CN2861936Y - 全焊接板式烟气换热器 - Google Patents

Abstract

一种全焊接板式烟气换热器，是一种燃气锅炉用的节能产品。在受压板壳内，有不锈钢板片冲压成截面积不相同的凸凹波纹，两板片之间凸槽与凸槽的顶部相对，构成宽流道，流烟气；另两板片之间凹槽与凹槽的底部相对，构成窄流道，流水，也可以流其它液体或其它介质气体；高温烟气与水经过“叉逆流”热交换后，可以降低至60℃～60℃以下，水温可以提升3～5℃。本实用新型可以充分利用烟气降温的显热，又可以利用无硫天然气燃烧中的烟气冷凝水的汽化潜热，不但减少了能源和水源消耗，还减少了大气热污染，保护城市环境。

Description

全焊接板式烟气换热器

一、技术领域

本实用新型涉及一种锅炉用换热器，特别是涉及一种燃用天然气锅炉用全焊接板式烟气换热器。

二、背景技术

北京地区为2008年奥运会实现“碧水蓝天”，对容易造成环境污染的各种燃煤锅炉逐步淘汰，提出了实施“以气代煤”能源变革的措施，特别是“西气东输”为北京地区创造了有利条件，因此北京环保部门也制订了一系列“以气代煤”的政策，限定三环路以内不许新建燃煤锅炉房，并限定蒸发量在15t/h以下的现有锅炉，在一定时期内改造完成。由于引进陕甘宁天然气的第二根管线尚未竣工，2004年冬季天然气突然供不应求，节约用气，确保市民取暖过冬成了大问题。另外，自1998年以来，北京天然气用气量逐年大幅度增加，2005年的用气量约为40亿m³，已投入运行的燃用天然气锅炉中，普遍存在排烟温度偏高，既提高了锅炉运行成本，浪费了大量可贵的优质清洁燃料，又造成了大气热污染。因此，降低燃气锅炉排烟温度，充分利用锅炉运行过程中的显热和潜热，就成为节约天然气能源的一个重要环节。

三、实用新型内容

本实用新型的目的在于：针对北京地区拥有几万台锅炉，在“煤改气”过程中存在的问题，设计了一种全焊接板式烟气换热器，利用锅炉燃气的烟气余热与水，也可以是其它液体或其它介质气体，进行热交换，使其排烟温度降低到60℃～60℃以下，使交换水温提高加以利用，烟气冷凝水也可以利用，以减少能源和水资源消耗，减少大气热污染，保护城市环境。

全焊接板式烟气换热器，包括板壳和板片。板壳由受压板壳、上圆下方板壳和下圆上方板壳三部分组成。其中，受压板壳为方筒形，其形状、大小与板片组亦称板束组的形状、大小相同。上圆下方板壳的上圆口为烟气出口，其直径与锅炉烟道或旁通烟道的直径相同，且相互连接；上圆下方板壳的下方口与受压板壳的上方口形状、大小相同，且相互连接。下圆上方板壳的上方口与受压板壳的下方口形状、大小相同，且相互连接；下圆上方板壳的下圆口为烟气入口，其直径与锅炉尾部烟气出口或旁通烟道的直径相同，且相互连接。板片为不锈钢板，将不锈钢板片冲压成凸凹不等截面作为流道，凸槽的高度＞凹槽的深度，板片与板片的纵向边缘相叠焊有纵向全焊接焊缝，其中间部分以凸槽的顶部与凸槽的顶部相对作为支撑点，来维持板片间构成宽流道的中间距离；板片与板片的横向边缘相叠焊有横向全焊接焊缝，其中间部分以凹槽的底部与凹槽的底部相对作为支撑点，来维持板片间构成窄流道的中间距离。一个宽流道与一个窄流道构成一个板束，两个或两个以上板束构成板束组，通过连接板固定在受压板壳方筒内。宽流道流烟气，窄流道流水，也可以流其它液体或其它介质气体；板束组的侧上部设有流体入口，侧下部设有流体出口。低温流体与高温烟气在板片两侧呈全“叉逆流”式热交换，热交换后的烟气温度由160℃，甚至235℃降至60℃～60℃以下，由烟气出口顺着烟囱排放进入大气。这样，就大大减少了大气热污染；低温流体换热后可以提高3～5℃加以利用，就可以减少燃料能源的消耗；不含硫的天然气燃烧中，当烟气温度降至露点(60℃)或露点以下时，产生的冷凝水，pH值为6.5～7，水的硬度＜0.03mmol/L，属于中性软化水，完全可以作为锅炉补充水利用，这又可以节省水资源的消耗。

用来进行热交换的板束数量，根据不同吨位锅炉使用的需要而定。

本实用新型具有以下优点：

1、将不锈钢板片冲压成凸凹不等尺寸的截面作为流道，凸槽顶部与凸槽顶部相对，凹槽底部与凹槽底部相对作为板片之间的支撑点，这种结构既提高了不锈钢板的刚性度，又可以确保烟气和流体对流道截面的要求。由凸凹形成波纹状的流道，具有“静搅拌”作用，烟气能在低速流过时形成湍流，再加上不锈钢板传热效率高的特性，增大了换热量，减少了热损失。因此，使用本实用新型，可以做到提高锅炉热效率，节省天然气，减少环境热污染，居民取暖费用也可以减少。以2005年为例，北京用天然气约40亿m³，按采暖锅炉用气占36％计，使用本实用新型后，节能率按4.75％计，40亿m³/年×36％×4.75％＝0.684亿m³/年；以市价1.90元/m³计，0.684亿m³/年×1.90元/m³＝12996万元/年。这一数字相当可观。

2、由两个以上板束构成的板束组均为全焊接，且安装在受压板壳内，以防止板束变形，又解决了高温烟气不泄漏的关键难题；采用烟气自下而上从宽流道流过，流体自侧上部至侧下部从窄流道流过，形成“叉逆流”换热。结构紧凑、合理，可以节省材料，减轻设备重量，降低制造成本。

3、北京引进的陕甘宁天然气中不含硫，燃烧过程中不产生SO₂及SO₃，烟气温度降至露点温度(60℃)以下，就出现冷凝水，此水作为锅炉补充水利用，可以节省水资源的消耗。经过实验测算，潜热部分在节能率4.75％中占0.5％左右，这个数字算下来也是可观的。

4、与国外同类产品比：国外产品其板片波纹为人字形等截面积，本实用新型其板片波纹为凸凹形不等截面积，且全焊接。这一改变，传热效率大大提高，换热量增大，流体压力降低，散热损失明显减小。

5、本实用新型适合于工作温度＜500℃的高温场合安装使用，可谓用途广泛；安装使用本实用新型，投资按每吨锅炉增加1.5万元计，约一年(5个月采暖期)可收回全部投资。所以很值得推广应用。

四、附图说明：

图1全焊接板式烟气换热器示意图；

图2板束组纵焊缝与横焊缝示意图；

图3板束示意图；

图4本实用新型在蒸汽锅炉尾部使用示意图；

图5本实用新型在热水锅炉尾部使用示意图。

图中：1—受压板壳，2—上圆下方板壳，3—下圆上方板壳，4—板片，5—烟气入口，6—烟气出口，7—流体入口，8—流体出口，9—凸槽，10—凹槽，11—纵向全焊接焊缝，12—横向全焊接焊缝，13—连接板，14—板束，15—宽流道，16—窄流道，17—燃烧器，18—蒸汽锅炉，19—热水锅炉，20—防爆门，21—烟囱，22—全焊接板式烟气换热器，23—循环泵，24—自来水加热器，25—淋浴用户，26—采暖用户，27—供采暖系统，28—回采暖系统。

五、具体实施方式

如图1～图3所示，将不锈钢板片4冲压成凸槽9、凹槽10，且凸槽9的高度＞凹槽10的深度；两板片4之间，凸槽9的顶部与凸槽9的顶部相对作为支撑点，构成宽流道15；另两板片4之间，凹槽10的底部与凹槽10的底部相对作为支撑点，构成窄流道16。构成宽流道的两个板片4的纵向边缘焊有全焊接纵焊缝11、构成窄流道的两个板片4的横向边缘焊有全焊接横焊缝12。焊接后，一个宽流道15和一个窄流道16构成一个板束14，再将板束14进行组焊，且用连接板13固定在换热器受压板壳1的方筒内；在受压板壳1的上部焊接有上圆下方板壳2，上圆口为烟气出口6，其直径与锅炉烟道或旁通烟道的直径相同，且相互连接；在受压板壳1的下部焊接有下圆上方板壳3，下圆口为烟气入口5，其直径与锅炉尾部烟气出口或旁通烟道的直径相同，且相互连接。高温烟气从烟气入口5顺着凸槽9顶部相对的宽流道一面流入，在流道内形成湍流；冷水从板束组的侧上部流体入口7顺着凹槽10底部相对的窄流道一面流入，与其烟气呈全“叉逆流”热交换，经过2～4个回程，由板束组的侧下部流体出口8流出。热水锅炉燃烧后的160℃烟气，甚至蒸汽锅炉燃烧后的235℃烟气，经以上热交换均可降至60℃～60℃以下，由烟气出口6顺烟囱排入大气，大气明显减少了热污染，做到了环保排放。在热交换过程中，使生活用水或采暖用水的温度提高3～5℃加以利用，其显热节能率为4％以上，节约了天然气燃料资源的消耗。北京引进陕甘宁天然气中，没有硫的成分，烟气温度降至露点温度(60℃)～露点温度以下(60℃以下)时不会产生二氧化硫(SO₂)、三氧化硫(SO₃)及硫酸液等，由烟气产生的冷凝水，经化验，pH值为6.5～7，水的硬度＜0.03mmol/L，属于中性软化水，完全可以作为锅炉补充水利用，节省了水资源的消耗，其潜热节能率为0.5％左右，总节能率可达4.75％。

如图4所示，全焊接板式烟气换热器22安装在蒸汽锅炉18的尾部。燃烧天然气的燃烧器17将蒸汽锅炉18加热，蒸汽锅炉18的排烟温度235℃，改为通过新增加的烟气旁路，将烟气全部通过全焊接板式烟气换热器22，如图3所示，高温烟气流经凸槽9顶部相对的宽流道15，冷水流经凹槽10底部相对的窄流道16进行热交换，经过热交换后的烟气温度降至60℃，由烟囱21出口排入大气；经过热交换后的水温提升3℃～5℃，由换热器22的流体出口8(见图1)流入自来水加热器24，加热后水温升至50℃，可供给淋浴用户25洗浴。循环泵23再将少部分50℃的回水与补充10℃左右的自来水合并，送至全焊接板式烟气换热器22，吸收排烟热量后，再经自来水加热器24，加热至50℃洗浴水送至用户25。

为保护锅炉安全起见，仍应在全焊接板式烟气换热器22之前设置防爆门20。

如图5所示，全焊接板式烟气换热器22安装在热水锅炉19的尾部。燃烧天然气的燃烧器17，将热水锅炉19加热，热水锅炉19的排烟温度160℃，改为通过新增加的烟气旁路，将烟气全部通过全焊接板式烟气换热器22，如图3所示，高温烟气流经凸槽9顶部相对的宽流道15，冷水流经凹槽10底部相对的窄流道16进行热交换，经过热交换后的烟气降至46℃，由烟囱21出口排入大气；经过热交换后的水温提升3℃～5℃，由换热器22的流体出口8(见图1)流入自来水加热器24，加热后水温升至50℃，可供淋浴用户25洗浴。循环泵23，再将少部分50℃的回水与补充10℃左右的自来水合并，送至全焊接板式烟气换热器22，吸收排烟热量后，再经自来水加热器24，加热至50℃洗浴水送至用户25。

热水锅炉19的部分热水接入自来水加热器24，经加热换热后，与另一部分热水经供采暖系统27为采暖用户26供暖后，通过回采暖系统28的回水合并，再经加压后送入热水锅炉19继续加热。

为保护锅炉安全起见，仍应在全焊接板式烟气换热器22之前设置防爆门20。

如图4、图5所示，全焊接板式烟气换热器可以安装在锅炉尾部的烟气出口处使用，也可以安装在锅炉烟道的旁通烟道处使用；与高温烟气进行热交换的流体可以是水，也可以是其它液体或其它介质气体。因此，本实用新型用途广泛，凡是工作温度＜500℃的高温场合都可以使用。按锅炉类型分：热水锅炉、蒸汽锅炉；按锅炉用途分：生活用水、采暖、制冷；按余热回收分：燃汽轮机、燃气内燃机、锅炉尾部高温烟气余热回收都可以安装使用；也可以用于分布式能源、烟气回收器；还可以在化工厂、电厂、造纸厂、制药厂等工厂的空气、水冷却器上安装使用。

本实用新型结构紧凑、合理，占地面积小，安装、维护都很方便，运行可靠，节能效果显著，当年可收回投资成本。

Claims (2)

1.全焊接板式烟气换热器，包括板壳和板片，其特征在于：

板壳由受压板壳(1)、上圆下方板壳(2)和下圆上方板壳(3)组成；其中，板壳(1)为方筒形，其形状、大小与板片(4)组亦称板束组的形状、大小相同；板壳(2)的上圆口为烟气出口(6)，其直径与锅炉烟道或旁通烟道的直径相同，且相互连接，板壳(2)的下方口与板壳(1)的上方口形状、大小相同，且相互连接；板壳(3)的上方口与板壳(1)的下方口形状、大小相同，且相互连接，板壳(3)的下圆口为烟气入口(5)，其直径与锅炉尾部烟气出口或旁通烟道的直径相同，且相互连接；

板片(4)为不锈钢板，其上带有凸槽(9)和凹槽(10)，凸槽(9)的高度＞凹槽(10)的深度，两个板片(4)的纵向边缘相叠有纵向全焊接焊缝(11)，其中间部分以凸槽(9)的顶部与凸槽(9)的顶部相对作为支撑点，构成宽流道(15)；另两个板片(4)的横向边缘相叠有横向全焊接焊缝(12)，其中间部分以凹槽(10)的底部与凹槽(10)的底部相对作为支撑点，构成窄流道(16)；

一个宽流道(15)与一个窄流道(16)构成一个板束(14)，两个以上板束(14)构成板束组，通过连接板(13)固定在受压板壳(1)方筒内；板束组的侧上部设有流体入口(7)，板束组的侧下部设有流体出口(8)。

2.根据权利要求1所述全焊接板式烟气换热器，其特征在于：流体入口(7)和流体出口(8)的流体，可以是水，也可以是液体或介质气体。

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