CN215176038U - 承压冷凝锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种承压冷凝锅炉，其包括承压壳体、设置在承压壳体内的换热炉胆、与所述换热炉胆连通的燃烧室以及固定在换热炉胆内的冷却管组；其中，承压壳体上设有与燃烧室连接的燃烧器接头和与换热炉胆连通的出烟管、以及换热介质进、出口，换热介质自下而上在承压壳体内及冷却管组内流通、与所述换热炉胆的烟气逆流换热；换热炉胆包括2级以上圆柱状的换热室，相邻的换热室通过转烟道连通，相邻的转烟道之间以相互远离的方式设置，烟气扩散的末级换热室与出烟管连通。该承压冷凝锅炉结构简单，热效率可高于100％。

Description

承压冷凝锅炉

技术领域

本实用新型涉及锅炉技术领域，尤其涉及一种承压冷凝锅炉。

背景技术

冷凝锅炉通过吸收高温烟气中的显热和蒸汽凝结所释放的潜热，达到提高锅炉热效率的目的；其最大热效率可达109％，比普通燃气炉热效率高出15～17％，另一方面，排烟温度大大降低，烟气中的氮氧化物(NO_x)超低排放。冷凝锅炉在国外已有大量的研发和应用。

近些年来，因冷凝锅炉的高效节能逐渐被国内重视起来，但我国在冷凝技术产品的研发、生产和应用方面仍处于起步阶段，尤其是在承压冷凝锅炉方面仍是基本空白，市场亟待开发研究该类产品。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种承压冷凝锅炉，其基于逆流换热、增强烟气侧换热及增强对流换热系数原理，开发适于承压运行的冷凝锅炉，并将其热效率提高至100％以上，大幅降低了承压冷凝锅炉的制造、安装和应用成本。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种承压冷凝锅炉，其包括承压壳体、设置在承压壳体内的换热炉胆、与所述换热炉胆连通的燃烧室以及固定在换热炉胆内的冷却管组；

其中，承压壳体上设有与燃烧室连接的燃烧器接头和与换热炉胆连通的出烟管、以及换热介质进、出口，换热介质自下而上在承压壳体内及冷却管组内流通、与所述换热炉胆的烟气逆流换热；

换热炉胆包括2级以上圆柱状的换热室，换热室的上端面设有进烟口、下端面设有出烟口，进烟口和出烟口相互远离设置，相邻的换热室通过转烟道连通，烟气扩散的末级换热室与出烟管连通。

本方案中，高温烟气自上而下逐级扩散、换热介质自下而上形成逆流换热，较低温的换热介质使得烟气排放温度较低，上部高温烟气使排出的换热介质温度较高；采用承压壳体和圆柱体结构的换热炉胆，适于承压运行，因此本实用新型实施例中的承压锅炉排出的换热介质(通常采用水)既可以为高、低温热水，也可为蒸汽。尤其是，每级换热室具有相对独立的换热腔，高温烟气强制在每级换热室内流通，提高换热效率，且换热室呈圆柱形可实现锅炉的承压运行。与现有技术中需要在炉体外另设配套的冷凝设备相比，本实用新型实施例采用一体式的冷凝锅炉即可达到《工业锅炉能效限定值及能效等级(GB24500-2020)》中对冷凝锅炉的1级能效的要求，而且结构简单，制造、安装和应用成本较低。

示例性的，进烟口或出烟口为圆形、弧形或类椭圆形，或者由圆形的出烟口排布成弧形或类椭圆形。

在一些实施例中，环绕换热炉胆、在承压壳体和换热炉胆之间设有1个以上隔板。隔板的设置一方面防止换热介质因阻力原因而不流经或少量流经冷却管组，另一方面防止过热的换热介质返流到下部的低温换热介质区，导致底部换热介质的温度高、进而出烟管的排烟温度较高。

示例性的，每级换热室对应设有一隔板。这样不仅能保障每级换热室内、外均可与换热介质充分接触，而且防止较高温度的换热介质返流至较低温度的换热介质区。

在一些实施例中，沿烟气扩散的方向、各级换热室的高度依次递减。

在一些实施例中，换热炉胆包括依次与所述燃烧室连通的第一换热室、第二换热室和第三换热室；在第一换热室上端面的中部设有第一进烟口、下端面设有沿周壁的弧状的第一出烟口，环第一进烟口布置第一冷却管组；

在第二换热室的上端面设有与第一出烟口对应的第二进烟口、下端面远离第二进烟口的一侧设有第二出烟口，第二进烟口与第二出烟口之间设置第二冷却管组；

在第三换热室的上端面设有与第二出烟口对应的第三进烟口、下端面远离第三进烟口的一侧设有第三出烟口，第三进烟口与第三出烟口之间排布第三冷却管组。

上述方案中，高温烟气依次折流流通第一换热室、第二换热室、第三换热室，在第一换热室内从第一进烟口呈辐射状扩散的方式横向冲刷环绕第一进烟口的第一冷却管组；经第一出烟口高温烟气进入第二换热室，第二出烟口以相互远离的方式设置在第二进烟口的另一侧，因此烟气以横向冲刷的方式与第二冷却管组充分换热，相同的原理，适用于第三换热室。

在一些实施例中，换热炉胆还包括与所述第三换热室连通的第四换热室，在所述第四换热室的上端面设有与所述第三出烟口对应的第四进烟口、侧壁设有连通所述出烟管的第四出烟口，所述第四进烟口与所述第四出烟口之间排布有多组第四冷却管组。

附图说明

图1是本实用新型实施例冷凝锅炉的外观结构示意图；

图2是图1的剖面结构示意图；

图3是本实用新型实施例中换热炉胆的立体结构示意图；

图4是图3的爆炸结构示意图一；

图5是图3的爆炸结构示意图二；

图6是另一实施例中第一出烟口的结构示意图；

图7是另一实施例中第二出烟口的结构示意图；

其中，10-承压壳体，11-换热介质进口，12-换热介质出口，13-隔板；

20-换热炉胆，201-第一转烟道，202-第二转烟道，203-第三转烟道；

21-第一换热室，211-第一冷却管组，212-第一进烟口，213-第一出烟口；214-第一下管板；

22-第二换热室，221-第二冷却管组，223-第二出烟口；224-第三下管板；

23-第三换热室，231-第三冷却管组，233-第三出烟口；

24-第四换热室，241-第四冷却管组，243-第四出烟口；

30-燃烧室，31-燃烧器接头，32-出烟管。

具体实施方式

为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

承压冷凝锅炉和常压冷凝锅炉都是锅炉产品的一种。常压锅炉额定工作压力的表压力为0，其出口处的介质温度不超过90℃。承压锅炉的工作压力≥0.1MPa，其出口处的介质温度可高于100℃，并且承压锅炉可以进行水温的高低调节，不仅能提供高、低温热水，也能提供高温蒸汽；同时还直接用于带压工作的环境。因此，承压锅炉具有更广的应用范围。

申请人曾研发了一种常压冷凝锅炉，其通过烟气折流板将方形的换热炉胆分隔成具有至少一级转弯结构的连续烟气通道；但该结构无法适用承压锅炉。基于此，本实用新型实施例提供一种承压冷凝锅炉，可应用于更广的场合，弥补现有市场中承压冷凝锅炉的空白。

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明。

参见图1和图2，本实用新型实施例的承压冷凝锅炉包括承压壳体10、设置在承压壳体10内的换热炉胆20、与换热炉胆20连通的燃烧室30以及固定在换热炉胆20内的冷却管组。承压壳体10大致为圆柱形，上下两端为一体结构的椭圆封头，如图1所示。承压壳体10的上部设有用于连接燃烧室30的燃烧器接头31、下部设有与换热炉胆20连通的出烟管32。燃烧室30的封闭端为圆滑端头、与燃烧器接头31连通的开口端圆滑过渡。预混后的可燃气在燃烧室30内充分燃烧，高温烟气经换热炉胆20自上而下扩散至出烟管32。同时，在承压壳体10的下部还设有与换热介质连通的换热介质进口11、上部设有换热介质出口12。温度较低的换热介质经换热介质进口11自下而上在承压壳体10内、以及冷却管组内流通，与换热炉胆20内的高温烟气逆流换热。

本实施例中，换热炉胆20包括2级以上圆柱状的换热室，相邻的换热室通过转烟道连通，相邻的转烟道之间以相互远离的方式设置，烟气扩散的末级换热室与出烟管32连通。圆柱状的换热室适于承压，并与承压壳体10之间形成适于换热介质流通的换热空间。每级换热室具有相对独立的换热腔、通过转烟道连通为连续烟道，增加了烟气的回程，利于充分换热，提高换热介质出口温度，降低烟气的出口温度，从而提高热效率。

上述方案中，设置2级以上换热室，如设置2级换热室或3级换热室或4级换热室或更多级换热室，每级换热室的进烟口和出烟口以相互远离的方式设置，烟气在每级换热室内充分冲刷冷却管组，实现有效换热；换热室内的烟气温度逐级降低，末级换热室的烟气温度较低。本申请中对换热室设置的级数不做限制。

其中，每级换热室的进烟口或出烟口在相应换热室上呈圆滑过渡，与相应进烟口和出烟口连通的转烟道侧壁也呈圆滑过渡。每级换热室包括筒形的侧壁和与侧壁密闭连接的上、下管板(图1和图2中未标出序号)，在上管板上开设有进烟口、下管板设有出烟口，上、下管板还通过焊接等方式固定冷却管组的两端。冷却管组竖直设置在换热室内，两端伸出相应的上下管板、并与承压壳体10连通。换热介质(通常用水)流入冷却管组与换热室的高温烟气换热，再从冷却管组排出与承压壳体10内的换热介质混合。进烟口、出烟口采用圆滑渡的结构，如圆形(如图4所示的第一进烟口212)、封闭的环弧形(如图5所示的第一出烟口213)或类椭圆形(如图5所示的第二出烟口223或第三出烟口233)，适于承压。转烟道的横截面与相应的进烟口或出烟口形状适配，适于承压。进烟口和出烟口的形状还可以是由圆形的出烟口排布成弧形或类椭圆形，如图6和图7所示。

为了提高承压冷凝锅炉的换热效率，环绕换热炉胆20、在承压壳体10和换热炉胆20之间设有1个以上隔板13，参见图2。隔板13可以在末级换热室的上方设置1个，其目的是防止较高温度的换热介质返流导致承压壳体10下部的换热介质温度升高、降低末级换热室的换热效率、从而使出烟温度升高。

在一些实施例中，每级换热室对应设有一隔板13。从换热介质进口11进入的换热介质经冷却管组流通至换热炉胆20与承压壳体10之间的空间内。隔板13可防止上级的换热介质返流至较低温度的换热介质区，有效提高换热效率。当然，隔板13可以封闭地设置在承压壳体10和换热炉胆20之间，也可以在承压壳体10和换热炉胆20之间留有缝隙；可以设置多个，但相邻隔板之间不能形成换热介质无法流通到的封闭空间。

各级换热室的高度可以相同。在其他一些实施例中，为了调节各级换热室的烟气流速均匀，沿烟气扩散的方向、各级换热室的高度依次递减。上部换热室内烟气温度高，高度较大，末级换热室内温度较低，高度较小。

作为一个具体实施例，请参考图2-图5，换热炉胆20设置3级，包括依次与燃烧室30连通的第一换热室21、第二换热室22和第三换热室23。在第一换热室21上端面的中部设有第一进烟口212、下端面设有沿周壁的弧状的第一出烟口213，环第一进烟口布置第一冷却管组211。在第二换热室22的上端面设有与第一出烟口对应的第二进烟口、下端面远离第二进烟口的一侧设有第二出烟口，第二进烟口与第二出烟口之间设置多组呈弧形排布的第二冷却管组221。在第三换热室23的上端面设有与第二出烟口对应的第三进烟口、下端面远离第三进烟口的一侧设有第三出烟口，第三进烟口与第三出烟口之间排布多组第三冷却管组231。第二进烟口与第一出烟口213的形状适配，两者通过第一转烟道201连通，同理设置有第二转烟道202。

需要说明的是，“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。

从燃烧室内排出的高温烟气在第一换热室21以辐射状扩散，经第一换热室21的下端面的第一出烟口213排至第二换热室22。烟气从第二进烟口包绕式扩散、并横向冲刷第二冷却管组221，然后汇集至第二出烟口223，从第二转烟道202扩散至第三换热室23。烟气在第三换热室23内横向冲刷第三冷却管231，第三进烟口和第三出烟口233以相互远离的方式设置，增长烟气扩散的路径，提高换热效率。

根据换热效率和排烟温度的要求，在其他实施例中，如图2-图5，换热炉胆20还包括与第三换热室23连通的第四换热室24，在第四换热室24的上端面设有与第三出烟口对应的第四进烟口、侧壁设有连通出烟管32的第四出烟口，第四进烟口与第四出烟口之间排布有多组第四冷却管组241。当然，为了提升换热效率，还可以包括第五换热室和第六换热室等。

以下以4级换热室为例说明换热室的设置。

如图4所示，第一进烟口212为圆形，第一冷却管组211两端贯穿第一换热室21的上、下管板，并环绕第一进烟口211呈圆周排布，且排布有两圈，内圈和外圈的冷却管插缝式设置。第一出烟口213呈封闭的环弧状、与第一换热室21的外壁匹配，第一出烟口213为圆滑过渡。高温烟气从第一进烟口211进入，以辐射状冲刷设置在第一进烟口212四周的第一冷却管组211，进行充分换热。

需要说明的是，第一冷却管组211还可以设置三圈或四圈，或者更多。本申请对此不作限定。

在其他实施例中，第一出烟口213还可以是由圆形的出烟口排布成弧形，如图6所示，在第一下管板214上，弧形排布的出烟口的弧度沿着第一下管板214的外缘设置。

第二进烟口与第一出烟口213形状适配，第一转烟道201截面与第一出烟口213的形状适配，各连接面为圆滑过渡。第二出烟口223为圆形或者类椭圆形，设置在第二换热室下端面上、远离第二进烟口的一侧，第二冷却管组221呈多组弧形排布。第二冷却管组221排布成的弧形开口方向与第二进烟口的弧形开口方向相同。如图4所示，第二冷却管组221的排布如同盾，其中盾的防护面朝向第二进烟口，这样适于第二冷却管组221与扩散烟气充分接触。

第二出烟口223还可以是由多个圆形出烟口排布成类椭圆形，如图7所示(图中冷却管组未标出)，第二出烟口223包括一较大圆形出烟口和两较小圆形出烟口，其中，一较大出烟口和两较小出烟口组合成类椭圆状。

第三进烟口的形状与第二出烟口223的形状适配，第三出烟口233也为类椭圆形，第三冷却管组231设置在第三进烟口和第三出烟口233之间，沿相应的进烟口呈多组双曲线形排布。

第四进烟口的结构与第三进烟口的结构相同。在第四换热室24的侧壁上开设有第四出烟口243，第四出烟口243与出烟管32连通。

在换热炉胆20的底部连接有冷凝水排出管，用于排出冷凝水。冷凝水排出管穿过承压壳体10的壳体排出炉体。

为了增加换热面积，在第二冷却管组221、第三冷却管组231和第四冷却管组241的外壁上设置换热翅片(图中未画出)。换热翅片沿冷却管轴向方向螺旋分布。

采用本实施例的结构，依据GB/T10180-2017《工业锅炉热工试验规程》测试。冷凝锅炉在满负荷运行，回水温度60℃时，烟气出口温度61℃，热效率(按低位发热值算)100％；锅炉在满负荷运行，回水温度30℃时，烟气出口温度41℃，热效率(按低位发热值算)105％；锅炉在30％负荷运行，回水温度30℃时，烟气出口温度35℃，热效率(按低位发热值算)108％；锅炉在满负荷运行出蒸汽时，烟气出口温度52℃，热效率(按低位发热值算)103％。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种承压冷凝锅炉，其特征在于，包括承压壳体(10)、设置在所述承压壳体(10)内的换热炉胆(20)、与所述换热炉胆(20)连通的燃烧室(30)以及固定在所述换热炉胆(20)内的冷却管组；

所述承压壳体(10)上设有与所述燃烧室(30)连接的燃烧器接头(31)和与所述换热炉胆(20)连通的出烟管(32)、以及换热介质进、出口，其中，换热介质自下而上在所述承压壳体(10)内及冷却管组内流通、与所述换热炉胆(20)的烟气逆流换热；

所述换热炉胆(20)包括2级以上圆柱状的换热室，所述换热室的上端面设有进烟口、下端面设有出烟口，所述进烟口和出烟口相互远离设置，相邻的换热室通过转烟道连通，烟气扩散的末级换热室与所述出烟管(32)连通。

2.如权利要求1所述的承压冷凝锅炉，其特征在于，所述进烟口或出烟口为圆形、弧形或类椭圆形；或者由圆形的出烟口排布成弧形或类椭圆形。

3.如权利要求1所述的承压冷凝锅炉，其特征在于，环绕所述换热炉胆(20)、在所述承压壳体(10)和所述换热炉胆(20)之间设有1个以上隔板(13)。

4.如权利要求3所述的承压冷凝锅炉，其特征在于，每级所述换热室对应设有一隔板(13)。

5.如权利要求1所述的承压冷凝锅炉，其特征在于，沿烟气扩散的方向、各级换热室的高度依次递减。

6.如权利要求1所述的承压冷凝锅炉，其特征在于，所述换热炉胆(20)包括依次与所述燃烧室(30)连通的第一换热室(21)、第二换热室(22)和第三换热室(23)；

在所述第一换热室(21)上端面的中部设有第一进烟口、下端面靠近周壁设有第一出烟口，环所述第一进烟口布置第一冷却管组(211)；

在所述第二换热室(22)的上端面设有与所述第一出烟口对应的第二进烟口、下端面远离所述第二进烟口的一侧设有第二出烟口，所述第二进烟口与第二出烟口之间设置第二冷却管组(221)；

在所述第三换热室(23)的上端面设有与所述第二出烟口对应的第三进烟口、下端面远离所述第三进烟口的一侧设有第三出烟口，所述第三进烟口与第三出烟口之间排布第三冷却管组(231)。

7.如权利要求6所述的承压冷凝锅炉，其特征在于，所述换热炉胆(20)还包括与所述第三换热室(23)连通的第四换热室(24)，在所述第四换热室(24)的上端面设有与所述第三出烟口对应的第四进烟口、侧壁设有连通所述出烟管(32)的第四出烟口，所述第四进烟口与所述第四出烟口之间排布有第四冷却管组(241)。

8.如权利要求6或7所述的承压冷凝锅炉，其特征在于，

所述第一进烟口为圆形，所述第一冷却管组(211)环绕所述第一进烟口呈圆周排布，所述第一出烟口在所述第一换热室的下管板上呈弧形、或者由多个圆形出烟口排布成弧形，所述弧形与所述第一换热室(21)的周壁匹配；

所述第二进烟口与所述第一出烟口位置对应、形状适配，所述第二出烟口为圆形、类椭圆形、或由多个圆形进烟口且排布成类椭圆形。

9.如权利要求8所述的承压冷凝锅炉，其特征在于，

所述第三进烟口或第四进烟口为类椭圆形、或包括多个圆形进烟口且排布成类椭圆形；

所述第三冷却管组(231)或第四冷却管组(241)沿相应的进烟口呈多组双曲线形排布。

10.如权利要求7所述的承压冷凝锅炉，其特征在于，在第二冷却管组(221)、第三冷却管组(231)和第四冷却管组(241)的外周设有换热翅片。

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