一种模块化挤压铝冷凝换热器及冷凝式锅炉制造技术

本发明专利技术公开了一种模块化挤压铝冷凝换热器及冷凝式锅炉，根据燃烧器、挤压铝冷凝换热器的相对布置形成单体、左右或上下分体冷凝式锅炉，由挤压铝传热单元、进口渐扩烟道、承露盘、进口集箱、出口集箱、全预混火排式燃烧器等组成；铝棒挤压成型后经过二次加工和装配成为具有完整水道的挤压铝传热单元，组合成冷凝换热器或冷凝式锅炉的主体部分；全预混火排式燃烧器的燃烧头深入挤压铝传热单元之间，避免密封盖板受到火焰冲刷带来的变形、泄露问题；挤压铝材料具有高抗拉强度，低密度，耐腐蚀的优点，成本只有铸铝硅的30％，不锈钢的60％；挤压铝传热单元的盈余设计使锅炉效率提升6％以上，节能省气，缓解天然气紧缺的现状。

A Modular Extruded Aluminum Condensation Heat Exchanger and Condensation Boiler

【技术实现步骤摘要】
一种模块化挤压铝冷凝换热器及冷凝式锅炉
本专利技术涉及燃油燃气锅炉及烟气余热回收
，具体涉及一种以挤压铝作为材料的模块化冷凝式燃气锅炉和燃油燃气锅炉尾气中潜热回收的模块化冷凝换热器。
技术介绍
解决供暖天然气的巨大缺口，一方面是开源，另一方面是节流。节流要求提高天然气锅炉的效率从而节约天然气。目前的集中供暖天然气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。700kW的燃气锅炉，排烟温度从80℃降到35℃，可回收70kW的热量，锅炉效率提升至108％，节约12％以上的天然气。目前市场上的钢制锅炉均配备了冷凝器和节能器，但过高的回水温度使得冷凝器难以发挥功效；同时为了节约成本，目前冷凝器多采用ND钢材料，易被冷凝水腐蚀泄露。目前市场上急需一种能够真正实现冷凝，耐腐蚀，造价低，换热好，体积紧凑的冷凝换热器，提高锅炉效率的同时，减少水蒸气的排放，兼顾环保与经济效益。目前的冷凝换热器材料有不锈钢、铸铝硅、铜合金等，但不锈钢导热系数低、铸铝硅造价高、铜合金抗腐蚀性能差，而挤压铝单价低于不锈钢，导热系数与铜合金相当、抗腐蚀性能优异，是冷凝换热器的最佳选材。目前常用的6063系挤压铝合金抗拉强度可达150MPa以上，经过阳极氧化和表面电泳镀膜处理后，可在pH为1的环境下长时间使用，具有良好的耐酸、盐性能。将挤压铝材料用于冷凝换热器，与传统材料相比有着巨大的优势，但目前市场上还没有挤压铝冷凝换热器，也缺乏相关设计标准。本专利将以挤压铝型材为换热器单元件，附加强化传热结构和进出口连接组件，设计出可工业化批量生产的挤压铝冷凝换热器。在挤压铝冷凝换热器的头部加上燃烧器，并削去部分外翅片增大炉膛空间即可作为一个冷凝式锅炉。采用挤压铝材料制作冷凝式锅炉，与传统的铸铝硅、不锈钢冷凝式锅炉相比，造价可降低约30％以上。一体式挤压铝锅炉要求燃烧器安装在挤压铝换热单元之间，空间狭小，但具有较高的燃烧热负荷；满足低氮燃烧的要求，利用内置烟气再循环、合理配风，或水冷火焰等原理，降低燃烧区火焰温度。目前的全预混低氮燃烧器多采用面板式或圆柱状燃烧头，无法满足一体式挤压铝锅炉的燃烧器需求；大气式燃烧器采用火排结构可以满足空间要求，但燃烧热强度较低，锅炉功率较低。本专利将设计一种火排型的全预混燃烧器，燃烧头放置在挤压铝换热单元之间，实现较高的燃烧热负荷以及低氮燃烧。
技术实现思路
为了降低烟气冷凝换热器的造价，促进燃油燃气锅炉烟气余热回收技术的发展，本专利技术的目的在于提供一种模块化挤压铝冷凝换热器及一体化挤压铝冷凝式锅炉，本专利技术解决了烟气冷凝换热器易腐蚀、造价高、占地面积大的难题，通过引入热泵和生活用水等多种冷源，回收利用烟气余热，冷凝脱除烟气中的水蒸气，促进燃油燃气锅炉低温余热回收和烟气消白技术的发展，为减缓和消除雾霾做出贡献；将挤压铝材料引入冷凝式锅炉体系，通过设计全预混火排式燃烧器，在冷凝换热器头部安装燃烧器，并切削部分翅片，解决了冷凝式锅炉造价过高，推广缓慢的问题，提高天然气的利用率，为缓解天然气紧缺的现状做出贡献。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种模块化挤压铝冷凝换热器，包括挤压铝传热单元1、进口渐扩烟道2、承露盘3、进口集箱4和出口集箱5；所述进口渐扩烟道2位于挤压铝传热单元1顶部，承露盘3位于挤压铝传热单元1底部，进口集箱4和出口集箱5置于冷凝换热器同侧，与所有挤压铝传热单元1连接，冷却工质选用热泵蒸发器循环水、锅炉给水或自来水；冷凝液汇集于承露盘3的底部，通过U型水封管排出。所述挤压铝传热单元1包括中间挤压铝片及左右挤压铝片；中间挤压铝片由水室1-1、外翅片1-2、内翅片1-3和连接部1-4四部分组成；水室1-1由多个长度为2cm～10cm、宽度为1cm～3cm的中间水室单元和长度为1cm～4cm、宽度为6cm～15cm的两端水室单元组成，水室1-1的壁厚为4mm～8mm，多单元的水室结构有助于增强锅炉的耐压能力；外翅片1-2在水室1-1两侧外表面，与从进口渐扩烟道2进入的烟气接触换热，翅片舌比小于5，根部宽度为3mm～10mm，翅高为5mm～50mm，翅片表面为锯齿或波浪形状，以增大翅片表面积、拓展受热面；内翅片1-3布置在水室1-1内侧，翅片舌比小于5，根部宽度为2mm～5mm，翅高为4mm～14mm，翅片表面为锯齿或波浪形状，以增大翅片表面积、拓展受热面；连接部1-4位于两端水室单元的两侧短边，起到连接相邻两个挤压铝传热单元1并密封烟气的作用；左右挤压铝片也由水室1-1、外翅片1-2、内翅片1-3和连接部1-4四部分组成，外翅片1-2和连接部1-4仅在水室1-1的烟气侧，水室1-1的空气侧没有外翅片1-2和连接部1-4。所述挤压铝传热单元1经挤压机挤压成型后还要进行二次加工；在两端水室单元的长边壁面上切出直径为20mm～60mm的圆形进口1-5和圆形出口1-6；在挤压铝传热单元1的上下端面上加工出螺丝孔，用于固定上下密封盖板；将距水室1-1的上下两端20mm～60mm的水侧通道壁面和内翅片1-3切去，形成高度20mm～60mm的连通水室空间1-8，作为多个水侧通道的上下集箱；将距烟气入口50mm～300mm的外翅片1-2部分切除，保留2mm～5mm高的翅片根部，形成入口的矮翅区1-10；矮翅区1-10和正常外翅片1-2之间斜切出长度100mm以上的过渡区1-9，通过改变外翅片的高度改变烟气流通截面积，控制烟气流速，避免入口段烟气流速过高；将挤压铝传热单元1的表面进行阳极氧化和电泳镀膜处理，以增强抗冷凝液腐蚀性能。所述挤压铝传热单元1经过二次加工之后与内六角螺丝1-11、密封盖板1-12、均流板1-13和流芯1-14装配；内六角螺丝1-11用于固定密封盖板1-12；密封盖板1-12上有沉头孔，紧贴挤压铝传热单元1端部侧有密封沟槽，密封沟槽中放置硅胶密封圈，密封挤压铝传热单元1的上下两端；均流板1-13放置在连通水室空间1-8与水室1-1之间，利用小孔阻力使每个水室1-1的水流量均匀分配；流芯1-14通过上下侧的均流板1-13固定，由多个贯通水室1-1的圆柱或螺旋圆柱组成，用于扰乱水侧流动，缩小每个水室1-1流通面积，提高水侧流速，强化水侧换热；冷却工质经下部的圆形进口1-5进入挤压铝传热单元1下部的连通水室空间1-8，经下侧的均流板1-13下部进入各个水室1-1，随后从上侧的均流板1-13上部离开水室1-1进入上部的连通水室空间1-8，从圆形出口1-6离开挤压铝传热单元1。所述挤压铝传热单元1与进口集箱4和出口集箱5通过软连接方式连接，进口集箱4和出口集箱5布置在所有挤压铝传热单元1的外侧，与所有挤压铝传热单元1连接；挤压铝壁厚只有4mm～8mm，直接在壁面上攻出螺纹孔容易滑丝漏水，所述进口集箱4和出口集箱5采用内置外丝接头4-1、外置内丝活接头4-2和硅胶密封圈4-3与挤压铝传热单元1连接；内置外丝接头4-1置于水室1-1的两端水室单元内，内置外丝接头4-1通过圆形进口1-5和圆形出口1-6伸出水室1-1与外置内丝活接头4-2连接，硅胶密封圈4-3位于内置外丝接本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种模块化挤压铝冷凝换热器，其特征在于：包括挤压铝传热单元(1)、进口渐扩烟道(2)、承露盘(3)、进口集箱(4)和出口集箱(5)；所述进口渐扩烟道(2)位于挤压铝传热单元(1)顶部，承露盘(3)位于挤压铝传热单元(1)底部，进口集箱(4)和出口集箱(5)置于冷凝换热器同侧，与所有挤压铝传热单元(1)连接，冷却工质选用热泵蒸发器循环水、锅炉给水或自来水；冷凝液汇集于承露盘(3)的底部，通过U型水封管排出。

【技术特征摘要】
1.一种模块化挤压铝冷凝换热器，其特征在于：包括挤压铝传热单元(1)、进口渐扩烟道(2)、承露盘(3)、进口集箱(4)和出口集箱(5)；所述进口渐扩烟道(2)位于挤压铝传热单元(1)顶部，承露盘(3)位于挤压铝传热单元(1)底部，进口集箱(4)和出口集箱(5)置于冷凝换热器同侧，与所有挤压铝传热单元(1)连接，冷却工质选用热泵蒸发器循环水、锅炉给水或自来水；冷凝液汇集于承露盘(3)的底部，通过U型水封管排出。2.根据权利要求1所述的一种模块化挤压铝冷凝换热器，其特征在于：所述挤压铝传热单元(1)包括中间挤压铝片及左右挤压铝片；中间挤压铝片由水室(1-1)、外翅片(1-2)、内翅片(1-3)和连接部(1-4)四部分组成；水室(1-1)由多个长度为2cm～10cm、宽度为1cm～3cm的中间水室单元和长度为1cm～4cm、宽度为6cm～15cm的两端水室单元组成，水室(1-1)的壁厚为4mm～8mm，多单元的水室结构有助于增强锅炉的耐压能力；外翅片(1-2)在水室(1-1)两侧外表面，与从进口渐扩烟道(2)进入的烟气接触换热，翅片舌比小于5，根部宽度为3mm～10mm，翅高为5mm～50mm，翅片表面为锯齿或波浪形状，以增大翅片表面积、拓展受热面；内翅片(1-3)布置在水室(1-1)内侧，翅片舌比小于5，根部宽度为2mm～5mm，翅高为4mm～14mm，翅片表面为锯齿或波浪形状，以增大翅片表面积、拓展受热面；连接部(1-4)位于两端水室单元的两侧短边，起到连接相邻两个挤压铝传热单元(1)并密封烟气的作用；左右挤压铝片也由水室(1-1)、外翅片(1-2)、内翅片(1-3)和连接部(1-4)四部分组成，外翅片(1-2)和连接部(1-4)仅在水室(1-1)的烟气侧，水室(1-1)的空气侧没有外翅片(1-2)和连接部(1-4)。3.根据权利要求2所述的一种模块化挤压铝冷凝换热器，其特征在于：所述挤压铝传热单元(1)经挤压机挤压成型后还要进行二次加工；在两端水室单元的长边壁面上切出直径为20mm～60mm的圆形进口(1-5)和圆形出口(1-6)；在挤压铝传热单元(1)的上下端面上加工出螺丝孔，用于固定上下密封盖板；将距水室(1-1)的上下两端20mm～60mm的水侧通道壁面和内翅片(1-3)切去，形成高度20mm～60mm的连通水室空间(1-8)，作为多个水侧通道的上下集箱；将距烟气入口50mm～300mm的外翅片(1-2)部分切除，保留2mm～5mm高的翅片根部，形成入口的矮翅区(1-10)；矮翅区(1-10)和正常外翅片(1-2)之间斜切出长度100mm以上的过渡区(1-9)，通过改变外翅片的高度改变烟气流通截面积，控制烟气流速，避免入口段烟气流速过高；将挤压铝传热单元(1)的表面进行阳极氧化和电泳镀膜处理，以增强抗冷凝液腐蚀性能。4.根据权利要求3所述的一种模块化挤压铝冷凝换热器，其特征在于：所述挤压铝传热单元(1)经过二次加工之后与内六角螺丝(1-11)、密封盖板(1-12)、均流板(1-13)和流芯(1-14)装配；内六角螺丝(1-11)用于固定密封盖板(1-12)；密封盖板(1-12)上有沉头孔，紧贴挤压铝传热单元(1)端部侧有密封沟槽，密封沟槽中放置硅胶密封圈，密封挤压铝传热单元(1)的上下两端；均流板(1-13)放置在连通水室空间(1-8)与水室(1-1)之间，利用小孔阻力使每个水室(1-1)的水流量均匀分配；流芯(1-14)通过上下侧的均流板(1-13)固定，由多个贯通水室(1-1)的圆柱或螺旋圆柱组成，用于扰乱水侧流动，缩小每个水室(1-1)流通面积，提高水侧流速，强化水侧换热；冷却工质经下部的圆形进口(1-5)进入挤压铝传热单元(1)下部的连通水室空间(1-8)，经下侧的均流板(1-13)下部进入各个水室(1-1)，随后从上侧的均流板(1-13)上部离开水室(1-1)进入上部的连通水室空间(1-8)，从圆形出口(1-6)离开挤压铝传热单元(1)。5.根据权利要求1所述的一种模块化挤压铝冷凝换热器，其特征在于：所述挤压铝传热单元(1)与进口集箱(4)和出口集箱(5)通过软连接方式连接，进口集箱(4)和出口集箱(5)布置在所有挤压铝传热单元(1)的外侧，与所有挤压铝传热单元(1)连接；挤压铝壁厚只有4mm～8mm，直接在壁面上攻出螺纹孔容易滑丝漏水，所述进口集箱(4)和出口集箱(5)采用内置外丝接头(4-1)、外置内丝活接头(4-2)和硅胶密封圈(4-3)与挤压铝传热单元(1)连接；内置外丝接头(4-1)置于水室(1-1)的两端水室单元内，内置外丝接头(4-1)通过圆形进口(1-5)和圆形出口(1-6)伸出水室(1-1)与外置内丝活接头(4-2)连接，硅胶密封圈(4-3)位于内置外丝接头(4-1)的圆环固定底座与水室(1-1)的内壁面之间；所述挤压铝传热单元(1)与进口渐扩烟道(2)和承露盘(3)之间通过法兰螺栓连接，挤压铝传热单元(1)两端的密封盖板(1-12)预留半圆螺栓孔，两个密封盖板之间的半圆螺栓孔组成完整的螺栓孔，与渐扩烟道(2)和承露盘(3)连接法兰上的螺栓孔一一对应，中间加上密封垫片，使用螺栓连接。6.一种模块化挤压铝冷凝式锅炉，其特征在于：包括挤压铝传热单元(1)、全预混火排式燃烧器(6)、承露盘(3)、进口集箱(4)、出口集箱(5)和连接烟道(7)；所述模块化挤压铝冷凝式锅炉在模块化挤压铝冷凝换热器的基础上将进口渐扩烟道(2)替换为全预混火排式燃烧器(6)后形成单体冷凝式锅炉，加长挤压铝传热单元(1)并削去燃烧器火焰区域的部分外翅片，其余组件不变；所述全预混火排式燃烧器(6)，由增压风罩(6-1)、等压燃气分配室(6-2)、引射器(6-3)、气体混合腔(6-4)和燃烧头(6-5)组成；增压风罩(6-1)的上端法兰盘与...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵钦新，邓世丰，梁志远，王云刚，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61