CN100400979C - 内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，包括主换热体，控制器及与其电连接的燃气比例调节阀和电磁阀、调速风机。该主换热体包括上部为渐扩与渐缩曲状管形燃烧室、下部为曲状凝结管的渐变曲管状传热体及套在其外部的锅壳体，其间构成液体容积仓。该渐扩与渐缩曲状管形燃烧室内设有双网状燃烧器，其通过混气管与燃烧比例调节阀和电磁阀、调速风机相通。在曲状凝结管的尾部设有翅片式蒸发器、U型水气分离器及其凝结水排出口、烟气排放口。混气管与调速风机间设有翅片式热管冷凝器，其通过热管与翅片式热管蒸发器接通。上述锅炉具有极高的燃料燃烧率，极大的热利用率及传热效率，和极低的环境污染的功效。
Description
技术领域
本发明涉及一种燃烧锅炉，尤其是一种冷凝式燃气或燃油热水、采暖锅炉中的内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉。
背景技术
燃气凝结式换热技术即燃气冷凝式锅炉、燃气高热值锅炉，是目前国际上极力推行的一种节能和更加环保的锅炉换热技术，它具有热利用率极高，排烟温度低，烟气中有害气体排放量远小于非凝结式燃气换热设备，在冷启动段、间歇启/停、长时间处在低回液温度运行时有很好的安全性和很高的热利用率等特点。尤其随运行过程负荷调节变化时能保持热效率的动态离散性极小，国际上虽已见在冷凝技术方面的相关报道，但未见到此结构技术的文献报道。目前国际上也仅有少数几家大型锅炉生产公司推出了各自技术风格的专利结构，美国专利5,355,842公开了一种德国菲斯曼公司制造的冷凝式燃气锅炉，采用预混式红外燃烧器，通过风机将一次空气与燃气成比例混合送入燃烧器燃烧。因冷凝换热体结构复杂，对燃烧器和控制部分的技术参数要求过高，整体制作工艺难度大，造价成本高，即使在发达国家也尚未得到大量普及。
发明内容
本发明的目的是提供一种新的换热流体结构和燃烧系统及控制模式设计一一内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，使其具有热利用率高，火室热强度高，升温速度快，体积小、减少金属耗材，整体构造简单，制作工艺难度小、造价成本低，易于推广和普及，以解决上述存在的不足问题。
本发明的目的是这样实现的：一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，包括主换热体，控制器及与其电连接的燃气比例调节阀和电磁阀、调速风机，其特征在于：所述主换热体包括上部为渐扩与渐缩曲状管形燃烧室、下部为曲状凝结管的渐变曲管状传热体及套在该渐变曲管状传热体外部的锅壳体，该渐变曲管状传热体与锅壳体间构成液体容积仓，该渐变曲管状传热体上部的渐扩与渐缩曲状管形燃烧室内设有双网状燃烧器，该渐变曲管状传热体下部的曲状凝结管尾部的凝结水和烟气排出口处设有与曲状凝结管相连通的翅片式热管蒸发器，翅片式热管蒸发器的底部设有与其连通的U型水气分离器，双网燃烧器通过混气管与上述燃烧比例调节阀和电磁阀、调速风机连通，混气管与调速风机之间设有与二者连通的翅片式热管冷凝器，该翅片式热管冷凝器通过热管与上述翅片式热管蒸发器接通。所述双网状燃烧器包括与混气管相连通的燃烧网及设在其与渐扩与渐缩曲状管形燃烧室内壁之间的热催化栅格网。
所述渐扩与渐缩曲状管形燃烧室下部与曲状凝结管上部之间连通有缩颈喷管。
所述曲状凝结管内壁的下部设有强化肋片。
所述锅壳体的顶部设有与液体容积仓相通的热输出口，锅壳体的下部设有与液体容积仓相通的进液口，锅壳体内中腰部设有导流罩。
所述渐变曲管状传热体的外壁上设有环形翅片。
所述U型水气分离器的底部设有凝结水排放口，U型水气分离器的上部设有烟气排放口。
由于本发明采用了以上的技术方案，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：1)主换热体内上部设置预混燃烧器为双网状燃烧结构和逆式内换热通道，在燃烧室内燃烧火焰以大量的辐射热对渐扩与渐缩曲状管形燃烧室部位的换热工质进行首次换热，利用热交换后的高温烟气流密度变化再经过渐扩与渐缩曲状管形室下部的缩颈喷管进入逆向曲状凝结管交换系统中进一步作有效的凝结换热，利用凝结换热后的凝结水和低温烟气对其翅片式热管蒸发器进行加热，然后利用翅片式热管冷凝器对供燃烧使用的空气进行预热，以期达到减小冷凝技术设备在环境温度变化时热利用率的动态离散性，在燃烧器功率为100％时，供暖和回水温度偶为70/40℃，环境温度＜12℃时，保证了凝结式换热的稳工况设计经同轴烟道排放的烟气温度＜26℃，从而提高了燃烧中的热利用率。在其换热的全过程中标准利用率可大于燃气低位热值(QDW)100％。
2)在各种动态参数下热利用率极高，负荷调制范围宽。由于构成控制部分的控制器对燃烧比例阀和电磁阀、调速风机的控制，在控制功能上可采用最新的程序化数字比例调节控制，控制系统根据动态时的热需求量，成比例调节燃烧功率和保持节制的空气余量。保证换热装置工作在不同系统中不受动态参数的变化，仍能运行在节能模式下。
3)由于本发明主要由渐变曲管状传热体和锅壳体组成，其整体构造简单，核心主体部件的集成化程度高，宜于规模化生产和加快新节能技术的推广及普及。
4)由于本发明利用了低温烟气对其供燃烧用的空气进行预热，其能源利用率极高，操作使用方便，环境污染极小，社会和经济效益显著。
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
图1是本发明内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉的一种形状结构示意图。图中：
1、主换热体 2、锅壳体
3、渐变曲管状传热体 4、渐扩与渐缩曲状管形燃烧室
5、缩颈喷管 6、 曲状凝结管
7、强化肋片 8、液体容积仓
9、热输出口 10、进液口
11、导流罩 12、环形翅片
13、凝结水和烟气排出口 14、翅片式热管蒸发器
15、U型水气分离器 16、烟气排放
17、凝结水排放口 18、混气管
19、调速风机 20、翅片式热管冷凝器
21、双网状燃烧器 22、燃烧网
23、热催化栅格网 24、燃气比例调节阀和电磁阀
25、控制器
具体实施方式
如图1所示，本发明内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉包括主换热体，控制器25及与其电连接的燃气比例调节阀和电磁阀24、调速风机19，其主要特征是，所述主换热体1包括由铝合金铸造成型的上部为渐扩与渐缩曲状管形燃烧室4、下部为曲状凝结管6的渐变曲管状传热体3和套在该渐变曲管状传热体3外部采用钢板用焊接方法成型后的锅壳体2，该锅壳体2与渐变曲管状传热体3组装成一体。所述渐扩与渐缩曲状管形燃烧室4下部与曲状凝结管6上部之间连通有缩颈喷管5。由该渐变曲管状传热体3与锅壳体2间的空间构成了液体容积仓8。在锅壳体2的顶部设有与液体容积仓8相通的热输出口9。锅壳体2的下部设有与液体容积仓8连通的进液口10，锅壳体内中腰部设有导流罩11。所述锅壳体2内的渐变曲管状传热体3外壁设有环形翅片12，用于增强换热的强化元件。利用在锅壳体内中腰部设置的钢板制成的导流罩11来抑制其液体容积仓8内的液体形成大的自然循环流，以此建立一个稳定的温度梯度区域，提高热利用率。在曲状凝结管6内壁的下部烟气通道中设有铝合金的插入元件强化肋片7，以此提高烟气的速度场来加强对流换热的能力，促使烟气中的水蒸汽凝结。在曲状凝结管6尾部的凝结水和烟气排出口13处设有铝材制成的翅片式热管蒸发器14并与曲状凝结管6连通，以分离方式相对应铝材制成的翅片式热管冷凝器20布置在混气管18与调速风机19之间并与二者连通。翅片式热管蒸发器14的底部设有不锈钢管制成U型水气分离器15，U型水气分离器15的上部设有烟气排放口16，其底部设有凝结水排放口17。渐变曲管状传热体3上部渐扩与渐缩曲状管形燃烧室4内设有双网状燃烧器21。双网状燃烧器21包括设在其内置层的燃烧网22及设在其与渐扩与渐缩曲状管形燃烧室内壁之间的热催化栅格网23，前者是由耐热金属丝合股编制网布制成，后者是由铁铬铝合金型条制成。燃烧网22与钢制混气管18连通，并通过混气管18与燃气比例调节阀和电磁阀24、调速风机19连通。上述翅片式热管冷凝器20通过热管30与翅片式热管蒸发器14接通。
为达到制造方便和降低成本，提高能源利用率的需要，渐变曲管状传热体3的横截面呈空心曲面状，即圆形、椭圆形等。或呈空心多边形，即方形、长方形等。本实施例渐变曲管状传热体3的横截面设置为空心圆形体。所述锅壳体的设置为立式体状或为卧式体状中的一种。
本发明在实际工作过程中，燃气从燃烧比例调节阀和电磁阀24及供燃烧用的空气从调速风机12经混合管13进入双网状燃烧器21、渐变曲管状传热体3。由于采用燃气双网状燃烧器，逆向渐变曲管状换热体结构，实现了凝结式采暖、热水加热设备的微型化、集成化和低成本设计。该换热结构因采用了预混辐射式燃气双网状燃烧器21的正压高温作用，可使燃烧室内燃烧火焰以大量的辐射热在渐扩与渐缩曲状管形燃烧室4内瞬间达到积聚，辐射热及高温烟气流对其部的换热工质进行首次高温换热。然后利用热交换后的高温烟气流密度变化，再经过渐扩与渐缩曲状管形燃烧室4下部的缩颈喷管5进入逆向曲状凝结管6的热交换系统中进一步作有效的凝结换热。为促使凝结换热在外温压的动态变化下得以顺利完成，在逆向曲状凝结管6中内壁的下部设有强化肋片7的装置，以此提高烟气的速度场来加强对流换热的能力，促使烟气中的水蒸汽凝结。为达到在环境温度变化时保持凝结换热工况的恒定性，利用凝结换热后排出的凝结水和低温烟气对翅片式热管蒸发器14进行加热再进一步使烟气中残余的水蒸汽凝结而充分的利用其潜热。在对应于翅片式热管蒸发器14的翅片式热管冷凝器20对供燃烧使用的空气进行预热，以保持很低的排烟温度。使主换热体1在全程热交换中从上而下形成一个大的温度梯度场，燃烧标准利用率可大于燃气低位发热量(QDW)100％，更具有随动态条件变化时保持极高的热利用率(在其额定燃烧功率20％时，其动态热利用率的离散值＜2％)，烟气中的有害气体排放量远小于非冷凝式燃气设备。火室热强度高，燃烧功率调制范围宽等特点。因而本发明具有极高的燃料燃烧率，极大的热利用率和极低的环境污染的功效。
Claims (9)
1.一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，包括主换热体(1)，控制器(25)及与其电连接的燃气比例调节阀和电磁阀(24)、调速风机(19)，其特征在于：所述主换热体(1)包括上部为渐扩与渐缩曲状管形燃烧室(4)、下部为曲状凝结管(6)的渐变曲管状传热体(3)及套在该渐变曲管状传热体(3)外部的锅壳体(2)，该渐变曲管状传热体(3)与锅壳体(2)间构成液体容积仓(8)，该渐变曲管状传热体(3)上部的渐扩与渐缩曲状管形燃烧室(4)内设有双网状燃烧器(21)，该渐变曲管状传热体(3)下部的曲状凝结管(6)尾部的凝结水和烟气排出口(13)处设有与曲状凝结管(6)相连通的翅片式热管蒸发器(14)，翅片式热管蒸发器(14)的底部设有与其连通的U型水气分离器(15)，双网状燃烧器(21)通过混气管(18)与上述燃烧比例调节阀和电磁阀(24)、调速风机(19)连通，混气管(18)与调速风机(19)之间设有与二者连通的翅片式热管冷凝器(20)，该翅片式热管冷凝器(20)通过热管(30)与上述翅片式热管蒸发器(14)接通，所述双网状燃烧器(21)包括与混气管(18)相连通的燃烧网(22)及设在其与渐扩与渐缩曲状管形燃烧室内壁之间的热催化栅格网(23)。
2.根据权利要求1所述的一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，其特征在于：所述渐扩与渐缩曲状管形燃烧室(4)下部与曲状凝结管(6)上部之间连通有缩颈喷管(5)。
3.根据权利要求1所述的一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，其特征在于：所述曲状凝结管(6)内壁的下部设有强化肋片(7)。
4.根据权利要求1所述的一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，其特征在于：所述锅壳体(2)的顶部设有与液体容积仓(8)相通的热输出口(9)，锅壳体(2)的下部设有与液体容积仓(8)相通的进液口(10)，锅壳体(2)内中腰部设有导流罩(11)。
5.根据权利要求1所述的一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，其特征在于：所述渐变曲管状传热体(3)的外壁上设有环形翅片(12)。
6.根据权利要求1所述的一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，其特征在于：所述U型水气分离器(15)的底部设有凝结水排放口(17)，U型水气分离器(15)的上部设有烟气排放口(16)。
7.根据权利要求1所述的一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，其特征在于：所述渐变曲管状传热体(3)的横截面呈空心曲面状。
8.根据权利要求1所述的一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，其特征在于：所述渐变曲管状传热体(3)的横截面呈空心多边形。
9.根据权利要求1所述的一种内热管凝结式燃气热水、采暖锅炉，其特征在于：所述锅壳体(2)的设置为立式体状或为卧式体状中的一种。
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