一种用于蒸汽锅炉的全预混冷凝燃烧换热装置的制作方法

1.本发明涉及蒸汽锅炉技术领域，特别涉及一种用于蒸汽锅炉的全预混冷凝燃烧换热装置。


背景技术：

2.蒸汽锅炉指的是生产蒸汽的锅炉设备。蒸汽锅炉的燃烧温度较高，因此排出的烟气相较于常规锅炉高，一般可达200℃以上，烟气中水蒸气潜热得不到充分利用。因此，市面推出了冷凝式锅炉，其通过热能利用设备将排烟温度降到烟气露点温度(或水露点)以下，以提高能量利用效率。
3.目前市场上冷凝锅炉的结构形式主要有分离式和整体式两种形式。前者是在常规锅炉后加装冷凝段换热器，冷凝率低，锅炉整体热效率提高小；后者是将常规锅炉和冷凝换热器设计为整体结构，一般是通过单通道一体式的换热盘管缠绕组成，其结构复杂，且换热盘管难以保证加工精度，制造工艺复杂，整体笨重，成本高。
4.汽锅炉的燃烧换热装置一般为倒置竖式结构设置，由上至下依次布置有进风口、燃烧器、换热器及出风口。与竖式燃烧换热装置对应设置的换热管路，进水口设置在下方，蒸汽出口设置在上分，由下至上迂回盘绕设置，以通过液态的填充效果，使未气化的液态水可有效填充在换热管路内。
5.液态水在换热管路内前行的过程中，由液态转化为半液态半水汽混合状态，进而转化为水蒸气从蒸汽出口送出。但是，在倒置竖式结构的燃烧换热装置中，换热管路位于靠近换热器顶部靠近燃烧器的高温区域，该区域的温度达到1000至1300℃，在运行过程中，会产生水汽回流的现象，当水蒸气回流至高温区域时，换热管路在1000至1300℃高温环境下与水蒸气接触，容易产生锈蚀或破裂现象，导致蒸汽锅炉损坏，使用寿命短。


技术实现要素：

6.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种用于蒸汽锅炉的全预混冷凝燃烧换热装置。
7.本发明的一种实施例解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于蒸汽锅炉的全预混冷凝燃烧换热装置，包括：封装基壳、燃烧器、高温热交换模块、过热热交换模块、冷凝热交换模块及蒸汽换热管路；
8.所述封装基壳开设有进风口和出风口，所述燃烧器、高温热交换模块、过热热交换模块和冷凝热交换模块在进风口朝出风口的路径上依次设置于所述封装基壳内；
9.所述蒸汽换热管路包括有依次连通的冷凝换热段、流体换热段、高温换热段、外置蒸汽连接段及过热蒸汽段；所述冷凝换热段设置于所述冷凝热交换模块；所述流体换热段和过热蒸汽段设置于所述过热热交换模块，且相互独立；所述高温换热段设置于所述高温热交换模块。
10.可选的，所述外置蒸汽连接段设置有压强变动件；所述压强变动件可使外置蒸汽
连接段分隔为前后两段压强不同的蒸汽通道。
11.可选的，所述压强变动件为固定在所述外置蒸汽连接段内的压强调节片；所述压强调节片外缘固定于所述外置蒸汽连接段内；所述压强调节片的中部设有收束孔，所述收束孔的孔径小于所述外置蒸汽连接段的孔径。
12.可选的，所述过热热交换模块包括流体过热区和蒸汽过热区；所述流体换热段设置于所述流体过热区，所述过热蒸汽段设置于所述蒸汽过热区；所述流体过热区靠近所述高温热交换模块设置，所述蒸汽过热区设置于所述流体过热区远离所述高温热交换模块的一侧。
13.可选的，所述冷凝热交换模块包括若干个冷凝换热管、两个冷凝夹板、冷凝回转连接组件、冷凝输入接口及冷凝输出接口；
14.两个所述冷凝夹板间隔设置，并形成有冷凝换热区；若干个所述冷凝换热管的两端分别安装在一个所述冷凝夹板；相邻两个冷凝换热管通过冷凝回转连接组件连通，并形成连贯的所述冷凝换热段；所述冷凝换热段连接有所述冷凝输入接口和冷凝输出接口。
15.可选的，若干个所述冷凝换热管呈格栅结构，间隔排列有若干个横行及若干个竖列；
16.所述冷凝回转连接组件分设有冷凝横向连通组件和冷凝竖向连通组件；所述冷凝横向连通组件可使同一横行的相邻两个冷凝换热管位于同一冷凝夹板的一端连通；所述冷凝竖向连通组件可使同一竖列的相邻两个冷凝换热管位于同一冷凝夹板的一端连通。
17.可选的，所述过热热交换模块包括若干个过热换热管、两个过热回转连接组件、流体过热输入接口、流体过热输出接口、蒸汽过热输入接口、蒸汽过热输出接口；
18.两个所述过热回转连接组件间隔设置，若干个所述过热换热管的两端分别安装在一个所述过热回转连接组件；所述过热回转连接组件设有若干个过热回转连接腔，相邻两个过热换热管通过过热回转连接腔连通，可形成相互独立且连贯的所述流体换热段和过热蒸汽段；所述流体换热段连接有所述流体过热输入接口和流体过热输出接口；所述过热蒸汽段连接有所述蒸汽过热输入接口和蒸汽过热输出接口。
19.可选的，若干个所述过热换热管呈格栅结构，间隔排列有若干个横行及若干个竖列；
20.所述过热回转连接组件包括过热连接座、过热导流板及过热盲板；所述过热连接座呈竖向延伸设置，竖向设有若干个过热回转连接腔，所述过热换热管可伸入所述过热回转连接腔；所述过热连接座设有水平挡板筋，可阻隔竖向两个过热回转连接腔的连通；
21.若干个过热连接座并排设置，相邻两个过热连接座之间设置有所述过热导流板或过热盲板；所述过热盲板可阻隔横向两个过热回转连接腔的连通；所述过热导流板开设有过热横向导流孔，可使横向两个过热回转连接腔连通。
22.可选的，所述高温热交换模块包括若干个高温换热管、两个高温夹板组件、高温回转连接组件、高温输入接口及高温输出接口；
23.两个所述高温夹板组件间隔设置，若干个高温换热管的两端可分别安装在一个所述高温夹板组件；相邻两个高温换热管通过高温回转连接组件连通，并形成连贯的所述高温换热段；所述高温换热段连接有所述高温输入接口和高温输出接口。
24.可选的，所述蒸汽换热管路为扁管、圆管、矩形管或翅片管的一种或多种的组合。
25.本发明的有益效果：燃烧换热装置有封装基壳围设形成燃烧换热室，封装基壳开设有进风口和出风口，燃烧器、高温热交换模块、过热热交换模块和冷凝热交换模块在进风口朝出风口的路径上依次设置于所述封装基壳内。燃烧器燃烧产生的火焰，朝出风口方向形成温度区间逐渐递减的换热区域，高温火焰形成的热量大部分被靠近燃烧器的高温热交换模块和过热热交换模块所吸收，随后低温烟气立即进入冷凝热交换模块，进行冷凝预混加热，燃烧换热装置整体连贯紧凑、便于将燃烧器、高温热交换模块、过热热交换模块和冷凝热交换模块组合集成安装于封装基壳内，降低整体重量，结构紧凑，有效降低生产成本。
26.此外，蒸汽换热管路包括依次连通冷凝换热段、流体换热段、高温换热段、外置蒸汽连接段及过热蒸汽段；冷凝换热段在冷凝热交换模块处利用低温烟气进行预混换热，对内部液体进行初步加热；随后进入流体换热段，流体换热段设置于过热热交换模块，该区域的温度达到500至700℃范围，可对流体进行进一步的热交换，以提高液体整体温度；之后进入高温换热段，高温换热段设置于高温热交换模块，高温热交换模块靠近燃烧器设置，该区域温度达到1000至1300℃范围，是进行主要热交换的工作区，在高温换热段内，液体可大部分转化为蒸汽或半液态半水汽混合形态；随后，经过外置蒸汽连接段流动至过热蒸汽段，在过热蒸汽段内再次吸热完全转化为蒸汽，从而送出燃烧换热装置。本发明，蒸汽换热管路内蒸汽最终转化部位是末端的过热蒸汽段，对应的过热热交换模块区域的温度在500至700℃范围区间内，金属换热管在该环境温度区间内，相较于高温热交换模块的高温环境与水蒸气接触，具有更强的耐锈蚀耐破裂能力，从而有效降低燃烧换热装置损坏的现象，提高使用寿命。
27.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显和易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，做详细说明如下。
附图说明
28.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
29.图1为本发明其中一实施方式用于蒸汽锅炉的全预混冷凝燃烧换热装置的结构示意图；
30.图2为图1中燃烧换热装置拆除封装外壳后的结构示意图；
31.图3为图1中燃烧换热装置的正视图；
32.图4为图3中燃烧换热装置沿v1-v1的剖视图；
33.图5为图1中燃烧换热装置的侧视图；
34.图6为图5中燃烧换热装置沿v2-v2的剖视图；
35.图7为本发明其中一实施方式蒸汽换热管路的通道走向示意图；
36.图8为本发明其中一实施方式压强调节片的结构示意图；
37.图9为本发明其中一实施方式冷凝热交换模块的分解结构示意图；
38.图10为本发明其中一实施方式过热热交换模块的分解结构示意图；
39.图11为本发明其中一实施方式高温热交换模块的分解结构示意图。
40.主要元件符号说明：
41.100、封装基壳；200、燃烧器、300、高温热交换模块、310、高温换热管、320、高温夹
板组件、330、高温回转连接组件、331、高温回转连接腔；332、高温回转壳座；333、高温封板；340、高温输入接口、350、高温输出接口；400、过热热交换模块、410、流体过热区；420、蒸汽过热区；430、过热换热管、440、过热回转连接组件、441、过热回转连接腔；442、过热连接座、443、过热导流板、444、过热盲板；445、过热横向导流孔；446、水平挡板筋；450、流体过热输入接口、460、流体过热输出接口、470、蒸汽过热输入接口、480、蒸汽过热输出接口；500、冷凝热交换模块；510、冷凝换热管、520、冷凝夹板、530、冷凝回转连接组件、531、冷凝横向连通组件；532、冷凝竖向连通组件；533、冷凝连接壳壁；534、冷凝封板；535、双路连通回腔；536、冷凝管插接口；540、冷凝输入接口；550、冷凝输出接口；600、蒸汽换热管路；610、冷凝换热段、620、流体换热段、630、高温换热段、640、外置蒸汽连接段、650、过热蒸汽段；700、压强变动件；710、压强调节片；720、收束孔。
具体实施方式
42.本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。
43.在本发明的描述中，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
44.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.本发明中，除非另有明确的限定，“设置”、“安装”、“连接”等词语应做广义理解，例如，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连；可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，还可以是一体成型；可以是机械连接；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
46.实施例
47.参照图1至图11，本发明提出的一种用于蒸汽锅炉的全预混冷凝燃烧换热装置，包括：封装基壳100、燃烧器200、高温热交换模块300、过热热交换模块400、冷凝热交换模块500及蒸汽换热管路600；
48.封装基壳100开设有进风口和出风口，燃烧器200、高温热交换模块300、过热热交换模块400和冷凝热交换模块500在进风口朝出风口的路径上依次设置于封装基壳100内；
49.蒸汽换热管路600包括有依次连通的冷凝换热段610、流体换热段620、高温换热段630、外置蒸汽连接段640及过热蒸汽段650；冷凝换热段610设置于冷凝热交换模块500；流体换热段620和过热蒸汽段650设置于过热热交换模块400，且相互独立；高温换热段630设置于高温热交换模块300。
50.本发明中，燃烧换热装置有封装基壳100围设形成燃烧换热室，封装基壳100开设
有进风口和出风口，燃烧器200、高温热交换模块300、过热热交换模块400和冷凝热交换模块500在进风口朝出风口的路径上依次设置于封装基壳100内。燃烧器200燃烧产生的火焰，朝出风口方向形成温度区间逐渐递减的换热区域，高温火焰形成的热量大部分被靠近燃烧器200的高温热交换模块300和过热热交换模块400所吸收，随后低温烟气立即进入冷凝热交换模块500，进行冷凝预混加热，燃烧换热装置整体连贯紧凑、便于将燃烧器200、高温热交换模块300、过热热交换模块400和冷凝热交换模块500组合集成安装于封装基壳100内，降低整体重量，结构紧凑，有效降低生产成本。
51.此外，蒸汽换热管路600包括依次连通冷凝换热段610、流体换热段620、高温换热段630、外置蒸汽连接段640及过热蒸汽段650；冷凝换热段610在冷凝热交换模块500处利用低温烟气进行预混换热，对内部液体进行初步加热；随后进入流体换热段620，流体换热段620设置于过热热交换模块400，该区域的温度达到500至700℃范围，可对流体进行进一步的热交换，以提高液体整体温度；之后进入高温换热段630，高温换热段630设置于高温热交换模块300，高温热交换模块300靠近燃烧器200设置，该区域温度达到1000至1300℃范围，是进行主要热交换的工作区，在高温换热段630内，液体可大部分转化为蒸汽或半液态半水汽混合形态；随后，经过外置蒸汽连接段640流动至过热蒸汽段650，在过热蒸汽段650内再次吸热完全转化为蒸汽，从而送出燃烧换热装置。本发明，蒸汽换热管路600内蒸汽最终转化部位是末端的过热蒸汽段650，对应的过热热交换模块400区域的温度在500至700℃范围区间内，金属换热管在该环境温度区间内，相较于高温热交换模块300的高温环境与水蒸气接触，具有更强的耐锈蚀耐破裂能力，从而有效降低燃烧换热装置损坏的现象，提高使用寿命。
52.在本实施例中，外置蒸汽连接段640设置有压强变动件700；压强变动件700可使外置蒸汽连接段640分隔为前后两段压强不同的蒸汽通道。液态水或半液态半水汽混合形态在蒸汽换热管路600内的压强是大于气态蒸汽的，因此，当外置蒸汽连接段640被压强变动件700分隔为前后两端压强不同的蒸汽通道时，气态蒸汽会朝压强相对较小的蒸汽通道扩散。压强大的蒸汽通道处于靠近高温换热段630的一侧，压强小的蒸汽通道处于靠近过热蒸汽段650的一侧，从而使气态蒸汽朝过热蒸汽段650扩散，并有效防止过热蒸汽段650的蒸汽回流至高温换热段，避免高温换热段因回流蒸汽而腐蚀。
53.在本实施例中，进风口设主于封装基壳100的顶部、出风口设置于封装基壳100的底部，燃烧换热装置整体呈竖式倒置结构设置。
54.在一些实施例中，封装外壳内设置有隔热保温层结构，以使燃烧器200产生的热量可聚集在封装外壳内的燃烧换热室，避免外溢，提高能力利用率。
55.在一些实施例中，压强变动件700为可拆卸安装的可调式流量调整器。可调式流量调整器为对现有技术产品的直接应用，在此不再进行详细秒速。厂家通过流量调整器，可改变经过流量调整器后靠近过热蒸汽段650的半液态半水汽的流速，从而改变该侧的压强，以匹配不同燃料和使用环境进行调整。
56.在一些实施例中，为了避免用户误操作，压强变动件700为固定在外置蒸汽连接段640内的压强调节片710。
57.请参阅图8，具体的，压强调节片710外缘固定于外置蒸汽连接段640内；压强调节片710的中部设有收束孔720，收束孔720的孔径小于外置蒸汽连接段640的孔径。根据文丘
里效应，在外置蒸汽连接段640内受限流动的流体，在收束孔720通过缩小的过流断面时，流体出现流速增大的现象，其流速与过流断面成反比。而由伯努利定律知流速的增大伴随流体压力的降低，因此，在压强调节片710靠近过热蒸汽段650的一侧，压强会降低，气态蒸汽会朝外置蒸汽连接段640内压强相对较小的靠近过热蒸汽段650的一侧扩散流动，有效防止蒸汽回流至高温换热段。
58.在本实施例中，过热热交换模块400包括流体过热区410和蒸汽过热区420；流体换热段620设置于流体过热区410，过热蒸汽段650设置于蒸汽过热区420；流体过热区410靠近高温热交换模块300设置，蒸汽过热区420设置于流体过热区410远离高温热交换模块300的一侧。由于蒸汽过热区420相对流体过热区410更加远离燃烧器200，因此，蒸汽主要形成及填充的过热蒸汽段650所处的温度相对更低，因此过热蒸汽段650的金属换热管相对更加不易被腐蚀或产生破裂，从而有效降低燃烧换热装置损坏的现象，提高使用寿命。
59.请参阅图9，在一些实施例中，冷凝热交换模块500包括若干个冷凝换热管510、两个冷凝夹板520、冷凝回转连接组件530、冷凝输入接口540及冷凝输出接口550；两个冷凝夹板520间隔设置，并形成有冷凝换热区；若干个冷凝换热管510的两端分别安装在一个冷凝夹板520；相邻两个冷凝换热管510通过冷凝回转连接组件530连通，并形成连贯的冷凝换热段610；冷凝换热段610连接有冷凝输入接口540和冷凝输出接口550。通过分体设置的冷凝夹板520、冷凝换热管510及回转连接组件组成可与高温热交换模块300整体以及过热热交换模块400连贯的冷凝热交换模块500，结构简单紧凑，制造工艺简单便于加工，有效降低生产成本。
60.具体的，若干个冷凝换热管510呈格栅结构，间隔排列有若干个横行及若干个竖列；通过两个冷凝夹板520夹持固定的若干个冷凝换热管510形成格栅排列的结构，即使整体呈长方体结构，且又提供高热烟气穿设流动的空间，保证与冷凝换热管510接触换热的空间，整体结构简单紧凑，且便于与燃烧装置形成一连贯的整体。
61.进一步的，冷凝回转连接组件530分设有冷凝横向连通组件531和冷凝竖向连通组件532；冷凝横向连通组件531可使同一横行的相邻两个冷凝换热管510位于同一冷凝夹板520的一端连通；冷凝竖向连通组件532可使同一竖列的相邻两个冷凝换热管510位于同一冷凝夹板520的一端连通。通过搭配使用冷凝横向连通组件531和冷凝竖向连通组件532，即可使纵向及横向栅格排列的若干个冷凝换热管510两两连通，形成一完整单向连贯流通的冷凝换热通道。
62.在一些实施例中，冷凝回转连接组件530包括冷凝连接壳壁533及冷凝封板534；连接壳壁与封板围设形成有双路连通回腔535，冷凝换热管510的一端可伸入双路连通回腔535。
63.具体的，冷凝连接壳壁533开设冷凝管插接口536，冷凝换热管510的一端可连接于冷凝管插接口536。对于横向连通组件，冷凝管插接口536沿竖向间隔设置有两个；对于竖向连通组件，冷凝管插接口536沿竖向间隔设置有两个。
64.请参阅图10，在一些实施例中，过热热交换模块400包括若干个过热换热管430、两个过热回转连接组件440、流体过热输入接口450、流体过热输出接口460、蒸汽过热输入接口470、蒸汽过热输出接口480；两个过热回转连接组件440间隔设置，若干个过热换热管430的两端分别安装在一个过热回转连接组件440；过热回转连接组件440设有若干个过热回转
连接腔441，相邻两个过热换热管430通过过热回转连接腔441连通，可形成相互独立且连贯的流体换热段620和过热蒸汽段650；流体换热段620连接有流体过热输入接口450和流体过热输出接口460；过热蒸汽段650连接有蒸汽过热输入接口470和蒸汽过热输出接口480。与冷凝热交换模块500相似，过热热交换模块400，通过两个过热回转连接组件440使分体设置的若干个过热换热管430可形成单向流通且相互独立的流体换热段620和过热蒸汽段650，并且可与高温热交换模块300及冷凝热交换模块500搭配使用，结构简单紧凑。
65.在一些实施例中，与冷凝热交换模块500相似，若干个过热换热管430呈格栅结构，间隔排列有若干个横行及若干个竖列；即使整体呈长方体结构，且又提供高热烟气穿设流动的空间，保证与过热换热管430接触换热的空间。
66.在一些实施例中，过热回转连接组件440包括过热连接座442、过热导流板443及过热盲板444；过热连接座442呈竖向延伸设置，竖向设有若干个过热回转连接腔441，过热换热管430可伸入过热回转连接腔441；过热连接座442设有水平挡板筋446，可阻隔竖向两个过热回转连接腔441的连通；若干个过热连接座442并排设置，相邻两个过热连接座442之间设置有过热导流板443或过热盲板444；过热盲板444可阻隔横向两个过热回转连接腔441的连通；过热导流板443开设有过热横向导流孔445，可使横向两个过热回转连接腔441连通。通过搭配使用起横向阻断作用的盲板、横向导通作用的过热导流板443及竖向阻断作用的水平挡板筋446，可使两个过热回转连接腔441连通仅有在横向两个连通或竖向两个连通，从而形成往复迂回的流体换热段620或过热蒸汽段650。
67.请参阅图11，在一些实施例中，高温热交换模块300包括若干个高温换热管310、两个高温夹板组件320、高温回转连接组件330、高温输入接口340及高温输出接口350；两个高温夹板组件320间隔设置，若干个高温换热管310的两端可分别安装在一个高温夹板组件320；相邻两个高温换热管310通过高温回转连接组件330连通，并形成连贯的高温换热段630；高温换热段630连接有高温输入接口340和高温输出接口350。通过分体设置的高温夹板组件320、高温换热管310及高温回转连接组件330组成可与燃烧器200及过热热交换模块400连贯的呈长方体结构的高温热交换模块300，结构简单紧凑，制作工艺简单，便于加工。
68.具体的，高温回转连接组件330包括高温回转壳座332及高温封板333；高温回转壳座332与高温封板333围设形成若干个高温回转连接腔331；高温回转连接腔331可连接两个高温换热管310。
69.优选的，高温热交换模块300、过热热交换模块400及冷凝热交换模块500均通过分体设置的若干个零件组合形成长方体结构的整体模块，以便于搭配燃烧器200竖向倒置集成设置在封装基壳100内。
70.在本实施例中，根据燃烧换热装置的布置结构，和产品定位，蒸汽换热管路600为扁管、圆管、矩形管或翅片管的一种或多种的组合。
71.当然，本发明并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变形和替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。