CN202485212U - 一种新型整体冷凝锅炉 - Google Patents

Abstract

一种新型整体冷凝锅炉，包括外壳，外壳下部设有转弯烟室，带有冷凝液排出管的冷凝液中和处理装置布置在转弯烟室下方，外壳内为炉内换热空间，全预混无焰燃烧器顶置于炉体上部的上顶板上，炉内换热空间下部布置一个以上的整体对流和凝结换热的销钉板翅水管式传热元件，烟气横向冲刷销钉进行对流换热和凝结换热，通过热传导将热量传递给销钉板内的水工质水，销钉板翅水管式传热元件的下方出口与转弯烟室的顶部相导通，外壳内壁与炉内换热空间外壁面、转弯烟室顶部与炉内换热空间未导通的部分以及全预混无焰燃烧器四周壁面形成的空腔构成水套；有利于发挥全预混燃烧器辐射换热能力强的优势，同时解决了换热元件加工制造难度大的问题。

Description

一种新型整体冷凝锅炉

技术领域

本实用新型属于热能工程技术领域，特别涉及一种新型整体冷凝锅炉。

背景技术

开发新型天然气利用热能动力设备，需要在当前技术基础上提高天然气利用效率，主要从以下两个方面着手：一方面，进一步提高天然气的燃烧效率，另一方面，当前天然气利用设备的排烟温度过高，还需要进一步降低，从而提高设备转换效率。目前，户用热水供暖两用热水器/炉多采用大气式或扩散式燃烧装置，过量空气系数高，燃烧效率低，NOx排放高；燃气供暖热水锅炉的排烟温度一般在150～180℃以上，工业蒸汽锅炉的排烟温度在200～260℃以上，燃气蒸汽联合循环的余热锅炉的排烟温度仍在180℃以上，油气属于清洁能源，以上这些油气利用装置燃烧后的烟气热能缺乏深度利用，造成石油、天然气清洁能源的极大浪费，同时也一定程度上加重了环境污染。

冷凝锅炉采用高效燃烧技术，可以有效降低燃烧过量空气系数，提高天然气燃烧效率，降低NOx生成与排放，同时有利于烟气中水蒸气冷凝；采用烟气热能深度利用技术，可将设备排烟温度降到烟气露点温度(或水露点)以下，不仅可以回收利用排烟中的显热，还可利用天然气燃烧时产生的水蒸气凝结时放出的大量汽化潜热，节约能源，同时凝结液对烟气中的CO₂，NO_x，SO_x等有害气体还有一定的吸收作用，可以减少污染气体排放。

本专利申请人之前申请的申请号为201110282129.2的中国专利，冷凝锅炉炉膛换热空间与板翅换热空间之间设置有炉膛下底板，冷凝锅炉炉膛换热空间与与板翅换热空间通过下底板相通，这样的结构不利于发挥全预混燃烧器辐射换热能力强的优势，另外在热应力分布不均的情况下，底板易出现疲劳裂纹的危害，同时该专利中的烟管式结构，在进行防腐镀膜时，烟板结构需先将销钉板翅(或铸造凸台)侧喷涂后，再焊接组成烟管结构，在焊接过程中有可能损坏防腐镀膜，且该结构的加工制造难度大。

实用新型内容

为了克服上述现有技术存在的缺点，本实用新型的目的在于提供一种新型整体冷凝锅炉，有利于发挥全预混燃烧器辐射换热能力强的优势，同时解决了现有技术中换热元件加工制造难度大的问题。

为了达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种新型整体冷凝锅炉，包括外壳1，外壳1下部设有转弯烟室7，带有冷凝液排出管8的冷凝液中和处理装置9布置在转弯烟室7下方，全预混无焰燃烧器3锅炉上部的上顶板4上，全预混无焰燃烧器3下方为炉内换热空间2，炉内换热空间2下部布置一个以上的整体对流和凝结换热的销钉板翅水管式传热元件6，炉内换热空间2的下方与所述转弯烟室7的顶部相导通，所述外壳1内壁与炉内换热空间2的外壁面、转弯烟室7的顶部与炉内换热空间2未导通的部分以及全预混无焰燃烧器3四周壁面形成的空腔构成水套5，销钉板翅水管式传热元件6与水套5的左右两侧相导通。

所述水套5内设置第一横向隔板13和第二横向隔板14。

所述销钉板翅水管式传热元件6包括顶部为上端板601、底部为下端板602、左侧为左翅板603、右侧为右翅板604焊接或铸造而成的框架结构，一个以上的焊接销钉或铸造凸台605叉排或顺排地焊接或铸造在左翅板603和右翅板604的外壁上，左翅板603和右翅板604之间还焊接有一个以上的拉撑杆606。

所述上端板(601)和下端板(602)为平板两端进行扳边而成。

当所述销钉板翅水管式传热元件(6)为两个或以上时，相邻的销钉板翅水管式传热元件(6)的焊接销钉或铸造凸台(605)之间的间隙为2～3mm。

所述的销钉板翅水管式传热元件6的上端板601、下端板602、左翅板603、右翅板604和焊接销钉或铸造凸台605用碳钢辅以表面化学镀膜或热喷涂防腐处理材料，或者采用能抗硫酸露点腐蚀能力的Corten钢、ND钢、316L不锈钢、铝合金或钛合金材料。

本实用新型和现有技术相比，具有如下优点：

1、采用销钉板翅水管式传热元件，将冷凝锅炉炉膛换热空间与销钉板翅换热空间有机的结合为一个整体，从辐射换热的角度上看，这种变化增大了烟气辐射换热空间的体积，从而增大了炉内辐射换热有效辐射层厚度，能更加有利发挥全预混燃烧器辐射换热能力强的优势，强化了炉内换热。

2、将现有技术中炉内换热空间与销钉板翅水管式换热空间之间设置的底板去掉，使炉内换热空间与销钉板翅水管式换热空间结合为一个整体，这种结构上的改变消除了传统的管板-烟管异型结构在高热负荷作用下可能出现的烟管管段或管板的开裂现象，提高了整体结构运行的可靠性。

3、采用销钉板翅水管式换热元件，可将换热元件进行模块化生产，制造加工难度小于传统技术中的烟管式结构，在进行防腐镀膜时，烟管式结构需先将销钉板翅(或铸造凸台)侧喷涂后，再焊接组成烟管结构，在焊接过程中有可能损坏防腐镀膜，而水管式结构有效避免了这类问题。此外，采用模块化生产，对于不同功率的锅炉，在设计加工制造时均大大降低了劳动强度，提高了工作效率。

4、采用销钉板翅水管式换热元件，对于冷凝锅炉的维护，检测也更为方便，在销钉板翅水管式换热元件需要更换时，只需将其拆下更换即可，有效降低了检修和维护难度。

5、销钉板翅水管式换热元件中销钉或铸造凸台布置于翅板的外侧，利于检修和维护，制造工艺简单，上下两排及以上布置时，可以先流经下排销钉板翅水管式换热元件，然后流经上排，销钉板翅水管式换热元件进行串联，提高管内工质水流速，改善最上排水管的冷却条件，提高了锅炉的运行可靠性，根除了过冷沸腾、管板裂纹等安全隐患的发生。

6、具有整体对流和凝结换热的销钉板翅水管式传热元件的整体式冷凝锅炉结构，销钉板翅水管式传热元件是在方形水管外侧焊接销钉或铸造凸台，用以强化传热，采用鼓风式全预混无焰燃烧器于冷凝锅炉上部炉胆进行辐射换热，辐射换热之后的高温烟气进入相邻销钉板翅水板式传热元件之间的焊接销钉或铸造凸台空间及销钉板翅水管式传热元件与相邻水套壁面的空间进行显热对流换热和潜热凝结换热，全预混无焰燃烧器可在极低的过量空气系数下进行全预混无焰燃烧，不凝结气体减少，NOx生成量极少；方形水管外侧的焊接销钉或铸造凸台深入到烟气中心，将高温烟气分割成销钉或凸台间距形成的烟气薄层，显著削弱了不凝性气体层对水蒸气凝结换热的阻碍，烟气主流中的水蒸气不必穿过较厚的不凝性气体层即可在焊接销钉或铸造凸台的壁面上发生凝结，有效地扩大了凝结换热面积；焊接销钉或铸造凸台直接插入烟气主流温度区，完全破坏了烟气流通截面存在的从截面轴心到壁面主流温度逐步降低的温布分布模式，有效地减小了从烟气主流到壁面的温度梯度；同时销钉能够有效地撕裂冷凝液膜，增强了烟气中水蒸气的冷凝换热系数，在地板采暖30℃的回水温度条件下，天然气锅炉的低位发热值效率可达106％以上，大大提高了冷凝锅炉的热效率，同时，凝结液吸收了烟气中的部分CO₂，NO_x，SO_x等有害气体，有效减少了污染物排放。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的整体对流和凝结换热板销钉板翅水管式传热元件的竖截面结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作更详细的说明。

一种新型整体冷凝锅炉，包括外壳1，外壳1下部设有转弯烟室7，带有冷凝液排出管8的冷凝液中和处理装置9布置在转弯烟室7下方，全预混无焰燃烧器3锅炉上部的上顶板4上，全预混无焰燃烧器3下方为炉内换热空间2，炉内换热空间2下部布置一个以上的整体对流和凝结换热的销钉板翅水管式传热元件6，炉内换热空间2的下方与所述转弯烟室7的顶部相导通，所述外壳1内壁与炉内换热空间2的外壁面、转弯烟室7的顶部与炉内换热空间2未导通的部分以及全预混无焰燃烧器3四周壁面形成的空腔构成水套5，销钉板翅水管式传热元件6与水套5的左右两侧相导通，外壳1上部带有与水套5相导通的热水出口11，外壳1下部带有与水套5内部相导通的回水入口12，水套5顶部通过通大气管座15与外界导通。所述的水套5内设置第一横向隔板13和第二横向隔板14，所述的冷凝液中和处理装置9能让冷凝液通过碱性物质进行中和，从而实现冷凝液的中性排放。

如图2所示，销钉板翅水管式传热元件6包括顶部为上端板601、底部为下端板602、左侧为左翅板603、右侧为右翅板604焊接或铸造而成的框架结构，上端板601和下端板602通过冲压等加工方式加工为U型，不仅可有效减小采用矩形结构式烟气在进入销钉换热空间前的紊乱造成烟气分布不均匀现象，同时将上端板601与两侧翅板的焊点向非正对高温烟气来流部位移动，减小焊缝在热载荷分布不均时出现疲劳裂缝的可能性。一个以上的焊接销钉或铸造凸台605叉排或顺排地焊接或铸造在左翅板603和右翅板604的外壁上；两个及以上的销钉板翅水管式传热元件6并排安装时，相邻销钉板翅水管式传热元件6的左翅板603和右翅板604上的焊接销钉或铸造凸台605之间留有2～3mm的间隙，左翅板603和右翅板604之间还焊接有一个以上的拉撑杆606。销钉板翅水管式传热元件上端板601、下端板602、左翅板603、右翅板604焊接销钉或铸造凸台605用碳钢辅以表面化学镀膜或热喷涂防腐处理材料，或者采用能抗硫酸露点腐蚀能力的Corten钢、ND钢、316L不锈钢、铝合金或钛合金材料。

本实用新型的工作原理分为水流程和烟气流程，其中水流程为锅炉的回水经由回水入口12进入水套5，被分配到水套空间和销钉板翅水管式传热元件6内部空间进行加热，在第一横向隔板13和第二横向隔板14的作用下在流通空间内完成往复流动，同时接受销钉板翅水管式传热元件6和水套5壁面传递的热量被不断加热，随后流进水套5上部空间接受高温烟气辐射换热，最后被加热到额定的热水温度由热水出口11排出，供给用户；烟气流程为天然气和空气在全预混无焰燃烧器3中预混合后发生无焰燃烧并向炉内换热空间2上部进行辐射换热，热量传递给炉内换热空间2四周包覆的水套5；燃烧后的高温烟气流通进入炉内换热空间2下部的销钉板翅水管式换热元件6安装空间，高温烟气在一个以上销钉板翅水管式换热元件6外侧进行整体对流和凝结换热，在全预混无焰燃烧器3正对的销钉板翅水管式换热元件6上部，为了防止焊接销钉或铸造凸台过热损坏，入口处的焊接销钉或铸造凸台高度比较小，相对焊接销钉或铸造凸台605顶端以及焊接销钉或铸造凸台605与水套壁面顶端的间隙比较大，高温烟气深入销钉板翅水管式传热元件6后，烟温迅速下降，销钉板翅水管式传热元件6的中下部的焊接销钉或铸造凸台605高度比较大，为了撕裂冷凝液膜的需要，相邻的销钉板翅水管式传热元件(6)的焊接销钉或铸造凸台(605)之间的间隙为2～3mm，随着烟气温度的下降，1个以上的销钉板翅水管式传热元件6中的左翅板、右翅板和一个以上的焊接销钉或铸造凸台605的金属壁面温度降低到烟气水露点之下，烟气中的水蒸气将在销钉板翅水管式传热元件6中的左翅板、右翅板和一个以上的焊接销钉或铸造凸台605的表面上发生凝结换热，换热形式为整体对流和凝结换热。整体对流和凝结换热之后从炉内换热空间2下部出烟口流出的烟气随后进入转弯烟室7，从排烟出口10排出通过烟囱排入大气，冷凝液在重力作用下向下流动，连续不断地受到焊接销钉或铸造凸台的撕裂，强化了凝结换热，同时，凝结液吸收了烟气中的部分CO₂，NO_x，SO_x等有害气体，不断滴落到冷凝液中和处理装置9，最后由冷凝液排出管8排出。

Claims (6)

1.一种新型整体冷凝锅炉，包括外壳(1)，外壳(1)下部设有转弯烟室(7)，带有冷凝液排出管(8)的冷凝液中和处理装置(9)布置在转弯烟室(7)下方，全预混无焰燃烧器(3)顶置于炉体上部的上顶板(4)上，全预混无焰燃烧器(3)下方为炉内炉内换热空间(2)，一种新型整体冷凝锅炉，其特征在于：炉内辐射换热空间(2)下部布置一个以上的整体对流和凝结换热的销钉板翅水管式传热元件(6)，炉内换热空间2的下方与所述转弯烟室(7)的顶部相导通，所述外壳(1)内壁与炉内换热空间(2)的外壁面、转弯烟室(7)的顶部与炉内换热空间(2)未导通的部分以及全预混无焰燃烧器(3)四周壁面形成的空腔构成水套(5)，销钉板翅水管式传热元件(6)与水套(5)的左右两侧相导通。

2.根据权利要求1所述的新型整体冷凝锅炉，其特征在于：所述水套(5)内设置第一横向隔板(13)和第二横向隔板(14)。

3.根据权利要求1或2所述的新型整体冷凝锅炉，其特征在于：所述销钉板翅水管式传热元件(6)包括顶部为上端板(601)、底部为下端板(602)、左侧为左翅板(603)、右侧为右翅板(604)焊接或铸造而成的框架结构，一个以上的焊接销钉或铸造凸台(605)叉排或顺排地焊接或铸造在左翅板(603)和右翅板(604)的外壁上，左翅板(603)和右翅板(604)之间还焊接有一个以上的拉撑杆(606)以满足刚性要求。

4.根据权利要求3所述的新型整体冷凝锅炉，其特征在于：所述上端板(601)和下端板(602)为平板两端进行扳边而成。

5.根据权利要求3所述的新型整体冷凝锅炉，其特征在于：当所述销钉板翅水管式传热元件(6)为两个或以上时，相邻的销钉板翅水管式传热元 件(6)的焊接销钉或铸造凸台(605)之间的间隙为2～3mm。

6.根据权利要求3所述的新型整体冷凝锅炉，其特征在于：所述上端板(601)、下端板(602)、左翅板(603)、右翅板(604)和焊接销钉或铸造凸台(605)用碳钢辅以表面化学镀膜或热喷涂防腐处理材料，或者采用能抗硫酸露点腐蚀能力的Corten钢、ND钢、316L不锈钢、铝合金或钛合金材料以增强材料抵抗烟气中硫酸低温腐蚀的能力。 

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