CN104165455B - 一种水管式高温热水锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水管式高温热水锅炉，包括燃烧器（1）、炉膛（2）和管束部件区（3），燃烧器（1）设置在炉膛（2）的左端，管束部件区（3）设置在炉膛（2）的前方，炉膛（2）和管束部件区（3）通过烟气出口窗连通，管束部件区（3）包括高温管束区（301）和低温管束区（302），其特征在于：每个管束区均包括多排蛇形管，蛇形管的两端分别与相对应的管束区进口集箱和管束区出口集箱固定连接；低温管束区进口集箱（303）外端接回水，低温管束区出口集箱（304）外端连接炉膛（2）左端，高温管束区进口集箱（305）外端连接到炉膛（2）的左段，高温管束区出口集箱（306）外端连接到炉膛（2）的右端，炉膛（2）右段还设置有出水口（14）。
Description
技术领域
本发明属于高温热水锅炉技术领域，尤其是指进出口水的温差大于30℃的热水锅炉技术领域，具体涉及一种水管式高温热水锅炉。
背景技术
随着我国经济的不断高速发展，国民环保意识的提高，大型燃油燃气热水锅炉的需求也越来越大，且出水温度也越来越高。该类锅炉的主要应用场合罗列如下：
1、北方寒冷地区的采暖，一般单台锅炉的热功率在20MW以上，锅炉进水温度为70℃，出水温度一般要求不低于130℃。
2、燃机电厂为了保证燃机的出力，必须提高燃机入口处燃气的温度，一般要求燃气温度在200℃以上。因此需要对燃气进行加热，单台锅炉的热功率在10MW以上，锅炉进水温度为70℃，出水温度一般要求不低于150℃。
对于上述使用场合的热水锅炉，目前国内主要采用SZS型双锅筒结构型式，该型式锅炉的水循环主要以自然循环为主，局部结合直流锅炉型式进行水流分配。但存在以下几方面的问题：
1、由于各温度下热水的密度差别较小，自然水循环的流速较低，对于热负荷较大区域受热面容易产生过冷沸腾，从而造成受热面过热损坏。
2、对流管束区域的吸热主要是针对蒸汽的蒸发吸热，而对于热水锅炉来说吸热效果不明显，因此锅炉排烟温度偏高，一般在180℃左右，热损失大。
3、为了提高锅炉热效率，必须在锅炉尾部增设省煤器，占地面积大，投资增加。
4、锅炉水容积大，升温速度慢。
发明内容
为了克服上述存在的技术缺陷，本发明设计了一种水管式高温热水锅炉，其解决了上述所存在的问题。
为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下方案：
一种水管式高温热水锅炉，包括燃烧器（1）、炉膛（2）和管束部件区（3），燃烧器（1）设置在炉膛（2）的左端，管束部件区（3）设置在炉膛（2）的前方，炉膛（2）和管束部件区（3）通过烟气出口窗连通，管束部件区（3）包括高温管束区（301）和低温管束区（302），其特征在于：高温管束区（301）和低温管束区（302）依次水平布置，每个管束区均分布有多排蛇形管，蛇形管的两端分别与相对应的管束区进口集箱和管束区出口集箱固定连接；回水通过低温管束区进口集箱（303）进入低温管束区（302）的蛇形管与低温管束区（302）的烟气进行热交换后，再进入炉膛（2）左部的水管与炉膛内高温烟气进行热交换，然后再进入高温管束区（301）的蛇形管与高温管束区（301）的烟气进行热交换，然后进入炉膛（2）右部的水管与炉膛内高温烟气进行热交换，最后经出水口（14）排出。
进一步，每个管束区内，多排蛇形管水平层叠布置。
进一步，蛇形管由管子成180゜连续弯制而成。
进一步，前膜式水冷壁（201）、后膜式水冷壁（202）、左膜式水冷壁（203）和右膜式水冷壁（204）通过炉膛上集箱（4）和炉膛下集箱（5）连接在一起形成炉膛（2），燃烧器（1）水平安装在炉膛（2）的左膜式水冷壁（203）上；炉膛（2）内各膜式水冷壁上分布有多个回路的流程——上升水管（206）和下降水管（207）；上升水管（206）和下降水管（207）的上下两端分别和炉膛上集箱（4）和炉膛下集箱（5）连通，炉膛上集箱（4）和炉膛下集箱（5）的左端、中间左段、中间右段、右端之间依次分别设置有隔断。
进一步，炉膛（2）内的尾部还设置有多排尾部管束（205）。
进一步，低温管束区进口集箱（303）外端与回水管（6）连接，低温管束区出口集箱（304）外端通过低温管束出口管（7）、第一连接管（10）连接到炉膛（2）的炉膛上集箱（4）的左端；高温管束区进口集箱（305）外端通过高温管束入口管（8）、第二连接管（11）连接到炉膛（2）的炉膛上集箱（4）的中间左段，高温管束区出口集箱（306）外端通过高温管束出口管（9）、第三连接管（12）连接到炉膛上集箱（4）的右端，出水口（14）设置在炉膛上集箱（4）的中间右段。
进一步，在锅炉的右端还设置有防爆门（13）。
进一步，本锅炉采用强制水循环方式，对各区域的水流速度进行控制；炉膛（2）内热负荷大的区域下降水管（207）的水流速度控制在1.1m/s以上，上升水管（206）的水流速度控制在0.7m/s以上；炉膛（2）内其它区域的下降水管（207）水流速度控制在1m/s以上，上升水管（206）的水流速度控制在0.5m/s以上。
该水管式高温热水锅炉具有以下有益效果：
（1）本发明采用合理的水流分配和流程，确保了各受热面能得到充分冷却，从而确保锅炉安全可靠运行。
（2）本发明采用新的结构型式，在没有省煤器的情况下，锅炉排烟温度更低，锅炉热效率更高。
（3）本发明锅炉结构紧凑，体积小巧，占地面积小。
（4）本发明水容积小，升温速度快，减少备用热损失。
附图说明
图1：本发明水管式高温热水锅炉的主视图；
图2：本发明水管式高温热水锅炉的俯视图；
图3：本发明水管式高温热水锅炉的左视图（去掉燃烧器）；
图4：本发明水管式高温热水锅炉的炉膛内结构示意图（左视图）；
图5：本发明水管式高温热水锅炉的炉膛尾部管束示意图；
图6：本发明水管式高温热水锅炉的管束部件结构示意图；
图7：本发明水管式高温热水锅炉的锅炉热水强制循环示意图；
图8：本发明管束部件的蛇形管结构示意图。
附图标记说明：
1—燃烧器；2—炉膛；201—前膜式水冷壁；202—后膜式水冷壁；203—左膜式水冷壁；204—右膜式水冷壁；205—尾部管束；206—上升水管；207—下降水管；3—管束部件区；301—高温管束区；302—低温管束区；303—低温管束区进口集箱；304—低温管束区出口集箱；305—高温管束区进口集箱；306—高温管束区出口集箱；4—炉膛上集箱；5—炉膛下集箱；6—回水管；7—低温管束出口管；8—高温管束入口管；9—高温管束出口管；10—第一连接管；11—第二连接管；12—第三连接管；13—防爆门；14—出水口；15—疏水排污阀；16—排气阀。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明做进一步说明：
图1至图8示出了一种水管式高温热水锅炉，本锅炉采用水平布置方式的水管结构型式，包括燃烧器1、炉膛2和管束部件区3。燃烧器1设置在炉膛2的左端，管束部件区3设置在炉膛2的前方，炉膛2和管束部件区3通过烟气出口窗连通，在锅炉的右端还设置有防爆门13。炉膛2主要由前膜式水冷壁201、后膜式水冷壁202、左膜式水冷壁203和右膜式水冷壁204通过炉膛上集箱4和炉膛下集箱5连接而成，炉膛2内各膜式水冷壁上分布有多个回路的流程——上升水管206和下降水管207，如图4和图7所示，上升水管206和下降水管207的上下两端分别与炉膛上集箱4和炉膛下集箱5连通，炉膛上集箱4左端、中间左段、中间右段、右端之间依次设置有隔断，炉膛下集箱5的左端、中间左段、中间右段、右端之间也依次设置有隔断，炉膛2内尾部（右端）还设置有多排尾部管束205，如图5所示，多排尾部管束205可以确保炉膛2出口烟温控制在1000℃以下。燃烧器1水平安装在锅炉炉膛2的左膜式水冷壁203上，燃料在炉膛2内与空气充分混合燃烧，通过辐射传热给四周的膜式水冷壁，加热水冷壁内，即上升水管206和下降水管207内的炉水。
管束部件区3分成低温管束区302和高温管束区301两部分，高温管束区301和低温管束区302依次水平布置，如图6所示。每个管束区内设置有水平层叠的多排蛇形管，蛇形管结构如图8所示，蛇形管由管子成180゜连续弯制而成，并与相对应的管束区进出口集箱焊接连接。低温管束区进口集箱303外端与回水管6连接以便于回水进入低温管束区302，低温管束区出口集箱304外端与低温管束出口管7一端连接，低温管束出口管7的另一端通过第一连接管10连接到炉膛2的炉膛上集箱4的左端。高温管束区进口集箱305外端与高温管束入口管8一端连接，高温管束入口管8的另一端通过第二连接管11连接到炉膛2的炉膛上集箱4的中间左段，高温管束区出口集箱306外端连接高温管束出口管9的一端，高温管束出口管9的另一端通过第三连接管12连接到炉膛上集箱4的右端，在炉膛上集箱4的中间右段还设置有出水口14。炉膛出口的高温烟气先经过高温管束区301吸热冷却，然后经低温管束区302进一步冷却，可以确保最终排烟温度在140℃以下，甚至更低（可以达到100℃以下）。
工作时，燃料在炉膛2内与空气充分混合燃烧，通过辐射传热给四周的膜式水冷壁，加热水冷壁内的炉水。同时，高温烟气横向冲刷设置在炉膛2尾部的多排尾部管束205，烟温进一步降低至950℃左右，并经烟气出口窗输出进入管束部件区3。高温烟气横向冲刷高温管束区301的多排蛇形管束，烟温降低至300℃左右，然后横向冲刷低温管束区302的多排蛇形管束，烟温降至140℃以下，甚至更低（可以达到100℃以下）。烟气最终经烟道由烟囱排入大气。
而热水***的工作流程是：回水先经过回水管6进入低温管束区302的低温管束区进口集箱303，经低温管束区302的蛇形管束加热后由低温管束区出口集箱304排出进入低温管束出口管7，然后通过第一连接管10进入到炉膛2的炉膛上集箱4的左端，如图7所示，水流进入炉膛2左端的下降水管207，由炉膛下集箱5汇流后进入炉膛2中间左段的上升水管206，并经炉膛上集箱4汇流在炉膛上集箱4中间左段后排出，接着，通过第二连接管11、高温管束入口管8进入到高温管束区301的高温管束区进口集箱305，经高温管束区蛇形管束加热后由高温管束区出口集箱306排出，接着，通过高温管束出口管9、第三连接管12进入到炉膛上集箱4的右端，水流进入炉膛2右端的下降水管207，由炉膛下集箱5汇流后进入炉膛2中间右段的上升水管206，最后经炉膛上集箱4汇流在炉膛上集箱4中间右段后从出水口14输出满足参数要求的热水。
本发明提供了一种新的水管结构形式，取消了常规锅炉的对流管束，而采用一种新的蛇形管结构形式作为高温管束和低温管束，如图8所示。管束由多排管子成180゜连续弯制而成，并与进出口集箱焊接连接而成。这种新的管路结构形式使得本锅炉可采用强制水循环方式，对各区域的水流速度进行严格控制以确保锅炉安全，热负荷较大区域下降水管的水流速度控制在1.1m/s以上，上升水管的水流速度控制在0.7m/s以上；其它区域的下降水管水流速度控制在1m/s以上，上升水管的水流速度控制在0.5m/s以上。合理的流速安排可以确保锅炉各受热面不至于产生过冷沸腾，可以保证受热面的安全。对于额定热功率确定的锅炉，其水流量也是恒定的，因此当管束口径和数量确定后，其管束内的水流速度也是恒定的，因此能确保锅炉良好的水循环，以及良好的传热效果。即使锅炉负荷发生变化，水流量相应变化，水的流速也可以计算得出，只要水流度高于最低流速，锅炉还是可以可靠运行的。而对于现有技术中自然循环的热水锅炉来说，水流动的动力是依靠水温产生的密度差，况且对流管束的数量也较多，水流速度也比较缓慢，因此当锅炉负荷变化时循环水量会发生变化，上升水管、下降水管的数量也会发生变化，锅炉水循环的可靠性不能得到很好的保证。
本发明高温管束和低温管束设计确定后，其烟气侧的流通截面也是固定的，烟气的额定流速也是固定的。炉膛出口烟气横向冲刷蛇形管束，烟气冲刷更充分，换热效果更好。水流和烟气成逆流布置方式。锅炉各位置的水流速度、烟气流速可以得到很好的控制，确保锅炉的安全可靠运行。而自然循环的热水锅炉，管束间距是变化的，烟气冲刷也不能确保完全；同时由于管内水流缓慢，换热相对较差，会出现局部过热引起的过冷沸腾等问题。
因此本发明结构简单，设计合理，不但为用户提供了高温热水，而且也改善了锅炉水循环，使产品更合理安全；锅炉效率更高，同时锅炉占地小也降低了用户的投资成本。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1. 一种水管式高温热水锅炉，包括燃烧器（1）、炉膛（2）和管束部件区（3），燃烧器（1）设置在炉膛（2）的左端，管束部件区（3）设置在炉膛（2）的前方，炉膛（2）和管束部件区（3）通过烟气出口窗连通，管束部件区（3）包括高温管束区（301）和低温管束区（302），其特征在于：高温管束区（301）和低温管束区（302）依次水平布置，每个管束区均分布有多排蛇形管，蛇形管的两端分别与相对应的管束区进口集箱和管束区出口集箱固定连接；回水通过低温管束区进口集箱（303）进入低温管束区（302）的蛇形管与低温管束区（302）的烟气进行热交换后，再进入炉膛（2）左部的水管与炉膛内高温烟气进行热交换，然后再进入高温管束区（301）的蛇形管与高温管束区（301）的烟气进行热交换，然后进入炉膛（2）右部的水管与炉膛内高温烟气进行热交换，最后经出水口（14）排出。
2.根据权利要求1所述的水管式高温热水锅炉，其特征在于：每个管束区内，多排蛇形管水平层叠布置。
3.根据权利要求1或2所述的水管式高温热水锅炉，其特征在于：前膜式水冷壁（201）、后膜式水冷壁（202）、左膜式水冷壁（203）和右膜式水冷壁（204）通过炉膛上集箱（4）和炉膛下集箱（5）连接在一起形成炉膛（2），燃烧器（1）水平安装在炉膛（2）的左膜式水冷壁（203）上；炉膛（2）内各膜式水冷壁上分布有多个回路的流程——上升水管（206）和下降水管（207）；上升水管（206）和下降水管（207）的上下两端分别和炉膛上集箱（4）和炉膛下集箱（5）连通，炉膛上集箱（4）和炉膛下集箱（5）的左端、中间左段、中间右段、右端之间依次分别设置有隔断。
4.根据权利要求3所述的水管式高温热水锅炉，其特征在于：炉膛（2）内的尾部还设置有多排尾部管束（205）。
5.根据权利要求3所述的水管式高温热水锅炉，其特征在于：低温管束区进口集箱（303）外端与回水管（6）连接，低温管束区出口集箱（304）外端通过低温管束出口管（7）、第一连接管（10）连接到炉膛（2）的炉膛上集箱（4）的左端；高温管束区进口集箱（305）外端通过高温管束入口管（8）、第二连接管（11）连接到炉膛（2）的炉膛上集箱（4）的中间左段，高温管束区出口集箱（306）外端通过高温管束出口管（9）、第三连接管（12）连接到炉膛上集箱（4）的右端，出水口（14）设置在炉膛上集箱（4）的中间右段。
6.根据权利要求4所述的水管式高温热水锅炉，其特征在于：低温管束区进口集箱（303）外端与回水管（6）连接，低温管束区出口集箱（304）外端通过低温管束出口管（7）、第一连接管（10）连接到炉膛（2）的炉膛上集箱（4）的左端；高温管束区进口集箱（305）外端通过高温管束入口管（8）、第二连接管（11）连接到炉膛（2）的炉膛上集箱（4）的中间左段，高温管束区出口集箱（306）外端通过高温管束出口管（9）、第三连接管（12）连接到炉膛上集箱（4）的右端，出水口（14）设置在炉膛上集箱（4）的中间右段。
7.根据权利要求1、2、4、5或6所述的水管式高温热水锅炉，其特征在于：在锅炉的右端还设置有防爆门（13）。
8.根据权利要求1、2、4、5或6所述的水管式高温热水锅炉，其特征在于：本锅炉采用强制水循环方式，对各区域的水流速度进行控制；炉膛（2）内热负荷大的区域下降水管（207）的水流速度控制在1.1m/s以上，上升水管（206）的水流速度控制在0.7m/s以上；炉膛（2）内其它区域的下降水管（207）水流速度控制在1m/s以上，上升水管（206）的水流速度控制在0.5m/s以上。
9.根据权利要求7所述的水管式高温热水锅炉，其特征在于：本锅炉采用强制水循环方式，对各区域的水流速度进行控制；炉膛（2）内热负荷大的区域下降水管（207）的水流速度控制在1.1m/s以上，上升水管（206）的水流速度控制在0.7m/s以上；炉膛（2）内其它区域的下降水管（207）水流速度控制在1m/s以上，上升水管（206）的水流速度控制在0.5m/s以上。
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2014
- 2014-08-12 CN CN201410392906.2A patent/CN104165455B/zh active Active
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Denomination of invention: Water pipe type high temperature water boiler Effective date of registration: 20190306 Granted publication date: 20161207 Pledgee: China Everbright Bank Limited by Share Ltd. Hangzhou Yuhang sub branch Pledgor: HANGZHOU RUNPAQ ENERGY EQUIPMENT Co.,Ltd. Registration number: 2019330000062 |
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