一种对称膜式壁式真空热水锅炉及其加热方法
【专利摘要】本发明涉及一种对称膜式壁式真空热水锅炉的加热方法，炉膛内的烟气在膜式壁两侧分别呈蛇型横向冲刷加热。此方法充分利用烟气的热量，减少热损失；横向冲刷的设计可以合理控制膜式壁的高度，使锅炉可以放置在空间低矮的空间内，如地下室。此设计可以使烟气的出口温度直接降至120℃-130℃，即保证了锅炉内的加热温度，又保证了将热量损失降至最低，锅炉热效率可以达到95%以上。
【专利说明】
-种对称膜式壁式真空热水锅妒及其加热方法
技术领域
[0001] 本发明设及真空热水锅炉领域，特别是一种膜式壁式真空热水锅炉及其加热方 法。
【背景技术】
[0002] 真空锅炉的全称叫做真空相变锅炉。真空锅炉是在封闭的炉体内部形成一个负压 的真空环境，在机体内填充热媒水，通过燃烧或其它方式加热热媒水，再由热媒水蒸发、冷 凝至换热器上，再由换热器来加热需要加热的水。真空锅炉通过抽真空，形成一个几乎没有 空气的低压环境，然后利用水在低压下（低于大气压）低溫沸腾产生蒸汽，通过汽水凝结换 热方式将热量输出的原理工作的。真空锅炉内的热媒水是经过脱氧、除垢等特殊处理的高 纯水，在出厂前一次充注完成，使用时在机组内部封闭循环（汽化一凝结一汽化），不增加， 不减少，在机组使用寿命内不需要补充或更换。
[0003] 锅炉热效率是指单位时间内锅炉有效利用热量占锅炉输入热量的百分比，燃料送 入锅炉的热量，其中大部分被锅炉受热面吸收，产生水蒸气。运是被利用的有效热量，而另 一部分热量损失掉了，运部分热量称为热损失，提高锅炉的热效率就是减少锅炉各项热损 失，现代锅炉中要减少锅炉的热损失首要重点就是降低锅炉排烟热损失。在传统锅炉中，排 烟溫度一般在160-250°c。
[0004] 炉体为密封的真空容器，还有一部分热损失取决于外保溫。为降低该部分热损失， 有人开发了膜式壁式真空热水锅炉。膜式壁又称膜式水冷壁。膜式水冷壁就是由受热面全 部覆盖的水冷壁，其有两种形式：1、密排管膜式壁，2、罐片管膜式壁，密排管膜式壁由一根 挨一根的管子紧密排列覆盖与炉膛内壁的福射受热面，罐片管膜式壁由管子和管间扁钢焊 接覆盖与炉膛内壁的福射受热面，比密排管膜式壁气密性好，较高价格的炉管用量少的有 点，但其比密排管膜式壁加工难度大，加工费高。 阳0化]中国专利号化95218017. 0实用新型专利说明书中记载了一种无炉墙真空热水锅 炉，该锅炉的炉膛和烟道壁面由膜式壁构成，如附图1所示，该锅炉内的烟气冲刷为纵向冲 巧IJ，一侧为单层膜式壁，另一侧为多层膜式壁。
[0006] 授权公告号为CN203797949U的中国实用新型专利中公开了一种一体式膜式壁冷 凝真空热水锅炉，由水管、扁钢和后湿水背套焊接组成后湿背膜式壁受热面结构组成了一 组双层膜式壁，附图2所示，提供锅炉热效率至93% W上，额定排烟溫度降至170°CW下。
[0007] W上的膜式壁式真空热水锅炉只是对此种锅炉进行简单的设计生产，并没有在热 效率方面做出更深的研究。
【发明内容】
[0008] 本发明所要解决的技术问题是提供一种对称膜式壁式真空热水锅炉的加热方法， 炉膛内的烟气在膜式壁两侧对称地呈蛇型横向冲刷加热。
[0009] 优选地，炉膛内的烟气在=回程膜式壁的两侧对称地呈蛇形横向冲刷加热。
[0010] 优选地，所述烟气的冲刷速度Wg G [6,切。
[0011] 本发明所要解决的另一个技术问题是提供一种对称膜式壁式真空热水锅炉，包括 真空换热装置和加热装置，真空换热装置中包括包括前水室，U型壳体和后水室，W及安装 在前水室和后水室上的进水管柱和出水管柱，U型壳体内有上盖板，换热器前、后管板置于 上盖板上，换热器管安装在所述换热器前、后管板上，在所述U型壳体上有抽气管，U型壳体 上安装有爆破装置，换热器管的底部连接有水室疏水装置，所述加热装置包括上水箱，下水 箱W及夹在上下水箱之间的炉膛，所述炉膛入口处安装有燃烧器连接装置，炉膛内部四周 采用对称的膜式壁作为烟道壁面。
[0012] 优选地，所述对称的膜式壁为对称的=回程膜式壁作为烟道壁面。
[0013] 优选地，所述=回程膜式壁第一回程由位于入口面的膜式壁I，位于长方体炉膛 两侧面的膜式壁II和与入口面相对面的膜式壁V围成；第二回程由膜式壁II和膜式壁m相 夹而成；第=回程两侧由膜式壁m和膜式壁IV相夹W及膜式壁V和膜式壁VI相夹而成。
[0014] 优选地，所述第一回程膜式壁面受热面积为每蒸吨3-8m2。
[0015] 优选地，所述第一回程膜式壁面受热面积为每蒸吨4-6m2。
[0016] 优选地，所述S回程膜式壁每个回程都有进烟口，所述进烟口的宽度为
[0017] W = B X (Vg+R) X [ (ti+t2+t3) /3巧7引八3600 X Wg X 273 X H)，其中 B 为燃料消耗 量；Vg为实际烟气量；R为实际烟气量的补偿系数；t为烟道内某点溫度；Wg为烟气速度；H 为烟气通道高度。
[0018] 优选地，所述第=回程上两个避面上设置有扰流器。
[0019] 优选地，在所述第=回程的炉膛的左右两侧底部分别安装有疏水装置。
[0020] 炉膛内部是一个=回程膜式壁，通过特殊的设计，烟气分别在炉膛两侧的=回程 模式壁内形成横向冲刷形成蛇型行走路线后，最后由出口进行烟气排放。运种设计，有几个 优点。
[0021] 1、充分利用烟气的热量，减少热损失；
[0022] 2、横向冲刷的设计可W合理控制膜式壁的高度，使锅炉可W放置在空间低矮的空 间内，如地下室。
[0023] 3、此设计可W使烟气的出口溫度直接降至120°C -130。即保证了锅炉内的加热 溫度，又保证了将热量损失降至最低，锅炉热效率可W达到95% W上。
【附图说明】
[0024] 图1是中国专利号化95218017. 0实用新型专利中的膜式壁示意图；
[00巧]图2是授权公告号为CN203797949U的中国实用新型专利膜式壁示意图；
[00%] 图3是本发明膜式壁式真空热水锅炉的主视图；
[0027] 图4是膜式壁式真空热水锅炉的左视图；
[0028] 图5是膜式壁式真空热水锅炉下部分的右视图；
[0029] 图6是图3炉膛的剖面图；
[0030] 图7是带扰流器的膜式壁的剖面图；
[0031] 图8带扰流器的膜式壁主视图；
[0032] 图9是图7膜式壁的剖面图；
[0033] 图10燃烧室疏水装置侧视图；
[0034] 图11燃烧室疏水装置俯视图；
[0035] 图12是图6的局部放大图；
[0036] 1.下水箱；2.前水室；3.上水箱；4.吊耳；5. U型壳体；6.爆破片装置；7.固定板； 8.支撑板；9.换热器管；10.换热器前、后管板；11.后水室；12.燃烧器连接装置；13.让 管；14.膜式壁I ;15.扁钢；16.膜式壁II ;17.膜式壁III;18.膜式壁IV;19.扁钢；20.膜 式壁V ;21.钢管；22.烟气出口装置；23.抽气管；24.水室疏水装置；25.烟气封板；26.下 水箱疏水管；27.疏水装置；270.疏水装置入口；271.凹槽；272.隔板；273.疏水装置出 口； 28.膜式壁VI ; 29.水位观察孔；201.进水管柱；111.出水管柱；
【具体实施方式】
[0037] 图3是膜式壁式真空热水锅炉的主视图，如图所示，本发明中设及的真空热水锅 炉主要由上部分和下部分组成，上部分为换热装置，下部分为加热装置，加热装置由上水箱 3,炉膛和下水箱1组成。
[0038] 如图所示，真空热水锅炉中的上部分的换热装置主要包括前水室2, U型壳体5和 后水室11，W及安装在前水室2和后水室11上的进水管柱201和出水管柱111。
[0039] 在图4中可W看到U型壳体5上设置有抽气管23,用来在换热装置内抽真空，使U 型壳体5内形成负压，同时为了安全因素的考虑，U型壳体上有爆破片装置6,在压力超标时 起到泄压的作用。爆破片装置6主要由=部分组成，分别为孔板片，防爆膜和尖锐物组成， 其中孔板片为一个由不易变形的材质做成的圆形片，圆形片上有若干通气孔，防爆膜位于 孔板片的上方，在防爆膜上方与防爆膜很近的地方置有一尖锐物，当U型壳体内的压力超 压形成正压时，防爆膜会微微隆起，此时尖锐物会立刻刺破防爆膜，起到泄压的作用。
[0040] 在U型壳体5内的换热器管的底部连接有水室疏水装置24,用来收集冷凝水。
[0041] U型壳体的内部，换热器前、后管板10置于上盖板上，换热器管9安装在换热器前、 后管板上，换热器管9的排布放式根据锅炉进出水管的水的溫差选择，采用固定板7固定由 于水流速引起的换热器管9的晃动，将凉水通过前水室2引入经过换热器管9后，再经过后 水室11输出，进水管柱201和出水管柱111处均设有压力溫度传感器。
[0042] U型壳体5的大小将所有内部装置装入恰好即可，不宜过大。
[0043] 如图3和图4所示，真空热水锅炉的下部分即加热装置是由上水箱3,炉膛和下水 箱1组成，上水箱3中间位置开有一个水位观察孔29用来观察水箱中的水位，下水箱底部 有一根下水箱疏水管26,用来排放水箱里的水。
[0044] 如图6所示，炉膛是一个长方体腔体，位于上水箱3和下水箱1中间，炉膛入口处 安装有燃烧器连接装置12,用来安装燃烧器，炉膛内部四周被膜式壁环绕，膜式壁可W是密 排管膜式壁，也可W是罐片管膜式壁。本发明W罐片管膜式壁作为实施例来说明。如图4， 为了方便安装燃烧器，将炉膛入口处的两根光管弯成让管，形成两根让管13。同时，为了减 少炉膛内的热量损失W及烟气外泄，在让管13和膜式壁之间有烟气封板25,烟气封板25中 间的挖空部分与燃烧器喷口的尺寸等同。
[0045] 如上所述的=回程膜式壁剖面图见图6,炉膛内的=回程膜式壁环绕竖直排列在 炉膛的四周，炉膛内膛部分尺寸即第一回程模式壁环成的长方体炉膛的尺寸，该内膛尺寸 根据燃烧器火焰的直径D和长度L W及锅炉的额定蒸发量相关，内堂高度和宽度范围为 扣巧0mm，D+300mm]，最后内膛的膜式壁面受热面积为每蒸吨3-8m2,优选为4-6m2。
[0046] =回程膜式壁中第一回程由位于入口面的膜式壁I 14,位于长方体炉膛两侧面的 膜式壁II 16和与入口面相对面的膜式壁V 20围成；第二回程由膜式壁II 16和膜式壁III17 相夹而成；
[0047] 第=回程两侧由膜式壁III 17和膜式壁IV 18相夹W及膜式壁V 20和膜式壁VI 28 相夹而成，其中膜式壁VI 28中间位置有若干光管未焊接成片，与烟气出口装置22相对，为 炉膛内烟气的排出提供通道。二回程的宽度大于或等于=回程的宽度。
[0048] 每个回程烟气流通的截面积的计算公式为：
[0049] S = BX (Vg+R) X [(ti+t2+t3)/3+27：3]/(3600XWgX27：3)其中 Wg G [6, 12]
[0050] B为燃料消耗量；Vg为实际烟气量；R为实际烟气量的补偿系数；t为烟道内某点 溫度；Wg为烟气速度。
[0051] 第一回程膜式壁II 16 W炉膛入口处为起始端，在其末端有若干光管未用扁钢焊 接相连，形成一回程出烟口和二回程进烟口。为使烟气在=回程膜式壁中正常运行冲刷，既 要保证其具有一定的冲击力，具有一定的冲刷速度，又要保证烟气不会产生堆积，在一回程 出烟口和二回程进烟口处部分光管没有焊接扁钢，形成开口。膜式壁III17 W第二回程进烟 口为起点，末端有若干光管未用扁钢焊接相连，形成一个二回程出烟口，同时也是=回程进 烟口。
[0052] 进烟口的宽度W = S/H，其中H为烟气通道高度。
[0053] 为了使烟气通过更加顺杨，一回程膜式壁II 16和=回程膜式壁IV 18相对于二回 程出烟口处的最后一个光管与膜式壁I 14上的光管通过扁钢15焊接，扁钢15略宽于其他 扁钢，在二回程出烟口或=回程进烟口处形成两个收犹的边，两边与膜式壁I 14形成两个 角a和0，如图12所示，a和0均为纯角，可W相等，也可W不相等。在第立回程的炉膛 的左右两侧底部安有一个疏水装置27,用来收集由于热交换在膜式壁上产生的冷凝水。
[0054] 燃烧室疏水装置27的一侧有伸入至炉膛内与最外层膜式壁衔接的臂，该疏水装 置27的另一侧为一个U型的装置，该U型装置一侧与深入至炉膛内的衔接臂连接，形状与 炉体相适应并贴合安装，另一侧偏上位置则引出一冷凝水出口。 阳化5] 如图10和图11所示，为配合长方形炉体，燃烧室疏水装置27的一侧有伸入至炉 膛内与最外层膜式壁衔接的长方体的臂，为此，如图11，该衔接臂一侧的形状与膜式壁形状 相适应，形成若干凹槽271，图10所示，该疏水装置27与膜式壁衔接一侧亦为冷凝水入口 270,该疏水装置27的另一侧为一个长方体装置，长方体装置中间悬吊竖直隔板272 -块， 该隔板272与长方体底部保持一定距离，形成一个通道，该长方体装置一侧与深入至炉膛 内的衔接臂垂直连接，正好卡在下水室上，与下水室贴合安装，长方体装置的另一侧有冷凝 水出口 273。
[0056] 运行锅炉前，先在燃烧室疏水装置27内加入少量水，在长方体装置中，要求水面 没过隔板272与底面之间的距离，此举在疏水装置中形成水封，防止炉膛内的烟气冲出，同 时将落下的冷凝水收集，实现自动排水。
[0057] 为了防止两个方向的烟气相冲，在膜式壁V 20中屯、线上的光管可W和外侧膜式 壁上的一根光管用扁钢焊接，在出口处将两侧膜式壁在中屯、线位置隔开，通过=回程的烟 气顺着膜式壁冲向出口 22。采用W上对称膜式壁式真空热水锅炉，烟气经过=个回程后得 到充分换热，出口溫度达到120°C -130°C，极大地减少了热量损失，横向冲刷的方式使锅炉 在高度上可控，比较适合安放在例如地下室等低矮的空间。
[0058] 表 3
[0059]
[0060] 在膜式壁式真空热水锅炉的第=回程中，烟气的溫度较第一和第二回程降低，为 了更好地利用锅炉中烟气产生的热量，提高锅炉的热效率，如图7所示，可W在膜式壁III 17 和膜式壁IV 18相夹W及膜式壁V 20和膜式壁VI 28相夹而成的第=回程的两个面布置有 扰流器，用来阻隔第=回程的烟气，使其在此回程内长时间逗留。如图8和图9所示，位于膜 式壁光管上的扰流器呈销钉状，为防止扰流器过于密集影响烟气运动，每隔一个光管设置 扰流器，与设置有扰流器的光管相对的对面的膜式壁上的光管不设有扰流器，运样，两排相 向的膜式壁上的光管交错设置扰流器。扰流器沿着所在光管自上而下交叉均匀分布，与所 在光管呈30°~60°角分布，长度W不与对面膜式壁的光管上的扰流器产生交叉，并留有 些许空隙为佳。扰流器的设计使出口溫度在原有基础上再降低5°C -10°C，通过反复试验， 扰流器与所在光管呈45°角时溫度降低地最多，扰流器的安装使膜式壁中的烟气得到了充 分得利用，提高了锅炉的热效率。
[0061] 表 4
[0062]
[0063] W上所有膜式壁的巧计均W炉膛中屯、线的竖直剖面对称安置，运种对称设计使炉 膛内的烟气向两侧扩散，受力均匀，传热均匀，减少能量损耗。
[0064] 当膜式壁式真空热水锅炉开始工作时，燃烧器开始燃烧，在炉膛内产生烟气横向 沿着膜式壁设计的路线呈蛇形横向冲刷，烟气中的热量通过换热对膜式壁光管中的热媒水 进行加热，热媒水在负压下生成低于l〇〇°C水蒸汽，此时从上水箱上的水位观察孔29观察 到沸腾水位恰好处于水位观察孔的中位，由于水蒸发产生的蒸汽向上运动，通过上盖板，上 盖板上的扰流板对蒸汽扰流，蒸汽进入到U型壳体内，与换热器管内的冷水进行热交换，通 过设置在进出水管柱上的溫度传感器可W得出额定溫度差。蒸汽经过换热后形成水，流回 到下水箱中，继续进入膜式壁进行循环。 阳0化]本发明亦可扩展为多回程对称式膜式壁真空热水锅炉，烟气呈蛇形横向冲刷膜式 壁的真空热水锅炉均可落在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种对称膜式壁式真空热水锅炉的加热方法，其特征在于：炉膛内的烟气在膜式壁 两侧对称地呈蛇型横向冲刷加热。2. 根据权利要求1所述的加热方法，其特征在于：炉膛内的烟气在三回程膜式壁的两 侧对称地呈蛇形横向冲刷加热。3. 根据权利要求2所述的加热方法，其特征在于：所述烟气的冲刷速度Wg e [6, 12]。4. 一种对称膜式壁式真空热水锅炉，包括真空换热装置和加热装置，真空换热装置中 包括包括前水室（2)，U型壳体（5)和后水室（11)，以及安装在前水室（2)和后水室（11)上 的进水管柱（201)和出水管柱（111 )，U型壳体（5 )内有上盖板，换热器前、后管板（10 )置于 上盖板上，换热器管（9 )安装在所述换热器前、后管板（10 )上，在所述U型壳体（5 )上有抽气 管（23)，U型壳体（5)上安装有爆破装置（6)，换热器管的底部连接有水室疏水装置（24)，其 特征在于：所述加热装置包括上水箱（3)，下水箱（1)以及夹在上下水箱之间的炉膛，所述 炉膛入口处安装有燃烧器连接装置（12)，炉膛内部四周采用对称的膜式壁作为烟道壁面。5. 根据权利要求4所述的真空热水锅炉，其特征在于：所述对称的膜式壁为对称的三 回程膜式壁作为烟道壁面。6. 根据权利要求5所述的真空热水锅炉，其特征在于：所述三回程膜式壁第一回程由 位于入口面的膜式壁I (14)，位于长方体炉膛两侧面的膜式壁II (16)和与入口面相对面 的膜式壁V (20)围成；第二回程由膜式壁II (16)和膜式壁111(17)相夹而成；第三回程两 侧由膜式壁III (17)和膜式壁IV (18)相夹以及膜式壁V (20)和膜式壁VI (28)相夹而成。7. 根据权利要求6所述地真空热水锅炉，其特征在于：所述第一回程膜式壁面受热面 积为每蒸吨3-8m2。8. 根据权利要求7所述地真空热水锅炉，其特征在于：所述第一回程膜式壁面受热面 积为每蒸吨4-6m2。9. 根据权利要求4所述的真空热水锅炉，其特征在于：所述三回程膜式壁每个回程都 有进烟口，所述进烟口的宽度为 W=B X (Vg+R) X [ (Wt3) /3+273]八3600 X Wg X 273 X H) ，其中B为燃料消耗量；Vg为实际烟气量；R为实际烟气量的补偿系数；t为烟道内某点温 度；Wg为烟气速度；Η为烟气通道高度。10. 根据权利要求4-9所述的真空热水锅炉，其特征在于：所述第三回程上两个避面上 设置有扰流器。11. 根据权利要求4-9所述的真空热水锅炉，其特征在于：在所述第三回程的炉膛的左 右两侧底部分别安装有疏水装置（27)。
【文档编号】F24H9/00GK106052113SQ201510767989
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2015年11月11日
【发明人】董凯, 高云龙, 査桥虎, 邓大双, 苏点
【申请人】博瑞特热能设备股份有限公司