一种节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉

本发明属于燃气锅炉，具体涉及一种节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉。

背景技术：

1、锅炉冷凝器是一种安装在锅炉尾部烟道进行烟气冷凝降温的设备，目前常用缠绕翅片的换热管强化烟气侧与水之间的换热，达到烟气降温、预热给水的目的。空气预热器的主要作用是将锅炉排出烟气中的热量收集起来，传递给进入锅炉的空气，可以提高锅炉热效率，降低排烟温度。由于气体的换热能力较水来讲比较弱，所以对于空气预热器，烟气侧和空气侧均需要进行强化换热处理，如加装螺旋翅片。目前，锅炉的冷凝器和空气预热器等尾部受热面都外置于锅炉本体，造成整个锅炉体积庞大、结构不紧凑。

2、以浙江双峰锅炉制造有限公司申请的cn204285434u燃气锅炉节能装置为例，将节能器和冷凝器置于锅炉的侧边，节能器和冷凝器均采用螺旋鳍片管结构，虽然具有降低排烟温度、提高热效率的优势，但外置的节能器和冷凝器会占用一部分空间，结构并不紧凑。

技术实现思路

1、为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，将节能冷凝器和空气预热器结合成为一体并内置于锅炉本体，既可以深度回收烟气余热加热空气和给水，又可以使锅炉结构更加紧凑，减小锅炉整体体积。同时，气体和给水分别进入节能冷凝空预一体器的管侧和壳侧，只需对管内侧换热进行强化即可，避免了传统空气预热器需要同时对管内外两侧作强化换热处理过程。

2、为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，采用立式布置结构，包括上环形集箱、下环形集箱、锅炉壳体、节能冷凝空预一体器、燃烧器、烟囱；锅炉壳体的顶面与底面分别连接上环形集箱和下环形集箱，锅炉壳体、上环形集箱以及下环形集箱；炉膛连通节能冷凝空预一体器的烟气入口，节能冷凝空预一体器的烟气出口连通烟囱，燃烧器设置在炉膛一侧。

3、进一步的，燃烧器的入口处设置燃料进口区域，节能冷凝空预一体器的空气出口连通燃料进口区域，以燃料进口区域的中线对称布置两个燃烧器，两个燃烧器之间设置v型隔板，v型隔板与两个燃烧器分别形成预混气体流动方向上由宽到窄的流动空间；燃料进口区域设置节流孔板，v型隔板的前端为圆弧形。

4、进一步的，燃烧器采用陶瓷板燃烧器、水冷孔板燃烧器或鳍片管燃烧器；水冷孔板燃烧器采用一排光管焊接扁钢，扁钢上开有多个通孔，水冷孔板燃烧器的光管连通上环形集箱和下环形集箱；鳍片管燃烧器采用轧制成型的鳍片管采用凹凸嵌合的结构依次连接，鳍片管的鳍片上开有多个通孔；鳍片管连通上环形集箱和下环形集箱。

5、进一步的，所述烟囱位于锅炉外壳的一侧，与上环形集箱和下环形集箱的外边缘之间有空隙；烟气通道与下环形集箱的下边缘之间有空隙；节能冷凝空预一体器通过空气通道连通燃料进口区域，空气通道从节能冷凝空预一体器顶部穿过上环形集箱环空区域，从锅炉壳体外侧连接预混气体进口区域。

6、进一步的，烟气-水换热空间中设置多根烟管，烟气在管侧流动，水在壳侧流动，烟气-水换热空间中烟气自上向下流动，水自下向上流动；空气-水换热空间中设置多根空气管，空气在管侧流动，水在壳侧流动，空气-水换热空间中空气自下向上流动，水自下向上流动。

7、进一步的，节能冷凝空预一体器为筒形，包括上方进口区域、烟气-水-空气换热器和下方出口区域；上方进口区域的圆筒壁面与锅炉尾部上方开口区域相对的一侧上开有均匀的烟气孔；下方出口区域通过烟气通道与烟囱连通，烟管和空气管设置在烟气-水-空气换热器中，烟气-水-空气换热器为管壳式换热器；上方进口区域和下方出口区域均设置烟气-空气隔板，用于分隔烟气和空气；挡板位于烟管和空气管之间，烟气-水-空气换热器的上表面开有两个孔，与两个出水管相连，烟气-水-空气换热器的下表面开有一个孔，与进水管相连，出水管分别插入上环形集箱；进水管穿过烟气通道的壁面与外部水管通过法兰连接。

8、进一步的，节能冷凝空预一体器中设置上定位支撑结构和下定位支撑结构，上方进口区域通过上定位支撑结构与烟气-水-空气换热器顶部连接，烟气-水-空气换热器底部通过下定位支撑结构与下方出口区域连接，所述上定位支撑结构和下定位支撑结构均为法兰，或上定位支撑结构和下定位支撑结构分别为上圆盘和下圆盘。

9、进一步的，燃烧器的燃烧处烟气两侧设置水冷壁，水冷壁的两端分别连通上环形集箱和下环形集箱；炉膛中沿着烟气流向设置第一换热区和第二换热区，第一换热区和第二换热区中分别对应设置第一换热管束和第二换热管束，第一换热管束采用缩颈光管，沿着烟气流动方向呈环形分布，相邻两排的光管之间形成缝隙通道，烟气由缝隙通道流过，烟气与光管中的水进行换热；第二换热管束采用强化换热管束。

10、进一步的，第二换热管束为纵向矩形开孔翅片管，纵向矩形开孔翅片管包括一根基管和四个翅片，四个翅片由烟气流动方向上的前后两块扁钢以及侧面两块扁钢与基管焊接而成，基管为光滑圆管；分别在侧面两块扁钢上开设通孔，开孔位置在焊接区域外；开设两排通孔构成双排孔纵向矩形开孔翅片管，或开设一排通孔构成单排孔纵向矩形开孔翅片管。

11、进一步的，上环形集箱顶部设有蒸汽出口、安全阀、水位计接口、压力表或压力传感器，下环形集箱上有排污口和水位计接口；上环形集箱内部设置两层蒸汽隔板用于甩干蒸汽中的水分，换热管中的水与烟气换热汽化为水蒸气进入上环形集箱，水蒸气在第一层隔板的约束下从隔板开口处进入第一层隔板和第二层隔板形成的空间，之后在第一层隔板和第二层隔板的共同约束下沿着隔板流动，从隔板开口处进入顶部，最后从蒸汽出口流出。

12、与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

13、本发明的一种节能冷凝空预一体化内置于锅炉本体的立式燃气蒸汽锅炉将节能冷凝器和空气预热器组合为一体形成节能冷凝空预一体器，并内置于锅炉本体，节省了传统冷凝器和空气预热器外置于蒸汽锅炉所占用的空间。

14、进一步的，本发明的一种节能冷凝空预一体化内置于锅炉本体的立式燃气蒸汽锅炉采用纵向矩形开孔翅片管换热，并在两侧翅片上开孔，烟气既能冲刷后排管束的前面，又可以通过两侧翅片开孔冲刷后排管束的背面，整体结构简单，易于加工制造。

15、进一步的，本发明的节能冷凝空预一体器结构可拆卸，便于清理。

16、进一步的，本发明的一种节能冷凝空预一体化内置于锅炉本体的立式燃气蒸汽锅炉采用的节能冷凝空预一体器中只需对管内侧换热进行强化，避免了传统空气预热器需要同时对管内外两侧作强化换热处理的加工过程。

技术特征：

1.一种节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，采用立式布置结构，包括上环形集箱(2)、下环形集箱(9)、锅炉壳体、节能冷凝空预一体器、燃烧器、烟囱(8)；锅炉壳体的顶面与底面分别连接上环形集箱(2)和下环形集箱(9)，锅炉壳体、上环形集箱(2)以及下环形集箱(9所围成的环形空间为炉膛；炉膛连通节能冷凝空预一体器中设置烟气-水换热空间和空气-水换热空间，烟气-水换热空间和空气-水换热空间均设置有换热管束，所述节能冷凝空预一体器连接给水管道和上环形集箱(2)；炉膛连通节能冷凝空预一体器的烟气入口，节能冷凝空预一体器的烟气出口连通烟囱(8)，燃烧器设置在炉膛一侧。

2.根据权利要求1所述的节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，燃烧器的入口处设置燃料进口区域(1)，节能冷凝空预一体器的空气出口连通燃料进口区域(1)，以燃料进口区域(1)的中线对称布置两个燃烧器，两个燃烧器之间设置v型隔板(15)，v型隔板(15)与两个燃烧器分别形成预混气体流动方向上由宽到窄的流动空间；燃料进口区域(1)设置节流孔板(16)，v型隔板(15)的前端为圆弧形。

3.根据权利要求1所述的节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，燃烧器采用陶瓷板燃烧器(13)、水冷孔板燃烧器(36)或鳍片管燃烧器(37)；水冷孔板燃烧器(36)采用一排光管焊接扁钢，扁钢上开有多个通孔，水冷孔板燃烧器(36)的光管连通上环形集箱(2)和下环形集箱(9)；鳍片管燃烧器(37)采用轧制成型的鳍片管(371)，采用凹凸嵌合的结构依次连接，鳍片管的鳍片上开有多个通孔；鳍片管(371)连通上环形集箱(2)和下环形集箱(9)。

4.根据权利要求1所述的节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，所述烟囱(8)位于锅炉外壳(7)的一侧，与上环形集箱(2)和下环形集箱(9)的外边缘之间有空隙；烟气通道(11)与下环形集箱(9)的下边缘之间有空隙；节能冷凝空预一体器通过空气通道(40)连通燃料进口区域(1)，空气通道(40)从节能冷凝空预一体器顶部穿过上环形集箱(2)环空区域，从锅炉壳体外侧连接预混气体进口区域。

5.根据权利要求1所述的节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，烟气-水换热空间中设置多根烟管(32)，烟气在管侧流动，水在壳侧流动，烟气-水换热空间中烟气自上向下流动，水自下向上流动；空气-水换热空间中设置多根空气管(33)，空气在管侧流动，水在壳侧流动，空气-水换热空间中空气自下向上流动，水自下向上流动。

6.根据权利要求5所述的节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，节能冷凝空预一体器为筒形，包括上方进口区域(23)、烟气-水-空气换热器(24)和下方出口区域(25)；上方进口区域(23)的圆筒壁面与锅炉尾部上方开口区域相对的一侧上开有均匀的烟气孔(22)；下方出口区域(25)通过烟气通道(11)与烟囱(8)连通，烟管(32)和空气管(33)设置在烟气-水-空气换热器(24)中，烟气-水-空气换热器(24)为管壳式换热器；上方进口区域(23)和下方出口区域(25)均设置烟气-空气隔板(39)，用于分隔烟气和空气；挡板(31)位于烟管(32)和空气管(33)之间，烟气-水-空气换热器(24)的上表面开有两个孔，与两个出水管(26)相连，烟气-水-空气换热器(24)的下表面开有一个孔，与进水管(10)相连，出水管(26)分别插入上环形集箱(2)；进水管(10)穿过烟气通道(11)的壁面与外部水管通过法兰连接。

7.根据权利要求6所述的节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，节能冷凝空预一体器中设置上定位支撑结构(27)和下定位支撑结构(28)，上方进口区域(23)通过上定位支撑结构(27)与烟气-水-空气换热器(24)顶部连接，烟气-水-空气换热器(24)底部通过下定位支撑结构(28)与下方出口区域(25)连接，所述上定位支撑结构(27)和下定位支撑结构(28)均为法兰，或上定位支撑结构(27)和下定位支撑结构(28)分别为上圆盘和下圆盘。

8.根据权利要求1所述的节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，燃烧器的燃烧处烟气两侧设置水冷壁(17)，水冷壁(17)的两端分别连通上环形集箱(2)和下环形集箱(9)；炉膛中沿着烟气流向设置第一换热区(18)和第二换热区(19)，第一换热区(18)和第二换热区(19)中分别对应设置第一换热管束和第二换热管束，第一换热管束采用缩颈光管，沿着烟气流动方向呈环形分布，相邻两排的光管之间形成缝隙通道，烟气由缝隙通道流过，烟气与光管中的水进行换热；第二换热管束采用强化换热管束。

9.根据权利要求8所述的节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，第二换热管束为纵向矩形开孔翅片管，纵向矩形开孔翅片管包括一根基管(20)和四个翅片(21)，四个翅片(21)由烟气流动方向上的前后两块扁钢以及侧面两块扁钢与基管(20)焊接而成，基管(20)为光滑圆管；分别在侧面两块扁钢上开设通孔，开孔位置在焊接区域外；开设两排通孔构成双排孔纵向矩形开孔翅片管，或开设一排通孔构成单排孔纵向矩形开孔翅片管。

10.根据权利要求1所述的节能冷凝空预一体化内置于本体的立式燃气蒸汽锅炉，其特征在于，上环形集箱(2)顶部设有蒸汽出口(3)、安全阀(4)、水位计接口(5)、压力表或压力传感器(6)，下环形集箱(9)上有排污口和水位计接口；上环形集箱(2)内部设置两层蒸汽隔板(34)用于甩干蒸汽中的水分，换热管中的水与烟气换热汽化为水蒸气进入上环形集箱(2)，水蒸气在第一层隔板的约束下从隔板开口处进入第一层隔板和第二层隔板形成的空间，之后在第一层隔板和第二层隔板的共同约束下沿着隔板流动，从隔板开口处进入顶部，最后从蒸汽出口流出。

技术总结本发明公开了一种节能冷凝空预一体化内置于本体的燃气蒸汽锅炉，包括上环形集箱、下环形集箱、锅炉壳体、节能冷凝空预一体器、燃烧器、烟囱等。锅炉壳体的顶面与底面分别连接上环形集箱和下环形集箱，锅炉壳体以及上下环形集箱所围成的环形空间为炉膛。预混气体燃烧产生的高温烟气在炉膛中依次经过水冷壁换热区、光滑管束换热区和纵向矩形开孔翅片管换热区，之后进入节能冷凝空预一体器。节能冷凝空预一体器与炉膛连通，设置有烟气‑水换热空间和空气‑水换热空间，两空间均设置有换热管束。本发明将节能冷凝器和空气预热器结合成一体并内置于锅炉本体，既可以深度回收烟气余热加热给水和空气，又可以使锅炉结构更加紧凑，减小锅炉整体体积。技术研发人员：赵钦新,张浩远,邓世丰,邵怀爽受保护的技术使用者：西安交通大学技术研发日：技术公布日：2024/1/16