一種對稱膜式壁式真空熱水鍋爐及其加熱方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種對稱膜式壁式真空熱水鍋爐的加熱方法，爐膛內(nèi)的煙氣在膜式壁兩側(cè)分別呈蛇型橫向沖刷加熱。此方法充分利用煙氣的熱量，減少熱損失；橫向沖刷的設(shè)計可以合理控制膜式壁的高度，使鍋爐可以放置在空間低矮的空間內(nèi)，如地下室。此設(shè)計可以使煙氣的出口溫度直接降至120℃-130℃，即保證了鍋爐內(nèi)的加熱溫度，又保證了將熱量損失降至最低，鍋爐熱效率可以達到95%以上。
【專利說明】
-種對稱膜式壁式真空熱水鍋妒及其加熱方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及真空熱水鍋爐領(lǐng)域，特別是一種膜式壁式真空熱水鍋爐及其加熱方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 真空鍋爐的全稱叫做真空相變鍋爐。真空鍋爐是在封閉的爐體內(nèi)部形成一個負壓 的真空環(huán)境，在機體內(nèi)填充熱媒水，通過燃燒或其它方式加熱熱媒水，再由熱媒水蒸發(fā)、冷 凝至換熱器上，再由換熱器來加熱需要加熱的水。真空鍋爐通過抽真空，形成一個幾乎沒有 空氣的低壓環(huán)境，然后利用水在低壓下（低于大氣壓）低溫沸騰產(chǎn)生蒸汽，通過汽水凝結(jié)換 熱方式將熱量輸出的原理工作的。真空鍋爐內(nèi)的熱媒水是經(jīng)過脫氧、除垢等特殊處理的高 純水，在出廠前一次充注完成，使用時在機組內(nèi)部封閉循環(huán)（汽化一凝結(jié)一汽化），不增加， 不減少，在機組使用壽命內(nèi)不需要補充或更換。
[0003] 鍋爐熱效率是指單位時間內(nèi)鍋爐有效利用熱量占鍋爐輸入熱量的百分比，燃料送 入鍋爐的熱量，其中大部分被鍋爐受熱面吸收，產(chǎn)生水蒸氣。運是被利用的有效熱量，而另 一部分熱量損失掉了，運部分熱量稱為熱損失，提高鍋爐的熱效率就是減少鍋爐各項熱損 失，現(xiàn)代鍋爐中要減少鍋爐的熱損失首要重點就是降低鍋爐排煙熱損失。在傳統(tǒng)鍋爐中，排 煙溫度一般在160-250°c。
[0004] 爐體為密封的真空容器，還有一部分熱損失取決于外保溫。為降低該部分熱損失， 有人開發(fā)了膜式壁式真空熱水鍋爐。膜式壁又稱膜式水冷壁。膜式水冷壁就是由受熱面全 部覆蓋的水冷壁，其有兩種形式：1、密排管膜式壁，2、罐片管膜式壁，密排管膜式壁由一根 挨一根的管子緊密排列覆蓋與爐膛內(nèi)壁的福射受熱面，罐片管膜式壁由管子和管間扁鋼焊 接覆蓋與爐膛內(nèi)壁的福射受熱面，比密排管膜式壁氣密性好，較高價格的爐管用量少的有 點，但其比密排管膜式壁加工難度大，加工費高。 陽0化]中國專利號化95218017. 0實用新型專利說明書中記載了一種無爐墻真空熱水鍋 爐，該鍋爐的爐膛和煙道壁面由膜式壁構(gòu)成，如附圖1所示，該鍋爐內(nèi)的煙氣沖刷為縱向沖 巧IJ，一側(cè)為單層膜式壁，另一側(cè)為多層膜式壁。
[0006] 授權(quán)公告號為CN203797949U的中國實用新型專利中公開了一種一體式膜式壁冷 凝真空熱水鍋爐，由水管、扁鋼和后濕水背套焊接組成后濕背膜式壁受熱面結(jié)構(gòu)組成了一 組雙層膜式壁，附圖2所示，提供鍋爐熱效率至93% W上，額定排煙溫度降至170°CW下。
[0007] W上的膜式壁式真空熱水鍋爐只是對此種鍋爐進行簡單的設(shè)計生產(chǎn)，并沒有在熱 效率方面做出更深的研究。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種對稱膜式壁式真空熱水鍋爐的加熱方法， 爐膛內(nèi)的煙氣在膜式壁兩側(cè)對稱地呈蛇型橫向沖刷加熱。
[0009] 優(yōu)選地，爐膛內(nèi)的煙氣在=回程膜式壁的兩側(cè)對稱地呈蛇形橫向沖刷加熱。
[0010] 優(yōu)選地，所述煙氣的沖刷速度Wg G [6,切。
[0011] 本發(fā)明所要解決的另一個技術(shù)問題是提供一種對稱膜式壁式真空熱水鍋爐，包括 真空換熱裝置和加熱裝置，真空換熱裝置中包括包括前水室，U型殼體和后水室，W及安裝 在前水室和后水室上的進水管柱和出水管柱，U型殼體內(nèi)有上蓋板，換熱器前、后管板置于 上蓋板上，換熱器管安裝在所述換熱器前、后管板上，在所述U型殼體上有抽氣管，U型殼體 上安裝有爆破裝置，換熱器管的底部連接有水室疏水裝置，所述加熱裝置包括上水箱，下水 箱W及夾在上下水箱之間的爐膛，所述爐膛入口處安裝有燃燒器連接裝置，爐膛內(nèi)部四周 采用對稱的膜式壁作為煙道壁面。
[0012] 優(yōu)選地，所述對稱的膜式壁為對稱的=回程膜式壁作為煙道壁面。
[0013] 優(yōu)選地，所述=回程膜式壁第一回程由位于入口面的膜式壁I，位于長方體爐膛 兩側(cè)面的膜式壁II和與入口面相對面的膜式壁V圍成；第二回程由膜式壁II和膜式壁m相 夾而成；第=回程兩側(cè)由膜式壁m和膜式壁IV相夾W及膜式壁V和膜式壁VI相夾而成。
[0014] 優(yōu)選地，所述第一回程膜式壁面受熱面積為每蒸噸3-8m2。
[0015] 優(yōu)選地，所述第一回程膜式壁面受熱面積為每蒸噸4-6m2。
[0016] 優(yōu)選地，所述S回程膜式壁每個回程都有進煙口，所述進煙口的寬度為
[0017] W = B X (Vg+R) X [ (ti+t2+t3) /3巧7引八3600 X Wg X 273 X H)，其中 B 為燃料消耗 量；Vg為實際煙氣量；R為實際煙氣量的補償系數(shù)；t為煙道內(nèi)某點溫度；Wg為煙氣速度；H 為煙氣通道高度。
[0018] 優(yōu)選地，所述第=回程上兩個避面上設(shè)置有擾流器。
[0019] 優(yōu)選地，在所述第=回程的爐膛的左右兩側(cè)底部分別安裝有疏水裝置。
[0020] 爐膛內(nèi)部是一個=回程膜式壁，通過特殊的設(shè)計，煙氣分別在爐膛兩側(cè)的=回程 模式壁內(nèi)形成橫向沖刷形成蛇型行走路線后，最后由出口進行煙氣排放。運種設(shè)計，有幾個 優(yōu)點。
[0021] 1、充分利用煙氣的熱量，減少熱損失；
[0022] 2、橫向沖刷的設(shè)計可W合理控制膜式壁的高度，使鍋爐可W放置在空間低矮的空 間內(nèi)，如地下室。
[0023] 3、此設(shè)計可W使煙氣的出口溫度直接降至120°C -130。即保證了鍋爐內(nèi)的加熱 溫度，又保證了將熱量損失降至最低，鍋爐熱效率可W達到95% W上。
【附圖說明】
[0024] 圖1是中國專利號化95218017. 0實用新型專利中的膜式壁示意圖；
[00巧]圖2是授權(quán)公告號為CN203797949U的中國實用新型專利膜式壁示意圖；
[00%] 圖3是本發(fā)明膜式壁式真空熱水鍋爐的主視圖；
[0027] 圖4是膜式壁式真空熱水鍋爐的左視圖；
[0028] 圖5是膜式壁式真空熱水鍋爐下部分的右視圖；
[0029] 圖6是圖3爐膛的剖面圖；
[0030] 圖7是帶擾流器的膜式壁的剖面圖；
[0031] 圖8帶擾流器的膜式壁主視圖；
[0032] 圖9是圖7膜式壁的剖面圖；
[0033] 圖10燃燒室疏水裝置側(cè)視圖；
[0034] 圖11燃燒室疏水裝置俯視圖；
[0035] 圖12是圖6的局部放大圖；
[0036] 1.下水箱；2.前水室；3.上水箱；4.吊耳；5. U型殼體；6.爆破片裝置；7.固定板； 8.支撐板；9.換熱器管；10.換熱器前、后管板；11.后水室；12.燃燒器連接裝置；13.讓 管；14.膜式壁I ;15.扁鋼；16.膜式壁II ;17.膜式壁III;18.膜式壁IV;19.扁鋼；20.膜 式壁V ;21.鋼管；22.煙氣出口裝置；23.抽氣管；24.水室疏水裝置；25.煙氣封板；26.下 水箱疏水管；27.疏水裝置；270.疏水裝置入口；271.凹槽；272.隔板；273.疏水裝置出 口； 28.膜式壁VI ; 29.水位觀察孔；201.進水管柱；111.出水管柱；
【具體實施方式】
[0037] 圖3是膜式壁式真空熱水鍋爐的主視圖，如圖所示，本發(fā)明中設(shè)及的真空熱水鍋 爐主要由上部分和下部分組成，上部分為換熱裝置，下部分為加熱裝置，加熱裝置由上水箱 3,爐膛和下水箱1組成。
[0038] 如圖所示，真空熱水鍋爐中的上部分的換熱裝置主要包括前水室2, U型殼體5和 后水室11，W及安裝在前水室2和后水室11上的進水管柱201和出水管柱111。
[0039] 在圖4中可W看到U型殼體5上設(shè)置有抽氣管23,用來在換熱裝置內(nèi)抽真空，使U 型殼體5內(nèi)形成負壓，同時為了安全因素的考慮，U型殼體上有爆破片裝置6,在壓力超標時 起到泄壓的作用。爆破片裝置6主要由=部分組成，分別為孔板片，防爆膜和尖銳物組成， 其中孔板片為一個由不易變形的材質(zhì)做成的圓形片，圓形片上有若干通氣孔，防爆膜位于 孔板片的上方，在防爆膜上方與防爆膜很近的地方置有一尖銳物，當U型殼體內(nèi)的壓力超 壓形成正壓時，防爆膜會微微隆起，此時尖銳物會立刻刺破防爆膜，起到泄壓的作用。
[0040] 在U型殼體5內(nèi)的換熱器管的底部連接有水室疏水裝置24,用來收集冷凝水。
[0041] U型殼體的內(nèi)部，換熱器前、后管板10置于上蓋板上，換熱器管9安裝在換熱器前、 后管板上，換熱器管9的排布放式根據(jù)鍋爐進出水管的水的溫差選擇，采用固定板7固定由 于水流速引起的換熱器管9的晃動，將涼水通過前水室2引入經(jīng)過換熱器管9后，再經(jīng)過后 水室11輸出，進水管柱201和出水管柱111處均設(shè)有壓力溫度傳感器。
[0042] U型殼體5的大小將所有內(nèi)部裝置裝入恰好即可，不宜過大。
[0043] 如圖3和圖4所示，真空熱水鍋爐的下部分即加熱裝置是由上水箱3,爐膛和下水 箱1組成，上水箱3中間位置開有一個水位觀察孔29用來觀察水箱中的水位，下水箱底部 有一根下水箱疏水管26,用來排放水箱里的水。
[0044] 如圖6所示，爐膛是一個長方體腔體，位于上水箱3和下水箱1中間，爐膛入口處 安裝有燃燒器連接裝置12,用來安裝燃燒器，爐膛內(nèi)部四周被膜式壁環(huán)繞，膜式壁可W是密 排管膜式壁，也可W是罐片管膜式壁。本發(fā)明W罐片管膜式壁作為實施例來說明。如圖4， 為了方便安裝燃燒器，將爐膛入口處的兩根光管彎成讓管，形成兩根讓管13。同時，為了減 少爐膛內(nèi)的熱量損失W及煙氣外泄，在讓管13和膜式壁之間有煙氣封板25,煙氣封板25中 間的挖空部分與燃燒器噴口的尺寸等同。
[0045] 如上所述的=回程膜式壁剖面圖見圖6,爐膛內(nèi)的=回程膜式壁環(huán)繞豎直排列在 爐膛的四周，爐膛內(nèi)膛部分尺寸即第一回程模式壁環(huán)成的長方體爐膛的尺寸，該內(nèi)膛尺寸 根據(jù)燃燒器火焰的直徑D和長度L W及鍋爐的額定蒸發(fā)量相關(guān)，內(nèi)堂高度和寬度范圍為 扣巧0mm，D+300mm]，最后內(nèi)膛的膜式壁面受熱面積為每蒸噸3-8m2,優(yōu)選為4-6m2。
[0046] =回程膜式壁中第一回程由位于入口面的膜式壁I 14,位于長方體爐膛兩側(cè)面的 膜式壁II 16和與入口面相對面的膜式壁V 20圍成；第二回程由膜式壁II 16和膜式壁III17 相夾而成；
[0047] 第=回程兩側(cè)由膜式壁III 17和膜式壁IV 18相夾W及膜式壁V 20和膜式壁VI 28 相夾而成，其中膜式壁VI 28中間位置有若干光管未焊接成片，與煙氣出口裝置22相對，為 爐膛內(nèi)煙氣的排出提供通道。二回程的寬度大于或等于=回程的寬度。
[0048] 每個回程煙氣流通的截面積的計算公式為：
[0049] S = BX (Vg+R) X [(ti+t2+t3)/3+27：3]/(3600XWgX27：3)其中 Wg G [6, 12]
[0050] B為燃料消耗量；Vg為實際煙氣量；R為實際煙氣量的補償系數(shù)；t為煙道內(nèi)某點 溫度；Wg為煙氣速度。
[0051] 第一回程膜式壁II 16 W爐膛入口處為起始端，在其末端有若干光管未用扁鋼焊 接相連，形成一回程出煙口和二回程進煙口。為使煙氣在=回程膜式壁中正常運行沖刷，既 要保證其具有一定的沖擊力，具有一定的沖刷速度，又要保證煙氣不會產(chǎn)生堆積，在一回程 出煙口和二回程進煙口處部分光管沒有焊接扁鋼，形成開口。膜式壁III17 W第二回程進煙 口為起點，末端有若干光管未用扁鋼焊接相連，形成一個二回程出煙口，同時也是=回程進 煙口。
[0052] 進煙口的寬度W = S/H，其中H為煙氣通道高度。
[0053] 為了使煙氣通過更加順楊，一回程膜式壁II 16和=回程膜式壁IV 18相對于二回 程出煙口處的最后一個光管與膜式壁I 14上的光管通過扁鋼15焊接，扁鋼15略寬于其他 扁鋼，在二回程出煙口或=回程進煙口處形成兩個收猶的邊，兩邊與膜式壁I 14形成兩個 角a和0，如圖12所示，a和0均為純角，可W相等，也可W不相等。在第立回程的爐膛 的左右兩側(cè)底部安有一個疏水裝置27,用來收集由于熱交換在膜式壁上產(chǎn)生的冷凝水。
[0054] 燃燒室疏水裝置27的一側(cè)有伸入至爐膛內(nèi)與最外層膜式壁銜接的臂，該疏水裝 置27的另一側(cè)為一個U型的裝置，該U型裝置一側(cè)與深入至爐膛內(nèi)的銜接臂連接，形狀與 爐體相適應(yīng)并貼合安裝，另一側(cè)偏上位置則引出一冷凝水出口。 陽化5] 如圖10和圖11所示，為配合長方形爐體，燃燒室疏水裝置27的一側(cè)有伸入至爐 膛內(nèi)與最外層膜式壁銜接的長方體的臂，為此，如圖11，該銜接臂一側(cè)的形狀與膜式壁形狀 相適應(yīng)，形成若干凹槽271，圖10所示，該疏水裝置27與膜式壁銜接一側(cè)亦為冷凝水入口 270,該疏水裝置27的另一側(cè)為一個長方體裝置，長方體裝置中間懸吊豎直隔板272 -塊， 該隔板272與長方體底部保持一定距離，形成一個通道，該長方體裝置一側(cè)與深入至爐膛 內(nèi)的銜接臂垂直連接，正好卡在下水室上，與下水室貼合安裝，長方體裝置的另一側(cè)有冷凝 水出口 273。
[0056] 運行鍋爐前，先在燃燒室疏水裝置27內(nèi)加入少量水，在長方體裝置中，要求水面 沒過隔板272與底面之間的距離，此舉在疏水裝置中形成水封，防止爐膛內(nèi)的煙氣沖出，同 時將落下的冷凝水收集，實現(xiàn)自動排水。
[0057] 為了防止兩個方向的煙氣相沖，在膜式壁V 20中屯、線上的光管可W和外側(cè)膜式 壁上的一根光管用扁鋼焊接，在出口處將兩側(cè)膜式壁在中屯、線位置隔開，通過=回程的煙 氣順著膜式壁沖向出口 22。采用W上對稱膜式壁式真空熱水鍋爐，煙氣經(jīng)過=個回程后得 到充分換熱，出口溫度達到120°C -130°C，極大地減少了熱量損失，橫向沖刷的方式使鍋爐 在高度上可控，比較適合安放在例如地下室等低矮的空間。
[0058] 表 3
[0059]
[0060] 在膜式壁式真空熱水鍋爐的第=回程中，煙氣的溫度較第一和第二回程降低，為 了更好地利用鍋爐中煙氣產(chǎn)生的熱量，提高鍋爐的熱效率，如圖7所示，可W在膜式壁III 17 和膜式壁IV 18相夾W及膜式壁V 20和膜式壁VI 28相夾而成的第=回程的兩個面布置有 擾流器，用來阻隔第=回程的煙氣，使其在此回程內(nèi)長時間逗留。如圖8和圖9所示，位于膜 式壁光管上的擾流器呈銷釘狀，為防止擾流器過于密集影響煙氣運動，每隔一個光管設(shè)置 擾流器，與設(shè)置有擾流器的光管相對的對面的膜式壁上的光管不設(shè)有擾流器，運樣，兩排相 向的膜式壁上的光管交錯設(shè)置擾流器。擾流器沿著所在光管自上而下交叉均勻分布，與所 在光管呈30°~60°角分布，長度W不與對面膜式壁的光管上的擾流器產(chǎn)生交叉，并留有 些許空隙為佳。擾流器的設(shè)計使出口溫度在原有基礎(chǔ)上再降低5°C -10°C，通過反復試驗， 擾流器與所在光管呈45°角時溫度降低地最多，擾流器的安裝使膜式壁中的煙氣得到了充 分得利用，提高了鍋爐的熱效率。
[0061] 表 4
[0062]
[0063] W上所有膜式壁的巧計均W爐膛中屯、線的豎直剖面對稱安置，運種對稱設(shè)計使爐 膛內(nèi)的煙氣向兩側(cè)擴散，受力均勻，傳熱均勻，減少能量損耗。
[0064] 當膜式壁式真空熱水鍋爐開始工作時，燃燒器開始燃燒，在爐膛內(nèi)產(chǎn)生煙氣橫向 沿著膜式壁設(shè)計的路線呈蛇形橫向沖刷，煙氣中的熱量通過換熱對膜式壁光管中的熱媒水 進行加熱，熱媒水在負壓下生成低于l〇〇°C水蒸汽，此時從上水箱上的水位觀察孔29觀察 到沸騰水位恰好處于水位觀察孔的中位，由于水蒸發(fā)產(chǎn)生的蒸汽向上運動，通過上蓋板，上 蓋板上的擾流板對蒸汽擾流，蒸汽進入到U型殼體內(nèi)，與換熱器管內(nèi)的冷水進行熱交換，通 過設(shè)置在進出水管柱上的溫度傳感器可W得出額定溫度差。蒸汽經(jīng)過換熱后形成水，流回 到下水箱中，繼續(xù)進入膜式壁進行循環(huán)。 陽0化]本發(fā)明亦可擴展為多回程對稱式膜式壁真空熱水鍋爐，煙氣呈蛇形橫向沖刷膜式 壁的真空熱水鍋爐均可落在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種對稱膜式壁式真空熱水鍋爐的加熱方法，其特征在于：爐膛內(nèi)的煙氣在膜式壁 兩側(cè)對稱地呈蛇型橫向沖刷加熱。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的加熱方法，其特征在于：爐膛內(nèi)的煙氣在三回程膜式壁的兩 側(cè)對稱地呈蛇形橫向沖刷加熱。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的加熱方法，其特征在于：所述煙氣的沖刷速度Wg e [6, 12]。4. 一種對稱膜式壁式真空熱水鍋爐，包括真空換熱裝置和加熱裝置，真空換熱裝置中 包括包括前水室（2)，U型殼體（5)和后水室（11)，以及安裝在前水室（2)和后水室（11)上 的進水管柱（201)和出水管柱（111 )，U型殼體（5 )內(nèi)有上蓋板，換熱器前、后管板（10 )置于 上蓋板上，換熱器管（9 )安裝在所述換熱器前、后管板（10 )上，在所述U型殼體（5 )上有抽氣 管（23)，U型殼體（5)上安裝有爆破裝置（6)，換熱器管的底部連接有水室疏水裝置（24)，其 特征在于：所述加熱裝置包括上水箱（3)，下水箱（1)以及夾在上下水箱之間的爐膛，所述 爐膛入口處安裝有燃燒器連接裝置（12)，爐膛內(nèi)部四周采用對稱的膜式壁作為煙道壁面。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空熱水鍋爐，其特征在于：所述對稱的膜式壁為對稱的三 回程膜式壁作為煙道壁面。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的真空熱水鍋爐，其特征在于：所述三回程膜式壁第一回程由 位于入口面的膜式壁I (14)，位于長方體爐膛兩側(cè)面的膜式壁II (16)和與入口面相對面 的膜式壁V (20)圍成；第二回程由膜式壁II (16)和膜式壁111(17)相夾而成；第三回程兩 側(cè)由膜式壁III (17)和膜式壁IV (18)相夾以及膜式壁V (20)和膜式壁VI (28)相夾而成。7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述地真空熱水鍋爐，其特征在于：所述第一回程膜式壁面受熱面 積為每蒸噸3-8m2。8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述地真空熱水鍋爐，其特征在于：所述第一回程膜式壁面受熱面 積為每蒸噸4-6m2。9. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的真空熱水鍋爐，其特征在于：所述三回程膜式壁每個回程都 有進煙口，所述進煙口的寬度為 W=B X (Vg+R) X [ (Wt3) /3+273]八3600 X Wg X 273 X H) ，其中B為燃料消耗量；Vg為實際煙氣量；R為實際煙氣量的補償系數(shù)；t為煙道內(nèi)某點溫 度；Wg為煙氣速度；Η為煙氣通道高度。10. 根據(jù)權(quán)利要求4-9所述的真空熱水鍋爐，其特征在于：所述第三回程上兩個避面上 設(shè)置有擾流器。11. 根據(jù)權(quán)利要求4-9所述的真空熱水鍋爐，其特征在于：在所述第三回程的爐膛的左 右兩側(cè)底部分別安裝有疏水裝置（27)。
【文檔編號】F24H9/00GK106052113SQ201510767989
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2015年11月11日
【發(fā)明人】董凱, 高云龍, 査橋虎, 鄧大雙, 蘇點
【申請人】博瑞特熱能設(shè)備股份有限公司