[发明专利]一种分区精准传热的节能型快组装锅炉

说明书

一种分区精准传热的节能型快组装锅炉，使用分区精准传热的方法，对锅炉炉水进行分区，对于高温的蒸发受热面，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起到水加热作用的受热面，供给低温冷水，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。

技术领域

本发明涉及快组装锅炉，具体涉及一种分区精准传热的节能型快组装锅炉。

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。