一种热水锅炉及其水循环加热系统的制作方法

本实用新型涉及锅炉设计生产技术领域，尤其涉及一种热水锅炉及其水循环加热系统。

背景技术：

低温腐蚀是发生在锅炉受热面位置的硫酸腐蚀，产生低温腐蚀的原因是因为燃料燃烧后生成的烟气中含有so2和h2o，这使得烟气中存在一定量的酸蒸汽，当受热面的温度低于一定值时，烟气中的酸蒸汽就会在受热面上凝结形成酸液，酸蒸汽凝结形成酸液的温度即可理解为烟气酸露点。因而若锅炉受热面的管壁温度低于酸露点温度，则容易产生低温腐蚀现象。

目前强制循环型热水锅炉其水循环加热系统一般为以下两种方式：

一种方式是锅炉回水直接进入省煤器，然后从省煤器出口进入出口集箱以及汇集集箱后进入各水冷壁或水冷屏进口集箱，然后通过在水冷壁或水冷屏等炉膛换热器内加热后经过出口集箱进入锅筒，进而离开锅炉，如图1中所示；

另外一种方式是锅炉回水直接进入水冷壁或水冷屏的进口集箱，然后通过水冷壁或水冷屏等炉膛换热器的加热后经由出口集箱进入锅筒，从锅筒出来的热水经过省煤器的进一步加热后进入省煤器出口集箱，经过汇集集箱后离开锅炉，如图2中所示。

由于热水锅炉负荷运行的不确定性，一些情况下回水温度会严重偏离设计回水温度，因而采用第一种方式中的水循环加热系统容易造成省煤器的低温段出现低温腐蚀；而第二种方式中的水循环加热系统容易造成水冷壁或水冷屏的入水口处产生低温腐蚀。

因此，如何能够有效避免热水锅炉的水循环加热系统产生低温腐蚀，提高热水锅炉的使用寿命是目前本领域技术人员亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的之一在于提供一种热水锅炉的水循环加热系统，以能够有效避免水循环加热系统产生低温腐蚀的现象，提高热水锅炉的使用寿命。

本实用新型的另一目的在于提供一种安装有上述水循环加热系统的热水锅炉。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：

一种热水锅炉的水循环加热系统，包括锅筒、炉膛换热器以及烟道换热器，所述锅筒分为存在热量交换的热水区和冷水区，所述炉膛换热器分为自然循环换热器和强制循环换热器，其中，

锅炉回水管与所述冷水区的第一回水口连通，所述冷水区的第一出水口与所述自然循环换热器的进水口连通，所述自然循环换热器的出水口与所述冷水区的第二回水口连通；

所述冷水区的第二出水口与所述强制循环换热器的进水口连通，所述强制循环换热器的出水口与所述热水区的进水口连通，所述热水区的出水口与所述烟道换热器的进水口连通，所述烟道换热器的出水口与锅炉出水管连通。

优选地，所述冷水区与所述热水区相邻设置，且所述冷水区与所述热水区通过能够传递热量的隔板分隔。

优选地，在所述锅筒的横截面上，所述隔板与所述锅筒的内壁围合形成夹层，所述夹层构成所述热水区，所述锅筒的其余位置构成所述冷水区。

优选地，在所述锅筒的横截面上，所述热水区沿所述锅筒的周向上间隔设置有多个。

优选地，所述锅筒的横截面呈圆形，多个所述热水区沿所述锅筒的周向均匀分布。

优选地，所述自然循环换热器为水冷屏或水冷壁，所述强制循环换热器为水冷壁或水冷屏，所述冷水区的第一出水口通过第一下降管与所述自然循环换热器的进水口连通，所述冷水区的第二出水口通过第二下降管与所述强制循环换热器的进水口连通。

优选的，所述烟道换热器为省煤器，所述自然循环换热器、强制循环换热器以及所述烟道换热器的进水口处均设置有进口集箱，所述自然循环换热器、强制循环换热器以及所述烟道换热器的出水口均设置有出口集箱。

本实用新型所公开的热水锅炉的水循环加热系统为上述任意一项中所公开的热水锅炉的水循环加热系统。

优选的，所述热水锅炉的炉膛内还设置有卫燃带，且所述卫燃带覆盖在所述强制循环换热器的下部。

优选的，所述热水锅炉为循环流化床式热水锅炉，且所述卫燃带的高度为5m～8m。

本实用新型所公开的水循环加热系统中的水流程为：

锅炉回水直接进入锅筒的冷水区，冷水区中的水通过冷水区的第一出水口进入自然循环换热器的受热面被炉膛加热，进而通过第二回水口回流至冷水区内；与此同时，冷水区中的水流通过冷水区的第二出水口进入强制循环换热器的受热面被炉膛加热，从强制循环换热器流出的水进入锅筒的热水区，热水区中的水流通过热水区的出水口再进入省煤器，经省煤器的受热面吸收烟气余热后进入锅炉出水管。

可见，本实用新型中所公开的水循环加热系统中的水流循环包括两个同时进行的循环，其中一个循环为水流在冷水区与自然循环换热器之间的自然循环；另外一个循环为水流在冷水区-强制循环换热器-热水区-烟道换热器-用户之间的强制循环；

锅筒分为冷水区和热水区，并且冷水区和热水区存在热量交换，进入到冷水区的锅炉回水一方面可以被热水区加热，另一方面冷水区的水流持续在自然循环换热器内循环流动并在炉膛内吸热，相比于锅炉回水而言，冷水区内的水流温度得以显著提高，这就有效避免了自然循环换热器和强制循环换热器入水口一侧产生低温腐蚀；由于在强制循环换热器内进一步吸热，因而热水区内的水流温度相比于冷水区得到进一步提高，因而烟道换热器入水口一侧的低温腐蚀问题也得以解决。

由此可见，本实用新型所公开的热水锅炉的水循环加热系统可以有效解决低温腐蚀的问题，有效提高了热水锅炉的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中热水锅炉的一种水循环加热系统示意图；

图2为现有技术中热水锅炉的另一种水循环加热系统示意图；

图3为本实用新型实施例中所公开的热水锅炉的水循环加热系统示意图；

图4为本实用新型实施例中所公开的一种锅筒的横截面示意图；

图5为本实用新型实施例中所公开的另一种锅筒的横截面示意图。

其中，

1为冷水区，2为热水区。

具体实施方式

本实用新型的核心在于提供一种热水锅炉的水循环加热系统，以能够有效避免水循环加热系统产生低温腐蚀的现象，提高热水锅炉的使用寿命。

本实用新型的另一核心在于提供一种安装有上述水循环加热系统的热水锅炉。

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请同时结合图3至图5进行理解，附图中的箭头代表水流方向，本实用新型中所公开的热水锅炉的水循环加热系统，包括锅筒(图3中分为热水区2和冷水区1的部件)、炉膛换热器以及烟道换热器，所谓炉膛换热器就是设置在锅炉炉膛内以实现水流与炉膛火焰之间的换热，所谓烟道换热器具体是指设置在锅炉烟道系统内的换热器，以实现水流与烟气之间的换热，相比于现有技术而言，本案中的锅筒分为热水区2和冷水区1，炉膛换热器分为自然循环换热器和强制循环换热器，需要强调的是，锅筒中的热水区2和冷水区1能够实现自由的相互换热，各个部件之间的连接关系为：

锅炉回水管与冷水区1的第一回水口连通，冷水区1的第一出水口与自然循环换热器的进水口连通，自然循环换热器的出水口与冷水区1的第二回水口连通；

冷水区1的第二出水口与强制循环换热器的进水口连通，强制循环换热器的出水口与热水区2的进水口连通，热水区2的出水口与烟道换热器的进水口连通，烟道换热器的出水口与锅炉的出水管连通，最终使得热水从热水出口离开锅炉。

上述实施例中所公开的水循环加热系统中的水流程具体为：

锅炉回水直接进入锅筒的冷水区1，冷水区1中的水通过冷水区1的第一出水口进入自然循环换热器的受热面被炉膛加热，在自然循环换热器内完成加热的水流通过第二回水口回流至冷水区1内；与此同时，冷水区1中的水流通过冷水区1的第二出水口进入强制循环换热器的受热面被炉膛加热，从强制循环换热器流出的水进入锅筒的热水区2，热水区2中的水流通过热水区2的出水口再进入省煤器，经省煤器的受热面吸收烟气余热后进入锅炉出水管。

上述实施例中所公开的水循环加热系统中的水流循环包括两个同时进行的循环，其中一个循环为水流在冷水区1与自然循环加热器之间依靠水流密度不同而进行的自然循环，自然循环可以不断加热送入冷水区1的锅炉回水，另外一个循环为水流在冷水区1-强制循环换热器-热水区2-烟道换热器-用户之间的强制循环，锅筒分为冷水区1和热水区2，并且冷水区1和热水区2存在热量交换，进入到冷水区1的锅炉回水一方面可以被热水区2加热，缩小冷热水之间的温差，另一方面冷水区1的水流持续在自然循环换热器内循环流动并在炉膛内吸热，因此相比于锅炉回水而言，冷水区1内的水流温度得以显著提高，这就有效避免了自然循环换热器和强制循环换热器入水口一侧产生低温腐蚀；由于在强制循环换热器内进一步吸热，因而热水区2内的水流温度相比于冷水区1得到进一步提高，因而烟道换热器入水口一侧的低温腐蚀问题也得以解决。

本领域技术人员能够理解的是，锅筒中的冷水区1和热水区2可以相邻设置也可以间隔设置，若冷水区1与热水区2间隔设置，为了实现两者之间热量的自由传递，就需要在冷水区1与热水区2的间隔内设置传热材料，这会造成锅筒生产成本的提高，因此本实施例中的锅筒的冷水区1与热水区2相邻设置，并且冷水区1与热水区2通过能够传递热量的隔板分隔。

请参考图4和图5，在锅筒的横截面上，隔板与锅筒的内壁围合形成夹层，该夹层构成上述热水区2，锅筒的其余位置形成上述冷水区1；热水区2的数量可以为一个或多个，如图4中所示的热水区2的数量为一个，图5中所示的热水区2的数量为多个，当热水区2的数量设置有多个时，热水区2沿锅筒的周向(环绕锅筒横截面一周的方向)上间隔设置，作为优选的方式，热水区2在锅筒的周向上均匀设置，以使得热水区2与冷水区1之间快速且均匀的换热。

不难理解的是，锅筒的横截面的具体形状不受限制，例如横截面呈矩形、圆形或者正六边形均可，考虑到设计和生产的便利性，本实用新型实施例中所公开的锅筒的横截面呈圆形。

通常情况下，炉膛换热器包括水冷壁或水冷屏，而这两者中的任意一者均可作为自然循环换热器来使用，两者中的任意一者也可作为强制循环换热器来使用，在本实施例中，自然循环换热器具体为水冷屏，强制循环换热器具体为水冷壁，冷水区1的第一出水口通过第一下降管与水冷屏的进水口连通，水冷屏的出水口与冷水区1的第二回水口通过第一引出管连通，冷水区1的第二出水口通过第二下降管与水冷壁的进水口连通，水冷壁的出水口与热水区2的进水口通过第二引出管连通。

应当说明，热水锅炉的最低循环水量一般达到额定循环水量的60％以上，随着锅炉负荷的升高，循环水量在不断的加大直至达到额定的循环水量，锅筒的冷水区1持续不断的接收50℃左右的锅炉回水，水冷屏仅使炉膛受热面的一部分，根据提高锅炉给水温度的幅度本领域技术人员可以灵活确定受热面布置的面积，一般情况下，作为自然循环换热器的水冷屏不会超过整个炉膛受热面的30％(根据经验，当水冷屏面积占整个炉膛受热面的30％时，冷水区1水温相对于锅炉回水可以提高10℃左右)。

在本实施例中，烟道换热器具体为省煤器，本领域技术人员能够理解的是，为了实现流体的汇集和在各个换热器内的分配，通常需要在换热器的进口配置进口集箱，在换热器的出口配置出口集箱，请参考图3，在水冷屏、水冷壁以及省煤器的进口处均设置有进口集箱，水冷屏、水冷壁以及省煤器的出口处均设置有出口集箱，在进入锅炉出水管之前，还可设置汇集集箱以将由省煤器出口集箱流出的热水汇集，如图3中所示，锅炉出水管与汇集集箱的出水口相连，并且锅炉出水管上设置有由电机控制的开关阀，以控制热水的通断。

除此之外，本实用新型还公开了一种热水锅炉，该热水锅炉的水循环加热系统为上述任意一项中所公开的热水锅炉的水循环加热系统。

由于采用了上述水循环加热系统，因而该热水锅炉兼具上述水循环加热系统相应的技术优点，本领域技术人员可参照上述描述进行理解，本文中对此不在进行赘述。

进一步的，该热水锅炉的炉膛内还设置有卫燃带，该卫燃带具体是一层耐火浇注料卫燃带，其覆盖在水冷壁的下部的外表面，高度范围为5m～8m。需要进行说明的是，所谓水冷壁的下部应按照如下方式进行理解：在水冷壁的高度方向上，水冷壁的中点位置为水冷壁的中部，水冷壁中部以下的位置可称为水冷壁的下部，当然，应当强调的是，本案中的卫燃带并非一定将水冷壁的下部全部覆盖，其可以仅覆盖一部分，例如覆盖水冷壁高度的20％～30％。

由于水冷壁的下部(通常该部分靠近水冷壁的进水口)被卫燃带所覆盖，因此该部位并未暴露在炉膛内部，这使得该部分水冷壁本身不会受到低温腐蚀；同时由水冷壁的进水口流入水冷壁中的水流，会首先吸收由卫燃带传递的一部分热量(通常为水流循环吸热总量的8％-10％)，然后才会流入水冷壁暴露在炉膛中的部分，这也就提高了流入水冷壁的曝光受热面的水流水温，从而有效避免了水冷壁曝光面出现低温腐蚀。

本案实施例中所公开的热水锅炉尤其是指循环流化床型式的热水锅炉，该种热水锅炉水冷屏的传热热流密度较低，高度差足够大，温压大，不会造成自然循环过程中产生沸腾等传热恶化问题。

上述热水锅炉中，在热水区2向冷水区1传递热量、自然循环换热器对锅炉回水循环加热、强制循环换热器对冷水区1水流加热、水冷壁下部卫燃带对进入水冷壁的水流加热等多种技术手段的综合作用下，有效提高了各个换热器的进口水温，避开了各换热器管壁的酸露点，成功解决了低温腐蚀的问题，提高了热水锅炉的使用寿命。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。