一种膜式水冷壁复合回水冷凝式天然气热水锅炉

摘要

一种膜式水冷壁复合回水冷凝式天然气热水锅炉，集气罐与管道中的一次管网供水管（21）连接；管道中的一次管网回水管（20）的回水依次经过节能器的下集水集箱、下集箱、换热管Ⅰ、上集箱、上集水集箱、炉膛（5）的后膜式水冷壁、中隔墙膜式水冷壁、左膜式水冷壁、前膜式水冷壁、对流管束，最后汇集在上锅筒中；管道还包括二次管网回水管（22）、二次管网供水管（23），二次管网回水管的回水依次经过冷凝器的分水集箱（31）、换热管Ⅱ（32）、集水集箱（33）；集水集箱的一端与二次管网供水管连接，另一端封堵。本发明具有一定的通用性，能够提高锅炉的热量利用率，降低运行时的燃料成本，延长锅炉设备的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明涉及一种天然气热水锅炉，具体是一种膜式水冷壁复合回水冷凝式天然气热水锅炉，属于锅炉热量深度回收技术领域。

背景技术

冬天采暖用锅炉通常采用燃煤热水锅炉，但是由于燃煤热水锅炉的蒸吨较小，锅炉污染物排放难以达标，加之供暖锅炉一般都建设在城市内或城市周围，对市民的身体健康威胁较大，现在大量燃煤热水锅炉采用天然气锅炉取代，以减轻燃煤采暖对环境造成的污染。

传统天然气锅炉采用一次管网的回水与烟气逆流换热、一次管网回水温度不低于70℃，天然气锅炉排烟温度需要高于回水温度至少10~20℃，由于天然气锅炉排烟气温度较高，致使热效率较低；另外，天然气燃烧后有约18%的水蒸气在烟气中以气态方式排放，采用一次管网回水不能完全回收烟气中水蒸汽的汽化潜热，水蒸汽的汽化潜热随着烟气流失，造成能源浪费；加之天然气热水锅炉冬季采暖时锅炉长期低于额定负荷运行，尾部受热面也存在低温腐蚀的问题。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种膜式水冷壁复合回水冷凝式天然气热水锅炉，具有一定的通用性，提高锅炉的热量利用率，降低运行时的燃料成本，延长锅炉设备的使用寿命。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种膜式水冷壁复合回水冷凝式天然气热水锅炉，包括上锅筒、下锅筒、炉膛、转弯烟道、节能器、冷凝器、对流管束和管道，上锅筒上由左到右依次安装有安全阀、集气罐、管道的本体进水接管，集气罐与管道的一次管网供水管连接；管道的一次管网回水管的回水依次经过节能器的下集水集箱、下集箱、换热管Ⅰ、上集箱、上集水集箱、炉膛的后膜式水冷壁、中隔墙膜式水冷壁、左膜式水冷壁、前膜式水冷壁、对流管束，最后与上锅筒连通；对流管束的上端和上锅筒连接，下端和下锅筒连接，转弯烟道的一端和对流管束连接，另一端和节能器的烟气进口连接，节能器的烟气出口与冷凝器的烟气进口连接，冷凝器的烟气出口连接烟囱；侧壁由贴在上集箱、下集箱、换热管Ⅰ外侧的四块钢板围成；侧壁的一端和转弯烟道连接，另一端和冷凝器的侧板连接。

所述的管道还包括二次管网回水管、二次管网供水管，二次管网回水管的回水依次经过冷凝器的分水集箱、换热管Ⅱ、集水集箱；集水集箱的一端与二次管网供水管连接，另一端封堵。

后膜式水冷壁、中隔墙膜式水冷壁、左膜式水冷壁、前膜式水冷壁均由管子与扁钢焊接构成，且在膜式水冷壁外侧敷设保温棉。

换热管Ⅰ和换热管Ⅱ为螺旋翅片管。

节能器的换热管Ⅰ、换热管Ⅱ、侧板的材质为ND钢、考登钢或奥氏体不锈钢。

对流管束由至少一根光管组成，管组中管子的排列方式采用顺列。

转弯烟道是由四块钢板围成一个中空的方框结构，水平投影为90°的弯头。

左膜式水冷壁上设置有看火孔；在左膜式水冷壁的炉膛上方靠近炉膛出口位置安装有防爆门。

在燃烧器下方设置检修用的平台。

本发明通过采用一次管网回水管和二次管网回水管复合回水分级冷却烟气，一次管网回水管的回水温度不低于70℃、二次管网回水管的回水温度在40~50℃之间，一次管网回水管的回水进节能器与烟气逆流换热，使烟气冷却到80~120℃，二次管网回水管的回水进冷凝器再与烟气逆流换热，使烟气冷却到45~55℃，烟气中水蒸汽的露点为60℃，烟气中的水蒸汽有30~70%冷凝为液态水，因此烟气中的水蒸汽释放出大量的汽化潜热，每蒸吨锅炉比传统天然气锅炉节约6~15Nm³天然气，提高了锅炉的热效率，降低了运行时的燃料成本；炉膛采用膜式水冷壁结构，保温时可采用保温棉，保温工作量小，地基承载小，可以实现炉内正压强化燃烧，系统仅配置鼓风机，不配置引风机，减少电耗和初期投资成本；节能器和冷凝器与烟气接触的受热面和烟道壁温长期处于烟气露点温度以下，采用ND钢、考登钢或奥氏体不锈钢，可以有效减轻低温腐蚀，延长该低温受热设备的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1的俯视图；

图3是图2的A-A剖视图；

图4是图1的B-B剖视图。

图中：1、前下集箱，2、下锅筒，3、燃烧器，4、平台，5、炉膛，6、前膜式水冷壁， 7、前上集箱，8、上锅筒，9、安全阀，10、集气罐，11、本体进水接管，12、后上集箱，13、后膜式水冷壁，14、看火孔，15、后下集箱，16、转弯烟道，17、节能器，18、冷凝器，19、防爆门，20、一次管网回水管，21、一次管网供水管，22、二次管网回水管，23、二次管网供水管，24、上集水集箱，25、上集箱，26、换热管Ⅰ，27、下集箱，28、下集水集箱，29、支架Ⅰ，30、侧壁，31、分水集箱；32、换热管Ⅱ，33、集水集箱，34、支架Ⅱ；35、侧板；36、左膜式水冷壁；37、中隔墙膜式水冷壁；38、对流管束。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1至图4所示，本膜式水冷壁复合回水冷凝式天然气热水锅炉，包括上锅筒8、下锅筒2、炉膛5、转弯烟道16、节能器17、冷凝器18、对流管束38和管道，上锅筒8上由左到右依次安装有安全阀9、集气罐10、管道中的本体进水接管11，集气罐10与管道中的一次管网供水管21连接；管道中的一次管网回水管20的回水依次经过节能器17的下集水集箱28、下集箱27、换热管Ⅰ26、上集箱25、上集水集箱24、炉膛5的后膜式水冷壁13、中隔墙膜式水冷壁37、左膜式水冷壁36、前膜式水冷壁6、对流管束38，最后与上锅筒8连通；对流管束38的上端和上锅筒8连接，下端和下锅筒2连接；转弯烟道16的一端和对流管束38连接，另一端和节能器17的烟气进口连接，节能器17的烟气出口与冷凝器18的烟气进口连接，冷凝器18的烟气出口连接烟囱；侧壁30由贴在上集箱25、下集箱27、换热管Ⅰ26外侧的四块钢板围成；侧壁30的一端和转弯烟道16连接，另一端和冷凝器18的侧板35连接；炉膛5的前上集箱7、后上集箱12的一端分别与上锅筒8连接，另一端封堵；前下集箱1和后下集箱15的一端分别与下锅筒2连接，另一端封堵；前膜式水冷壁6的上端与前上集箱7连接，下端与前下集箱1连接；在前膜式水冷壁6上安装有燃烧器3；左膜式水冷壁36的上端与上锅筒8连接，下端与下锅筒2连接；后膜式水冷壁13的上端与后上集箱12连接，下端与后下集箱15连接；对流管束38由光管组成，每根管子的上端与上锅筒8连接，下端与下锅筒2连接；节能器17的上集水集箱24的一端与本体进水接管11连接，另一端封堵，上集水集箱24的侧面与若干上集箱25连接；下集水集箱28的一端与一次管网回水管20连接，另一端封堵，下集水集箱28的侧面与若干下集箱27连接；所述的上集水集箱24、下集水集箱28、上集箱25、下集箱27均为侧面开孔的直管；上集箱25的一端和上集水集箱24连接，另一端封堵；下集箱27的一端和下集水集箱28连接，另一端封堵；换热管Ⅰ26的上端和上集箱25连接，下端和下集箱27连接；支架Ⅰ29支撑在下集箱27的下方，另一端固定在地基上；侧壁30由贴在上集箱25、下集箱27、换热管Ⅰ26的外侧的四块钢板围成；侧壁30的一端和转弯烟道16连接，另一端和冷凝器18的侧板35连接；换热管Ⅱ32的一端与分水集箱31连接，另一端与集水集箱33连接；侧板35由四块钢板围成，一端与节能器17的侧壁30连接，另一端为烟气出口；换热管Ⅱ32支撑在支架Ⅱ34上，支架Ⅱ34固定在地基上。

管道还包括二次管网回水管22、二次管网供水管23，二次管网回水管22的回水依次经过冷凝器18的分水集箱31、换热管Ⅱ32、集水集箱33；集水集箱33的一端与二次管网供水管23连接，另一端封堵。

进一步，后膜式水冷壁13、中隔墙膜式水冷壁37、左膜式水冷壁36、前膜式水冷壁6均由管子与扁钢焊接构成，且在膜式水冷壁外侧敷设保温棉，可以对水冷壁进行保温，焊接后的膜式水冷壁可以有效的密封炉膛内的烟气。

炉膛5内采用正压燃烧方式，系统内可以仅配置鼓风机，也可以配置引风机，本发明优选的是炉膛5内采用正压燃烧方式，系统内可以仅配置鼓风机，也可以不配置引风机，强化炉内燃烧，为了降低系统电耗，减少电耗和初期投资成本。

换热管Ⅰ26和换热管Ⅱ32的形状不受限制，本发明优选为螺旋翅片管，增加了热能交换时的受热面积，减小了设备体积。

节能器17的换热管Ⅰ26、换热管Ⅱ32、侧板35的材质为ND钢、考登钢或奥氏体不锈钢，可以有效减轻低温腐蚀，延长该低温受热设备的使用寿命。

对流管束38由至少一根光管组成，管组中管子的排列方式一般采用顺列或者错列，本发明优选采用顺列方式，可以有效降低烟气阻力，减少鼓风机的电耗和降低天然气的供气压力。

转弯烟道16是由四块钢板围成一个中空的方框结构，水平投影为90°的弯头，有利于节能器17和冷凝器18 的布置，减小总体设备场地占用。

进一步，左膜式水冷壁36设置有看火孔14；在左膜式水冷壁36的炉膛上方靠近炉膛出口位置安装有防爆门19，看火孔可以方便观察到炉内燃烧情况，便于工作人员操控锅炉；防爆门的布置位置选取，防止其超温，同时便于泄漏烟气导到锅炉房外，确保工作人员的人身安全。

在燃烧器3下方设置检修用的平台4，便于锅炉燃烧操控和对燃烧器的修检。

工作原理：一次管网回水进入节能器17和二次管网回水进入冷凝器18的复合回水分级冷却烟气，一次管网回水温度为70~90℃，二次管网回水温度为35~45℃，一次管网的水与高温烟气通过换热管Ⅰ26、前膜式水冷壁6、后膜式水冷壁13、左膜式水冷壁36、中隔墙膜式水冷壁37、对流管束38进行逆流换热，使烟气冷却到80~120℃，二次管网回水与高温烟气通过冷凝器18的换热管Ⅱ32进行逆流换热，使烟气冷却到45~55℃。