[實用新型]一種對流和凝結整體換熱的冷凝鍋爐

有效

• 申請號: 201120355901.4
• 申請日: 2011-09-21
• 公開（公告）號: CN202221159U
• 公開（公告）日: 2012-05-16
• 發明（設計）人: 趙欽新;茍遠波;姜薇薇;王云剛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F24H8/00
• 分類號: F24H8/00;F24H9/18;F24H9/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 弋才富

技術領域

本實用新型屬于熱能工程技術領域，特別涉及一種對流和凝結整體換熱的冷凝鍋爐。

背景技術

近年來我國為改善大氣環境，在大中型城市中實施煤改氣工程，使得天然氣在我國能源消費中所占的比例越來越大。2010年，天然氣在我國能源消費中所占的比例為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％，天然氣需求量將達到2037億m³，我國的能源特點是貧油少氣，油氣資源儲量嚴重不足，為滿足不斷增長的使用需求，需要進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略。

目前，常規利用天然氣的熱能動力設備，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一步提高，另一方面還需要進一步降低天然氣利用設備的排煙溫度，提高設備轉換效率。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℃以上；燃氣供暖熱水鍋爐的排煙溫度一般在150～180℃以上，工業蒸汽鍋爐的排煙溫度在200～260℃以上，燃氣蒸汽聯合循環的電鍋爐的排煙溫度仍在180℃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，同時也一定程度上加重了環境污染。

在天然氣利用設備系統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，同時設備的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潛熱，節約能源，同時凝結液對煙氣中的CO₂，NO_x，SO_x等有害氣體還有一定的吸收作用。因此，開發應用石油、天然氣冷凝鍋爐，是高效利用石油和天然氣，減少環境污染最有效的途徑之一。經市場調研發現，現有冷凝鍋爐結構存在以下不足：

(1)現有冷凝鍋爐是常規鍋爐對流換熱器尾部加裝冷凝換熱器，組成分離式冷凝鍋爐結構，但常規鍋爐煙氣的凝結換熱條件差，熱效率增加幅度小。

(2)現有分離式冷凝鍋爐配備的燃燒器仍然采用傳統的大氣式或擴散式燃燒裝置，過量空氣系數高，水露點低，限制了水蒸氣冷凝換熱的潛熱回收效率；同時傳統燃燒裝置燃燒時NOx排放量大，增加了對環境的污染。

(3)現有對流和凝結整體換熱的冷凝鍋爐系統多采用中空的無縫或有縫鋼管作為對流和冷凝傳熱元件，只在煙氣和金屬接觸的壁面上發生對流換熱和水蒸氣凝結換熱，傳熱元件中心的煙氣溫度很高，不可能實現煙氣流通截面上的整體對流和冷凝換熱效果，而發生凝結換熱后的金屬壁面，也沒有有效的措施撕裂冷凝液膜，致使膜狀凝結換熱效果差，冷凝鍋爐熱效率增加幅度有限。

發明內容

為了克服上述現有技術存在的不足，本實用新型的目的在于設計開發一種對流和凝結整體換熱的冷凝鍋爐，采用鼓風式全預混無焰燃燒器于上部爐膽進行輻射換熱，輻射換熱之后的高溫煙氣進入銷釘板翅式傳熱元件進行顯熱對流換熱和潛熱凝結換熱，燃燒器在極低的過量空氣系數下進行全預混無焰燃燒，不凝結氣體減少，NOx生成量極少；焊接或鑄造在平板上的銷釘或鑄造凸臺深入到煙氣中心，將高溫煙氣分割成銷釘或凸臺間煙氣薄層，有效地減小了從煙氣主流到壁面的溫度梯度，連續不斷地破壞壁面和煙氣中心的流動邊界層，強化了對流換熱，同時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系數，在地板采暖30℃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CO₂，NO_x，SO_x等有害氣體，有效減少了污染物排放。

為了達到上述目的，本實用新型所采用的技術方案是：