專利名稱：一種整體式冷凝鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于熱能工程技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種整體式冷凝鍋爐。
背景技術(shù)：
近年來我國為改善大氣環(huán)境，在大中型城市中實(shí)施煤改氣工程，使得天然氣在我國能源消費(fèi)中所占的比例越來越大。2010年，天然氣在我國能源消費(fèi)中所占的比例為 5. 3 %，未來20年天然氣需求增長速度將明顯超過煤炭和石油，到2020年將增至10 %，天然氣需求量將達(dá)到2037億m3，我國的能源特點(diǎn)是貧油少氣，油氣資源儲(chǔ)量嚴(yán)重不足，為滿足不斷增長的使用需求，需要進(jìn)口大量的石油和天然氣，更重要的是，石油、天然氣是清潔能源， 如何提高天然氣利用效率，減少石油、天然氣消耗是我國今后長期的國家戰(zhàn)略。目前，常規(guī)利用天然氣的熱能動(dòng)力設(shè)備，存在利用效率低的問題，一方面石油、天然氣的燃燒效率需要進(jìn)一步提高，另一方面還需要進(jìn)一步降低天然氣利用設(shè)備的排煙溫度，提高設(shè)備轉(zhuǎn)換效率。目前，戶用熱水供暖兩用熱水器/爐多采用大氣式或擴(kuò)散式燃燒裝置，燃燒效率低，NOx排放高，熱水器/爐的排煙溫度在120°C以上；燃?xì)夤┡療崴仩t的排煙溫度一般在150 180°C以上，工業(yè)蒸汽鍋爐的排煙溫度在200 260°C以上，燃?xì)庹羝?lián)合循環(huán)的電鍋爐的排煙溫度仍在180°C以上，以上這些油氣利用裝置燃燒后的煙氣熱能缺乏深度利用，造成石油、天然氣清潔能源的極大浪費(fèi)，同時(shí)也一定程度上加重了環(huán)境污
染 ο在天然氣利用設(shè)備系統(tǒng)中采用高效燃燒和煙氣深度利用的冷凝鍋爐，可以提高石油、天然氣燃燒效率、減少NOx排放，同時(shí)設(shè)備的排煙溫度降到煙氣露點(diǎn)溫度(或水露點(diǎn)) 以下，不僅可以回收利用排煙顯熱，還可利用天然氣燃燒時(shí)產(chǎn)生的水蒸氣凝結(jié)時(shí)放出的大量潛熱，節(jié)約能源，同時(shí)凝結(jié)液對(duì)煙氣中的C02，NOx, SOx等有害氣體還有一定的吸收作用。 因此，開發(fā)應(yīng)用石油、天然氣冷凝鍋爐，是高效利用石油和天然氣，減少環(huán)境污染最有效的途徑之一。經(jīng)市場(chǎng)調(diào)研發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有冷凝鍋爐結(jié)構(gòu)存在以下不足(1)現(xiàn)有冷凝鍋爐是常規(guī)鍋爐對(duì)流換熱器尾部加裝冷凝換熱器，組成分離式冷凝鍋爐結(jié)構(gòu)，但常規(guī)鍋爐煙氣的凝結(jié)換熱條件差，熱效率增加幅度小。(2)現(xiàn)有分離式冷凝鍋爐配備的燃燒器仍然采用傳統(tǒng)的大氣式或擴(kuò)散式燃燒裝置，過量空氣系數(shù)高，水露點(diǎn)低，限制了水蒸氣冷凝換熱的潛熱回收效率；同時(shí)傳統(tǒng)燃燒裝置燃燒時(shí)NOx排放量大，增加了對(duì)環(huán)境的污染。(3)現(xiàn)有整體式冷凝鍋爐系統(tǒng)多采用中空的無縫或有縫鋼管作為對(duì)流和冷凝傳熱元件，只在煙氣和金屬接觸的壁面上發(fā)生對(duì)流換熱和水蒸氣凝結(jié)換熱，傳熱元件中心的煙氣溫度很高，不可能實(shí)現(xiàn)煙氣流通截面上的整體對(duì)流和冷凝換熱效果，而發(fā)生凝結(jié)換熱后的金屬壁面，也沒有有效的措施撕裂冷凝液膜，致使膜狀凝結(jié)換熱效果差，冷凝鍋爐熱效率增加幅度有限
發(fā)明內(nèi)容
為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于設(shè)計(jì)開發(fā)一種整體式冷凝鍋爐，采用鼓風(fēng)式全預(yù)混無焰燃燒器于上部爐膽進(jìn)行輻射換熱，輻射換熱之后的高溫?zé)煔膺M(jìn)入銷釘板翅式傳熱元件進(jìn)行顯熱對(duì)流換熱和潛熱凝結(jié)換熱，燃燒器在極低的過量空氣系數(shù)下進(jìn)行全預(yù)混無焰燃燒，不凝結(jié)氣體減少，NOx生成量極少；焊接或鑄造在平板上的銷釘或鑄造凸臺(tái)深入到煙氣中心，將高溫?zé)煔夥指畛射N釘或凸臺(tái)間煙氣薄層，有效地減小了從煙氣主流到壁面的溫度梯度，連續(xù)不斷地破壞壁面和煙氣中心的流動(dòng)邊界層，強(qiáng)化了對(duì)流換熱，同時(shí)顯著削弱了不凝性氣體層對(duì)水蒸氣凝結(jié)換熱的阻礙，煙氣主流中的水蒸氣不必穿過較厚的不凝性氣體層即可在焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)的壁面上發(fā)生凝結(jié)，有效地?cái)U(kuò)大了凝結(jié)換熱面積；焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)直接插入煙氣主流溫度區(qū)，完全破壞了煙氣流通截面存在的從截面軸心到壁面主流溫度逐步降低的溫布分布模式，有效地減小了從煙氣主流到壁面的溫度梯度；同時(shí)銷釘能夠有效地撕裂冷凝液膜，增強(qiáng)了煙氣中水蒸氣的冷凝換熱系數(shù)， 在地板采暖30°C的回水溫度條件下，天然氣鍋爐的低位發(fā)熱值效率可達(dá)106%以上，大大提高了冷凝鍋爐的熱效率，同時(shí)，凝結(jié)液吸收了煙氣中的部分C02，N0X，SOx等有害氣體，有效減少了污染物排放。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種整體式冷凝鍋爐，包括由外殼4包繞的冷凝鍋爐，冷凝鍋爐的上方為爐膽2， 而全預(yù)混無焰燃燒器1頂置于爐膽2的上頂板3上，爐膽2的外壁和外殼4的內(nèi)壁之間包覆有水套5，爐膽2底部的下底板7同一個(gè)以上的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件8 的頂部相導(dǎo)通，板翅式傳熱元件8的底部與轉(zhuǎn)彎煙室11的頂部相導(dǎo)通，帶有冷凝液排出管 14的冷凝液中和處理裝置13布置在轉(zhuǎn)彎煙室11下方，轉(zhuǎn)彎煙室11的外側(cè)面帶有與之相導(dǎo)通的排煙出口 12，板翅式傳熱元件8外側(cè)設(shè)置有水空間9，水空間9的頂部與水套5左側(cè)底部的喉口 16相導(dǎo)通，而外殼4上部帶有與水套5相導(dǎo)通的熱水出口 6，外殼4下部帶有與水空間9內(nèi)部相導(dǎo)通的回水入口 10。所述的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件8和水空間9之間設(shè)置有第一橫向隔板15和第二橫向隔板17。所述的冷凝液中和處理裝置13能讓冷凝液通過堿性物質(zhì)進(jìn)行中和，從而實(shí)現(xiàn)冷凝液的中性排放。所述的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件8包括頂部為上翅板801、底部為底翅板802、左側(cè)為左平板804以及右側(cè)為右平板805焊接或鑄造而成的框架結(jié)構(gòu)，一個(gè)以上的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803叉排或順排地焊接或鑄造在上翅板801和底翅板802之上， 相鄰的上翅板801和底翅板802上的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803之間留有2 3mm的間隙， 上翅板801和底翅板802之間還焊接有一個(gè)以上的拉撐桿806。所述的上翅板801、底翅板802、焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803、左平板804、右平板805 以及拉撐桿806用碳鋼輔以表面化學(xué)鍍膜或熱噴涂防腐處理材料，或者采用能抗硫酸露點(diǎn)腐蝕能力的Corten鋼、ND鋼、316L不銹鋼、鋁合金或鈦合金材料。本發(fā)明設(shè)計(jì)一種具有整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件的整體式冷凝鍋爐結(jié)構(gòu)，由置于爐膽2的上頂板3上的全預(yù)混無焰燃燒器1、爐膽2、外殼4、板翅式傳熱元件8、 爐膽2外側(cè)的水套5、板翅式傳熱元件8外側(cè)的水空間9、轉(zhuǎn)彎煙室11以及冷凝液中和處理裝置13這些部分構(gòu)成，各部分有機(jī)構(gòu)成一個(gè)整體，避免了鍋爐主體與冷凝段分別設(shè)計(jì)安裝而造成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，有利于高溫?zé)煔獾恼w對(duì)流和凝結(jié)換熱和高冷凝率的實(shí)現(xiàn)，本技術(shù)方案中的板翅式傳熱元件8垂直布置，焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)直接插入煙氣主流溫度區(qū)，有效地減小了從煙氣主流到壁面的溫度梯度，連續(xù)不斷地破壞壁面和煙氣中心的流動(dòng)邊界層， 強(qiáng)化了對(duì)流換熱，凝結(jié)換熱形成的冷凝液受重力作用自然向下流動(dòng)，連續(xù)不斷地受到焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803的撕裂，強(qiáng)化了凝結(jié)換熱，同時(shí)，凝結(jié)液吸收了煙氣中的部分C02，NOx, SOx等有害氣體，有效減少了污染物排放。是一種結(jié)構(gòu)緊湊的、實(shí)現(xiàn)了單一換熱器的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的高效環(huán)保的整體式冷凝鍋爐結(jié)構(gòu)。


圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱板翅式傳熱元件的橫截面結(jié)構(gòu)剖視圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作更詳細(xì)的說明。如圖1所示，整體式冷凝鍋爐，包括由外殼4包繞的冷凝鍋爐，冷凝鍋爐的上方為爐膽2，而全預(yù)混無焰燃燒器1頂置于爐膽2的上頂板3上，爐膽2的外壁和外殼4的內(nèi)壁之間包覆有水套5，爐膽2底部的下底板7同一個(gè)以上的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件8的頂部相導(dǎo)通，板翅式傳熱元件8的底部與轉(zhuǎn)彎煙室11的頂部相導(dǎo)通，帶有冷凝液排出管14的冷凝液中和處理裝置13布置在轉(zhuǎn)彎煙室11下方，轉(zhuǎn)彎煙室11的外側(cè)面帶有與之相導(dǎo)通的排煙出口 12，板翅式傳熱元件8外側(cè)設(shè)置有水空間9，水空間9的頂部與水套 5左側(cè)底部的喉口 16相導(dǎo)通，而外殼4上部帶有與水套5相導(dǎo)通的熱水出口 6，外殼4下部帶有與水空間9內(nèi)部相導(dǎo)通的回水入口 10。所述的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件 8和水空間9之間設(shè)置有第一橫向隔板15和第二橫向隔板17，強(qiáng)迫水流沖刷爐膽2的下底板7，以避免下底板7發(fā)生過冷沸騰現(xiàn)象。所述的冷凝液中和處理裝置13能讓冷凝液通過堿性物質(zhì)進(jìn)行中和，從而實(shí)現(xiàn)冷凝液的中性排放。如圖2所示，所述的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件8包括頂部為上翅板 801、底部為底翅板802、左側(cè)為左平板804以及右側(cè)為右平板805焊接或鑄造而成的框架結(jié)構(gòu)，一個(gè)以上的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803叉排或順排地焊接或鑄造在上翅板801和底翅板 802之上，相鄰的上翅板801和底翅板802上的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803之間留有2 3mm 的間隙，翅板801和翅板802之間還焊接有一個(gè)以上的拉撐桿806。所述的上翅板801、底翅板802、焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803、左平板804、右平板805以及拉撐桿806用碳鋼輔以表面化學(xué)鍍膜或熱噴涂防腐處理材料，或者采用能抗硫酸露點(diǎn)腐蝕能力的Corten鋼、ND鋼、 316L不銹鋼、鋁合金或鈦合金材料。本發(fā)明的工作原理分成水流程和煙氣流程，其中水流程為鍋爐的回水經(jīng)由回水入口 10進(jìn)入板翅式傳熱元件8外側(cè)的水空間9，在第一橫向隔板15和第二橫向隔板17的作用下完成水的強(qiáng)制流動(dòng)，同時(shí)接受板翅式傳熱元件8傳遞的熱量被不斷加熱，隨后流經(jīng)水空間9的頂部與水套5左側(cè)底部的喉口 16進(jìn)入爐膽2外側(cè)的水套5被繼續(xù)加熱，最后被加熱到額定的熱水出口溫度由熱水出口 6排出，供給熱水用戶；而煙氣流程為燃料油或天然氣和空氣在燃燒器1中預(yù)混合后在板面18上發(fā)生無焰燃燒并向爐膽2進(jìn)行輻射換熱，熱量傳遞給爐膽2外壁和外殼4內(nèi)壁包覆的水套5 ；燃燒后的高溫?zé)煔饬魍ㄟM(jìn)入與爐膽2底部下底板7導(dǎo)通的一個(gè)以上的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件8，熱量傳遞給板翅式傳熱元件8外側(cè)的水空間9，高溫?zé)煔庠谝粋€(gè)以上板翅式傳熱元件8內(nèi)部進(jìn)行整體對(duì)流和凝結(jié)換熱，在爐膽2底部下底板7和板翅式傳熱元件8的高溫?zé)煔馊肟?，為了防止焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)過熱損壞，入口處的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)高度比較小，相對(duì)的上翅板801和底翅板802上焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803頂端的間隙比較大，高溫?zé)煔膺M(jìn)入板翅式傳熱元件8后， 煙溫迅速下降，板翅式傳熱元件8的中下部的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803高度比較大，但是為了撕裂冷凝液膜的需要，相對(duì)的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)的頂端留有2 3mm的合理間隙；隨著煙氣溫度的下降，1個(gè)以上的板翅式傳熱元件8中的內(nèi)板面和一個(gè)以上的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)的金屬壁面溫度降低到煙氣水露點(diǎn)之下，煙氣中的水蒸氣將在板翅式傳熱元件8中的內(nèi)板面和一個(gè)以上的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)803的表面上發(fā)生凝結(jié)換熱，換熱形式為整體對(duì)流和凝結(jié)換熱。整體對(duì)流和凝結(jié)換熱之后從板翅式傳熱元件8下部出煙口流出的煙氣隨后進(jìn)入轉(zhuǎn)彎煙室11，從排煙出口 12排出通過煙囪排入大氣，冷凝液在重力作用下向下流動(dòng)， 連續(xù)不斷地受到焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)的撕裂，強(qiáng)化了凝結(jié)換熱，同時(shí)，凝結(jié)液吸收了煙氣中的部分C02，N0X，SOx等有害氣體，不斷滴落到冷凝液中和處理裝置13，最后由冷凝液排出管 14排出。
權(quán)利要求
1.一種整體式冷凝鍋爐，包括由外殼(4)包繞的冷凝鍋爐，其特征在于冷凝鍋爐的上方為爐膽O)，而全預(yù)混無焰燃燒器(1)頂置于爐膽O)的上頂板(3)上，爐膽O)的外壁和外殼(4)的內(nèi)壁之間包覆有水套(5)，爐膽( 底部的下底板(7)同一個(gè)以上的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件(8)的頂部相導(dǎo)通，板翅式傳熱元件(8)的底部與轉(zhuǎn)彎煙室 (11)的頂部相導(dǎo)通，帶有冷凝液排出管(14)的冷凝液中和處理裝置(1 布置在轉(zhuǎn)彎煙室 (11)下方，轉(zhuǎn)彎煙室(11)的外側(cè)面帶有與之相導(dǎo)通的排煙出口(12)，板翅式傳熱元件(8) 外側(cè)設(shè)置有水空間(9)，水空間(9)的頂部與水套(5)左側(cè)底部的喉口(16)相導(dǎo)通，而外殼 (4)上部帶有與水套(5)相導(dǎo)通的熱水出口(6)，外殼4下部帶有與水空間(9)內(nèi)部相導(dǎo)通的回水入口(10)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體式冷凝鍋爐，其特征在于整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件(8)包括頂部為上翅板(801)、底部為底翅板(802)、左側(cè)為左平板(804)以及右側(cè)為右平板(80 焊接或鑄造而成的框架結(jié)構(gòu)，一個(gè)以上的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)(803) 叉排或順排地焊接或鑄造在上翅板(801)和底翅板(80 之上，相鄰的焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)(803)之間留有2 3mm的間隙，上翅板(801)和底翅板(802)之間還焊接有一個(gè)以上的拉撐桿806。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的整體式冷凝鍋爐，其特征在于所述的上翅板(801)、底翅板 (802)、焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)(803)、左平板(804)、右平板(805)以及拉撐桿(806)用碳鋼輔以表面化學(xué)鍍膜或熱噴涂防腐處理制成，或者采用能抗硫酸露點(diǎn)腐蝕能力的Corten鋼、 ND鋼、316L不銹鋼、鋁合金或鈦合金材料制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的整體式冷凝鍋爐，其特征在于所述的整體對(duì)流和凝結(jié)換熱的板翅式傳熱元件(8)和水空間(9)之間設(shè)置有第一橫向隔板(1 和第二橫向隔板(17)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的整體式冷凝鍋爐，其特征在于所述的冷凝液中和處理裝置(1 能讓冷凝液通過堿性物質(zhì)進(jìn)行中和，從而實(shí)現(xiàn)冷凝液的中性排放。
全文摘要
一種整體式冷凝鍋爐，利用燃用油氣燃料的全預(yù)混無焰燃燒器在爐膽中進(jìn)行輻射換熱，利用板翅式傳熱元件進(jìn)行整體對(duì)流和凝結(jié)換熱，焊接銷釘或鑄造凸臺(tái)直接插入煙氣主流溫度區(qū)，有效地減小了從煙氣主流到壁面的溫度梯度，連續(xù)不斷地破壞壁面和煙氣中心的流動(dòng)邊界層，強(qiáng)化了對(duì)流換熱；使凝結(jié)換熱從壁面擴(kuò)展到銷釘或鑄造凸臺(tái)的整個(gè)表面，有效地?cái)U(kuò)大了凝結(jié)換熱面積，同時(shí)，強(qiáng)化了煙氣中水蒸氣的冷凝換熱，大大提高了冷凝鍋爐整體對(duì)流和凝結(jié)換熱系數(shù)，同時(shí)，凝結(jié)液吸收了煙氣中的部分CO2，NOx，SOx等有害氣體，有效減少了污染物排放，該鍋爐結(jié)構(gòu)緊湊，對(duì)流和凝結(jié)整體換熱系數(shù)高，最大限度地提高了熱能轉(zhuǎn)換效率。
文檔編號(hào)F24H8/00GK102331085SQ201110282129
公開日2012年1月25日 申請(qǐng)日期2011年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月21日
發(fā)明者姜薇薇, 王云剛, 茍遠(yuǎn)波, 趙欽新 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)