CN112413895B - 一种可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉及变换烟道方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，具有炉体，所述炉体上设置有上烟道(201)、下烟道(202)和多个中间烟道，所述中间烟道连接上烟道(201)和下烟道(202)，所述炉体为多层板状拼接结构，包括两个端板(21)、多个中间板(22)和多个分隔板(23)，在所述中间板(22)和分隔板(23)的上部和下部分别设置有通孔(221)，通过多个中间板(22)和多个分隔板(23)的依次间隔拼接形成上烟道(201)和下烟道(202)。本发明提供的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，可适应不同种类、不同功率的燃烧器，具有体积小、换热效率高、易于清理维护等诸多优点。

Description

一种可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉及变换烟道方法

技术领域

本发明涉及一种冷凝锅炉，具体涉及一种可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，属于换热设备领域。

背景技术

传统的锅炉内部一般为传统管束结构，设置大量对流管束，烟气在行程中经过管子横向及纵向之间的间隙时，会产生旋转，分流，汇合等“乱流”而导致烟气阻力较高；且由于烟气进出口高度、尺寸、结构限制等原因，存在局部烟气冲刷不到的所谓“死空间”，导致换热系数不均而使总的平均换热系数偏低；此外，传统的锅炉存在对流管束长度较长或烟气速度偏高，管束间距布置不合理等，导致对流管束出现振动，危害运行安全。

现有的锅炉内部都为固定结构，锅炉设计好后，按照炉膛尺寸与火焰尺寸的匹配选择燃烧器，但是当设备工况发生变化时，炉膛尺寸与火焰尺寸不符，会降低效率，损坏设备。

并且因为传统的换热管束的存在，这些锅炉往往体积大，换热介质之间的接触面空间利用有限。

此外，传统的锅炉长期使用后，对于水管锅炉，管束内部会产生水侧结垢；对于火管锅炉，则会在管束内部出现燃烧结焦等现象，不仅影响介质间传热，还具有安全隐患。

由于上述原因，亟待设计一种能够满足不同燃烧器，并且具有体积小、热换功率高、便于运输、便于维护等特点的锅炉。

发明内容

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，设计出一种可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，具有炉体，所述炉体与燃烧器连接，所述炉体中设置有上烟道201、下烟道202和多个中间烟道，所述中间烟道连接上烟道201和下烟道202。

所述上烟道201和下烟道202为水平设置的直烟道，

在下烟道202上设置有冷凝水排出管。

根据本发明，上烟道201和下烟道202两个烟道中，一个与燃烧器的燃料烧嘴1连接，另一个与烟囱4连接，

当燃烧器产生的烟气含水量小于15％～18％时，所述燃烧器与炉体的上烟道201连接；

当燃烧器产生的烟气含水量大于15％～18％时，所述燃烧器与炉体下烟道202连接。

进一步地，所述炉体为多层板状拼接结构，包括两个端板21、多个中间板22和多个分隔板23，

在所述中间板22和分隔板23的上部和下部分别设置有通孔221，通过多个中间板22和多个分隔板23的依次间隔拼接形成上烟道201和下烟道202；

两个端板21上分别设置有一个通孔221，其中一个端板21的通孔221位于上部，另一个端板21的通孔221位于下部；

两个端板21安装在中间板22和分隔板拼接体的两端。

优选地，拼接后的上烟道和下烟道长度比燃烧器的火焰长度长0.1～1米。

根据本发明，在所述中间板22上还设置有沟槽222，所述沟槽222将上下两个通孔221连接在一起，当中间板22和分隔板23拼接时，中间板22和分隔板23在沟槽处拼合形成中间烟道，优选地，所述沟槽222为在中间板22上镂空形成。

优选地，所述沟槽222为“弓”字型或“之”字形排布。

更优选地，所述沟槽222中横向槽体具有向下的斜度，使得燃烧产生的冷凝水杂质顺着槽体流至底部。

在一个优选的实施方式中，在烟囱4与上烟道201或下烟道202之间，还设置有引风机5，在引风机5之前设置有烟气温度传感器6和烟气湿度变送器7。

另一方面，本发明还提供了一种冷凝锅炉变换烟道的方法，包括以下步骤：

S1、使用中间板和分隔板交替拼接形成烟道；

S2、在拼接成的烟道两端安装端板；

S3、将燃烧器、烟囱分别与端板连接。

本发明所具有的有益效果包括：

(1)根据本发明所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，可适应不同种类、不同功率的燃烧器；

(2)根据本发明所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，体积小、换热效率高；

(3)根据本发明所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，易于清理维护。

附图说明

图1示出根据本发明一种优选实施方式的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉结构示意图；

图2示出根据本发明一种优选实施方式的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉中间板结构示意图；

图3示出根据本发明一种优选实施方式的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉分隔板结构示意图；

图4示出根据本发明一种优选实施方式的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉端板结构示意图；

图5示出根据本发明一种优选实施方式的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉中间板和分隔板连接示意图；

图6示出根据本发明一种优选实施方式的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉中间板结构示意图。

附图标记

1-燃料烧嘴；

201-上烟道；

202-下烟道；

21-端板；

211-连接块；

22-中间板；

221-通孔；

222-沟槽；

23-分隔板；

3-冷凝水处理装置；

4-烟囱；

5-引风机；

6-烟气温度传感器；

7-烟气湿度变送器。

具体实施方式

下面通过附图和实施例对本发明进一步详细说明。通过这些说明，本发明的特点和优点将变得更为清楚明确。

在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

根据本发明提供的一种可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，具有炉体，所述炉体与燃烧器相连接。

根据本发明，所述可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉可以适用于不同种类的燃烧器，其可以是气体燃烧器、液体燃烧器，也可以是固体燃烧器或其它类型的燃烧器。

进一步地，本发明提供的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉还可以适用于不同功率的燃烧器。

所述炉体中设置有上烟道201、下烟道202和多个中间烟道，所述上烟道201和下烟道202为水平设置的直烟道，所述中间烟道连接上烟道201和下烟道202，如图1所示，。

多个中间烟道连接上烟道和下烟道的设计，将传统的烟气沿单一长管道运行拆解为多个短管道运行，从而可使烟气流速降低，不仅降低了烟气运行阻力，还解决了传统流管束振动现象，提高了锅炉运行的稳定性，同时，还达到了换热系数均匀的效果，从而使得总的平均换热系数提升。

进一步地，在下烟道202上，还设置有冷凝水排出管，以将烟气冷凝后产生的冷凝水杂质排出炉体。

在一个优选的实施方式中，所述冷凝水排出管与冷凝水处理装置3连接。

在本发明中，不对冷凝水处理装置3做特别限定，可以是任意一种已知的锅炉用冷凝水处理装置。

进一步地，上烟道201和下烟道202两个烟道中，一个与燃烧器的燃料烧嘴1连接，另一个与烟囱4连接，以向外排出烟气。

由于不同种类的燃烧器产生的烟气含水量差距较大，传统的锅炉大都针对某一种燃烧器设计，以匹配其产生的烟气，当燃烧器种类更换时，由于烟气含水量变化，锅炉难以适应其它种类的燃烧器。

在本发明中，按照产生的烟气含水量将燃烧器分成两种，分别连接上下不同的烟道，并通过烟道长度的灵活调整，从而实现对不同种类燃烧器的适应。具体地，当燃烧器产生的烟气含水量大于15～18％时，所述燃烧器燃料烧嘴1与炉体的下烟道202连接，此时，烟气冷凝形成的冷凝水含量较多，燃料烧嘴1置于下烟道，使得烟气中的冷凝水绝大部分在炉体底部冷凝后直接排出，避免堵塞中间烟道；

当燃烧器产生的烟气含水量小于15％～18％时，所述燃烧器的燃料烧嘴1与炉体的上烟道201连接，此时烟气冷凝形成的冷凝水含量较少，不会出现堵塞中间烟道现象，烟气顺着中央烟道从上烟道201逐步向下烟道202运动，热烟气与冷凝水沿中间烟道向下同向流动，加强了冲刷烟道面的效果。

相较于传统的冷凝锅炉，烟道管路固定，无法适配不同种类燃烧器，本发明中通过将燃烧器的燃料烧嘴1连接在不同位置的烟道上，极大提高了对不同燃烧器的通适用性。

根据本发明，所述炉体为多层板状拼接结构，包括两个端板21、多个中间板22和多个分隔板23，

在所述中间板22和分隔板23的上部和下部分别设置有通孔221，通过多个中间板22和多个分隔板23的依次间隔拼接形成上烟道201和下烟道202，如图1～3所示。

在本发明中，所述通孔221可以是圆形通孔，也可以是方形通孔，或者是其它形状的通孔，本领域技术人员可以根据实际需要进行设计。

进一步地，在所述中间板22上设置有沟槽222，所述沟槽222将上下两个通孔221连接在一起，当中间板22和分隔板23拼接时，中间板22和分隔板23在沟槽处拼合形成中间烟道。

两个端板21安装在中间板22和分隔板拼接体的两端，以分别与燃烧器的燃料烧嘴1和烟囱4连接，

进一步地，在两个端板21上分别设置有一个通孔221，其中一个端板21的通孔221位于上部，如图4所示，另一个端板21的通孔221位于下部，根据燃烧器的种类，灵活选择通孔221位于上部的端板或通孔221位于下部的端板与燃烧器的燃料烧嘴1连接。

在本发明中，通过多个中间板22和分隔板23拼接形成上烟道201和下烟道202的形式，可灵活的增减中间板22和分隔板23的数量，从而实现了烟道长度的可调，进而适应不同种类、不同功率的燃烧器，进一步地，当烟气管道发生结焦堵塞等现象时，可以将整个炉体的各个中间板和分割板拆开清理，能够完全取代传统的管束式锅炉，解决体积大、随着运行时间的增加，换热衰减明显，换热管束无法拆开清理的问题。

优选地，拼接后的上烟道和下烟道长度比燃烧器的火焰长度长0.1～1米，烟道过短影响燃烧器燃烧效率；烟道长度过长，占用空间较大，且烟道中不同位置烟气温度差距较大，易导致换热系数不均。

例如2800kw燃烧器的火焰长度为3米，则通过拼接中间板22和分隔板23，将上烟道和下烟道的长度拼接至3.2米，从而与2800kw的燃烧器相适应。当燃烧器更换为一个更高功率燃烧器时，其火焰范围大，增加中间板22和分隔板23的数量，拼接出的上烟道和下烟道的长度增长、空间变大、中间烟道的数量变多，从而适应新的燃烧器。

在本发明中，对端板21、中间板22和分隔板23具体如何实现拼接不做特别限定，可以是通过螺栓紧固，例如在端板21、中间板22和分隔板23的侧边设置有连接块211，在连接块211上设置有两个螺栓孔，螺栓穿过螺栓孔，通过螺纹紧固作用，将端板21、中间板22或分隔板23与相邻的板拼接起来，如图5所示。

根据本发明，本领域技术人员可根据实际使用需求灵活设置沟槽222的形状，例如可以是一个整体矩形。

在一个优选的实施方式中，所述沟槽222为“弓”字型或“之”字形排布，如图2所示，从而使得中间烟道的长度更长。

在一个优选的实施方式中，所述沟槽222中横向槽体非水平开槽，横向槽体底部向下斜度，使得燃烧产生的冷凝水杂质顺着沟槽流至中间板底部，更优选地，横向槽体底部向下倾斜角度为0～10°，例如5°，如图6所示，既保证了冷凝水杂质能够流到底部，又保证了横向槽体的密度，使得中间板22上能够布置更多的横向槽体。

在一个优选的实施方式中，所述沟槽222为在中间板22上镂空加工而成，如图2所示，使得中间烟道的截面最大。

根据本发明，所述冷凝水排出管设置在中间板22底部，与下部的通孔221相连接，从而收集冷凝水并排出到冷凝水处理装置3。

优选地，所述通孔221的截面积与所述沟槽222的截面积比为50:1～200:1，发明人发现在此种比例下，在通孔221形成的烟道满足燃烧空间热强度的情况下，沟槽222在有限空间内可实现尽可能多的烟气通道体积，并且烟气通道不会发生堵塞，例如通孔211的截面积为0.785平米，所述沟槽222的截面积为0.005平米。

根据本发明一个优选的实施方式，所述通孔221的截面尺寸可调，使得炉体炉膛尺寸增大，从而适应不同的烟气排放需求。

进一步地，当烟气排放要求氮氧化物小于25mg/m³时，通孔221的截面尺寸为0.6～1平米，优选为0.785平米；

当对烟气排放的氮氧化物无要求时，通孔221的截面尺寸为0.3～0.6平米，优选为0.5平米。

根据本发明，与烟气进行热换的加热介质设置在分隔板23中，与拼接后与其相邻的中间烟道进行换热。

在一个实施方式中，所述分隔板23中空设置，在其中充满加热介质。

在另一个实施方式中，所述分隔板23中设置有加热介质通道，在通道中通入加热介质，以与中间板22进行热交换。

优选地，所述加热介质通道与沟槽222的截面形状相同，使得加热介质通道中加热介质的流动轨迹与烟气流动轨迹相同或相反。

进一步地，所述分隔板23上设置有加热介质入水口和出水口与加热介质通道连通，具体入水口和出水口的位置在本发明中不做特别限定，本领域技术人员可根据需要任意设计，可以采用水、油、气体等多种介质作为换热介质。

根据本发明，所述加热介质入水口和出水口与供热管道相连，实现供热或进行热交换等。

根据本发明，所述中间板22和分隔板23的厚度为1～200mm。

中间板22的厚度与分隔板23的厚度可以相同也可以不同，优选地，所述分隔板23薄于中间板22，使得有效的烟气通道面积更大。

由于炉体中靠近燃烧器侧的烟气温度更高，在一个优选的实施方式中，所述分隔板23具有多种厚度规格，靠近燃烧器侧的分隔板23的厚度大于远离燃烧器侧的分隔板23的厚度，使得靠近燃烧器侧的换热介质流量更大，从而提高锅炉换热系数均匀性。

在一个优选的实施方式中，所述中间板22和分隔板23采用导热性能较好的材料，优选为金属材料，如钢板、不锈钢板、铝板、铜板等，中间板22和分隔板23的材质可以相同，也可以不同。

在一个优选的实施方式中，在中间板22和分隔板23边缘位置设置有橡胶胶条，以在拼接时起到密封作用，所述橡胶胶条优选为耐200摄氏度以上高温的橡胶。

在一个优选的实施方式中，在烟囱4与上烟道201或下烟道202之间，还设置有引风机5，以更好的排出烟气。

在一个优选的实施方式中，在引风机5之前，还设置有烟气温度传感器6和烟气湿度变送器7，对排出的烟气进行检测，根据检测数据对燃烧器的负荷功率和加热介质的流速流量进行控制。

例如，当燃烧器为以天然气为燃料的气体燃烧器时，需将烟气中的冷凝水控制在1.5％以内，当传感器数据高于这个值时，按比例降低燃烧器功率和增加冷却介质流量。

另一方面，本发明还提供了一种冷凝锅炉变换烟道的方法，包括以下步骤：

S1、使用中间板和分隔板交替拼接形成烟道；

S2、在拼接成的烟道两端安装端板；

S3、将燃烧器、烟囱分别与端板连接。

在本发明中，不对步骤S1～S3的安装顺序进行限定，各步骤的顺序可任意交换。

在步骤S1中，拼接形成的烟道的长度根据燃烧器种类和功率确定，具体地，根据燃烧器的火焰长度确定烟道长度，拼接后的烟道长度比燃烧器的火焰长度长0.1～1米，优选为0.2米。

在一个优选的实施方式中，根据烟气排放要求调整中间板和分隔板的通孔尺寸大小，当烟气排放要求氮氧化物小于25mg/m³时，通孔的截面尺寸为0.6～1平米，优选为0.785平米，当对烟气排放的氮氧化物无要求时，通孔221的截面尺寸为0.3～0.6平米，优选为0.5平米。

在一个优选的实施方式中，分割板具有多种厚度规格，在拼接烟道时，靠近燃烧器侧使用厚度大的分隔板23，远离燃烧器使用厚度小的分隔板23。

进一步地，将冷凝水排出管与冷凝水处理装置连接，加热介质入水口和出水口连接供热管道。

在步骤S2中，根据燃烧器种类选择靠近燃烧器侧的端板，当燃烧器产生的烟气含水量大于15％～18％时，靠近燃烧器侧的端板选用通孔位于下部的端板；当燃烧器产生的烟气含水量小于15％～18％时，靠近燃烧器侧的端板选用通孔位于上部的端板。

在步骤S3中，所述燃烧器与烟囱分别与两个端板连接，具体地，燃烧器的燃料烧嘴安装在端板的通孔中，使得燃料烧嘴喷出的火焰位于烟道中。

所述烟囱通过管道连接在端板上，优选地，在端板与烟囱之间安装引风机。

更优选地，烟囱与端板连接的管道上安装烟气温度传感器和烟气湿度变送器，并将烟气温度传感器和烟气湿度变送器的反馈信号连接在燃烧器和供热管道的控制器上。

实施例

实施例1

现有一台2800kw天然气燃烧器，其火焰长度为3.0米，燃烧产生的烟气含水量为18.8％，采用可变烟道尺寸集成板式锅炉对其进行换热，通过多个中间板和多个分隔板的依次间隔拼接形成上烟道和下烟道，上烟道和下烟道的长度为3.2米，中间板上沟槽呈“弓”字型，上烟道和下烟道的截面积为0.785平米，沟槽的截面积为0.005平米，每个中间板上沟槽的长度为10m，中间板的厚度为30mm，间隔板的厚度为10mm。

采用水为换热介质，水流量为160m3、流速为1.2m/s。

运行一小时，对换热介质进行检测，热量为2520000kcal，则换热效率为105％，此换热效果高于传统的管式锅炉换热效果。

更换为3800kw汽油燃烧器，其火焰长度为3.5米，增加中间板和分隔板数量，使得上烟道和下烟道的长度增加为3.7米，其它设置不变，对换热介质进行检测，热量为3322286kcal，则换热效率为102％，换热率未出现降低，说明锅炉能够适应不同种类的燃烧器。

注：普通锅炉燃烧时的烟气温度很高，约为130度，带走了很多热量，冷凝锅炉燃烧技术将烟气温度降到50度，将部分烟气冷凝成液态，吸收了烟气从气体变为液体的热量，也就是回收了原来被烟气带走的热量，所以热效率比普通锅炉高许多，传统的锅炉换热效率计算式为η₁＝D/A，其中D表示锅炉输出的热能，A表示锅炉换热获得的热能，其在计算锅炉热效率时不考虑高温烟气所带走的热量，而冷凝锅炉利用了高温烟气这部分热量，此部分热量记为B，所以冷凝锅炉热效率套用传统锅炉效率计算式计算时计算公式为η₁＝(D+B)/A，则最终结果可能超过100％。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于本发明工作状态下的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”“相连”“连接”应作广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体的连接普通；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接连接，也可以通过中间媒介间接连接，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上结合了优选的实施方式对本发明进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本发明进行多种替换和改进，这些均落入本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，具有炉体，所述炉体与燃烧器连接，其特征在于，

所述炉体中设置有上烟道（201）、下烟道（202）和多个中间烟道，所述中间烟道连接上烟道（201）和下烟道（202）；

上烟道（201）和下烟道（202）两个烟道中，一个与燃烧器的燃料烧嘴（1）连接，另一个与烟囱（4）连接，

当燃烧器产生的烟气含水量小于15%~18%时，所述燃烧器与炉体的上烟道（201）连接；

当燃烧器产生的烟气含水量大于15%~18%时，所述燃烧器与炉体下烟道（202）连接。

2.根据权利要求1所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，其特征在于，

所述上烟道（201）和下烟道（202）为水平设置的直烟道，

在下烟道（202）上设置有冷凝水排出管。

3.根据权利要求1所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，其特征在于，

所述炉体为多层板状拼接结构，包括两个端板（21）、多个中间板（22）和多个分隔板（23），

在所述中间板（22）和分隔板（23）的上部和下部分别设置有通孔（221），通过多个中间板（22）和多个分隔板（23）的依次间隔拼接形成上烟道（201）和下烟道（202）；

两个端板（21）上分别设置有一个通孔（221），其中一个端板（21）的通孔（221）位于上部，另一个端板（21）的通孔（221）位于下部；

两个端板（21）安装在中间板（22）和分隔板拼接体的两端。

4.根据权利要求3所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，其特征在于，

拼接后的上烟道和下烟道长度比燃烧器的火焰长度长0.1~1米。

5.根据权利要求3所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，其特征在于，

在所述中间板（22）上还设置有沟槽（222），所述沟槽（222）将上下两个通孔（221）连接在一起，当中间板（22）和分隔板（23）拼接时，中间板（22）和分隔板（23）在沟槽处拼合形成中间烟道。

6.根据权利要求5所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，其特征在于，所述沟槽（222）为在中间板（22）上镂空形成。

7.根据权利要求5所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，其特征在于，

所述沟槽（222）为“弓”字型或“之”字形排布。

8.根据权利要求5所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，其特征在于，

所述沟槽（222）中横向槽体具有向下的斜度，使得燃烧产生的冷凝水杂质顺着槽体流至底部。

9.根据权利要求1所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，其特征在于，

在烟囱（4）与上烟道（201）或下烟道（202）之间，还设置有引风机（5），在引风机（5）之前设置有烟气温度传感器（6）和烟气湿度变送器（7）。

10.一种冷凝锅炉变换烟道的方法，采用如权利要求1~9之一所述的可变烟道尺寸集成板式冷凝锅炉，包括以下步骤：

S1、使用中间板（22）和分隔板（23）交替拼接形成烟道；

S2、在拼接成的烟道两端安装端板（21）；

S3、将燃烧器、烟囱（4）分别与端板（21）连接。

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