一種新型整體冷凝鍋爐的製作方法

2023-09-23 02:27:10

專利名稱：一種新型整體冷凝鍋爐的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於熱能工程技術領域，特別涉及一種新型整體冷凝鍋爐。
背景技術：
開發新型天然氣利用熱能動力設備，需要在當前技術基礎上提高天然氣利用效率，主要從以下兩個方面著手一方面，進一步提高天然氣的燃燒效率，另一方面，當前天然氣利用設備的排煙溫度過高，還需要進一步降低，從而提高設備轉換效率。目前，戶用熱水供暖兩用熱水器/爐多採用大氣式或擴散式燃燒裝置，過量空氣係數高，燃燒效率低，NOx排放高；燃氣供暖熱水鍋爐的排煙溫度一般在150 180°C以上，工業蒸汽鍋爐的排煙溫度在200 260°C以上，燃氣蒸汽聯合循環的餘熱鍋爐的排煙溫度仍在180°C以上，油氣屬於 清潔能源，以上這些油氣利用裝置燃燒後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，同時也一定程度上加重了環境汙染。冷凝鍋爐採用高效燃燒技術，可以有效降低燃燒過量空氣係數，提高天然氣燃燒效率，降低NOx生成與排放，同時有利於煙氣中水蒸氣冷凝；採用煙氣熱能深度利用技術，可將設備排煙溫度降到煙氣露點溫度(或水露點)以下，不僅可以回收利用排煙中的顯熱，還可利用天然氣燃燒時產生的水蒸氣凝結時放出的大量汽化潛熱，節約能源，同時凝結液對煙氣中的C02，NOx, SOx等有害氣體還有一定的吸收作用，可以減少汙染氣體排放。本專利申請人之前申請的申請號為201110282129. 2的中國專利，冷凝鍋爐爐膛換熱空間與板翅換熱空間之間設置有爐膛下底板，冷凝鍋爐爐膛換熱空間與與板翅換熱空間通過下底板相通，這樣的結構不利於發揮全預混燃燒器輻射換熱能力強的優勢，另外在熱應力分布不均的情況下，底板易出現疲勞裂紋的危害，同時該專利中的煙管式結構，在進行防腐鍍膜時，煙板結構需先將銷釘板翅(或鑄造凸臺)側噴塗後，再焊接組成煙管結構，在焊接過程中有可能損壞防腐鍍膜，且該結構的加工製造難度大。

實用新型內容為了克服上述現有技術存在的缺點，本實用新型的目的在於提供一種新型整體冷凝鍋爐，有利於發揮全預混燃燒器輻射換熱能力強的優勢，同時解決了現有技術中換熱元件加工製造難度大的問題。為了達到上述目的，本實用新型所採用的技術方案是—種新型整體冷凝鍋爐，包括外殼1，外殼I下部設有轉彎煙室7，帶有冷凝液排出管8的冷凝液中和處理裝置9布置在轉彎煙室7下方，全預混無焰燃燒器3鍋爐上部的上頂板4上，全預混無焰燃燒器3下方為爐內換熱空間2，爐內換熱空間2下部布置一個以上的整體對流和凝結換熱的銷釘板翅水管式傳熱元件6，爐內換熱空間2的下方與所述轉彎煙室7的頂部相導通，所述外殼I內壁與爐內換熱空間2的外壁面、轉彎煙室7的頂部與爐內換熱空間2未導通的部分以及全預混無焰燃燒器3四周壁面形成的空腔構成水套5，銷釘板翅水管式傳熱元件6與水套5的左右兩側相導通。[0008]所述水套5內設置第一橫向隔板13和第二橫向隔板14。所述銷釘板翅水管式傳熱元件6包括頂部為上端板601、底部為下端板602、左側為左翅板603、右側為右翅板604焊接或鑄造而成的框架結構，一個以上的焊接銷釘或鑄造凸臺605叉排或順排地焊接或鑄造在左翅板603和右翅板604的外壁上，左翅板603和右翅板604之間還焊接有一個以上的拉撐杆606。所述上端板(601)和下端板(602)為平板兩端進行扳邊而成。當所述銷釘板翅水管式傳熱元件(6)為兩個或以上時，相鄰的銷釘板翅水管式傳熱元件(6)的焊接銷釘或鑄造凸臺(605)之間的間隙為2 3mm。所述的銷釘板翅水管式傳熱元件6的上端板601、下端板602、左翅板603、右翅板604和焊接銷釘或鑄造凸臺605用碳鋼輔以表面化學鍍膜或熱噴塗防腐處理材料，或者採用能抗硫酸露點腐蝕能力的Corten鋼、ND鋼、316L不鏽鋼、鋁合金或鈦合金材料。本實用新型和現有技術相比，具有如下優點I、採用銷釘板翅水管式傳熱元件，將冷凝鍋爐爐膛換熱空間與銷釘板翅換熱空間有機的結合為一個整體，從輻射換熱的角度上看，這種變化增大了煙氣輻射換熱空間的體積，從而增大了爐內輻射換熱有效輻射層厚度，能更加有利發揮全預混燃燒器輻射換熱能力強的優勢，強化了爐內換熱。2、將現有技術中爐內換熱空間與銷釘板翅水管式換熱空間之間設置的底板去掉，使爐內換熱空間與銷釘板翅水管式換熱空間結合為一個整體，這種結構上的改變消除了傳統的管板-煙管異型結構在高熱負荷作用下可能出現的煙管管段或管板的開裂現象，提高了整體結構運行的可靠性。3、採用銷釘板翅水管式換熱元件，可將換熱元件進行模塊化生產，製造加工難度小於傳統技術中的煙管式結構，在進行防腐鍍膜時，煙管式結構需先將銷釘板翅(或鑄造凸臺)側噴塗後，再焊接組成煙管結構，在焊接過程中有可能損壞防腐鍍膜，而水管式結構有效避免了這類問題。此外，採用模塊化生產，對於不同功率的鍋爐，在設計加工製造時均大大降低了勞動強度，提高了工作效率。4、採用銷釘板翅水管式換熱元件，對於冷凝鍋爐的維護，檢測也更為方便，在銷釘板翅水管式換熱元件需要更換時，只需將其拆下更換即可，有效降低了檢修和維護難度。5、銷釘板翅水管式換熱元件中銷釘或鑄造凸臺布置於翅板的外側，利於檢修和維護，製造工藝簡單，上下兩排及以上布置時，可以先流經下排銷釘板翅水管式換熱元件，然後流經上排，銷釘板翅水管式換熱元件進行串聯，提高管內工質水流速，改善最上排水管的冷卻條件，提高了鍋爐的運行可靠性，根除了過冷沸騰、管板裂紋等安全隱患的發生。6、具有整體對流和凝結換熱的銷釘板翅水管式傳熱元件的整體式冷凝鍋爐結構，銷釘板翅水管式傳熱元件是在方形水管外側焊接銷釘或鑄造凸臺，用以強化傳熱，採用鼓風式全預混無焰燃燒器於冷凝鍋爐上部爐膽進行輻射換熱，輻射換熱之後的高溫煙氣進入相鄰銷釘板翅水板式傳熱元件之間的焊接銷釘或鑄造凸臺空間及銷釘板翅水管式傳熱元件與相鄰水套壁面的空間進行顯熱對流換熱和潛熱凝結換熱，全預混無焰燃燒器可在極低的過量空氣係數下進行全預混無焰燃燒，不凝結氣體減少，NOx生成量極少；方形水管外側的焊接銷釘或鑄造凸臺深入到煙氣中心，將高溫煙氣分割成銷釘或凸臺間距形成的煙氣薄層，顯著削弱了不凝性氣體層對水蒸氣凝結換熱的阻礙，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的壁面上發生凝結，有效地擴大了凝結換熱面積；焊接銷釘或鑄 造凸臺直接插入煙氣主流溫度區，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；同時銷釘能夠有效地撕裂冷凝液膜，增強了煙氣中水蒸氣的冷凝換熱係數，在地板採暖30°C的回水溫度條件下，天然氣鍋爐的低位發熱值效率可達106%以上，大大提高了冷凝鍋爐的熱效率，同時，凝結液吸收了煙氣中的部分C02，NOx，SOx等有害氣體，有效減少了汙染物排放。

圖I為本實用新型的結構示意圖。圖2為本實用新型的整體對流和凝結換熱板銷釘板翅水管式傳熱元件的豎截面結構剖視圖。
具體實施方式
以下結合附圖對本實用新型作更詳細的說明。一種新型整體冷凝鍋爐，包括外殼1，外殼I下部設有轉彎煙室7，帶有冷凝液排出管8的冷凝液中和處理裝置9布置在轉彎煙室7下方，全預混無焰燃燒器3鍋爐上部的上頂板4上，全預混無焰燃燒器3下方為爐內換熱空間2，爐內換熱空間2下部布置一個以上的整體對流和凝結換熱的銷釘板翅水管式傳熱元件6，爐內換熱空間2的下方與所述轉彎煙室7的頂部相導通，所述外殼I內壁與爐內換熱空間2的外壁面、轉彎煙室7的頂部與爐內換熱空間2未導通的部分以及全預混無焰燃燒器3四周壁面形成的空腔構成水套5，銷釘板翅水管式傳熱元件6與水套5的左右兩側相導通，外殼I上部帶有與水套5相導通的熱水出口 11，外殼I下部帶有與水套5內部相導通的回水入口 12，水套5頂部通過通大氣管座15與外界導通。所述的水套5內設置第一橫向隔板13和第二橫向隔板14，所述的冷凝液中和處理裝置9能讓冷凝液通過鹼性物質進行中和，從而實現冷凝液的中性排放。如圖2所示，銷釘板翅水管式傳熱元件6包括頂部為上端板601、底部為下端板602、左側為左翅板603、右側為右翅板604焊接或鑄造而成的框架結構，上端板601和下端板602通過衝壓等加工方式加工為U型，不僅可有效減小採用矩形結構式煙氣在進入銷釘換熱空間前的紊亂造成煙氣分布不均勻現象，同時將上端板601與兩側翅板的焊點向非正對高溫煙氣來流部位移動，減小焊縫在熱載荷分布不均時出現疲勞裂縫的可能性。一個以上的焊接銷釘或鑄造凸臺605叉排或順排地焊接或鑄造在左翅板603和右翅板604的外壁上；兩個及以上的銷釘板翅水管式傳熱元件6並排安裝時，相鄰銷釘板翅水管式傳熱元件6的左翅板603和右翅板604上的焊接銷釘或鑄造凸臺605之間留有2 3mm的間隙，左翅板603和右翅板604之間還焊接有一個以上的拉撐杆606。銷釘板翅水管式傳熱元件上端板601、下端板602、左翅板603、右翅板604焊接銷釘或鑄造凸臺605用碳鋼輔以表面化學鍍膜或熱噴塗防腐處理材料，或者採用能抗硫酸露點腐蝕能力的Corten鋼、ND鋼、316L不鏽鋼、招合金或鈦合金材料。本實用新型的工作原理分為水流程和煙氣流程，其中水流程為鍋爐的回水經由回水入口 12進入水套5，被分配到水套空間和銷釘板翅水管式傳熱元件6內部空間進行加熱，在第一橫向隔板13和第二橫向隔板14的作用下在流通空間內完成往複流動，同時接受銷釘板翅水管式傳熱元件6和水套5壁面傳遞的熱量被不斷加熱，隨後流進水套5上部空間接受高溫煙氣輻射換熱，最後被加熱到額定的熱水溫度由熱水出口 11排出，供給用戶；煙氣流程為天然氣和空氣在全預混無焰燃燒器3中預混合後發生無焰燃燒並向爐內換熱空間2上部進行輻射換熱，熱量傳遞給爐內換熱空間2四周包覆的水套5 ;燃燒後的高溫煙氣流通進入爐內換熱空間2下部的銷釘板翅水管式換熱元件6安裝空間，高溫煙氣在一個以上銷釘板翅水管式換熱元件6外側進行整體對流和凝結換熱，在全預混無焰燃燒器3正對的銷釘板翅水管式換熱元件6上部，為了防止焊接銷釘或鑄造凸臺過熱損壞，入口處的焊接銷釘或鑄造凸臺高度比較小，相對焊接銷釘或鑄造凸臺605頂端以及焊接銷釘或鑄造凸臺605與水套壁面頂端的間隙比較大，高溫煙氣深入銷釘板翅水管式傳熱元件6後，煙溫迅速下降，銷釘板翅水管式傳熱元件6的中下部的焊接銷釘或鑄造凸臺605高度比較大，為了撕裂冷凝液膜的需要，相鄰的銷釘板翅水管式傳熱元件(6)的焊接銷釘或鑄造凸臺(605)之間的間隙為2 3_，隨著煙氣溫度的下降，I個以上的銷釘板翅水管式傳熱元件6中的左翅板、右翅板和一個以上的焊接銷釘或鑄造凸臺605的金屬壁面溫度降低到煙氣水露點之下，煙氣中的水蒸氣將在銷釘板翅水管式傳熱元件6中的左翅板、右翅板和一個以上的 焊接銷釘或鑄造凸臺605的表面上發生凝結換熱，換熱形式為整體對流和凝結換熱。整體對流和凝結換熱之後從爐內換熱空間2下部出煙口流出的煙氣隨後進入轉彎煙室7，從排煙出口 10排出通過煙囪排入大氣，冷凝液在重力作用下向下流動，連續不斷地受到焊接銷釘或鑄造凸臺的撕裂，強化了凝結換熱，同時，凝結液吸收了煙氣中的部分C02，NOx，SOx等有害氣體，不斷滴落到冷凝液中和處理裝置9，最後由冷凝液排出管8排出。
權利要求1.一種新型整體冷凝鍋爐，包括外殼(1)，外殼(I)下部設有轉彎煙室(7)，帶有冷凝液排出管(8)的冷凝液中和處理裝置(9)布置在轉彎煙室(7)下方，全預混無焰燃燒器(3)頂置於爐體上部的上頂板(4)上，全預混無焰燃燒器(3)下方為爐內爐內換熱空間(2)，一種新型整體冷凝鍋爐，其特徵在於爐內輻射換熱空間(2)下部布置一個以上的整體對流和凝結換熱的銷釘板翅水管式傳熱元件(6)，爐內換熱空間2的下方與所述轉彎煙室(7)的頂部相導通，所述外殼(I)內壁與爐內換熱空間(2)的外壁面、轉彎煙室(7)的頂部與爐內換熱空間(2)未導通的部分以及全預混無焰燃燒器(3)四周壁面形成的空腔構成水套(5)，銷釘板翅水管式傳熱元件￠)與水套(5)的左右兩側相導通。
2.根據權利要求I所述的新型整體冷凝鍋爐，其特徵在於所述水套(5)內設置第一橫向隔板(13)和第二橫向隔板(14)。
3.根據權利要求I或2所述的新型整體冷凝鍋爐，其特徵在於所述銷釘板翅水管式傳熱元件(6)包括頂部為上端板￠01)、底部為下端板￠02)、左側為左翅板￠03)、右側為右翅板(604)焊接或鑄造而成的框架結構，一個以上的焊接銷釘或鑄造凸臺(605)叉排或順排地焊接或鑄造在左翅板(603)和右翅板(604)的外壁上，左翅板(603)和右翅板(604)之間還焊接有一個以上的拉撐杆￠06)以滿足剛性要求。
4.根據權利要求3所述的新型整體冷凝鍋爐，其特徵在於所述上端板(601)和下端板(602)為平板兩端進行扳邊而成。
5.根據權利要求3所述的新型整體冷凝鍋爐，其特徵在於當所述銷釘板翅水管式傳熱元件(6)為兩個或以上時，相鄰的銷釘板翅水管式傳熱元件(6)的焊接銷釘或鑄造凸臺(605)之間的間隙為2 3mm。
6.根據權利要求3所述的新型整體冷凝鍋爐，其特徵在於所述上端板(601)、下端板(602)、左翅板(603)、右翅板(604)和焊接銷釘或鑄造凸臺(605)用碳鋼輔以表面化學鍍膜或熱噴塗防腐處理材料，或者採用能抗硫酸露點腐蝕能力的Corten鋼、ND鋼、316L不鏽鋼、鋁合金或鈦合金材料以增強材料抵抗煙氣中硫酸低溫腐蝕的能力。
專利摘要一種新型整體冷凝鍋爐，包括外殼，外殼下部設有轉彎煙室，帶有冷凝液排出管的冷凝液中和處理裝置布置在轉彎煙室下方，外殼內為爐內換熱空間，全預混無焰燃燒器頂置於爐體上部的上頂板上，爐內換熱空間下部布置一個以上的整體對流和凝結換熱的銷釘板翅水管式傳熱元件，煙氣橫向衝刷銷釘進行對流換熱和凝結換熱，通過熱傳導將熱量傳遞給銷釘板內的水工質水，銷釘板翅水管式傳熱元件的下方出口與轉彎煙室的頂部相導通，外殼內壁與爐內換熱空間外壁面、轉彎煙室頂部與爐內換熱空間未導通的部分以及全預混無焰燃燒器四周壁面形成的空腔構成水套；有利於發揮全預混燃燒器輻射換熱能力強的優勢，同時解決了換熱元件加工製造難度大的問題。
文檔編號F24H8/00GK202485212SQ20122009298
公開日2012年10月10日 申請日期2012年3月13日 優先權日2012年3月13日
發明者李鈺鑫, 王雲剛, 苟遠波, 趙欽新 申請人:西安交通大學