CN203964376U - 冷凝式锅炉的热交换器 - Google Patents

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Abstract

一种冷凝式锅炉的热交换器，带有一个中空体，是锅炉运行过程中燃烧产生烟雾的通过路径，中空体中第一管组是中央管组(2)，管体相互平行，作为混合热交换的中心区域，第二管组是冷凝管组(7)，管体相互平行，但和中央管组(2)的管体不同，这个区域是冷凝区域。冷凝管组(7)的截面沿着长轴(Y-Y)拉伸。

Description

冷凝式锅炉的热交换器
技术领域
本发明涉及一种冷凝式锅炉的热交换器或换热器。 
背景技术
一般锅炉都有一个换热器，在换热器内，需要被加热的液体通过一段管组，与锅炉燃烧产生的烟气相遇，通过热交换作用，液体被加热而烟气被冷却。冷凝式锅炉既利用燃烧产生的显热，又吸收利用燃烧产生的烟气中的水蒸汽凝结所释放的潜热。为了这一过程顺利进行，冷凝式锅炉的热交换器必须使用特殊的材料制成，这些材料尤其要耐受冷凝液的酸度腐蚀。 
该发明申请人曾在第WO 2011/048 574号发明描述手册中描述了一种常用类型的冷凝式锅炉热交换器。该热交换器包括多个椭圆形截面的管道，排列成两行，通过多个加热板，加热板之间有一定的固定间距，形成热交换散热器。将加热板钎焊在椭圆形管道上，与之形成干/湿混合型热交换面，成为热交换器的混合热交换的中央区域。在这个热交换器的上部，有两个椭圆形截面管道，用以固定燃烧室的湿式冷却侧壁。在这个热交换器的下部，有两排密集的圆形横截面管道，在烟室内部形成一个冷凝区，在潜热释放到出口之前将其进行热量回收。另一种常用的热交换器与其类型相似，在第WO 2006/097959发明描述手册中进行了描述。 
冷凝式锅炉的换热器内用来回收烟气潜热的冷凝区的性能，对锅炉是否具有良好性能是至关重要的。在这个区域形成和收集酸性冷凝物，这是一种腐蚀管道材料的物质。此外，在管道上形成冷凝物时，与管道干燥时相比，烟气/管道之间的热交换率有所下降。最后，也降低了冷凝区烟气的温度和流动速度，管道上附着物的增加，可能会阻碍其发挥最佳的性能，而且加速杂质的附着堆积，从而进一步降低设备生产效率。 此外，一般要求热交换器的结构简洁紧凑，特别是垂直方向的烟气管道，而且造价必须经济实惠。 
发明内容
本发明的目的是改进原有的热交换器，使其更有效率，更紧凑，成本更低，因此，从根本上克服上述缺点，并满足上述的需要和要求。为了达到上述目的，本发明主要涉及了一款冷凝式锅炉的热交换器，在后面所附的要求条款中对其进行描述定义。 
本发明提供一种冷凝式锅炉的热交换器，中间有一个中空体，是运行过程中燃烧产生烟雾的通过路径，中空体中配置有第一管组，其中第一管组是中央管组(2)，管体相互平行，作为混合热交换的中心区域；中空体中还配置有第二管组，第二管组是冷凝管组(7)，管体相互平行，但和中央管组(2)的管体不同，这个区域是冷凝区域，冷凝管组(7)区域沿着长轴(Y-Y)延伸。 
特别注意，在本发明所涉及的热交换器中，冷凝区由多个管道组成，管道横截面有的细长，有的压扁，例如椭圆形，圆形或者是压成平行的侧壁。根据现在的通用技术，在冷凝区中这样的管道形状与圆形管道相比更好，能够提供更大的热交换面积，特别是在冷凝区中能够发挥最大优势，由于这一区域遭受腐蚀的程度较高，因为它是混合式换热器的进行热交换的中心区域，因此不建议安装非常密集的散热片。另外，压扁的管道可以减少附着在管道上的冷凝物，根据现有技术，由于管道外层有较少或不存在冷凝层，从而可以提高热交换性能。此外，这样的配置有利于燃烧产生的烟气流动更顺畅，从而留存的杂质也比较少，并且清洗也比较方便，因此随着时间的推移，冷凝式锅炉的热交换器能够发挥最高的效率。 
热交换器的冷凝区中的管道，可排列成一行或多行或平行的行列，其中纵向的每行管道都排列在垂直于燃烧烟雾流动方向的同一平面上。 
在同一行的相邻的管道可以彼此相对错开，这样做可以提供更大的燃烧烟气通过时接触的热交换表面积，而不会产生过大的负载损失，也不过度增加的热交换器高度。 
冷凝区中的管道，可以将横截面的长轴垂直放置，即与燃烧烟气的流动方向相同，以便对燃烧烟气的流动产生更小的阻力。另外，长轴可以相对于燃烧烟气流动的方向稍微倾斜排列，以便降低热交换器的高度。在设置多排管道的情况下，上排或下排的长轴可以以相同的角度或不同的角度倾斜，也可以对齐或错开。 
根据本发明的一个方面，冷凝区每个管道的横截面均小于混合热交换器中心区热交换管道的横截面。 
根据本发明的另一个方面，冷凝区的管道比混合热交换器中心区热交换管道的排列得更加紧密。 
根据本发明的另一个方面，冷凝区的管道，与热交换中心区的管道不同，没有散热片。 
根据本发明的另一方面，冷凝区的所有管道横截面为椭圆形，分布在换热器的一个纵轴对称平面两侧的管道，它们的椭圆形截面的长轴以对称角度倾斜(相对于纵轴对称平面)。另外，一个或多个冷凝管也可以集中排列，它们各自的长轴指向与纵轴对称平面保持一致。 
附图说明
上述描述在实际组装时可以使其特征和优点显而易见，参照附图，见下面的说明，仅以非限制性示例的方式做出说明，其中： 
-图1是本发明的热交换器的纵截面 
-图2是图1中II-II线的截面 
-图3是图1和2的热交换器的冷凝管组的透视图 
-图4至6显示了本发明的冷凝管组的另一种排列方式的横截面 
-图7至图9显示出了本发明的冷凝管组的交错结构排列图 
-图10至图12进一步显示出本发明的热交换器(与传统热交换器相比)所做的改变。 
具体实施方式
现在参照图1，本发明的热交换器中包括一个中空体1，目的是要由燃烧烟气从中穿过，其内部设置了一组中央管组2最好采用椭圆形的截 面，穿过多个加热板或散热片3，散热片以一定的间距隔开。中央管组2和加热板3最好是采用优质的铝或铝合金或不锈钢制成，并彼此焊接在一起，形成干/湿混合热交换面，成为热交换器进行混合热交换的中央区域4。在热交换器的上部，一个燃烧室6的旁边，安置了2根侧管5，最好是椭圆形截面，并且材料基本上类似中央区域4的中央管组2，形成燃烧室6的湿式冷却侧壁。 
在中空体1的下部设置了冷凝管组7，还是采用优质铝、铝合金或不锈钢制成，在通风室8内，形成热交换器的冷凝区9，这里对烟气中的水蒸汽的冷凝潜热进行回收，然后剩余烟气从出口10排出。所有的管道，即中央管组2，侧管组5和冷凝管组7，均被耦合到两个相应的管板11a和11b上，两个管板横向分隔中空体1，该中空体是燃烧烟气从顶部向下部流动的必经之路，根据图1的箭头F所指方向流动。在管板11a，11b的外部设置了闭合盖12，13，在其上形成的凸起14，是连接室用来连接中央管组2，侧管组5和冷凝管组7，构成了热交换器中水的流动路径，水通过入口(在图中未标示出)注入，并从出口15流出。在热交换器底部设置了冷凝液输送机16，随后需要根据该领域专家的方法排空冷凝液。 
在图3中可以更清楚地看到热交换器如上所述的冷凝管组7。特别是，冷凝管组7最好由安装在冷凝管组7端部附近的两个端头板17a，17b连接在一起，以便形成一个单元组18，便于安装在中空体1中，特别是通过联接头将其连接在管板11a，11b上。每个冷凝管7的截面是扁平型，其长轴YY基本上平行于烟气流动路径方向F。管冷凝7各自的纵向轴线ZZ基本上彼此平行，并且平行于水平面，与垂直的烟气方向F正交。相对于垂直方向，即相对于烟道气体的路径方向F，冷凝管7交替地两两交错排列。 
图例1～3中所示的冷凝管7，有一种横截面是两端圆形中间两侧平行的形状。本发明的涉及范围包括所有不规则横截面在圆形基础上进行压扁或拉长的特殊形状，所谓的“梨”形，即椭圆形或卵形等主轴较长的形状，或不对称型管道，在图中均被表示为Y-Y轴线。 
当然挤压或拉伸处理的冷凝管7也可以按照其他方式排列。图4示 意性地给出了冷凝管7的单元组18一种排列方式，其中截面长轴Y-Y相对于垂直方向(即烟道气流方向F)有所倾斜。这样的结构可以大大降低热交换器的整体高度，同时保留了上面提到的优良的热交换方式，并且有利于快速排空冷凝水。冷凝管7的长轴YY的倾斜的角度最好小于45°，并在任何情况下，基本上以不阻碍燃烧烟气的流动为准。 
在图5中单元组18中的冷凝管7布置成两排，使冷凝管7的纵向轴线Z-Z分别位于两个平行平面，并由垂直方向的燃烧烟气F将它们隔开。另外，一行管道的长轴Y-Y与下方或上方行列中的管道截面长轴Y-Y垂直对齐。 
在图6中演示了另一种变型的单元组18，其中的每一行管道的长轴Y-Y倾斜角度相同，并与下方或上方的行列中同样倾斜的管道上下对准对齐。此外，在这种情况下冷凝管7的长轴YY的倾斜的角度最好小于45°，并在任何情况下，基本上以不阻碍燃烧烟气的流动为准。 
冷凝管7的单元组18最好没有散热片，但除了端端头板17a，17b以外，可以配备额外的中间板(图中未标示出)，最好以固定距离沿冷凝管7的纵轴方向间隔排列，最好采用钎焊固定，它们具有两个功能，既是冷凝区9提高热交换率的散热片，也是冷凝管7的单元组18的加固元件。当然，由于上述原因，技术人员可以选择中间板的数量和决定它们相互之间的定位，以便与以上的实例图中所示的无中间散热片配置相比，不显着增加该部分的负载损耗。因此，中间板的数量一般可以小于固定到中央管组2上的加热板或散热片3的数量。 
冷凝管7的数目，以及在其上分布冷凝管的平行行的行数，长轴Y-Y的倾斜度，在同一行中冷凝管7之间或多或少的偏移量，以及不同横截面的拉伸或压扁程度，最好但不仅限于平行的边，长圆形或椭圆形或扁圆形，它们在受保护范围内进行各种变化，在本技术领域的专家将知道如何识别和设计，一旦他们已经了解了前面的描述，也就明白了本发明的基本概念。 
通过示例的方式，在图7至9中显示出了一个变化了的端头板17a，17b，这就决定了冷凝管7的单元组18的配置，如端头板的开口处可见变化，管道交错排列，而且椭圆形横截面的形态各异。 
在图10至图12中分别展示了热交换器及管板11c和11d的三个变形样式，他们集成了图1中管板11a和11b以及端头板17a和17b的功能。换句话说，图10至图12中展示的管板11c和11d可用于连接中央管组2，侧管组5以及冷凝管组7。 
图10的例子所展示的是对冷凝管组7的变形，它具有和图9中所示的管体相类似的功能和结构，但此款冷凝管组7的椭圆形结构的端口更偏圆形。 
图11的例子所展示的是冷凝管组7的变形，这款冷凝管的椭圆形横截面与上述图7至图10中所示的管体相比，会更扁，让人联想到带圆角的菱形结构。另外，冷凝管组7的结构为成一定角度的对称结构，这是相较于管板11c的S-S纵向平面对称结构，管板11d与燃烧烟雾的烟道F实际平行的结构来说的。特别是，冷凝管组7分别配置在管板11c，11d和热交换器的纵轴对称平面S-S的两侧，它们有各自的长轴Y-Y，主轴分别向上述纵轴对称平面以相应的角度倾斜。位于纵轴对称平面S-S两侧的冷凝管组7的各条长轴Y-Y，从中央管组(2)之间出发，会聚在冷凝管组7上方的一个点上，也就是中空体1的内侧.冷凝管7a的一条管道与长轴Y-Y对齐，并与纵轴对称平面S-S重合。 
图12的例子所示的是冷凝管组7的一种变形结构，这种结构除了管道方向以外，与图11的配置完全对应。特别是，位于纵向平面S-S两侧的冷凝管组7的各条Y-Y长轴，从中央管组(2)之间出发，会聚在冷凝管组7上方的一个点上，也就是中空体1的内侧.所以在这种情况下，同样的，一条冷凝管7a与长轴Y-Y对齐，并与纵轴对称平面S-S重合。 
本发明中设计的冷凝管组一般可沿截面长轴进行延长，也就是说可以偏离圆形截面而沿着主轴或长轴的方向对横截面进行挤压或拉伸。这样一来，冷凝管组的截面会呈现出卵形或椭圆形结构(但并不局限于这两种结构)，或是带有一定圆角的棱形结构，还可能出现不对称的所谓的“梨”形结构。 
在图示例子中可以清楚地看到，冷凝管组7与热交换器的中央管组2有明显的不同。不仅在形状上，而且/或者在大小上，冷凝管组7都要比中央管组2小一些。另外，在组合形态上，冷凝管组的管道间距要比 中央管组的管道间距小，因为与通过中央管组的高温烟雾相比，通过冷凝管组的烟雾温度都较低，所以管道的间距较之而言也会较小。另外，本冷凝管组一般没有散热片，而中央管组则有大面积散热片，虽然在某些情况下，会给冷凝管组预加一些中间支撑板或加强板用于辅助散热，但在数量上远远不及中央管组的散热片数量多。 
当然，在不影响本发明原则的基础上，在不超出本发明的原理范围的条件下，设计方案和实施细则可以进行广泛更改。 

Claims (14)

1.一种冷凝式锅炉的热交换器，中间有一个中空体，是运行过程中燃烧产生烟雾的通过路径，中空体中配置有第一管组，其中第一管组是中央管组(2)，管体相互平行，作为混合热交换的中心区域，其特征在于， 
中空体中还配置有第二管组，第二管组是冷凝管组(7)，管体相互平行，但和中央管组(2)的管体不同，这个区域是冷凝区域，冷凝管组(7)区域沿着长轴(Y-Y)延伸。 
2.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中冷凝管组(7)为椭圆形或扁平形，两侧平行。 
3.根据权利要求1或2所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中冷凝管组(7)独自占据一个区域，且该区域面积小于各自相对应的中央管组(2)区域。 
4.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中冷凝管组(7)的管体，与各自相对应的中央管组(2)的管体相比，间距更近。 
5.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中冷凝管组(7)的管体，是交错排列的。 
6.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中冷凝管组(7)的管体，基本上都与燃烧产生的烟雾通过路径的中空体方向(F)一致，指向长轴(Y-Y)。 
7.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中冷凝管组(7)的管体，相较于燃烧产生的烟雾通过路径的中空体方向(F)，都指向倾斜的长轴(Y-Y)。 
8.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中冷凝管组(7)的管体，分别配置在热交换器纵轴对称平面(S-S)的两侧，基本上与燃烧产生的烟雾通过路径的中空体方向(F)一致，各自相对应的长轴(Y-Y)以倾斜角度对称于上述提到的纵轴对称平面。 
9.根据权利要求8所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中在中间区域具有一个或多个冷凝管组(7)，它们各自对应的长轴(Y-Y)在纵轴对称平面上对齐。 
10.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中所述冷凝管组(7)分开排列在两个或多个互相间隔的平面上，这些平面与燃烧产生的通过中空体的烟雾方向(F)一致。 
11.根据权利要求10所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中分布在平面上的冷凝管组(7)区域中的长轴(Y-Y)与分布在上平面或下平面上的冷凝管组(7)区域中的长轴(Y-Y)是对齐的。 
12.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中所述中央管组(2)的端部和冷凝管组(7)的端部被分别耦合到两个相应的管板(11a，11b；11c，11d)上，这两部分将热交换器的中空体(1)横向分隔开来。 
13.根据权利要求1所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中所述冷凝管组(7)，保持与两个端头板(17a，17b)相连接的状态，这两个端头板的端部被安装在冷凝管组(7)上，形成可耦合到管板(11a，11b)上的单元组(18)。 
14.根据权利要求13所述的冷凝式锅炉的热交换器，其中所述单元组(18)包含有带散热功能的中间板。 
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