[发明专利]向上燃烧型冷凝锅炉的热交换器

说明书

技术领域

本发明涉及一种向上燃烧型冷凝锅炉(upward combustion typecondensing boiler)的热交换器，更具体地讲，涉及这样一种向上燃烧型冷凝锅炉，其中，显热交换器和潜热交换器顺序设置在向上燃烧型燃烧器上方。

背景技术

当前制造的锅炉是包括热交换器以增加热效率的锅炉。这样的热交换器由显热交换单元和潜热交换单元组成。显热交换单元吸收从燃烧室产生的排气(exhaust gas)的显热，潜热交换单元从已经在显热交换单元中进行过热交换的排气吸收潜热和剩余的热(residual heat)。这样类型的锅炉被称为冷凝锅炉。

已经将这样的冷凝锅炉作为使用油燃料的燃油锅炉和使用诸如LNG或LPG的气体燃料的燃气锅炉投放到实际的应用中，从而对锅炉效率的增加和燃料成本的减少做出贡献。

图1是传统的向下燃烧型冷凝锅炉的示意图。

参照图1，当通过显热交换器13时，从向下燃烧型燃烧器12产生的排气被冷却到200℃。然后，当通过潜热交换单元14时，所述排气进一步被冷却到约40-70℃。

在经过热交换单元13和14时加热的热水通过供应管15被传送到房间内部，以传递热能，热水然后变凉，以返回到回收管16。返回到回收管16的热水必须被引入到潜热交换器14，从而潜热交换器14可有效地吸收潜热。这是因为当经过显热交换器13的排气被设置成等于或小于露点温度时，包含在排气中的蒸汽(H₂O)可被冷凝，以将潜热传递给热循环水。

在向下燃烧型冷凝锅炉中，冷凝水由于重力而坠落的方向(即，向下的方向)自然地与经过显热交换单元和潜热交换单元的排气的流动方向一致。这是增加冷凝锅炉效率的非常重要的因素。

即，当排气经过潜热交换单元时，排气中的水蒸气被冷凝，以将潜热传递给热循环水，排气明显冷却。因此，由于冷凝水托盘17的内部温度明显降低，所以可以最小化液化成冷凝水的水蒸气的再蒸发导致的热量损失。

向下燃烧型冷凝锅炉被认为是具有可以最大化地回收潜热的最佳冷凝锅炉结构。然而，向下燃烧型冷凝锅炉必须装配有向下燃烧型燃烧器。

通常，可将应用到锅炉的燃烧器分成本生燃烧器(Bunsen burner)和预混燃烧器。在本生燃烧器中，用于喷射气体的喷嘴单元供应燃烧需要的最少的一次空气，并将额外的二次空气供应到火焰形成的部分，从而执行理想的燃烧。本生燃烧器燃烧稳定性高。然而，由于火焰由二次空气形成，所以火焰变长，不能向下燃烧。即，由于与二次空气起反应的火焰(外焰)的长度大且火焰密度低，所以火焰往往是面向上。因此，本生燃烧器仅仅可应用到向上燃烧型冷凝锅炉。

预混燃烧器燃烧通过在混合室中预混燃气和空气而获得的预混的气体。在预混燃烧器中，火焰形成的部分不存在剩余的空气。此外，火焰的长度很小，且火焰的密度高。因此，可以安装这种燃烧器而不管燃烧的方向如何(向上、向下和侧向)。然而，由于应该预混燃烧所需的预定量的空气，所以燃烧控制非常复杂。此外，由于预混燃烧器容易被干扰影响，所以它的燃烧稳定性低。

如上所描述的，为了最大化冷凝锅炉的效率，使冷凝水的坠落方向和排气的流动方向与重力方向一致是重要的。因此，通常使用可以执行向下燃烧的预混燃烧器。

然而，预混燃烧器的燃烧稳定性低，并且应该使用昂贵的控制系统以执行复杂的燃烧控制。

为了解决这样的问题，已经提出了利用向上燃烧型本生燃烧器来构造冷凝锅炉的热交换器的多种方法。在图2中示出了一个这样的热交换器的例子。

图2是传统的向上燃烧型冷凝锅炉的示意图。

参照图2，潜热交换单元24倾斜地布置在显热交换单元23上，经过显热交换器23的排气经由冷凝水托盘27的侧部通过显热交换器24。针对潜热交换器24，已经提出了铝轧管(aluminum rolled pipe)或不锈柔性管。

在图2中，由于潜热交换单元24布置在显热交换单元23上，所以可以相对容易地构造冷凝锅炉且可减小尺寸。

然而，与传统的向下燃烧型冷凝锅炉相比，向上燃烧型冷凝锅炉的冷凝效率减小了差不多3-5％。由于下面两个原因，冷凝效率发生减小。