一种冷凝式燃气蒸汽发生模块的制作方法

本发明属于蒸汽锅炉技术领域，具体涉及一种冷凝式燃气蒸汽模块炉中的蒸汽发生模块。

背景技术：

燃气蒸汽模块炉是由多个蒸汽发生模块组成的。现有的蒸汽发生模块都是由一个非低氮燃烧器和三级换热器组成，三级换热器包括两级高效换热器和一级高温换热器，其中两级高效换热器位于模块的上部，一级高温换热器位于模块的中部，燃烧器位于模块下方，强排风机位于模块上方。这种结构形式的蒸汽发生模块，由于没有冷凝换热器，模块的给水没有预热，当燃气蒸汽发生模块点火升温时，要将常温的进水经过三级换热加热到温度高达150度以上的高温蒸汽，每级换热器的进出口温差可能达到50度，过高的温差会导致换热器受热不均匀，进而影响换热效率，换热器也容易变形损坏。现有的燃气蒸汽模块炉是将两个上述的模块平行并排摆放，两个模块同层的换热器管路串联起来，然后再自上而下将三组换热器串联成一条管路，两个模块组成一个功率加倍的蒸汽发生模块组，由两个燃烧器和六个换热器完成将常温水加热到蒸发的过程。这种方法虽然解决了每个换热器温差过高的问题，但是，控制方面必须确保两个模块同步工作。事实上，由于两个模块各自都有独立的控制和保护功能，其中一个模块点火失败或故障停机，都会造成模块组功率减半，导致无法将进水加热成有用的蒸汽。更为严重的是，现有的蒸汽模块炉的给水方式都是给水泵在高效换热器的进水口给水，水(工质)是在一根管子内完成加热到蒸发，因为没有内循环，当负荷变化时，管壁温度很难控制，随时会出现传热恶化，产生爆管或疲劳裂纹等问题，换热器使用寿命和模块炉安全没有保障。上述模块组由于没有配置能够收集冷凝水并且能够长期耐腐蚀的冷凝换热器，因此，为了确保铜质高效换热器换热时不会析出冷凝水，以免冷凝水吸附灰尘影响换热效果和使用寿命，排烟温度正常会高于150度，热效率一般只能达到90％的二级能效。由上述模块组构成的现有燃气蒸汽模块炉的氮氧化物和一氧化碳排放，分别只能达到200mg/立方米和500mg/立方米，显然和我国最新的环保节能标准差距较大。

技术实现要素：

为了解决上述问题之一，本发明提供一种冷凝式燃气蒸汽发生模块。

本发明解决其技术问题所采用的一种技术方案是：

一种冷凝式燃气蒸汽发生模块，包括自下而上排布的燃烧器、热交换器和冷凝换热器，所述热交换器设置有第一输入口和第一输出口，所述冷凝换热器设置有第二输入口和第二输出口，所述第二输出口连通第一输入口，所述第二输入口连接水源，使得在燃烧器工作时，水流经冷凝换热器进行预热后进入热交换器加热汽化。

在本发明的一些实施例中，所述热交换器自下而上设置有三级高温换热器和两级高效换热器，所述两级高效换热器与所述三级高温换热器自上而下串联形成一条管路，所述第一输入口设置于所述三级高温换热器上，所以第一输出口设置于所述两级高效换热器上。

在本发明的一些实施例中，还包括烟气收集装置，所述烟气收集装置设置于热交换器的上方并用于收集燃烧器工作产生的燃烧尾气，所述冷凝换热器设置于烟气收集装置的输出端。

在本发明的一些实施例中，所述烟气收集装置设置有强排风机，所述强排风机与所述冷凝换热器并排设置于所述热交换器的上方。

在本发明的一些实施例中，所述燃烧器和热交换器设置于一封闭壳体内，壳体的上端设置有烟气收集口，所述烟气收集装置设置有风机固定板，所述风机固定板安装于壳体上端并包覆烟气收集口，所述强排风机安装于风机固定板上并设置有烟气排出口，从而将燃烧器工作产生的燃烧尾气从烟气收集口收集并从烟气排出口排出至冷凝换热器。

在本发明的一些实施例中，所述壳体于燃烧室外侧设置有空气预热通道，所述空气预热通道连通燃烧室。

在本发明的一些实施例中，所述壳体于热交换器的上方设置有集烟室，所述烟气排出口设置于集烟室的顶部。

在本发明的一些实施例中，所述冷凝换热器设置有冷凝器外壳和设置于冷凝器外壳内的波纹管，所述冷凝器外壳与风机固定板并列设置于壳体顶部，且所述冷凝器外壳连通烟气排出口。

在本发明的一些实施例中，还包括汽水分离器、补水装置和循环水泵，所述补水装置连接第二输出口并通过所述循环水泵连接第一输入口，用于向所述热交换器内补水，所述汽水分离器连接第一输出口和补水装置，用于进行汽、水分离，并将分离出来的水送入补水装置。

本发明的有益效果是：

本发明中，燃烧器点火产生的高温烟气经热交换器后进入冷凝换热器，烟气余热得到高效回收，最后经汇集烟道排出炉外，和现有蒸汽发生模块相比，增加了冷凝换热器，通过高效回收烟气余热，将常温的补给水温升高，减轻了热交换器的换热负担，提高热效率。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

图1是本发明的第一种结构示意图；

图2是波纹管的一种结构设置示意图；

图3是本发明的一种结构分解示意图；

图4是热交换器的一种结构分解示意图；

图5是本发明的另一结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

参照图1～图5，本发明提供一种冷凝式燃气蒸汽发生模块，包括自下而上排布的燃烧器100、热交换器200和冷凝换热器300，热交换器200设置有第一输入口201和第一输出口202，冷凝换热器300设置有第二输入口301和第二输出口302，第二输出口302连通第一输入口201，第二输入口301连接水源，使得在燃烧器100工作时，水流经冷凝换热器300进行预热后进入热交换器200加热汽化。

本发明中，燃烧器100点火产生的高温烟气经热交换器200后进入冷凝换热器300，烟气余热得到高效回收，最后经汇集烟道排出炉外，和现有蒸汽发生模块相比，增加了冷凝换热器300，通过高效回收烟气余热，将常温的补给水温升高，减轻了热交换器200的换热负担，提高热效率。

热交换器200自下而上设置有三级高温换热器205和两级高效换热器204，两级高效换热器204与三级高温换热器205自上而下串联形成一条管路，第一输入口201设置于三级高温换热器205上，第一输出口202设置于两级高效换热器上204。

具体的，由于在传统的结构中，蒸汽发生模块的顶部通常设置有风机结构来及时排出燃烧尾气，并为燃烧室补充氧气，由于换热器内的管道长度有限，经风机结构排出的尾气仍具有较高温度，为了利用尾气中存在的潜热，本发明中的蒸汽发生模块还包括一烟气收集装置400，烟气收集装置400设置于热交换器200的上方并用于收集燃烧器100工作产生的燃烧尾气，冷凝换热器300设置于烟气收集装置400的输出端。

这样，既可以通过烟气收集装置400将燃烧器100产生的燃烧尾气及时抽出，也能及时补充空气，并且通过烟气收集装置400将燃烧尾气及时送入冷凝换热器300，便于及时利用燃烧尾气的潜热，也有助于提高燃烧效率。

如图1-图5所示，烟气收集装置400设置有强排风机401，强排风机401与冷凝换热器300并排设置于热交换器200的上方。燃烧器100和热交换器200设置于一封闭壳体101内，燃烧器100设置于壳体101底部，热交换器200设置于壳体101的顶部，壳体101的上端设置有烟气收集口，烟气收集装置400设置有风机固定板402，风机固定板402安装于壳体101上端并包覆烟气收集口，强排风机401安装于风机固定板402上并设置有烟气排出口，从而将燃烧器100工作产生的燃烧尾气从烟气收集口收集并从烟气排出口排出至冷凝换热器300。

如图所示，三级高温换热器205堆叠设置有三层换热管道203，两级高效换热器204堆叠设置有两层换热管道203，上下相邻的两层换热管道203之间依次连通，并且每层换热管道203预留有供燃烧尾气穿过的间隙。每层换热管道203间隔设置有多根管道结构，其材质可以采用铜管或其他导热、耐高温的金属管，从而形成供燃烧尾气穿过的间隙。并且为了保证上层的换热管道203能够充分受热，相邻的两层换热管道203之间错位设置，使得上层换热管道203的管道结构位于与之相邻的下层换热管道203的间隙上方，从而在竖直方向上形成s形的尾气排出路径。由于壳体101的最大尺寸限定，为了避免换热管道203在错位设置时与之产生干涉，不同层的换热管道203的具体管道结构数量可以不一致，如图4所示，有五根管道结构、四根管道结构交错设置。并且优选将第一输入口201设置于最上层的换热管道203上，第一输出口202设置于最下层的换热管道203上。

由于燃烧器100燃烧需要连通外部空气，但在燃烧过程中若直接导入空气，容易影响燃烧室的温度，进而影响热交换器200的换热效率。有鉴于此，本实施例中壳体101于燃烧室外侧设置有空气预热通道，空气预热通道连通燃烧室。如图3所示，壳体101设置有一包覆燃烧器100等结构的外壳结构，外壳结构与燃烧室的侧壁之间保留一定间隙，并且于该间隙的一端设置有连通外部的连通口、另一端设置有连通燃烧室的连通口，以此形成空气预热通道。

这样在工作过程中，空气在经空气预热通道进入燃烧室内时，由于沿经燃烧室表面，因此会受热升温，从而在进入燃烧室内时不会降低燃烧室内的温度，有利于提高热交换器200的受热效率。并且外壳结构可以于燃烧器100底部承接燃烧器100，有助于提高安装的稳定性、结构的强度。

另外，为了对接强排风机401送出的燃烧尾气，冷凝换热器300设置有冷凝器外壳303和设置于冷凝器外壳303内的波纹管304，冷凝器外壳303与风机固定板402并列设置于壳体101顶部，且冷凝器外壳303连通烟气排出口。如图2所示，本实施例中的冷凝换热器300主要用于对水流进行预热，为了提高预热效率、充分利用尾气的潜热，冷凝器外壳303内设置的波纹管304采用图2所示结构，其并联设置若干波纹管304，且相邻的两者之间可以保留一定间距，以保证与尾气的接触面积。这样在水流经第二输入口301送入时，可以分成若干支流，从而提高受热面积，进而提升预热效果。另外，在冷凝器外壳303背离强排风机401的一端设置排放口以排放尾气。如图1所示，由于冷凝器外壳303与强排风机401的对接口位于冷凝器外壳303的侧壁上半部分，因此排放口优选设置于另一侧壁的下半部分。

此外，参照图5，该蒸汽发生模块还包括汽水分离器700、补水装置和循环水泵，补水装置连接第二输出口302并通过所述循环水泵连接第一输入口201，用于向热交换器200内补水，汽水分离器700连接第一输出口202和补水装置，用于进行汽、水分离，并将分离出来的水送入补水装置。

如图5所示，该汽水分离器700的上端设置有第三输入口702、第三输出口703、下端设置有第四输出口701，该补水装置包括蓄水箱500和位于蓄水箱500下方的补水箱600，蓄水箱500连接第二输出口302，补水箱600内设置浮球阀601控制与蓄水箱500的连接通断，补水箱600底部通过循环水泵连接第一输入口201，汽水分离器700的第三输入口702连接第一输出口202，汽水分离器的第四输出口701连接补水箱600。

其工作原理是：燃烧器100点火产生的高温烟气依次经三级高温换热器205换热，一次降温后的烟气再进入两级高效换热器204继续依次换热降温，通过五级换热后，烟气温度降至150度左右再经强排风机401进入冷凝换热器300，烟气余热(约90度温差之显热和过热水蒸汽冷凝释放出11％之潜热)得到高效回收，烟气温度降至60度左右，最后经汇集烟道排出炉外。

上述蒸汽发生模块的串联管路再与汽水分离器700、补混水装置、循环水泵等组合即共同构成蒸汽模块炉的内循环系统。冷凝换热器的作用是利用烟气余热冷凝高效回收的原理，将常温进水预热至70度左右，给补混水装置提供进水补给。

蒸汽发生的过程如下：内置循环水泵给热交换器200给水，经过两级高效换热器204和三级高温换热器205进入汽水分离器700，当模块下方的燃烧器100点火后，循环水经过三级高温换热器205迅速升温，再经两级高效换热器204沸腾汽化，产生一定比例的混合汽水进入汽水分离器700，分离出的饱和蒸汽经调节恒压输出，分离出的高温水进入补水装置，和经过冷凝换热器300预热到70度左右的补给进水混合后进入循环水泵形成再循环。

本发明的有益效果是：

本发明和现有蒸汽发生模块相比，技术进步在于：1、增加一级自主研发的冷凝换热器300，通过高效回收烟气余热，将常温的补给水温升高50度以上，这不仅具有可观的节能效果(约15％左右)，而且减轻了两级高效换热器204和三级高温换热器205的换热负担；2、增加两级换热器，蒸发换热面积的大幅增加，明显改善了两级高效换热器204和三级高温换热器205的换热环境，加之模块炉的内循环系统确保了换热管路始终处于全湿壁工作模式，避免了现有蒸汽模块炉可能出现传热恶化造成的爆管和疲劳裂纹的风险，各级换热器均可长期工作，不易损坏；3、采用超低氮燃烧器，氮氧化物和一氧化碳的排放分别小于20毫克每立方米和50毫克每立方米，环保节能效果超过国际最严标准；4、本发明设计为单模块独立工作，控制更简单方便，运行更安全可靠，避免了现有技术双模块必须同步工作所带来的控制难题和缺陷。

本发明中的蒸汽发生模块，水流经过冷凝换热器300时，可以利用燃烧尾气中的潜热进行预热，从而在进入热交换器200时的初始水温升高，使得其加热至汽化所需提升的温度变化值减小，因此有利于提高汽化效率，并且预热利用的是燃烧器100的燃烧尾气经热交换器之后的潜热，在传统结构中该燃烧尾气在经过热交换器之后便直接排出，因此本结构设计提高了燃烧利用率，有利于节能环保。

其中预热时水流从下至上输送，加热时从上至下输送，有利于提高汽化效率，由于越靠近燃烧器100的地方温度越高，因此可以避免已汽化的部分由高温进入低温部分而冷凝，保证质量。

如图4所示，本实施例中设置有五层换热管道203，可以保证水流充分受热汽化，工作效率高。而集烟室102的设置可以有效收集燃烧尾气，避免强排风机401直接作用于换热管道203之间的缝隙导致的效率低的问题发生。

此外，本发明并未对燃烧器100的具体结构进行改进，可以直接采用市面上现有结构，属于公知常识，因此本实施例中对其具体结构不作详述。而对于强排风机401的功率、型号选择是本领域技术人员可以根据实际生产需求合理选择的，同时本发明也未对其具体结构进行改进，因此对于强排风机401的结构可以直接参照现有技术进行设置，在此不作详述。

上述实施例只是本发明的优选方案，本发明还可有其他实施方案。本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所设定的范围内。

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