一种异构管束群换热结构、角管锅炉及其运行方法技术

本发明专利技术公开一种异构管束群换热结构、角管锅炉及其运行方法，包括锅筒、膜式壁、导汽管、下降管、上水平集箱、下水平集箱、异构管束群、平面预混水冷燃烧器、蒸汽过热器、矩形截面预混器、顶置凝汽器等；适配以平面预混水冷燃烧器为主的多种混合模式的燃烧器；能够分别或同时生产蒸汽或热水；利用缝隙层流强化、缝隙冲击射流强化、缝隙湍流强化的多机制耦合对流强化的六边柱状体单元组成的异构管束群，2～5排管子就可使其出口烟气温度与管内水工质温度之间的温差降至20℃以内；配合节能器、冷凝器、冷凝式空气预热器，使蒸汽锅炉效率提高至102％～104％；同时降低了材料碳排放、制造碳排放和运行碳排放，实现锅炉全生命周期评价的碳减排。碳减排。碳减排。

【技术实现步骤摘要】
一种异构管束群换热结构、角管锅炉及其运行方法


[0001]本专利技术属于角管锅炉
，具体涉及一种异构管束群换热结构、角管锅炉及其运行方法。

技术介绍

[0002]近年来，雾霾问题持续存在，环保政策日趋收紧，传统的燃煤角管锅炉逐渐被燃油燃气角管锅炉替代，与燃煤烟气相比，燃油燃气锅炉的烟气中的PM含量极低，很少发生堵塞问题，因此可以采用缝隙结构强化换热。以缝隙强化换热理念设计的锅炉已经有很多，比如盘管锅炉，密排螺旋翅片管锅炉等等。仅依靠缝隙强化换热系数可以提升至100W/m2·
K左右，相比传统锅炉结构的约50W/m2·
K已经有了重大突破，但仍存在着烟道总截面积较大，体积不够紧凑的缺点。进一步提升换热系数，缩小单位功率烟道截面积，提高锅炉效率，降低锅炉钢耗量，同时减少锅炉的制造碳排放和运行碳排放，是当下锅炉发展的重要方向。将缝隙强化换热理念加以改进应用到角管锅炉是一种有效方式。
[0003]传统的角管锅炉多采用旗式受热面或针翅强化，如西安交通大学申请的一种以针翅强化对流管屏的燃油燃气角管锅炉结构CN104154661A，采用针翅结构强化对流受热面，针翅高度随烟气温度降低而升高，显著强化了换热，但体积仍比较巨大；哈尔滨红光锅炉总厂有限责任公司申请的一种大容量纵置式的角管锅炉CN211625195U，旨在解决角管锅炉大型化的问题，没有从强化换热的角度在原有尺寸下实现更大功率的出力；哈尔滨四方锅炉有限公司申请的一种单锅筒横置式下进气燃气燃油角管锅炉CN209470185U，采用燃烧器斜下置的方案，增加了火焰的停留时间，优化了燃烧。综合来看目前申请的角管锅炉专利技术仍停留在经典角管锅炉结构，对其某方面进行优化，而没有根本性的创新和变革。
[0004]角管式锅炉的四角为大直径厚壁的下降管与汽包、水冷壁、集箱、加强梁等组成框架式结构。角管锅炉的优点在于水循环良好，外置的下降管可以及时把水送到蒸发强烈的管束区域，上置的导汽管可以及时带走蒸汽，避免蒸汽堆积影响水循环。因此采用受热面强化换热技术的蒸汽锅炉采用角管结构可以最大程度的优化水循环。
[0005]平面水冷预混燃烧技术最近10年得到了大规模的推广应用，但现有的角管锅炉结构仅能匹配传统的扩散式燃烧器，没有根据新型水冷预混燃烧技术来优化设计锅炉结构，市场上也亟待一种能够良好匹配平面水冷预混燃烧器的锅炉结构。

技术实现思路

[0006]为了解决现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，进一步强化角管锅炉的换热，缩小角管锅炉体积，同时水循环良好，兼容平面水冷预混燃烧器和传统扩散燃烧器，微调结构，即可生成饱和蒸汽、过热蒸汽、热水。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种异构管束群换热结构，包括多个对称双翼形纵向曲面翅片管和多个对称双翼形纵向平直翅片管，对称双翼形纵向曲面翅片管包括第一光管，沿第一光管的竖直段轴线对称设置有双翼形纵向曲面翅片，对称双翼
形纵向平直翅片管包括第二光管，沿第二光管竖直段轴线对称设置有纵向扁钢；对称双翼形纵向曲面翅片管和对称双翼形纵向平直翅片管间隔布置至少两排，在管束群内部与对称双翼形纵向曲面翅片管相邻的管道均为对称双翼形纵向平直翅片管，管束群每一排的端部对称双翼形纵向曲面翅片管或对称双翼形纵向平直翅片管。
[0008]第一光管和第二光管的直径相同，多个对称双翼形纵向曲面翅片管和多个对称双翼形纵向平直翅片管在弯头处和连接集箱的部分均采用膜式壁结构。
[0009]相邻两根对称双翼形纵向曲面翅片管的翅片将二者之间的对称双翼形纵向平直翅片管环抱，在相邻的对称双翼形纵向曲面翅片管和多个对称双翼形纵向平直翅片管之间形成缝隙层流强化对流换热的烟气流道；异构管束群沿着烟气流动方向上每四根管束中间就会形成一个由两段纵向曲面翅片背面弧段AB段和DE段，两段纵向平直翅片直段BC段、EF段和两段光管纵向弧段CD段、FA段形成的六棱柱空间，所述六棱柱空间具有一个烟气进口，一个烟气出口。
[0010]对称双翼形纵向曲面翅片管采用整体轧制、连铸连轧、锻制成形或在光管上焊接圆管后剖制形成；对称双翼形纵向平直翅片管可以分别采用整体轧制、连铸连轧、锻制成形为鳍片管或在第二光管上双面全焊透纵向扁钢成形。
[0011]本专利技术还提供一种异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，包括锅筒、膜式壁、导汽管、下降管、上水平集箱、下水平集箱、异构管束群、燃烧器、节能器、冷凝器以及冷凝式空气预热器；异构管束群采用本专利技术所述异构管束群换热结构，膜式壁围成的空间即为炉膛；上水平集箱和下水平集箱对应设置在炉膛的顶端和底端；异构管束群设置在炉膛烟气出口方向；锅筒的中心线与上水平集箱的中心线与在同一平面，与前墙膜式壁垂直；膜式壁的两端分别与上水平集箱和下水平集箱相连；导汽管的下端上水平集箱相连，导汽管的上端与锅筒的上半部相连；下降管的上端分别与锅筒和上水平集箱相连，下端与下水平集箱相连；异构管束群的上端与上水平集箱相连，下端与下水平集箱相连；异构管束群、节能器、冷凝器以及冷凝式空气预热器沿着烟气流向依次布置；节能器位于锅筒下方；膜式壁包括左墙膜式壁、右墙膜式壁和前墙膜式壁；上墙膜式壁和下墙膜式壁由异构管束群的第一排管束向前墙膜式壁方向弯折替代；燃烧器设置在左墙膜式壁、右墙膜式壁或前墙膜式壁。
[0012]锅筒的的上方设置顶置凝汽器，顶置凝汽器为管壳式结构，顶置凝汽器的壳侧进出口分别连接锅筒的出入口，顶置凝汽器的管侧通入低温水，顶置凝汽器的管侧出口为高温水或湿饱和蒸汽，顶置凝汽器的壳侧入口连接锅筒的蒸汽出口，顶置凝汽器的壳侧出口连接锅筒的顶部入口；管侧的回程数1～4。
[0013]所述异构管束群前布置1～6排前置光管管束降低进入异构管束群中的烟气温度，对靠近炉膛的第一排对称双翼形纵向曲面翅片管及第一排对称双翼形纵向平直翅片管中的靠近炉膛的一侧的翅片端部进行切削加工处理，减小其翅片伸入炉膛长度。
[0014]若需要过热蒸汽时，在异构管束群前方设置蒸汽过热器，蒸汽过热器的入口连接锅筒的饱和蒸汽出口或顶置凝汽器的管侧出口。
[0015]上水平集箱包括与异构管束群上端相连的上集箱，与左墙膜式壁上端相连的上左集箱，与右墙膜式壁上端相连的上右集箱，与前墙膜式壁上端相连的上前集箱；上集箱、上前集箱的两端与上左集箱、上右集箱相连；上集箱、上右集箱以及上左集箱的中心线均在同一水平面内，所述水平面为锅炉所有预分离集箱的汽水分界面。
[0016]燃烧器采用平面预混水冷燃烧器、扩散式燃烧器或预混燃烧器，所述预混燃烧器包括任意结构的金属纤维、多孔陶瓷、陶瓷板或金属板打孔预混燃烧器；
[0017]当采用平面预混水冷燃烧器时，平面预混水冷燃烧器布置在炉膛前墙，去掉炉膛前墙安装平面预混水冷燃烧器处膜式壁水冷管束中相邻水冷管之间的扁钢，形成一排有缝隙的水冷管束，冷凝式空气预热器的空气侧与平面预混水冷燃烧器相连的风道上布置有矩形截面预混器；
[0018]当采用扩散式燃烧器，扩散式燃烧器安本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种异构管束群换热结构，其特征在于，包括多个对称双翼形纵向曲面翅片管(71)和多个对称双翼形纵向平直翅片管(72)，对称双翼形纵向曲面翅片管(71)包括第一光管(711)，沿第一光管(711)的竖直段轴线对称设置有双翼形纵向曲面翅片(712)，对称双翼形纵向平直翅片管(72)包括第二光管(721)，沿第二光管(721)竖直段轴线对称设置有纵向扁钢(722)；对称双翼形纵向曲面翅片管(71)和对称双翼形纵向平直翅片管(72)间隔布置至少两排，在管束群内部与对称双翼形纵向曲面翅片管(71)相邻的管道均为对称双翼形纵向平直翅片管(72)，管束群每一排的端部对称双翼形纵向曲面翅片管(71)或对称双翼形纵向平直翅片管(72)。2.根据权利要求1所述的异构管束群换热结构，其特征在于，第一光管(711)和第二光管(721)的直径相同，多个对称双翼形纵向曲面翅片管(71)和多个对称双翼形纵向平直翅片管(72)在弯头处和连接集箱的部分均采用膜式壁结构。3.根据权利要求1所述的异构管束群换热结构，其特征在于，相邻两根对称双翼形纵向曲面翅片管(71)的翅片将二者之间的对称双翼形纵向平直翅片管(72)环抱，在相邻的对称双翼形纵向曲面翅片管(71)和多个对称双翼形纵向平直翅片管(72)之间形成缝隙层流强化对流换热的烟气流道；异构管束群沿着烟气流动方向上每四根管束中间就会形成一个由两段纵向曲面翅片背面弧段AB段和DE段，两段纵向平直翅片直段BC段、EF段和两段光管纵向弧段CD段、FA段形成的六棱柱空间，所述六棱柱空间具有一个烟气进口，一个烟气出口。4.根据权利要求1所述的异构管束群换热结构，其特征在于，对称双翼形纵向曲面翅片管(71)采用整体轧制、连铸连轧、锻制成形或在光管(711)上焊接圆管后剖制形成；对称双翼形纵向平直翅片管(72)可以分别采用整体轧制、连铸连轧、锻制成形为鳍片管或在第二光管(721)上双面全焊透纵向扁钢(722)成形。5.一种异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，其特征在于，包括锅筒(1)、膜式壁(2)、导汽管(3)、下降管(4)、上水平集箱(5)、下水平集箱(6)、异构管束群(7)、燃烧器、节能器(9)、冷凝器(10)以及冷凝式空气预热器(11)；异构管束群(7)采用权利要求1
‑
4任一项所述异构管束群换热结构，膜式壁(2)围成的空间即为炉膛；上水平集箱(5)和下水平集箱(6)对应设置在炉膛的顶端和底端；异构管束群(7)设置在炉膛烟气出口方向；锅筒(1)的中心线与上水平集箱(5)的中心线与在同一平面，与前墙膜式壁(23)垂直；膜式壁(2)的两端分别与上水平集箱(5)和下水平集箱(6)相连；导汽管(3)的下端上水平集箱(5)相连，导汽管(3)的上端与锅筒(1)的上半部相连；下降管(4)的上端分别与锅筒(1)和上水平集箱(5)相连，下端与下水平集箱(6)相连；异构管束群(7)的上端与上水平集箱(5)相连，下端与下水平集箱(6)相连；异构管束群(7)、节能器(9)、冷凝器(10)以及冷凝式空气预热器(11)沿着烟气流向依次布置；节能器(9)位于锅筒(1)下方；膜式壁(2)包括左墙膜式壁(21)、右墙膜式壁(22)和前墙膜式壁(23)；上墙膜式壁和下墙膜式壁由异构管束群(7)的第一排管束向前墙膜式壁(23)方向弯折替代；燃烧器设置在左墙膜式壁(21)、右墙膜式壁(22)或前墙膜式壁(23)。6.根据权利要求5所述的异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，其特征在于，锅筒(1)的的上方设置顶置凝汽器(14)，顶置凝汽器(14)为管壳式结构，顶置凝汽器(14)的壳侧进出口分别连接锅筒(1)的出入口，顶置凝汽器(14)的管侧通入低温水，顶置凝汽器(14)的管侧出口为高温水或湿饱和蒸汽，顶置凝汽器(14)的壳侧入口连接锅筒(1)的蒸汽出口，顶
置凝汽器(14)的壳侧出口连接锅筒(1)的顶部入口；管侧的回程数1～4。7.根据权利要求5所述的异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，其特征在于，所述异构管束群(7)前布置1～6排前置光管管束(15)降低进入异构管束群(7)中的烟气温度，对靠近炉膛的第一排对称双翼形纵向曲面翅片管(71)及第一排对称双翼形纵向平直翅片管(72)中的靠近炉膛的一侧的翅片端部进行切削加工处理，减小其翅片伸入炉膛长度。8.根据权利要求5所述的异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，其特征在于，若需要过热蒸汽时，在异构管束群(7)前方设置蒸汽过热器(12)，蒸汽过热器(12)的入口连接锅筒(1)的饱和蒸汽出口或顶置凝汽器(14)的管侧出口。9.根据权利要求5所述的异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，其特征在于，上水平集箱(5)包括与异构管束群(7)上端相连的上集箱(51)，与左墙膜式壁(21)上端相连的上左集箱(52)，与右墙膜式壁(22)上端相连的上右集箱(53)，与前墙膜式壁(23)上端相连的上前集箱(54)；上集箱(51)、上前集箱(54)的两端与上左集箱(52)、上右集箱(53)相连；上集箱(51)、上右集箱(53)以及上左集箱(52)的中心线均在同一水平面内，所述水平面为锅炉所有预分离集箱的汽水分界面。10.根据权利要求5所述的异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，其特征在于，燃烧器采用平面预混水冷燃烧器(8)、扩散式燃烧器或预混燃烧器(81)，所述预混燃烧器(82)包括任意结构的金属纤维、多孔陶瓷、陶瓷板或金属板打孔预混燃烧器；当采用平面预混水冷燃烧器(8)时，平面预混水冷燃烧器(8)布置在炉膛前墙，去掉炉膛前墙安装平面预混水冷燃烧器(8)处膜式壁水冷管束中相邻水冷管之间的扁钢，形成一排有缝隙的水冷管束，冷凝式空气预热器(11)的空气侧与平面预混水冷燃烧器(8)相连的风道上布置有矩形截面预混器(13)；当采用扩散式燃烧器，扩散式燃烧器安装在左墙膜式壁(21)或右墙膜式壁(21)，在炉膛中增设分隔膜式壁(24)，分隔膜式壁(24)为单排膜式水冷壁，分隔膜式壁(24)的左侧与左墙膜式壁(21)通过扁钢连接，分隔膜式壁(24)的右侧伸至炉膛中；分隔膜式壁(24)的尾部管束中相邻两管之间不设扁钢，分隔膜式壁(24)的上端和下端分别连接上水平集箱(5)和下水平集箱(6)；当采用任何结构的金属纤维、多孔陶瓷、陶瓷板或金属板打孔的预混燃烧器，预混燃烧器安装在左墙膜式壁(21)、右墙膜式壁(22)或前墙膜式壁(23)。11.根据权利要求5所述的异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，其特征在于，导汽管(3)包括主导汽管(31)、分支导汽管(32)和独立导汽管(33)；主导汽管(31)的一端与锅筒(1)相连，另一端封闭；分支导汽管(32)的一端与上集箱(51)、上左集箱(52)、上右集箱(53)和上前集箱(54)相连，另一端与主导汽管(31)相连；主导汽管(31)沿锅筒(1)的中心线方向上布置多根，每根主导汽管(31)与多根分支导汽管(32)相连，用于收集来自异构管束群(7)和膜式壁(2)区域的蒸汽；独立导汽管(33)的一端与上集箱(51)、上左集箱(52)、上右集箱(53)、上前集箱(54)相连，另一端与锅筒(1)相连。12.根据权利要求11所述的异构管束群多机制耦合强化换热角管锅炉，其特征在于，下水平集箱(6)包括与异构管束群(7)下端相连的下集箱(61)、与...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓世丰，赵钦新，曲腾，邵怀爽，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：