[發明專利]一種氣電耦合極限冷凝的鑄鋁硅鎂燃氣熱水爐

在審

• 申請號: 201811031429.1
• 申請日: 2018-09-05
• 公開（公告）號: CN108917174A
• 公開（公告）日: 2018-11-30
• 發明（設計）人: 趙欽新;桂雍;焦健;鄧世豐;王云剛;梁志遠
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: F24H4/02
• 分類號: F24H4/02;F24H8/00
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 何會俠

本發明公開了一種氣電耦合極限冷凝的鑄鋁硅鎂燃氣熱水爐，包括多個模塊化換熱爐片，通過管道連接多個模塊化換熱爐片與板式換熱器及熱泵形成供暖回路，管道連通由閥組控制；模塊化換熱爐片中針翅采用高低錯列布置，是多種截面形狀組合的翅片；采用輻射區分流水道結構避免過冷沸騰導致傳熱惡化現象；采用三維結構針翅、溝槽、斜肋及冷凝換熱區鈍體突起結構設計有效撕裂冷凝換熱區針翅及壁面液膜強化傳熱傳質性能；冷凝換熱區的四面體凸起有效撕裂壁面液膜并增大傳熱面積，對流換熱區的表面波紋處理增大換熱面積提高換熱系數；整體供暖系統采用氣電耦合形式，在高參數出、回水，高負荷條件下極限冷凝煙氣充分回收潛熱保證系統時刻擁有最高的熱效率。

技術領域

本發明屬于提高能量利用效率、節能環保的熱交換換熱器領域，具體涉及一種氣電耦合極限冷凝的鑄鋁硅鎂燃氣熱水爐。

背景技術

近年來，霧霾問題持續、頻發，北方供暖季間霧霾現象更為嚴重。為治理霧霾，保衛藍天，供暖行業提出了《北方地區冬季清潔取暖規劃2017-2021》，其中2019年清潔取暖率50％代替散燒煤0.74億噸，新增氣131億m³；2021年清潔取暖率70％代替散燒煤1.5億噸，新增氣278億m³；2021年供暖天然氣需求達641億m³以上等諸多要求。為達到規劃要求，采用商業燃氣采暖爐作為分布式供熱方式必不可少，商業燃氣采暖爐是將天然氣的化學能轉變成熱能實現采暖的供應終端，是分布式供熱的最好選擇。其技術核心是通過熱源、環境、建筑系統節能理念將天然氣進行超低氧、超低氮、超高效率燃燒后的煙氣進行超高效緊湊換熱并將排煙溫度降低到水露點溫度以下，實現系統深度動態節能減排。目前在售的商用燃氣采暖熱水爐已經實現NO_x排放小于30mg，同時鍋爐效率普遍在96％以上，采用商用燃氣采暖熱水爐供暖是一種極為清潔高效的方式。擁有超低氧、超低氮、超高燃燒效率、超高效換熱、超結構緊湊和超高熱效率等優勢標示著商用燃氣采暖熱水爐蘊藏著極其巨大的市場需求與發展前景。

商用燃氣采暖熱水爐主要采用鑄鐵模塊換熱器、焊接不銹鋼管換熱器、鑄鋁硅鎂合金模塊換熱器及全銅管換熱器形式。鑄鋁硅鎂合金不似共晶鑄鐵導熱系數較低，多回程大煙風阻力的設計且體積大顯笨重，全程無冷凝等特性，也沒有焊接不銹鋼管導熱系數低且焊接之后在冷凝水活性離子和焊接殘余應力的雙重作用會發生應力腐蝕開裂(SCC)等問題，價格也遠比導熱系數高的全銅管低廉。鑄鋁硅鎂合金商用燃氣采暖熱水爐采用鑄造的模塊化冷凝換熱器能有效地避免焊接工藝使用，兼具安裝方便，易于檢修，設計靈活等多種優勢。尤其是Cl^-離子含量小于100mg/L時，鑄鋁硅鎂合金具有較好的抗腐蝕能力，鑄鋁硅鎂合金導熱系數比較高，是不銹鋼的8倍，冷凝換熱器非常緊湊，顯著提高冷凝換熱系數，極大地減輕設備重量。這些優勢使得鑄鋁硅鎂商用燃氣采暖熱水爐在清潔供暖改造中獲得巨大的市場份額。

但目前在售的商用燃氣采暖熱水爐宣傳達到高于108％的超高效率均是在較低負荷(小于20％)下換熱器充分吸收煙氣中熱能時測得，但商用燃氣采暖熱水爐都是變負荷運行，隨著負荷的提高商用燃氣采暖熱水爐的熱效率逐漸降低，同時對于有較高的出水(80℃)、回水(60℃)溫度時，商用燃氣采暖熱水爐的熱效率都較為低下(～96％)。據統計，燃氣采暖每年消耗我國天然氣總量的17％，若采用本專利進行深度節能，克服高負荷極少潛熱利用的缺陷，若都實現煙氣的極限降溫每年可節約天然氣約50億m³，減少PM2.5排放4672噸，減少NO_x排放33340噸，節約天然氣直接經濟效益達150億元。同時商用燃氣采暖熱水爐結構設計上依舊存在諸多問題，首先典型的鑄鋁硅鎂換熱爐片通常具有下降水道結構，如荷蘭著名的鑄鋁硅鎂冷凝換熱器公司貝卡爾特的專利WO 2015/024712、WO2016/055392A1等，該結構易出現過冷沸騰導致傳熱惡化并由于氣泡擠壓產生噪音甚至破壞換熱器結構等不良現象，其次由于大多數商用燃氣采暖熱水爐在供暖季的冷凝潛熱吸收量極低，使得爐片采用單一的圓形截面針翅結構，而在采用熱泵輔助深度冷凝的超高效鑄鋁硅鎂燃氣采暖爐系統中冷凝換熱段的針翅結構需要作出相應的調整，有效撕裂壁面及針翅上的冷凝液膜以確保爐片高的傳熱傳質性能。