个通风孔处均设有朝出烟口方向布置的导流针，所述导流针的横截面呈圆形。

5.根据权利要求2或4所述的燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其特征在于：所述回收腔的底部设有除污泄水口。

6.根据权利要求5所述的燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其特征在于：所述回收腔上设有溢流管，所述溢流管内设有水封。

7.根据权利要求6所述的燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其特征在于：所述回收腔内设有PH计，所述回收腔与一加药箱连通，所述加药箱的上部为储药箱，所述储药箱用来存放碱性物质，所述储药箱的下部开口处装有阀门。

8.根据权利要求6所述的燃气锅炉烟气、水蒸气及热量回收装置，其特征在于：所述回收腔内设有PH传感器，所述回收腔与一加药箱连通，所述加药箱的上部为储药箱，所述储药箱用来存放碱性物质，所述储药箱的下部开口处装有电动阀门，所述电动阀门与控制器连接，所述PH传感器也与所述控制器连接。