CN102798215B - 一种具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉 - Google Patents

Abstract

一种具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，属于卧式燃煤锅炉技术领域，用于显著提高燃煤锅炉的热效率和烟气脱硫和除尘，其技术方案是：它增加了冷凝器、除尘室和烟道换热器，冷凝器是在炉体的顶部和两侧壁上有水套，水套中安装有多根冷凝管，冷凝管的进口与烟气出口相连接，冷凝管的出口通过烟道换热器与烟筒排烟口相连接，除尘室在换热室的后部的炉体内，除尘室内有脱硫水池、高压泵、喷管和喷嘴，烟道换热器安装在锅炉后壁最底部，对冷凝管排出的烟气进行二次换热。本发明将冷凝技术运用于燃煤锅炉中，使燃煤锅炉的热效率达到了传统理论不可想象的80%-95%的水平，可以大量节省煤炭资源，具有极为显著的经济效益和社会效益。

Description

一种具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉

技术领域

本发明涉及一种燃煤锅炉，特别是一种具有优良的热效率和脱硫、除尘功能的卧式燃煤锅炉，属于卧式燃煤锅炉技术领域。

背景技术

燃煤锅炉是供热和采暖设备，目前广泛使用在工业企业供热和农村供暖。经测算，一般的小型工业燃煤锅炉热效率在50-65％左右，一般民用采暖炉热效在25-32%左右。燃煤锅炉热效率低是长期以来存在的世界性难题，这是由燃煤锅炉的结构和燃烧方式所决定的。燃煤在锅炉中通过燃烧产生了大量烟气，锅炉烟气中的热能由显热和潜热两部分组成，通常炉膛内只利用了部分烟气的显热。传统的锅炉排烟温度一般高于150-350℃，烟气中的水蒸汽仍处于过热状态，不可能释放出汽化潜热，因此传统锅炉热效率一般只能达到50-65%左右。

在提高燃煤锅炉热效率的措施中，冷凝换热技术是非常有效的新技术。冷凝换热技术的原理是：有些燃料燃烧后烟气中水蒸汽的热焓量是很可观的，如果锅炉的排烟温度降到足够水平，烟气中呈过热状态的水蒸汽就会凝结成水而放出汽化潜热，并把这一部分热量用于锅炉，这就是冷凝式锅炉。很显然冷凝式锅炉在设计思想上与传统有很大不同，由于凝结成水的汽化潜热得已回收利用，又有烟气降温的显热也得已回收利用，锅炉热效率将大大提高，燃料消耗量大大减少，节约了能源。冷凝式锅炉可以把排烟温度降低到50-70℃，利用了烟气中的水蒸气的汽化潜热，使热效率提高到80-90%以上。在供暖、热水供应中广泛的使用冷凝式锅炉，将大大减少了燃料的消耗量。

传统的燃煤锅炉除了换热效率低以外，还有会排出污染物、破坏环境的缺点。在燃煤锅炉排出的烟气中，含有大量的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳以及其它有害化学物质，还有大量的粉煤灰，这些有害化学物质和烟尘对环境造成了污染，破坏了生态环境。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，这种锅炉采用先进的冷凝换热器技术，对锅炉烟囱尾汽进行冷凝换热，使外逸烟气有毒有害物体冷凝在逸出烟囱之前，使锅炉具有环保性能，既提高了热效率，又达到了环保排放要求。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，它的构成中包括炉体、燃烧室、换热室、炉篦、烟筒，其改进之处是，它还有冷凝器、除尘室，冷凝器是在炉体的顶部和两侧壁上有水套，水套中安装有多根冷凝管，冷凝管的进口与换热室后部的除尘室的烟气出口相连接，冷凝管的出口与烟筒排烟口相连接，除尘室在换热室的后部的炉体内，除尘室下部有脱硫水池，脱硫水池内有含石灰石粉的脱硫水，脱硫水池中安装耐高温的高压泵，除尘室上方有喷嘴，喷嘴通过喷管与高压泵相连接。

上述具有节能效果的和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，所述锅炉后壁底部安装有烟道换热器，烟道换热器为长方形盒体，烟道换热器的上端与烟筒的底部相连接，烟道换热器的后端有进风口，烟道换热器的前端通过送风管与锅炉底部炉排下部相连通，烟道换热器的腔体内排列有多根烟气换热管，烟气换热管的一端与冷凝器排烟口相连接，烟气换热管的另一端与烟筒的底部相连接，烟筒的底部安装有引风机。

上述具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，所述冷凝管为螺旋槽管，螺旋槽管的槽深h与螺旋槽管的螺旋槽节距t的比值h/t为0.05-0.075。

上述具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，所述冷凝器的炉体顶部和两侧壁水套中的冷凝管为单排或多排，每排冷凝管中有多根冷凝管平行排列。

上述具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，所述冷凝器的炉体顶部水套中的冷凝管进口与换热室后部的除尘室的烟气出口相连接，炉体顶部水套中的冷凝管出口与炉体两侧壁水套中的冷凝管进口相连接，炉体两侧壁水套中的冷凝管出口通过烟道换热器与烟筒排烟口相连接。

上述具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，所述锅炉后壁上安装有供水池，供水池内安装有供水管路和自动供水装置，供水池与除尘室的脱硫水位相通，自动供水装置处安装有一个水漂。

上述具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，所述锅炉后壁上安装有石灰石粉盒，石灰石粉盒下部有漏斗，漏斗下部管道与除尘室下部的脱硫水池相连通，漏斗下部有石灰石粉转子，石灰石粉转子与除尘室的脱硫水池的供水管路的水流转子固定在在同一个水平转轴上。

上述具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，所述除尘室的脱硫水池的底部为斜坡型，在斜坡的最底部有电动排污阀门，电动排污阀门与时间继电器相连接。

本发明的有益之处在于：

1.本发明采用冷凝换热技术，利用冷凝器吸收烟气中的余热，通过低于50°的循环回水，使烟气中的水蒸汽凝结放热，回收其汽化潜热，在降低排烟温度的同时将冷凝器中所吸收的热量传送到所加热的水中，以此提高热效率，经测试，热效率可达80%-95%。大大超过了国家标准。

2.本发明采用除尘室对高温烟气进行喷淋，一方面利用高温烟气使喷淋水产生高温蒸汽，高温蒸汽进入冷凝器进行汽化换热，提高热效率，另一方面利用含有石灰石粉的碱性喷淋水将高温烟气中的二氧化硫、二氧化氮、一氧化碳、粉煤灰等有害化学物质和烟尘沉降到脱硫水池中，避免这些有害化学物质和烟尘对环境的污染，保护了生态环境。

3．本发明在锅炉内设计除尘室，除了用脱硫水除尘、脱硫外，脱硫水还有两大功能，一个最大的功能就是，当经过脱硫的蒸汽在冷凝管内换热时，可充分保护冷凝管不受硫化物侵蚀，增加冷凝管使用寿命。第二个最大的功能是，当脱硫水对锅炉尾部的高达350°的高温烟气进行喷淋时，还能将烟气中的显热转化成潜热，使高温显热烟气瞬间变为高温蒸汽，高温蒸汽中的大量潜热，在冷凝管内经过两个回程的冷凝换热，潜热被冷凝管侧壁水吸收的热能被全部传热到水中，使锅炉烟气中的显热能被全部转化吸收，使锅炉烟气在排放时实现无化学物污染、无有效烟温损失。达到零排放。

4．本发明在锅炉后壁底部设计烟道换热器，使烟气在锅炉底部水温最低处排出，设计烟道换热器是为了适应我国锅炉取暖热水出口温度80℃回水温度60℃的采暖制式，由于此制式回水温度高于50℃，形不成露点温度，不能充分冷凝换热，影响换热效果。为了在烟气最后端将其中的残留温度全部吸收，在采暖温度采用上述制式的地区，设计安装烟道换热器。烟道换热器仍采用排管设计，管内为锅炉进风口，管侧为锅炉排风口。此种设计属于空气换热。利用冷凝过烟气余温加热进入炉膛前的氧气。增加炉膛内的氧气温度，可增加炉膛温度，使燃煤充分燃烧，同时降低了排烟温度。可实现最大效率利用能源。此时测试锅炉的排烟温度为30-50℃，热效率可达80%-95%。

5．本发明设计有两个冷凝器，可同时实现烟气与水、引风与排风两种换热方式中的，四种能量的互相转换能换热，可实现非常有效的提高锅炉热效率。

6．本发明的冷凝管采用螺旋槽管，螺旋槽管内的空气以及管外热水均受到螺旋槽的扰动，一方面是流体主流湍区流度加大，另一方面减薄了负面层层留底层厚使热阻减小，两者作用的结果，均强化了管子内外的传热。螺旋槽管的传热效果比光管提高约52%，壁温比光管增加约22.4°。螺旋槽管还具有抗积灰能力，烟气在管子内壁的螺旋槽流动时，以螺旋状态前进，这样既增加了烟气旋转运动，同时加大了对管壁的扰动，使烟气中挟带的飞灰不易沉寂下来。冷凝管采用螺旋槽管，在技术上是一个大飞跃。

7．本发明的供水、添加石灰粉、脱硫水池排污都采用自动控制装置，实现了加温、脱硫、除尘的自动一体化运行。

本发明突破了传统燃煤锅炉的技术观念，将冷凝技术运用于燃煤锅炉中，使燃煤锅炉的热效率达到了传统理论不可想象的水平，可以大量节省煤炭资源，具有极为显著的经济效益和社会效益。

本发明彻底解决了普通锅炉难以克服的诸多缺点，为现今国内外最先进、科学、合理、新颖、实用的以煤为燃料的冷凝式锅炉新技术，它与传统锅炉比较有绝对的经济性，冷凝式锅炉的推广和使用，必将会推动热工领域技术的发展。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是图1的左视图；

图3是图1的右视图。

图中标记如下：炉体1、清灰门2、加煤门3、清渣门4、炉篦5、燃烧室6、换热室7、烟筒8、冷凝器9、除尘室10、水套11、冷凝管12、脱硫水池13、高压泵14、喷嘴15、喷管16、石灰粉盒17、供水池18、电动排污阀门19、烟道换热器20、烟气换热管21、引风机22、进风口23、送风管24、检修门25。

具体实施方式：

本发明的冷凝式燃煤锅炉成中包括炉体1、清灰门2、加煤门3、清渣门4、炉篦5、燃烧室6、换热室7、烟筒8、冷凝器9和除尘室10。

图中显示，冷凝器9是在炉体1的顶部和两侧壁上有水套11，水套11中安装有多根冷凝管12，冷凝器9的炉体顶部水套11中的冷凝管12进口与换热室7后部的除尘室10的烟气出口相连接，炉体1顶部水套中的冷凝管12出口与炉体1两侧壁水套11中的冷凝管12进口相连接，炉体1两侧壁水套11中的冷凝管12出口与烟筒8排烟口相连接。在冷凝器9的顶部前端和两侧壁的的前端都设计有检修门25，以便对冷凝管12进行保养和维修。

冷凝器9管道是直排的，首先将高温烟气在卧式锅炉圆形的脊背上的冷凝管12内完成第一换热回程；再沿着镶嵌在卧式锅炉的两边的冷凝管12内完成第二回程，此种设计属于背湿式。冷凝管12的设计则根据锅炉的排风量和换热面积计算，从几吨至几十吨的卧式锅炉均可按此原理设计，锅炉顶部的冷凝管12可设计为多排，锅炉两侧的冷凝管12也可设计为多排，此种设计适用于大小各种吨位的热水锅炉；硫化床，或机械化自动填煤锅炉。

图中显示，除尘室10在换热室7的后部的炉体内，除尘室10下部有高度500mm的脱硫水池13，脱硫水池13可以延伸到换热室7的下部。脱硫水池13内有含石灰石粉的脱硫水，脱硫水池13中安装高压泵14，除尘室10上方有喷嘴15，喷嘴15通过喷管16与高压泵14相连接。用高压泵14将脱硫水加压，用螺旋喷嘴15对高温烟气进行脱硫，此时高温烟气中的灰尘颗粒被水雾捕捉，和脱硫水一起落入设计在锅炉底部的脱硫水池13内，同时烟气中的硫化物被碱水脱硫。脱硫除尘后的高温烟气和脱硫水碰撞后，会形成蒸汽，蒸汽在引风机的引力下，进入锅炉顶部的冷凝管12内，经过一个回程，再返回进入锅炉两侧冷凝管12内，从锅炉后底部烟道处排出进入烟囱8。由于下层冷凝管12设计在锅炉两边水套11内，且在锅炉底部，水温低于50℃，在此回程内，蒸汽经过两个回程的冷凝换热，水蒸气变为冷凝水，被排出炉体1外。

图中显示，本发明在锅炉后壁底部安装了烟道换热器20，使烟气在锅炉底部水温最低处排出，设计烟道换热器20是为了适应我国锅炉取暖热水出口温度80°回水温度60°的采暖制式，由于此制式回水温度高于50°，形不成露点温度，不能充分冷凝换热，影响换热效果。为了在烟气最后端将其中的残留温度全部吸收，在采暖温度采用上述制式的地区，设计安装烟道换热器20。烟道换热器20仍采用排管设计，管内为锅炉进风口，管侧为锅炉排风口。此种设计属于空气换热。利用冷凝过烟气余温加热进入炉膛前的氧气。增加炉膛内的氧气温度，可增加炉膛温度，使燃煤充分燃烧，同时降低了排烟温度。可实现最大效率利用能源。此时测试锅炉的排烟温度为30/50°热效率可达80%-95%。

烟道换热器20为长方形盒体，烟道换热器20的上端与烟筒8的底部相连接，烟道换热器20的后端有进风口23，烟道换热器20的前端通过送风管24与锅炉底部炉排下部相连通。烟道换热器20的腔体内排列有多根烟气换热管21，烟气换热管21的一端与冷凝器排烟口相连接，烟气换热管21的另一端与烟筒8的底部相连接，烟筒8的底部安装有引风机22。

图中显示，冷凝管12为螺旋槽管，螺旋槽管是现有技术，但是从来没有在冷凝管12上采用过螺旋槽管，本发明采用螺旋槽管在技术上是一个大飞跃。

螺旋槽管内的空气以及管外热水均受到螺旋槽的扰动，一方面是流体主流湍区流度加大，另一方面减薄了负面层层留底层厚使热阻减小，两者作用的结果，均强化了管子内外的传热。螺旋槽管传热性能还与螺旋槽的节距t、槽深h和螺旋槽升角有关，相对参数h/t在0.05-0.075时传热系数较好，尤以h/t=0.06附近最佳。螺旋槽管的传热效果比光管提高约52%，壁温比光管增加约22.4°。螺旋槽管还具有抗积灰能力，烟气在管子内壁的螺旋槽流动时，以螺旋状态前进，这样既增加了烟气旋转运动，同时加大了对管壁的扰动，使烟气中挟带的飞灰不易沉寂下来。

图中显示，锅炉后壁上安装有石灰粉盒17，石灰粉盒17下部有漏斗，漏斗下部管道与脱硫水池13相连通，漏斗下部有石灰粉转子，石灰粉转子与除尘室10的脱硫水池13的供水管路的水流转子固定在在同一个水平转轴上。当供水管路供水时，水流推动水流转子转动，同时带动石灰粉转子转动，将漏斗下部的石灰粉拨到脱硫水池13中，形成自动添加自来水和石灰粉。自来水的加量和石灰粉的添加量成正比，脱硫水池13内石灰粉的浓度，根据测量排出烟气的化学含量，进行配比。

图中显示，锅炉后壁上安装有供水池18，供水池18有供水管路与除尘室10的脱硫水池13相连接，在供水池17内有水漂开启装置，水漂开启装置在水位下降的液位计设定的高度时，开启供水阀门供水。

图中显示，脱硫水池13的底部为斜坡型，在斜坡的最底部有电动排污阀门19，电动排污阀门19与时间继电器相连接，利用时间继电器控制电动排污阀门19。根据锅炉脱硫除尘水的浓度，制定排污时间，进行自动排污。

本发明由于烟气从冷凝管12内通过，方便脱硫、除尘，锅炉从此再不用另安装除尘器，可节约大量用于制作除尘器设备的材料、设备、电力。

本发明的一个实施例的参数如下：

设计为卧式反烧冷凝锅炉，额定热功率0.7吨，参考供热面积15000平方米。

外形尺寸：宽1000mm*高1350mm*长2108米，烟囱高度12米；

前炉膛：高1000mm，宽967mm，深800mm;

换热室：高1000mm，宽967mm，深500mm；

除尘室：高1000mm，宽967mm，深300mm;

前后烟道：宽102.5mm，深250 mm；

炉门为三个: 加煤门、清渣门、清灰门；

换热室有多根换热管，换热管直径为75mm；

冷凝管直径62.5mm，设计为两回程，第一回程长度1046mm，第二回程长度为1346mm，8根为一组，共使用28根冷凝管，冷凝管之间间隔12mm。

Claims (7)

1.一种具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，包括炉体（1）、燃烧室（6）、换热室（7）、炉篦（5）、烟筒（8），其特征在于：还有冷凝器（9）和除尘室（10），冷凝器（9）是设置在炉体（1）的顶部和两侧壁上的水套（11），水套（11）中安装有多根冷凝管（12），冷凝管（12）的进口与换热室（7）后部的除尘室（10）的烟气出口相连接，冷凝管（12）的出口与烟筒（8）排烟口相连接，除尘室（10）在换热室（7）的后部的炉体（1）内，除尘室（10）下部有脱硫水池（13），脱硫水池（13）内有含石灰石粉的脱硫水，脱硫水池（13）中安装耐高温高压泵（14），除尘室（10）上方有喷嘴（15），喷嘴（15）通过喷管（16）与耐高温高压泵（14）相连接；所述冷凝器（9）的炉体（1）顶部水套（11）中的冷凝管（12）进口与换热室（7）后部的除尘室（10）的烟气出口相连接，炉体（1）顶部水套（11）中的冷凝管（12）出口与炉体（1）两侧壁水套（11）中的冷凝管（12）进口相连接，炉体（1）两侧壁水套（11）中的冷凝管（12）出口通过烟道换热器（20）与烟筒（8）排烟口相连接。

2.根据权利要求1所述的具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，其特征在于：所述锅炉后壁底部安装有烟道换热器（20），烟道换热器（20）为长方形盒体，烟道换热器（20）的上端与烟筒（8）的底部相连接，烟道换热器（20）的后端有进风口（23），烟道换热器（20）的前端通过送风管（24）与锅炉底部炉排下部相连通，烟道换热器（20）的腔体内排列有多根烟气换热管（21），烟气换热管（21）的一端与冷凝器排烟口相连接，烟气换热管（21）的另一端与烟筒（8）的底部相连接，烟筒（8）的底部安装有引风机（22）。

3.根据权利要求2所述的具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，其特征在于：所述冷凝管（12）为螺旋槽管，螺旋槽管的槽深h与螺旋槽管的螺旋槽节距t的比值h/t为0.05-0.075。

4.根据权利要求3所述的具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，其特征在于：所述冷凝器（9）的炉体（1）顶部水套和炉体两侧壁水套（11）中的冷凝管（12）为单排或多排，每排冷凝管（12）中有多根冷凝管（12）平行排列。

5.根据权利要求4所述的具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，其特征在于：所述锅炉后壁上安装有供水池（18），供水池（18）内安装有供水管路和自动供水装置，供水管路与除尘室（10）的脱硫水池（13）相连接，自动供水装置处安装有一个水漂开启装置。

6.根据权利要求5所述的具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，其特征在于：所述锅炉后壁上安装有石灰粉盒（17），石灰粉盒（17）下部有漏斗，漏斗下部有石灰粉转子，石灰粉转子与除尘室（10）的脱硫水池（13）的供水管路的水流转子固定在在同一个水平转轴上。

7.根据权利要求6所述的具有节能效果和脱硫、除尘功能的冷凝式燃煤锅炉，其特征在于：所述除尘室（10）的脱硫水池（13）的底部为斜坡型，在斜坡的最底部有电动排污阀门（19），电动排污阀门（19）与时间继电器相连接。