[发明专利]一种三盘管燃气烟气紊流换热装置及方法

说明书

本发明一种三盘管燃气烟气紊流换热装置及方法，所述装置以燃烧器、内层圆盘管、中层圆盘管和外层扁盘管为主体，采用内中外三层盘管设计，内中部两层的光管盘管错列排布，形成辐射封闭的炉膛，外层采用扁盘管冷却冷凝烟气，有效提升了锅炉的热效率；在冷却冷凝烟气的同时，增加烟气粘滞阻力，使烟气流动状态实现由紊流向层流的转变，增大换热系数，增强烟气冷却冷凝能力。并且内层圆盘管与中层圆盘管错列排布，形成辐射封闭的炉膛，根据辐射四次方定律，可对由燃烧器排出的烟气大幅吸收辐射热量，相比目前服役的一回程扁盘管换热壁，制造工艺更加简单，换热盘管更加紧凑，造价成本更加低廉。

技术领域

本发明涉及强化传热高效节能技术领域，具体为一种三盘管燃气烟气紊流换热装置及方法。

背景技术

天然气作为一种洁净环保的优质能源正在被广泛应用，燃气盘管锅炉作为节能环保产品也是未来发展趋势所需。目前所使用的燃气盘管锅炉，一是两个换热盘管相互独立设置，堆叠在一起，运行时只有单个盘管换热使得热效率低下，无法物尽其能；二是布置的内外层盘管均为扁盘管，液压成型的扁盘管制造工艺复杂，需采用钢板卷制焊接成圆管，再将圆管冷加工挤压变形为长圆形截面扁管，将直扁管冷加工绕制成盘管，最后去应力退火得到成品盘管单元；盘管加工中冷加工变形量大，存在着残余应力和晶格缺陷；加工工艺繁琐，良品率低，要缩小盘管间缝隙必须增加盘管圈数，这就大大增加了盘管换热总面积和锅炉重量；三是传统燃气盘管锅炉在对换热量有特殊要求的场合，换热器体积大，烟风阻力大，初投资和运行成本均较高，排烟温度达不到要求，难以适用。

另外，每1m³天然气(甲烷占85％左右)的燃烧产物中约有2.1—2.3m³的潜热蒸汽，按照每立方米天然气的热值8000-8500大卡，0.1MPa、100℃下水蒸气的潜热2257kj/kg换算，低位发热量中蒸汽的潜热损失约占天然气燃烧总热量的9.57％，而现行锅炉中尚未能完全利用这部分热量，使得燃气锅炉对天然气的需求一直居高不下，造成巨大的能源损失。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种三盘管燃气烟气紊流换热装置及方法，结构简单，设计合理，有效提升了锅炉的热效率，同时也能够稀释烟气中的有害物质，减少燃气使用量，降低盘管燃气锅炉的价格和运行费用，节省能源，降低排放，减少成本，促进盘管燃气锅炉技术的发展。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种三盘管燃气烟气紊流换热装置，包括外壳，同轴线设置在外壳内的内层圆盘管、中层圆盘管和外层扁盘管，以及沿轴线插入外壳上端设置的燃烧器；

所述外壳的下端连通设置有排烟口，上端设置有上盖板，内部设置有下盖板；内层圆盘管、中层圆盘管和外层扁盘管的上下端分别与上下盖板密闭设置；

所述的内层圆盘管和中层圆盘管的换热管呈错列排布，形成辐射封闭的炉膛；内层圆盘管和中层圆盘管之间形成内中层盘管间隙；内层圆盘管和中层圆盘管的两端分别连接内层集箱；

所述的外层扁盘管内侧与中层盘管呈间歇设置，外侧与外壳内壁呈间隙设置形成近壁面烟气通道，相邻换热管直接设置扁盘管间隙；近壁面烟气通道与排烟口连通；外层扁盘管的两端分别连接外层集箱；扁盘管间隙小于内中层盘管间隙；

外层集箱的外层集箱回水入口设置在外壳外作为换热装置的回水入口，外层集箱出口与内层集箱的入口连接，内层集箱的内层集箱回水出口设置在外壳外作为换热装置的回水出口。

优选的，内层圆盘管和中层圆盘管的螺距相同、管径相同和壁厚相同；内层圆盘管和中层圆盘管的螺距为40mm—64mm，管径为24mm—44mm，壁厚为1.5mm—3mm；内层圆盘管的螺旋线半径为320mm—580mm，中层圆盘管的螺旋线半径为370mm—650mm；内层圆盘管和中层圆盘管形成横向节距与螺距相同，纵向节距小于螺距的两排错列炉膛水冷壁；内层圆盘管和中层圆盘管各自均采用多管圈并联结构，内层圆盘管和中层圆盘管之间也采用并联结构。