[发明专利]一种管式燃气冷凝锅炉及系统

说明书

本发明公开了一种管式燃气冷凝锅炉及系统，锅炉本体由圆管水冷壁、辐射降温段、对流降温段、深度冷却段、深度冷凝段、全预混燃烧器、承露盘、进出口侧壳体和转弯侧壳体等组成；锅炉与水源热泵耦合的水路系统由冷凝段进口、冷凝段出口、对流段进口、辐射段出口、水源热泵、水泵、板式换热器、稳压罐和三通阀等组成。锅炉采用一体冷凝设计，对流与冷凝部分采用小节距层流强化设计理念，锅炉额定热效率可达103％以上，耦合热泵后可达110％以上。

技术领域

本发明涉及燃气锅炉领域，具体涉及一种以不锈钢、挤压铝作为材料的管式燃气冷凝锅炉及系统。

背景技术

近年来，雾霾问题持续存在，进入供暖季后，雾霾更加频发。为了治理雾霾，保卫蓝天，供暖行业提出了《北方地区冬季清洁取暖规划2017-2021》，要求到2021年清洁供暖率70％，清洁能源代替供暖散烧煤1.5亿吨。2016年冬季供暖天然气消耗量达363亿m³，预计到2021年供暖气耗量可达640亿m³以上。天然气锅炉供暖取代散烧煤供暖造成冬季供暖天然气持续短缺，到2021年仅天然气供暖一项就有300亿m³以上的新增供应缺口。

解决供暖天然气的巨大缺口，一方面是开源，另一方面是节流。节流要求提高天然气锅炉的效率从而节约天然气。目前的天然气锅炉多为大气式火排燃烧器加紫铜换热器结构，烟气自下而上冲刷换热器，为保证紫铜不被冷凝水腐蚀和冷凝水在停炉时滴到燃烧器上从而腐蚀燃烧器，大气式锅炉的设计排烟温度多在130℃以上，锅炉额定负荷下的热效率小于90％。为了充分利用天然气的能量，当排烟温度低于46℃时，锅炉效率可达103％以上，此时伴随着大量冷凝水的生成。为了避免冷凝水腐蚀换热器和燃烧器，需重新设计锅炉结构，引入不锈钢材料和挤压铝材料，采用顶置的圆柱型燃烧器，烟气自上向下冲刷直管换热器，在换热器底部冷凝水大量析出，回水自下而上流动，烟气与回水整体呈逆流换热。

CN201720498910.6公开了一种大气式锅炉外加冷凝器单元的冷凝式锅炉，外加冷凝器的方式无法实现一体式冷凝，显著增大了烟气侧阻力，使水路更加复杂，增加了故障点。CN201810668419.2公开了一种盘管式冷凝锅炉，燃烧器放置在盘管的中心，烟气向四周流动，存在着盘管间隙积碳堵塞，换热恶化，烧穿管壁的风险，除此之外顶部的冷凝水存在着停炉期间滴落到燃烧头腐蚀燃烧头的风险。以上两种冷凝式锅炉虽然都可以实现冷凝，但当回水温度高于55℃时几乎无法冷凝，冷凝量受制于锅炉回水温度。

为了实现进一步的深度冷凝，可将冷凝段与小型热泵耦合。除了气代煤外，电代煤也是目前推广的清洁供暖方式之一，将小型水源热泵的蒸发器与锅炉的冷凝段连接形成闭合回路，蒸发器出口的冷水水温在5℃～30℃之间，利用蒸发器出口的冷水充分冷凝烟气，将获得的烟气中的潜热、显热和消耗的电能用于加热供暖回水，这种以烟气作为热源的热泵COP在4以上，大大高于以空气作为热源的空气源热泵的COP(一般在2左右)。烟气作为热源的热源温度>20℃，而空气温度在夜间通常<0℃，因此有着更高热源温度的耦合锅炉的效率更高。将热泵与锅炉耦合，可以充分利用天然气的热值，锅炉排烟温度可低至20℃以下，锅炉总效率可达110％以上；同时利用峰谷电的电价差，根据电价调整热泵功耗，使得供暖电费和气费之和维持在最低。

发明内容

为了实现燃气锅炉烟气的深度冷凝，天然气的深度利用，本发明的目的在于提供一种管式燃气冷凝锅炉及系统，采用全水冷包覆设计，圆管水冷壁、进出口侧壳体和转弯侧壳体的外表面温度均低于80℃，极大的减少了锅炉散热损失，避免了传统天然气锅炉炉膛区域大面积采用保温材料带来的炉膛区域壁温过高、散热损失大的问题。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：