CN102226512A - 冷凝式表面燃烧锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属纤维表面燃烧、高效热交换、智能控制燃气锅炉集成优化技术领域，属于一种冷凝式表面燃烧锅炉。包括燃气进口管、电磁阀、燃气流量控制器、引射管、保温棉、承压护桶、工作流体、定位卡条、尾烟出口管、工作流体进口管、工作流体出口管、第一热交换管、第二热交换管、外壳体、金属纤维蒙皮、复合多孔支持垫、点火器、高速风机、空气进口管、燃烧器基座、基架、冷凝水出口管、混合燃气体、外罩壳和智能控制组件；金属纤维蒙皮覆盖在复合多孔支持垫上，四边采用金属压条铆焊固定，构成金属纤维燃烧器组件；上、下热交换管通过定位卡条点焊固定，采用多层组合构成热交换组件，形成一个上部为热交换区，下部为余热回收区。

Description

冷凝式表面燃烧锅炉

技术领域

本发明涉及金属纤维表面燃烧、高效热交换、智能控制燃气锅炉集成优化技术领域，属于一种冷凝式表面燃烧锅炉。

背景技术

在国家中长期科学和技术发展规划纲要、“2006-2020年”和“十二五”科技发展规划的总体精神中，积极鼓励和提倡“先进循环流化床锅炉技术”、“建筑节能”、新型高效低碳“锅炉技术”以及“余能回收与梯级利用”强大的政策和精神鼓励下，近年来各级科研机构、民间有识之士及企业家纷纷加入到新型燃气热水器和高效低碳锅炉领域中，也创造出一批优秀的燃气热水器及高效低碳锅炉。但是在开发和研制世界先进金属纤维表面燃烧技术方面，我国起步较晚，在金属纤维表面燃烧，能量转换&余热回收，智能控制三大核心技术上，还停留在实验室研发阶段，因此严重阻碍和长期困扰产业的升级转型和发展，该技术不突破，对未来提高民用燃气具的档次及拓宽燃气在工业领域的应用都会带来极大障碍。

经检索，本发明技术领域中，未见与本发明完全相同或类似的产品及文献报道。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种冷凝式表面燃烧锅炉，是一种构思独特、创意新颖的集分散受热与冷凝式双重能力，以金属纤维表面燃烧核心技术加热，蒸汽、热水两用型锅炉。

为达到本发明的目的，本发明冷凝式表面燃烧锅炉是采取以下技术方案实现：冷凝式表面燃烧锅炉包括燃气进口管、电磁阀、燃气流量控制器、引射管、保温棉、承压护桶、工作流体、定位卡条、尾烟出口管、工作流体进口管、工作流体出口管、第一热交换管、第二热交换管、外壳体、金属纤维蒙皮、复合多孔支持垫、点火器、高速风机、空气进口管、燃烧器基座、基架、冷凝水出口管、混合燃气体、外罩壳和智能控制组件。

电磁阀、燃气流量控制器固定在燃气进口管上；燃气进口管与引射管一侧连接；引射管一端采用螺钉与高速风机出口连接，引射管另一端与燃烧器基座用螺钉固定；空气进口管铆焊在高速风机一侧；复合多孔支持垫铆焊在燃烧器基座开口处；金属纤维蒙皮覆盖在复合多孔支持垫上，四边采用金属压条铆焊固定，构成金属纤维燃烧器组件；第一热交换管、第二热交换管通过定位卡条点焊固定，上一组和下一组叠层错位平放，并用连接管连接成S形走向，采用多层组合构成热交换组件，固定好的热交换组件密封焊接在承压护桶内，形成一个上部为热交换区，下部为余热回收区；承压护桶上部与金属纤维燃烧器组件围边铆焊，严防热量外泄，承压护桶下部采用封头密封并固定在基架上；工作流体进口管、工作流体出口管设置在承压护桶上；工作流体填充在热交换区的热交换管和余热回收区的热交换管内或余热回收区的冷凝箱内，工作时工作流体成S形走向运动，从工作流体出口管排出，带走热量；点火器设置在金属纤维蒙皮一侧，便于适时快速点火；承压护桶外部装有外壳体，外壳体与承压护桶之间填充有保温棉，实行有效保温；尾烟出口管设置在下封头空腔内，并穿过保温棉和外壳体、便于向外排烟。

所述智能控制组件包括智能控制器、烟气探测器；所述智能控制器采用PLC或单片机可编程控制器并安装在高速风机外罩壳正面合适位置上，外罩壳固定安装在外壳体上部，所述烟气探测器设置在点火器旁。

所述余热回收区第一热交换管或余热回收区冷凝箱：所述余热回收区第一热交换管与热交换区横向布置的第二热交换管类同，所述余热回收区冷凝箱设置一组立式放置的第三热交换管，一组立式放置的第三热交换管一端与上封板密封焊接，一组立式放置的第三热交换管另一端与下封板密封焊接，构成下热交换组件，固定好的上、下热交换组件密封焊接在承压护桶内，形成一个上部为密闭的热交换区，下部为余热回收冷凝区。

所述烟气探测器、电磁阀、燃气流量控制器采用符合国家燃气器燃烧标准市售的合格产品。

所述的复合多孔支持垫是采用若干块厚度为3mm-15mm，规格为50mm-300mm的陶瓷板，并在每块陶瓷板上布置有1 mm -2 mm，间隔3 mm的孔径，每块相邻的陶瓷板之间用不锈钢条作为骨架，并在上面布有小孔，孔径与陶瓷板上相同，用金属丝把若干块陶瓷板串联固定在不锈钢骨架上，制成圆形、方形、长方形或其他所需要的形状。

所述的复合多孔支持垫采用材质为耐高温、支持强度高的金属丝，也可选用304、316L不锈钢丝；更可采用与金属纤维高温燃烧丝相同材质的丝。以Φ5mm丝压扁后编织成3mm-6mm孔径的网状体，另外采用1-2mm丝压扁后编织成孔径0.8-1.5mm的带孔网体，两层网状体复合一体，制成目标客户所需的尺寸和形态的多孔骨架。

所述的金属纤维蒙皮，是采用市售通过无序堆积、真空烧结叠压制成的金属纤维多孔毡体或采用微米级金属纤维无纺编织物，耐高温850-1100℃不变形，不氧化的铁铬铝纤维织物。

所述的工作流体采用无机盐、高温导热油，也可根据各层温差和目标客户要求，采用不同的工作流体，也可直接采用水、空气作为工作流体。

所述的热交换管采用合金、不锈钢、铜、铝、碳钢及其他导热性好，抗涨性强，耐腐蚀的金属材料制成。在同一锅炉中根据热交换区和余热回收区可采用不同材质的热交换管。

所述的热交换管为圆形管、异型管、翅片管、翼片管，特别优选采用通过特种工艺液压单波成型法制得的硬质环形驻波管，该环形驻波管管径Φ8mm-25mm，壁厚0.3mm-1.5mm，波距2mm-4mm，波高3mm-6mm，展开面积是同质圆管通常状态下的2.5-4倍。在同一锅炉中，根据不同的布管方式，可采用不同形态的热交换管。

所述的燃烧器基座是用金属材料，通过球墨铸铁法制出；也可采用金属薄板直接制得。其特征燃烧器基座中间为空腔，壁厚为1mm-3mm不等，一面敞口并往外翻边，布置有若干螺钉孔，另一面开有引射管大小的孔，便于安装喷射头和引射管。

所述的定位卡条是采用304、316L不锈钢薄板条或其他耐高温、膨胀系数小，不易变形的合金材料，制成半个“8”字形；也可直接采用Φ1mm-3mm粗的金属丝。

所述的燃气采用液化石油气、天然气、沼气等可燃气体。经喷嘴改装后亦可采用其他可燃气体，如：甲烷、乙烷、氢气等。

本发明冷凝式表面燃烧锅炉的工作原理如下所述：

工作流体在智能控制器的指令下，及时打开设置在工作流体进口管上的电磁开关，让工作流体顺利进入冷凝箱体内，运用自身压力通过连接管进入热交换区热交换管内。此时智能控制器发出预吹扫指令，高速风机启动进入预吹扫程序，数秒钟后燃气流量控制器打开电磁阀，通过喷射头向前喷射，适量燃气进入引射管与空气预混，在高速风机和燃气的双重压力下，进入燃烧器基座空腔内，空气与燃气混合后体积增大，迅速填满整个燃烧器基座腔体，并从复合多孔支持垫微小空隙中均匀挤出，成微小分子状并穿透表面燃烧金属纤维蒙皮，此时设置在点火器旁的烟气探测器实时将此信息返回智能控制器，智能控制器发出点火指令，点火器点火引燃燃气燃烧，热交换段依仗热交换管自身强大的吸热能力和燃烧产生的红外辐射能量，快速加热管内工质，达到目标客户满意的温度时，温度探测器将测得的实时温度反馈给智能控制器，智能控制器发出指令打开工作流体出口管上的电磁阀，在排出热源的同时，冷质工作流体从工作流体进口管补充进入。与此同时，经布置在热交换区的热交换管转化吸收75%以上的热能后的余热进入余热回收区，经布置在余热区的热交换管再进一步冷凝，此时尾烟温度已经降到40℃以下，基本与大气温度相当，尾气从尾烟出口管排出，冷凝水从冷凝水出口管排出。以此循环往复。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，本发明前述的和其它的目的、特征和优点将变得更为清晰，其中：

图1是本发明冷凝式表面燃烧锅炉实施例1。

图2是本发明冷凝式表面燃烧锅炉实施例2。

图中序号：1、燃气流量控制器；2、燃气进口管；3、电磁阀；4、引射管；5、燃烧器基座；6、保温棉；7、工作流体出口管；8-1、第一热交换管；8-2、第二热交换管；8-3、第三热交换管；9、上封板；10、定位卡条；11、工作流体；12、下封板；13、冷凝水出口管；14、基架；15、尾烟出口管；16、工作流体进口管；17承压护桶；18、外壳体；19、点火器；20、金属纤维蒙皮；21、复合多孔支持垫；22、混合燃气体；23、高速风机；24、外罩壳；25、空气进口管。

具体实施方式

结合图1至图2所示，本发明冷凝式表面燃烧锅炉是采取以下技术方案实现的：

本发明冷凝式表面燃烧锅炉包括：燃气进口管2、电磁阀3、燃气流量控制器1、引射管4、保温棉6、承压护桶17、工作流体11、定位卡条10、尾烟出口管15、工作流体进口管16、工作流体出口管7、第一热交换管8-1、第二热交换管8-2、外壳体18、金属纤维蒙皮20、复合多孔支持垫21、点火器19、高速风机23、空气进口管25、燃烧器基座5、基架14、冷凝水出口管13、上封板9、下封板12、混合燃气体22、外罩壳24和智能控制组件。

电磁阀3、燃气流量控制器1固定在燃气进口管2上；燃气进口管2与引射管4一侧连接；引射管4一端采用螺钉与高速风机23出口连接，引射管4另一端与燃烧器基座5用螺钉固定；空气进口管25铆焊在高速风机23一侧；复合多孔支持垫21铆焊在燃烧器基座5开口处；金属纤维蒙皮20覆盖在复合多孔支持垫21上，四边采用金属压条铆焊固定，构成金属纤维燃烧器组件；第一热交换管8-1；第二热交换管8-2通过定位卡条10点焊固定，上一组和下一组叠层错位平放，并用连接管连接成S形走向，必要时可组织多层组合构成热交换组件，固定好的热交换组件密封焊接在承压护桶17内，形成一个上部为热交换区，下部为余热回收区；承压护桶17上部与金属纤维燃烧器组件围边铆焊，严防热量外泄，承压护桶17下部采用封头密封并固定在基架14上；工作流体进口管16、工作流体出口管7设置在承压护桶17上；工作流体11填充在热交换区的热交换管8和余热回收区的热交换管8内或余热回收区的冷凝箱内，工作时工作流体11成S形走向运动，从工作流体出口管7排出，带走热量；点火器19设置在金属纤维蒙皮20一侧，便于适时快速点火；承压护桶17外部装有外壳体18，外壳体18与承压护桶17之间填充有保温棉6，实行有效保温；尾烟出口管15设置在下封头空腔内，并穿过保温棉6和外壳体18，便于向外排烟。

所述智能控制组件包括智能控制器和烟气探测器；所述智能控制器采用PLC或单片机可编程控制器并安装在高速风机23外罩壳24正面合适位置上，外罩壳24固定安装在外壳体18上部，所述烟气探测器设置在点火器19旁。

所述余热回收区第一热交换管8-1或余热回收区冷凝箱：所述余热回收区第一热交换管8-1与热交换区横向布置的第二热交换管8-2类同，所述余热回收区冷凝箱可以设置一组立式放置的第三热交换管8-3，一组立式放置的第三热交换管8-3一端与上封板9密封焊接，一组立式放置的第三热交换管8-3另一端与下封板12密封焊接，构成下热交换组件，固定好的上、下热交换组件密封焊接在承压护桶17内，形成一个上部为密闭的热交换区，下部为余热回收冷凝区。

所述烟气探测器、电磁阀3、燃气流量控制器1采用符合国家燃气器燃烧标准市售的合格产品。

所述的复合多孔支持垫21是采用若干块厚度为3mm-15mm，规格为50mm-300mm的陶瓷板，并在每块陶瓷板上布置有1 mm -2 mm，间隔3 mm的孔径，每块相邻的陶瓷板之间用不锈钢条作为骨架，并在上面布有小孔，孔径与陶瓷板上相同，用金属丝把若干块陶瓷板串联固定在不锈钢骨架上，制成圆形、方形、长方形或其他所需要的形状。

所述的复合多孔支持垫21采用材质为耐高温、支持强度高的金属丝，也可选用304、316L不锈钢丝；更可采用与金属纤维高温燃烧丝相同材质的丝。以Φ5mm丝压扁后编织成3mm-6mm孔径的网状体，另外采用1-2mm丝压扁后编织成孔径0.8-1.5mm的带孔网体，两层网状体复合一体，制成目标客户所需的尺寸和形态的多孔骨架。

所述的金属纤维蒙皮20，是采用市售通过无序堆积、真空烧结叠压制成的金属纤维多孔毡体或采用微米级金属纤维无纺编织物，采用耐高温850-1100℃不变形，不氧化的铁铬铝纤维织物。

所述的工作流体11采用无机盐、高温导热油，也可根据各层温差和目标客户要求，采用不同的工作流体11，也可直接采用水、空气作为工作流体11。

所述的第一热交换管8-1、第二热交换管8-2和第三热交换管8-3采用合金、不锈钢、铜、铝、碳钢及其他导热性好，抗涨性强，耐腐蚀的金属材料制成。在同一锅炉中热交换区和余热回收区可采用不同材质的热交换管。

所述的第一热交换管8-1、第二热交换管8-2和第三热交换管8-3为圆形管、异型管、翅片管、翼片管，特别优选采用通过特种工艺液压单波成型法制得的硬质环形驻波管，该环形驻波管管径Φ8mm-25mm，壁厚0.3mm-1.5mm，波距2mm-4mm，波高3mm-6mm，展开面积是同质圆管通常状态下的2.5-4倍。在同一锅炉中，根据不同的布管方式，可采用不同形态的热交换管。

所述的燃烧器基座5是用金属材料，通过球墨铸铁法制出；也可采用金属薄板直接制得。所述燃烧器基座5中间为空腔，壁厚为1mm-3mm不等，一面敞口并往外翻边，布置有若干螺钉孔，另一面开有引射管4大小的孔，便于安装喷射头和引射管4。

所述的定位卡条10是采用304、316L不锈钢薄板条或其他耐高温、膨胀系数小，不易变形的合金材料，制成半个“8”字形；也可直接采用Φ1mm-3mm粗的金属丝。

所述的燃气采用液化石油气、天然气、沼气等可燃气体。经喷嘴改装后亦可采用其他可燃气体，如：甲烷、乙烷、氢气等。

本发明冷凝式表面燃烧锅炉具有卓越的技术和性价优势，具体如下：

一、            结构严密，高效节能，低碳环保。

本发明应用目前国际先进的全预混金属纤维表面燃烧技术，采用复合金属纤维基材及主骨架核心技术，使红外辐射量和热能利用提升了一个数量级，对实现高效节能、低碳环保起到了举足轻重的作用。

市售冷凝式锅炉、冷凝式壁挂燃气锅炉与本发明冷凝式表面燃烧锅炉效益比

由此可见，本发明金属纤维表面燃烧核心技术在该领域的应用，与自由火焰燃烧相比，多孔介质燃烧（Porous Media Combustion）具有燃烬度高，燃烧稳定性好等众多优点。对改变和提升未来民用燃气热水炉和工业燃气锅炉具有卓越的贡献，在提倡环保的当今，发挥的作用不容小觑。

二、            换热面积大，升温速度快，耐高温，承压能力强

传统锅炉普遍采用碳钢、不锈钢翅片式热交换管，管壁均在1.5mm以上，有的甚至达到5-10mm。而本发明采用环形驻波热交换管的核心技术，彻底解决了在高温区利用薄壁材料应用难的问题。通过液压单波制波工艺制得的环形驻波管仅使用0.3-1.5mm，承压能力均达到2Mpa以上，管材重量降低了2/3，换热面积是相同直径翅片管的三倍以上，换热速度提升了两个数量级。

市售冷凝式锅炉与本发明冷凝式表面燃烧锅炉热效率比

由此可见，本发明环形驻波管的应用完全可以担当未来热水、蒸汽锅炉的主力换热管，将具有极大的推广应用价值。

三、            功能全面，使用方便，蒸汽、热水随意调节使用。

本发明在同一锅炉中完成不同工质的换热，一次水循环泵组或靠自来水压力成就独立的供热单元，锅炉内的热媒工质可以是水，也可以是高温导热油、无机盐。

本发明优化集成了目前市售各类燃气热水器、燃气锅炉、燃气蒸汽炉及冷凝器、蒸发器的优点，且体积小、占地面积少，可广泛在城市家庭中安装使用。在太阳能与建筑一体化的发展大潮中，还可作为太阳能应用辅助锅炉，从而为人们提供一款夏天制冷、冬天取暖、四季有热水、普通情况下又可产一定的常压蒸汽的优良生活装备，为打造大中华黄金屋计划提供可行性，是一款极具市场应用价值的精品锅炉。

Claims (10)

1.一种冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于包括燃气进口管、电磁阀、燃气流量控制器、引射管、保温棉、承压护桶、工作流体、定位卡条、尾烟出口管、工作流体进口管、工作流体出口管、第一热交换管、第二热交换管、外壳体、金属纤维蒙皮、复合多孔支持垫、点火器、高速风机、空气进口管、燃烧器基座、基架、冷凝水出口管、混合燃气体、外罩壳和智能控制组件；

电磁阀、燃气流量控制器固定在燃气进口管上；燃气进口管与引射管一侧连接；引射管一端采用螺钉与高速风机出口连接，引射管另一端与燃烧器基座用螺钉固定；空气进口管铆焊在高速风机一侧；复合多孔支持垫铆焊在燃烧器基座开口处；金属纤维蒙皮覆盖在复合多孔支持垫上，四边采用金属压条铆焊固定，构成金属纤维燃烧器组件；第一热交换管、第二热交换管通过定位卡条点焊固定，上一组和下一组叠层错位平放，并用连接管连接成S形走向，采用多层组合构成热交换组件，固定好的热交换组件密封焊接在承压护桶内，形成一个上部为热交换区，下部为余热回收区；承压护桶上部与金属纤维燃烧器组件围边铆焊，严防热量外泄，承压护桶下部采用封头密封并固定在基架上；工作流体进口管、工作流体出口管设置在承压护桶上；工作流体填充在热交换区的热交换管和余热回收区的热交换管内或余热回收区的冷凝箱内，工作时工作流体成S形走向运动，从工作流体出口管排出，带走热量；点火器设置在金属纤维蒙皮一侧，便于适时快速点火；承压护桶外部装有外壳体，外壳体与承压护桶之间填充有保温棉；尾烟出口管设置在下封头空腔内，并穿过保温棉和外壳体、便于向外排烟；

所述智能控制组件包括智能控制器和烟气探测器；所述智能控制器采用PLC或单片机可编程控制器并安装在高速风机外罩壳正面位置上，外罩壳固定安装在外壳体上部，所述烟气探测器设置在点火器旁。

2.根据权利要求1所述的冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于所述余热回收区第一热交换管或余热回收区冷凝箱：所述余热回收区第一热交换管与热交换区横向布置的第二热交换管类同；所述余热回收区冷凝箱设置一组立式放置的第三热交换管，一组立式放置的第三热交换管一端与上封板密封焊接，一组立式放置的第三热交换管另一端与下封板密封焊接，构成下热交换组件，固定好的上、下热交换组件密封焊接在承压护桶内，形成一个上部为密闭的热交换区，下部为余热回收冷凝区。

3.根据权利要求1所述的冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于所述的复合多孔支持垫是采用若干块厚度为3mm-15mm，规格为50mm-300mm的陶瓷板，并在每块陶瓷板上布置有1 mm -2 mm，间隔3 mm的孔径，每块相邻的陶瓷板之间用不锈钢条作为骨架，并在上面布有小孔，孔径与陶瓷板上相同，用金属丝把若干块陶瓷板串联固定在不锈钢骨架上，制成圆形、方形、长方形或其他所需要的形状。

4.根据权利要求1所述的冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于所述的复合多孔支持垫采用材质为耐高温、支持强度高的金属丝，也可选用304、316L不锈钢丝；或采用与金属纤维高温燃烧丝相同材质的丝，以Φ5mm丝压扁后编织成3mm-6mm孔径的网状体，另外采用1-2mm丝压扁后编织成孔径0.8-1.5mm的带孔网体，两层网状体复合一体，制成多孔骨架。

5.根据权利要求1所述的冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于所述的金属纤维蒙皮，是采用通过无序堆积、真空烧结叠压制成的金属纤维多孔毡体或采用微米级金属纤维无纺编织物，采用耐高温850-1100℃不变形，不氧化的铁铬铝纤维织物。

6.根据权利要求1所述的冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于所述的工作流体采用无机盐、高温导热油，或采用不同的工作流体，也可直接采用水、空气作为工作流体。

7.根据权利要求1和2所述的冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于所述的第一热交换管、第二热交换管和第三热交换管采用合金、不锈钢、铜、铝、碳钢及其他导热性好、抗涨性强、耐腐蚀的金属材料制成，在同一锅炉中热交换区和余热回收区采用不同材质的热交换管。

8.根据权利要求1和2所述的冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于所述的第一热交换管、第二热交换管和第三热交换管为圆形管、异型管、翅片管、翼片管，或采用通过特种工艺液压单波成型法制得的硬质环形驻波管，该环形驻波管管径Φ8mm-25mm，壁厚0.3mm-1.5mm，波距2mm-4mm，波高3mm-6mm，展开面积是同质圆管通常状态下的2.5-4倍；在同一锅炉中，根据不同的布管方式，可采用不同形态的热交换管。

9.根据权利要求1所述的冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于所述的燃烧器基座采用金属材料，通过球墨铸铁法制出；也可采用金属薄板直接制得，所述燃烧器基座中间为空腔，壁厚为1mm-3mm，一面敞口并往外翻边，布置有若干螺钉孔，另一面开有引射管大小的孔，便于安装喷射头和引射管。

10.根据权利要求1所述的冷凝式表面燃烧锅炉，其特征在于所述的定位卡条是采用304、316L不锈钢薄板条或其他耐高温、膨胀系数小、不易变形的合金材料，制成半个“8”字形；也可直接采用Φ1mm-3mm粗的金属丝。

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