[发明专利]一种高效热泵耦合冷凝式燃气热水锅炉

说明书

技术领域

本发明涉及一种燃气热水锅炉，属于燃气锅炉技术领域。

背景技术

锅炉通过燃烧化石能源，将化石能源的化学能转化为工质的内能，用于满足人类生产生活的需要，但燃烧煤往往会产生严重的环境污染，而天然气作为一种清洁能源越来越受到人们的青睐。但目前大多数燃烧天然气的热水锅炉的排烟温度往往在110～130℃左右，烟气中含有20％(容积)的水蒸汽，烟气中水蒸汽的汽化潜热未能得到充分利用，这使得锅炉热效率往往低于94％。与此同时，水源热泵根据逆卡诺循环原理，采用电能驱动，通过制冷剂将低品位热能吸收，转化为高品位热能。所以说，如果将热泵耦合在给水系统中，并采用冷凝换热器，可以将热水锅炉的回水温度由40～45℃降到25～30℃，从而将排烟温度由110～130℃降低到40℃，烟气中的水蒸汽就会发生冷凝，释放汽化潜热，这不仅能将锅炉效率提高10个百分点以上，还能将收集到的冷凝水用于生产生活的需要，这具有重要节能节水意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高效热泵耦合冷凝式燃气热水锅炉，主要解决锅炉排烟温度高，锅炉热效率较低的问题。本发明具有热转换效率高、使用寿命长、结构简单的特点。

实现上述目的，本发明采取的技术方案如下：

一种高效热泵耦合冷凝式燃气热水锅炉，包括炉膛、光管省煤器、上集箱一、上集箱二、上集箱三、上集箱四、燃烧器、下集箱一、下集箱二、转向室、尾部烟道、数根两侧墙水冷管、数根后墙水冷管、炉膛的前、后墙水冷壁、数根引出管一、侧墙水冷壁及数根引出管二；所述的高效热泵耦合冷凝式燃气热水锅炉还包括热泵、三通阀、冷凝式换热器一、冷凝式换热器二及U形集箱；

对于燃气侧而言，所述的燃烧器与炉膛连通，所述的炉膛的烟气出口通过转向室与尾部烟道连通，所述的尾部烟道内由上至下依次布置有光管省煤器、冷凝式换热器二和冷凝式换热器一，所述的燃气为天然气；

对于水循环而言，所述的三通阀一端与回水管连通，三通阀另两端分别与热泵冷端换热器的进水口及冷凝式换热器二的进水口连通，所述的热泵的冷端换热器出水口与冷凝式换热器一的进水口连通，所述的冷凝式换热器一的出水口与热泵的热端换热器进水口连通，热泵的热端换热器出水口与冷凝式换热器二的出水口并联后与设置在炉膛后侧的U形集箱连通，所述的U形集箱水平设置，U形集箱的两侧墙集箱分别通过数根两侧墙水冷管与上集箱一连通，U形集箱的后墙集箱通过数根后墙水冷管与上集箱二连通，所述的上集箱一及上集箱二均与上集箱三连通，所述的上集箱三通过炉膛的前、后墙水冷壁与下集箱二连通。

本发明相对于现有技术的有益效果是：

1、热泵与回水支路耦合，回水支路通过热泵的冷端换热器换热后，给水温度从40～45℃降低到25～30℃，经过冷凝式换热器一，吸收烟气显热及水蒸气的汽化潜热，将烟气温度由110-130℃降至40℃，锅炉效率最高可提高到107％(按低位热值)。同时，经冷凝式换热器一换热后，水温由25～30℃上升到35～40℃后，再通过热泵的热端换热器，吸收来自冷端换热器侧的热量以及热泵的电能后，温度由35～40℃上升到55～60℃。热泵的COP性能指数高达5.6，经济性好；

2、回水另一支路的给水(温度为40～45℃，低于烟气中水蒸汽的露点温度，注：天然气锅炉的烟气露点温度为58℃左右)，经冷凝式换热器二将省煤器后烟气温度(约600℃)降至110～130℃，吸收烟气显热及水蒸气的汽化潜热(注：1m³的天然气燃烧后中可以获得1.51kg冷凝水，同时释放水蒸汽潜热3480kJ)，传热系数大幅提高；

3、采用搪瓷螺旋翅片管作为冷凝换热元件，避免换热面腐蚀，与采用316L合金钢相比，大幅降低造价。

4、本发明具有热转换效率高、寿命长、结构简单的特点。

附图说明

图1为本发明的高效热泵耦合冷凝式燃气热水锅炉的整体结构示意图；

图2为U形集箱的俯视图；

图3为工质侧各构件连接框图；

图4为烟气侧各构件连接框图；

图5为图1的A区域局部放大图；

图6为图1的B区域局部放大图；

图7为图1的C区域局部放大图；

图8为图1的D区域局部放大图。