[发明专利]一种气电耦合极限冷凝的铸铝硅镁燃气热水炉

说明书

本发明公开了一种气电耦合极限冷凝的铸铝硅镁燃气热水炉，包括多个模块化换热炉片，通过管道连接多个模块化换热炉片与板式换热器及热泵形成供暖回路，管道连通由阀组控制；模块化换热炉片中针翅采用高低错列布置，是多种截面形状组合的翅片；采用辐射区分流水道结构避免过冷沸腾导致传热恶化现象；采用三维结构针翅、沟槽、斜肋及冷凝换热区钝体突起结构设计有效撕裂冷凝换热区针翅及壁面液膜强化传热传质性能；冷凝换热区的四面体凸起有效撕裂壁面液膜并增大传热面积，对流换热区的表面波纹处理增大换热面积提高换热系数；整体供暖系统采用气电耦合形式，在高参数出、回水，高负荷条件下极限冷凝烟气充分回收潜热保证系统时刻拥有最高的热效率。

技术领域

本发明属于提高能量利用效率、节能环保的热交换换热器领域，具体涉及一种气电耦合极限冷凝的铸铝硅镁燃气热水炉。

背景技术

近年来，雾霾问题持续、频发，北方供暖季间雾霾现象更为严重。为治理雾霾，保卫蓝天，供暖行业提出了《北方地区冬季清洁取暖规划2017-2021》，其中2019年清洁取暖率50％代替散烧煤0.74亿吨，新增气131亿m³；2021年清洁取暖率70％代替散烧煤1.5亿吨，新增气278亿m³；2021年供暖天然气需求达641亿m³以上等诸多要求。为达到规划要求，采用商业燃气采暖炉作为分布式供热方式必不可少，商业燃气采暖炉是将天然气的化学能转变成热能实现采暖的供应终端，是分布式供热的最好选择。其技术核心是通过热源、环境、建筑系统节能理念将天然气进行超低氧、超低氮、超高效率燃烧后的烟气进行超高效紧凑换热并将排烟温度降低到水露点温度以下，实现系统深度动态节能减排。目前在售的商用燃气采暖热水炉已经实现NO_x排放小于30mg，同时锅炉效率普遍在96％以上，采用商用燃气采暖热水炉供暖是一种极为清洁高效的方式。拥有超低氧、超低氮、超高燃烧效率、超高效换热、超结构紧凑和超高热效率等优势标示着商用燃气采暖热水炉蕴藏着极其巨大的市场需求与发展前景。

商用燃气采暖热水炉主要采用铸铁模块换热器、焊接不锈钢管换热器、铸铝硅镁合金模块换热器及全铜管换热器形式。铸铝硅镁合金不似共晶铸铁导热系数较低，多回程大烟风阻力的设计且体积大显笨重，全程无冷凝等特性，也没有焊接不锈钢管导热系数低且焊接之后在冷凝水活性离子和焊接残余应力的双重作用会发生应力腐蚀开裂(SCC)等问题，价格也远比导热系数高的全铜管低廉。铸铝硅镁合金商用燃气采暖热水炉采用铸造的模块化冷凝换热器能有效地避免焊接工艺使用，兼具安装方便，易于检修，设计灵活等多种优势。尤其是Cl^-离子含量小于100mg/L时，铸铝硅镁合金具有较好的抗腐蚀能力，铸铝硅镁合金导热系数比较高，是不锈钢的8倍，冷凝换热器非常紧凑，显著提高冷凝换热系数，极大地减轻设备重量。这些优势使得铸铝硅镁商用燃气采暖热水炉在清洁供暖改造中获得巨大的市场份额。

但目前在售的商用燃气采暖热水炉宣传达到高于108％的超高效率均是在较低负荷(小于20％)下换热器充分吸收烟气中热能时测得，但商用燃气采暖热水炉都是变负荷运行，随着负荷的提高商用燃气采暖热水炉的热效率逐渐降低，同时对于有较高的出水(80℃)、回水(60℃)温度时，商用燃气采暖热水炉的热效率都较为低下(～96％)。据统计，燃气采暖每年消耗我国天然气总量的17％，若采用本专利进行深度节能，克服高负荷极少潜热利用的缺陷，若都实现烟气的极限降温每年可节约天然气约50亿m³，减少PM2.5排放4672吨，减少NO_x排放33340吨，节约天然气直接经济效益达150亿元。同时商用燃气采暖热水炉结构设计上依旧存在诸多问题，首先典型的铸铝硅镁换热炉片通常具有下降水道结构，如荷兰著名的铸铝硅镁冷凝换热器公司贝卡尔特的专利WO 2015/024712、WO2016/055392A1等，该结构易出现过冷沸腾导致传热恶化并由于气泡挤压产生噪音甚至破坏换热器结构等不良现象，其次由于大多数商用燃气采暖热水炉在供暖季的冷凝潜热吸收量极低，使得炉片采用单一的圆形截面针翅结构，而在采用热泵辅助深度冷凝的超高效铸铝硅镁燃气采暖炉系统中冷凝换热段的针翅结构需要作出相应的调整，有效撕裂壁面及针翅上的冷凝液膜以确保炉片高的传热传质性能。