[发明专利]一种双水道铸铝硅冷凝式锅炉水路系统及工作方法

说明书

本发明公开了一种双水道铸铝硅冷凝式锅炉锅片及水路系统及工作方法，双水道铸铝硅冷凝式锅炉水路系统由双水道锅片、锅炉回水、锅炉供水、自来水、低温生活用水水箱、高温生活用水水箱、热泵、锅炉回水加热器、智能控制系统组成。双水道全上升供暖水道消除了炉膛辐射区下降水道；冷凝水道利用自来水、热泵、低温锅炉回水等回收烟气中的水蒸气潜热，冷凝烟气深度脱除污染物；水侧的加强筋有稳流和强化换热的作用。水路系统在满足供暖需求的基础上，优先利用烟气余热加热自来水提供低温、高温生活用水，其次利用热泵加热锅炉回水，最终确保排烟温度始终低于30℃，锅炉效率全时段维持在108％以上，实现梯级烟气冷凝、梯级烟气余热回收的最大节能减排目的。

技术领域

本发明属于改善铸铝硅冷凝式锅炉的水侧结构、提高能量利用效率、节能环保领域，具体涉及一种双水道铸铝硅冷凝式锅炉水路系统及工作方法。

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。散烧煤供暖多用于分布式供暖，代替散烧煤除了大力发展集中供暖延伸供暖网之外，燃气供暖是分布式供暖最好的选择。目前在售的商用燃气采暖锅炉已经实现NO_X排放小于80mg/m³，同时锅炉效率普遍在96％以上，是一种极为清洁高效的供暖方式。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，商用燃气采暖锅炉有着及其巨大的市场需求。

传统的商用燃气采暖锅炉以卧式内燃三回程火管锅炉为主，存在着排烟温度高(150℃以上)、热效率低、超低排放改造困难、占地面积大、管板开裂、水侧结垢清理难等诸多问题。新兴的铸铝硅冷凝式锅炉，有着铝硅合金导热系数高(是碳钢的5倍)、耐腐蚀性能好的优点，结构紧凑，可以利用烟气中水蒸气的汽化潜热，锅炉热效率达103％以上；多采用全预混表面燃烧，燃烧温度低、排烟NO_X排放小于30mg/m³，铸铝硅冷凝式锅炉将在清洁供暖改造中获得巨大的市场份额。但目前市场上的铸铝硅冷凝式锅炉仍存在着一些问题，危及到了锅炉的安全运行。国外诸多公司设计生产的铸铝硅冷凝式锅炉的炉膛辐射受热面存在着下降水道，而辐射受热面热流密度大，极易在水侧表面产生局部过冷沸腾，从而产生大量气泡。下降段气泡难以被冷却水迅速带走，气泡堆积在高点不断长大并破裂，气泡破裂时产生冲击波振打锅炉，易在锅片上形成疲劳裂纹源，对锅炉的长周期安全运行带来巨大的挑战。因此在铸铝硅锅片设计的时候要避免下降段水道的存在，同时强化水侧的扰动并减少水流的滞止区，以提高水侧的对流换热系数，降低锅片烟气侧壁面温度，提高锅炉的效率。

目前的铸铝硅冷凝式锅炉只有在低回水温度(58℃以下)时才能实现烟气的冷凝，利用烟气中水蒸气的潜热。当用于暖气片供暖时，回水温度普遍在60℃以上，依靠锅炉回水已无法实现烟气冷凝，造成排烟中水蒸气潜热的巨大浪费。据计算，一个700kW的燃气锅炉，排烟温度从70℃降到35℃，可回收65kW的热量，锅炉效率提升至107％。为充分利用燃气锅炉排烟中的水蒸气潜热，需要设计一种双回路水道的锅片，将锅片的水侧分为供暖水升温区和冷水区，利用低温冷水进一步深度冷凝烟气，回收潜热，将排烟温度降至30℃以下。据统计，居民的生活用水占到了建筑物总能耗的15％左右，需求热水温度平均在40℃左右，而冬季自来水一般只有5～10℃，将自来水通入第二水道回收烟气余热得到低温生活用水可节约大量的能源。也可利用第二水道产生的低温热水作为热泵的热源，利用热泵加热供暖回水或生产高温生活用水。但如今市场上的铸铝硅冷凝式锅炉均未提供用于烟气深度冷凝的第二水道，及相应的水路控制系统，无法实现能源的高效深度综合利用。