一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉的制作方法

本实用新型涉及快组装锅炉，具体涉及一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉。

背景技术：

以WNS型燃油气锅炉、DZL型燃煤锅炉为代表的烟火管锅炉和以SZS型燃油气锅炉、SZL型燃煤锅炉为代表的水管锅炉作为小型锅炉（1-35吨/时）的主力炉型，凭借其炉型具有炉体紧凑、占地面积小、升压快等优点，一直是工业锅炉的主力军，特别是在国家节能减排的大形势下，近年来WNS型燃油气锅炉已经占领油气炉市场的80%以上。但快组装锅炉因结构原因存在着一些先天性的缺陷，其中，低温段对流受热面特别是烟火管锅炉二回程管束传热效果太差导致传热面利用率很低造成金属材料的浪费也为业界所诟病。

近年来，京津冀地区环保问题日渐严重，今年初，国家多部委又下发了2+26城市环保要求，把河北、河南、山西、山东的部分地区纳入了环北京大气污染治理的范围。由于30mg/Nm3低氮燃烧的需要，锅炉的燃烧室直径和长度均需要增加，炉膛的受热面积和吸热量当然也会增加，由于锅炉炉胆长度增加，第一、二回程烟管长度也会增加，整体锅炉的吸热量会增加20%左右。这样一来，锅炉本体的排烟温度就会大幅度降低，甚至到了基本等于炉水饱和温度的地步，也就是有相当部分烟管起不到有效的传热左右，只是起到烟道的烟气输送左右。虽然，我们也尝试采用减少烟管数量的做法，但是减少数量会带来烟气流速的提升和传热系数的升高，在设计的经济流速范围内，减少烟管数量带来的成效不大。也就是说，30mg/Nm3低氮燃烧要求，使得快组装锅炉低温管束传热效果太差的矛盾更加突出。

快组装锅炉第二管束传热效果太差的原因分析

我们以WNS型锅炉为例，根据对几种烟火管锅炉产品的热力计算结果（见附表1）对比分析，我们可以看到，第二回程烟管的单位受热面积吸热量只有第一回程烟管的10%左右，传热温差只有40℃左右。

附表1

传统烟火管锅炉第一、第二回程烟管均是在锅筒水面以下布置，烟气在烟管内以20m/s左右的速度流动，烟管的热量被锅筒内接近饱和状态的水吸收，设计计算时基本不考虑烟管外水的流动（实际上水加热后存在上升现象）。

我们知道在压力1.25MPa下水的饱和温度为193.3℃，我们再看一下几台锅炉第二回程烟管的出口烟温，数据在204~220℃之间，随着第二回程烟管的出口烟温的降低，二回程烟管的传热温压和传热效果（单位受热面积的传热量）也急剧降低，特别是WNS15-1.25-Q锅炉，由于第二回程烟管的出口烟温已经到了204℃，比锅炉内的水温193.3℃只高出10℃，所以，这台锅炉二回程烟管的传热效果也就特别差。

综上所述，传统三回程烟火管锅炉二回程烟管传热效果差，受热面利用率低的主要原因就是：

1、经过炉膛、第一回程烟管的降温以后，二回程进口烟气温度大多已经到240～280℃，出口温度在210～230℃，烟气温度与锅炉水的温度（工作压力下的饱和温度）差距已经不大，这样的水温其降温效果可想而知。

2、由于烟管外的水基本不流动，其水侧的传热方式基本上是以热传导为主，加上少量的对流传热（由于冷水被加热后会上升带来的流动）。大家知道，在辐射、对流、传导3种基本的传热方式中，辐射传热的效果最好，其次是对流传热，传导传热的效果是最差的。

通过以上分析，我们可以知道，无论是烟火管锅炉或者是水管锅炉，对流受热面烟气温度与锅筒内水的温度（工作压力下的饱和温度）差距小是影响快组装锅炉低温段对流受热面传热效果的主要原因。对于烟火管锅炉，其水侧工质的流速也是影响因素之一。

技术实现要素：

为解决上述问题，本实用新型的目的是提供一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉。

本实用新型的技术方案具体为：

一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉，包括分区精准传热隔板、第一回程烟管、第二回程烟管、给水管、炉胆、回燃室；第一回程烟管、第二回程烟管由内至外布置在炉胆周围，回燃室分别与炉胆和第一回程烟管连通，第一回程烟管末端与第二回程烟管末端连通，第一回程烟管、第二回程烟管用分区精准传热隔板隔开，给水管把给水分配到左右二侧第二回程烟管末端。

进一步的一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉，六吨以上连续给水的锅炉，下部分区精准传热隔板全封闭、上部分区精准传热隔板封至高水位。

进一步的一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉，六吨以下间断给水的小型锅炉，上部分区精准传热隔板降低到正常水位线附近。

进一步的一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉，包括炉体、第一回程烟管、炉胆、回燃室放置于炉体内部，给水管沿炉体后管板附近进入锅筒。

进一步的一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉，分区精准传热隔板可用隔热材料制成。

进一步的一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉，其特征在于：给水管进水口安装锅炉给水减温节能装置。

相对于现有技术，本实用新型的技术效果为，引入分区精准传热的概念，对于高温的炉胆、回燃室等蒸发受热面，供给其饱和或者接近饱和的高温水，提高其蒸发效率；对于其他烟气温度相对较低的烟管等起到水加热作用的受热面，对锅炉炉水进行分区，使低温烟气段对流受热面处于冷水区域，使高温烟气段对流受热面处于热水区域，通过提高烟气侧与水侧的温度差距来提高换热效果，提升传热面金属材料利用率。

附图说明

图1是连续给水的分区精准传热锅炉介质水流程示意图主视图。

图2是连续给水的分区精准传热锅炉介质水流程示意图侧视图。

图3是连续给水的分区精准传热锅炉介质水流程示意图俯视图。

图4是间断给水的分区精准传热锅炉介质水流程示意图主视图。

图5是间断给水的分区精准传热锅炉介质水流程示意图侧视图。

图6是间断给水的分区精准传热锅炉介质水流程示意图俯视图。

其中分区精准传热隔板1、第一回程烟管2、第二回程烟管3、给水管4、炉胆5、回燃室6、高水位7、正常水位8。

具体实施方式

如图1-6所示,本实用新型的具体实施例如下所述：

一种分区精准传热的烟管二回程节能型快组装锅炉，包括分区精准传热隔板1、第一回程烟管2、第二回程烟管3、给水管4、炉胆5、回燃室6；第一回程烟管1、第二回程烟管2由内至外布置在炉胆5周围，回燃室6分别与炉胆5和第一回程烟管1连通，第一回程烟管2末端与第二回程烟管3末端连通，在锅筒内部加装分区精准传热隔板1把锅炉的炉水分区，具体位置在第一回程烟管2与左右第二回程烟管3之间分别加上分区精准传热隔板1，把锅炉本体给水方式由锅筒中间给水改进为沿锅炉本体后管板附近进入锅筒，然后采用给水管4把给水分配到左右二侧第二回程烟管末端。

以下所述具体实施例的冷水来源如下：

我们考虑采用锅炉给水作为冷水来源，一般6吨以下锅炉为20℃常温给水，经节能器加热后，然后进入锅筒内与原有的处于临界饱和的炉水混合，节能器热水出口温度一般为60℃左右；对于6吨以上锅炉，一般配备热力除氧器，锅炉除氧水一般为104℃，我们可以采用发明专利“一种锅炉节能方法和节能装置”（专利号ZL 2015 1 0343202.0）及实用新型专利“一种锅炉给水减温节能装置”（专利号4784320）”所述的方法对其进行减温，使锅炉给水温度降低到60~80℃。即便是除氧水不减温，其104℃的温度也比饱和温度低了80~90℃。

如图1-3所示具体实施例1如下：

对于6吨以上锅炉，由于蒸发量较大，一般用户采用连续给水。可以采用下部全封闭、上部分区精准传热隔板1封至高水位7，高水位上部蒸汽空间联通、下部水空间前端部分联通的分区精准传热隔板形式，使水流形成在额定工作压力下的自然流动，锅炉给水在水泵的压力下进入锅炉第二回程烟气出口部位，经过第二回程烟管3区域后在锅筒前部转弯流入第一回程烟管2高温区，其特点是完全避免冷水与热水直接接触、混合。

如图4-6所示具体实施例2如下：

对于6吨以下的小型锅炉，由于多数采用间断给水，为保证锅炉的连续稳定运行，采用把上部分区精准传热隔板1降低到正常水位8附近的分区精准传热隔板形式，不但使第二回程烟管3区域基本保持处于低水温区域，而且在保证锅炉高水位停止给水的情况下，正常水位线以上的水流不但可以在高温区和和低温区之间自然流动，还可以通过锅筒前部的联通区域实现回流，保证锅筒内不会出现局部缺水。其特点是锅炉低水位时与前述附图1-3工作状态相似，锅炉高水位时仍可以保证锅筒内水的自然循环。

以上所述实施例的节能效果如下：

我们采用工业锅炉计算软件，对一台WNS15-1.25-Q锅炉进行方案对比计算，为体现对比效果，锅炉的各项结构参数维持不变。

附表2 锅炉设计参数

附表3，热力计算、烟风阻力计算结果对比（只计算到锅炉本体出口）

1、通过对比，我们可以发现，经过分区精准传热技术进行节能改造后，该台WNS15-1.25-Q型锅炉的排烟温度降低了95℃，锅炉热效率增加了4.27%，每小时节约天然气57.94Nm3，按照年运行8000小时计算，年节约天然气463520Nm3，按照天然气2.0元/Nm3计算，每年产生927040元的经济效益，这种锅炉的本体出厂价格为30-35万，其效益非常可观；

2、通过对比，我们可以发现，进行分区精准传热改造后的锅炉，其运行效果相当于原锅炉加上一个受热面84㎡的省煤器的运行效果。也就是节省了一个受热面84㎡的省煤器。

3、根据对比，我们可以发现，进行分区精准传热改造后的锅炉，其烟气阻力与原锅炉设计相比，阻力降低了约390Pa;与原锅炉设计加省煤器相比，阻力降低了约696Pa。该台锅炉的烟气流量为18000Nm3左右，克服节能器阻力需要的功率为5.8KW。由此我们可以得出结论，即便原锅炉加上一台受热面84㎡的省煤器后可以达到与采用分区精准传热新技术的锅炉同样的热效率，但是经过分区精准传热改造后的WNS15-1.25-Q锅炉，其实际运行时，风机的功率会减少5.8KW，按照锅炉年运行8000小时计算，年节电46400KW.H，按照每度电0.8元计算，年节约37120元。

4、以上计算结果，考虑到锅炉上部的蒸汽会对达不到饱和温度的水进行传热，我们只把第二回程烟管后部大约80%的受热面按照分区精准传热计算，其余受热面仍然按照高温饱和水（193℃）进行传热计算。实际上，如果隔热板选用其它隔热效果好的材料，分区精准传热的节能效果会更好。

5、由于低氮燃烧要求锅炉炉膛直径长度都需要加大，在原来的锅炉结构中，这些增加的受热面造成金属耗量的增加和烟气阻力的增加，但其传热效果不大。我们采用分区精准传热技术，可以解决这个问题。也就是说，采用分区精准传热技术对锅炉采用低氮燃烧技术是有利的。

以上所述的仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型整体构思前提下，还可以作出若干改变和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围。