CN108019931B - 一种热媒水燃烧炉及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种热媒水燃烧炉，包括蒸汽换热箱和热媒水加热井；所述蒸汽换热箱为密闭负压箱体结构；所述蒸汽换热箱中还设置有冷凝管；所述热媒水加热井为竖向方柱形容器结构；所述蒸汽换热箱与所述热媒水加热井上下导通连接；本发明的结构简单，在加热媒水的过程中，各换热管使热媒水层中形成上下水循环，使加热更加充分和迅速，进一步的提高加热速度；采用呈倒立姿态的空心陀螺状热烟管，充分利用烟气余热将冷凝滴下的水再一次气化，提高了烟气能源利用率。

Description

一种热媒水燃烧炉及其方法
技术领域
本发明属于锅炉领域，尤其涉及一种热媒水燃烧炉及其方法。
背景技术
热媒水的锅炉大量应用于酒店宾馆、住宅小区、商业场所等场合进行采暖、卫生热水供暖；其主要原理是在一个负压的真空容器中填充少部分热媒水，通过燃烧或其它方式加热热媒水，再由热媒水蒸发、冷凝至换热器上，再由换热器来加热需要加热的水；现有的热媒水的锅炉普遍具有热媒水升温慢，烟气余热没有得到有效利用。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种能充分利用烟气余热的一种热媒水燃烧炉及其方法。
技术方案：为实现上述目的，本发明的一种热媒水燃烧炉，包括蒸汽换热箱和热媒水加热井；所述蒸汽换热箱为密闭负压箱体结构；所述蒸汽换热箱中还设置有冷凝管；所述热媒水加热井为竖向方柱形容器结构；所述蒸汽换热箱与所述热媒水加热井上下导通连接；
热媒水加热井的容腔内还设置有燃烧炉体，所述燃烧炉体为竖立姿态的方柱形金属炉体结构；所述燃烧炉体内部具有火焰炉腔，所述火焰炉腔下端具有喷火口，上端具有排烟口；所述燃烧炉体外侧壁和所述热媒水加热井内侧壁之间形成热媒水层；所述媒水层中填充有热媒水，所述热媒水液面高出所述排烟口所在高度，热媒水液面与所述热媒水加热井的井顶间距设置；所述井顶和热媒水液面之间形成蒸汽过渡腔，所述蒸汽过渡腔与所述蒸汽换热箱中的换热腔导通。
进一步的，所述燃烧炉体中还至少包括上下分布的第一组换热管和第二组换热管，第一组换热管和第二组换热管分别由若干单个换热管横向阵列而成，其中单个换热管为两头贯通的导热金属管结构；其中各换热管斜向穿过所述火焰炉腔，且各换热管的两端从燃烧炉体的两对侧外壁伸出至所述热媒水层中；
所述第一组换热管的倾斜矮端与所述第二组换热管的倾斜高端同侧；所述第一组换热管相对水平面的倾斜角度为α，满足10°＜α＜20°，所述第二组换热管相对水平面的倾斜角度为β，满足β-10＝α。
进一步的，还包括导烟管、热烟塔和排烟管；
所述热烟塔设置于所述蒸汽换热箱的换热腔内；所述燃烧炉体的排烟口通过竖向设置的所述导烟管与所述热烟塔的进烟端导通连接，所述热烟塔的出烟端通过排烟管导通外界；所述冷凝管呈螺旋状盘旋设置于所述热烟塔上方；从所述冷凝管上流下的冷凝水刚好滴在所述热烟塔上。
进一步的，所述热媒水加热井的井顶上镂空设置有环形导通孔，所述环形导通孔围合于所述导烟管，所述环形导通孔将所述蒸汽过渡腔与换热腔相互导通。
进一步的，所述热烟塔为呈倒立姿态的空心陀螺状结构；所述热烟塔包括塔顶、锥形塔壁和塔底；所述热烟塔的锥形塔壁包括内塔壁.和外塔壁.，其中所述外塔壁.为导热金属结构，所述内塔壁.和外塔壁.之间的间隙形成烟气通道层；所述塔底与所述内塔壁.共同构成密闭包裹体，所述包裹体的内腔为热烟保温腔；
所述内塔壁.下端镂空设置有若干漏烟孔，若干所述漏烟孔沿所述热烟塔轴线成圆周阵列分布；各所述漏烟孔将所述热烟保温腔与所述烟气通道层导通，热烟保温腔中的烟气可通过漏烟孔扩散至所述烟气通道层中；
所述塔顶堵塞连接所述排烟管的进烟通道入口；顶部的塔顶的轮廓边缘上镂空设置有若干排烟孔，若干所述排烟孔沿所述热烟塔轴线成圆周阵列分布，各所述排烟孔将所述进烟通道和所述烟气通道层相互导通；
还包括进烟管柱，所述进烟管柱同轴心穿过所述塔底，所述烟管柱上端出烟端伸入所述热烟保温腔中，所述烟管柱下端进烟端导通连接所述导烟管出烟端；
所述冷凝管呈下粗上细的锥形螺旋管结构，所述冷凝管同轴心盘旋于所述热烟塔上方，且所述热烟塔的外塔壁.与所述冷凝管的螺旋内侧间距设置；从冷凝管上流下的水均匀滴向所述外塔壁.上。
进一步的，还包括燃气喷嘴、燃气供给管和助燃空气供给管；所述燃气供给管和助燃空气供给管的燃气导出端和空气导出端连接所述燃气喷嘴，所述燃气喷嘴的喷火口，设置于所述火焰炉腔底部。
进一步的，还包括冷水导入管和热水导出管，所述冷水导入管连接冷凝管上端的冷水进水端；所述热水导出管连接所述冷凝管下端的热水出水端。
进一步的，本方案的使用方法如下，燃气供给管和助燃空气供给管连续向燃气喷嘴导入燃气和空气，燃气和空气在燃气喷嘴中混合后从火焰喷口喷出，启动火焰喷口处的电子打火装置，进而火焰喷口向火焰炉腔喷出火焰，火焰炉腔中的火焰对第一组换热管和第二组换热管充分加热，进而各换热管内部的热煤水受热后连续顺着换热管体向上浮至上端，热媒水层底部的热煤水连续补充至第二组换热管中，热媒水层中部的热煤水连续补充至第一组换热管中，如此循环，使热媒水层中的热煤水快速加热，受热后的热煤水产生大量高温水蒸气，产生的高温水蒸气在蒸汽过渡腔中累积，水蒸气进一步通过环形导通孔扩散至换热腔中；
与此同时，燃烧炉体内产生的烟气通过导烟管进入到进烟管柱，然后烟气从进烟管柱上端的出口垂直向上喷出至热烟保温腔中，烟气向上运行遭遇塔顶阻挡后在热烟保温腔中呈水波状均匀散开，随着热烟保温腔中的烟气的累积压缩，热烟保温腔中的烟分别通过各漏烟孔均匀扩散至所述烟气通道层中，由于此时烟气通道层中的烟气温度很高，造成金属材质的锥形外塔壁.持续高温；最终烟气通道层中烟气通过塔顶上的排烟孔排出至排烟管，进而排向外界；
与此同时，冷水导入管连续将冷水连续导入冷凝管中，高温水蒸气接触到冷凝管外壁时由于温度差，产生液化，水蒸气液化过程中放出的大量热量对冷凝管持续加热，进而对冷凝管中的水加热，加热后的水连续导出至热水导出管中，在循环泵的作用下热水导出管中的热水导出至用热设备中；
与此同时，冷凝管外表面冷凝成的水滴，累积后在重力作用下均匀滴下至外塔壁.上，并贴于外塔壁.向下流动；由于外塔壁.在热烟的作用下为持续高温状态，贴于外塔壁.向下流动的水迅速被重新汽化成高温水蒸气，高温水蒸气上升后，水蒸气又接触上方的冷凝管产生液化放热现象，然后产生的液化水向下滴在外塔壁.上，如此规律形成热循环；若冷凝管上冷凝出来的水较多，使外塔壁.来不及全部汽化其上向下均匀流动的水，没有完全汽化的水从外塔壁.上继续滴下至换热腔腔底，然后通过环形导通孔流向热媒水层中，重新被燃烧炉体加热，然后形成水蒸气继续进入换热腔中，进而达到蒸汽循环冷凝加热的效果。
有益效果：本发明的结构简单，在加热媒水的过程中，各换热管使热媒水层中形成上下水循环，使加热更加充分和迅速，进一步的提高加热速度；采用呈倒立姿态的空心陀螺状热烟管，充分利用烟气余热将冷凝滴下的水再一次汽化，提高了烟气能源利用率。
附图说明
附图1为本发明的整体第一结构示意图；
附图2为本发明的整体第二结构示意图；
附图3为热媒水加热井内部结构示意图；
附图4为燃烧炉内部结构示意图；
附图5为本发明整体正剖视图；
附图6为热烟塔第一局部示意图；
附图7为热烟塔第二局部示意图；
附图8为附图6的标号41处的局部示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如附图1至8所述的一种热媒水燃烧炉，包括蒸汽换热箱13和热媒水加热井19；所述蒸汽换热箱13为密闭负压箱体结构；所述蒸汽换热箱13中还设置有冷凝管48；所述热媒水加热井19为竖向方柱形容器结构；所述蒸汽换热箱13与所述热媒水加热井19上下导通连接；热媒水加热井19的容腔内还设置有燃烧炉体17，所述燃烧炉体17为竖立姿态的方柱形金属炉体结构；所述燃烧炉体17内部具有火焰炉腔26，所述火焰炉腔26下端具有喷火口22，上端具有排烟口20；所述燃烧炉体17外侧壁和所述热媒水加热井19内侧壁之间形成热媒水层21；所述热媒水层21中填充有热媒水，所述热媒水液面高出所述排烟口20所在高度，浸没后可有效防止排烟口过热，同时还可以利用一下排烟口的余热，热媒水液面与所述热媒水加热井19的井顶81间距设置；所述井顶81和热媒水液面之间形成蒸汽过渡腔80，所述蒸汽过渡腔80与所述蒸汽换热箱13中的换热腔15导通；还包括燃气喷嘴12、燃气供给管9和助燃空气供给管14；所述燃气供给管9和助燃空气供给管14的燃气导出端和空气导出端连接所述燃气喷嘴12，所述燃气喷嘴12的喷火口22，设置于所述火焰炉腔26底部，本方案中燃烧炉体17的侧壁还设置有若干条形散热片18，利用炉体本身的散热特性充分加热热媒水层21，本方案中还包括冷水导入管7和热水导出管6，所述冷水导入管7连接冷凝管48上端的冷水进水端；所述热水导出管6连接所述冷凝管48下端的热水出水端；燃气供给管9和助燃空气供给管14连续向燃气喷嘴12导入燃气和空气，燃气和空气在燃气喷嘴12中混合后从火焰喷口22喷出，启动火焰喷口22处的电子打火装置，进而火焰喷口22向火焰炉腔26喷出火焰，然后向热媒水层21中的热媒水放出热量，进一步的产生高温蒸汽进入换热腔15中，蒸汽碰到冷凝管48后液化并对冷凝管48中的水进行加热，具体过程和原理详见后文的方法和原理部分。
所述燃烧炉体17中还至少包括上下分布的第一组换热管25和第二组换热管23，第一组换热管25和第二组换热管23分别由若干单个换热管横向阵列而成，其中单个换热管为两头贯通的导热金属管结构；其中各换热管斜向穿过所述火焰炉腔26，且各换热管的两端从燃烧炉体17的两对侧外壁伸出至所述热媒水层21中；所述第一组换热管25的倾斜矮端与所述第二组换热管23的倾斜高端同侧；所述第一组换热管25相对水平面的倾斜角度为α，满足10°＜α＜20°，其换热管的角度控制使上下端形成高度差，实现热媒水层21中水的上下热循环，同时使第一组换热管25中的水受热后不至于过快上浮，进而影响蒸汽气泡产生量，所述第二组换热管23相对水平面的倾斜角度为β，满足β-10＝α，由于底部的第二组换热管23接近燃烧喷口，所受温度偏高因此其气泡产生量相对第一组换热管25中的要多，因此需要调高第二组换热管23相对水平面的倾斜角度为β，让第二组换热管23中的水更快上浮，以免第二组换热管23气泡过多造成干烧现象。
还包括导烟管5、热烟塔47和排烟管49；所述热烟塔47设置于所述蒸汽换热箱13的换热腔15内；所述燃烧炉体17的排烟口20通过竖向设置的所述导烟管46与所述热烟塔47的进烟端导通连接，所述热烟塔47的出烟端通过排烟管49导通外界；所述冷凝管48呈螺旋状盘旋设置于所述热烟塔47上方；从所述冷凝管48上流下的冷凝水刚好滴在所述热烟塔47上。
所述热媒水加热井19的井顶81上镂空设置有环形导通孔16，所述环形导通孔16围合于所述导烟管15，所述环形导通孔16将所述蒸汽过渡腔80与换热腔15相互导通。
所述热烟塔47为呈倒立姿态的空心陀螺状结构；所述热烟塔47包括塔顶50、锥形塔壁和塔底65；所述热烟塔47的锥形塔壁包括内塔壁43.2和外塔壁43.1，其中所述外塔壁43.1为导热金属结构，所述内塔壁43.2和外塔壁43.1之间的间隙形成烟气通道层42；所述塔底65与所述内塔壁43.2共同构成密闭包裹体，所述包裹体的内腔为热烟保温腔43；
所述内塔壁43.2下端镂空设置有若干漏烟孔44，若干所述漏烟孔44沿所述热烟塔47轴线成圆周阵列分布；各所述漏烟孔44将所述热烟保温腔43与所述烟气通道层42导通，热烟保温腔43中的烟气可通过漏烟孔44扩散至所述烟气通道层42中；
所述塔顶50堵塞连接所述排烟管49的进烟通道52入口；顶部的塔顶50的轮廓边缘上镂空设置有若干排烟孔51，若干所述排烟孔51沿所述热烟塔47轴线成圆周阵列分布，各所述排烟孔51将所述进烟通道52和所述烟气通道层42相互导通；
还包括进烟管柱45，所述进烟管柱45同轴心穿过所述塔底65，所述烟管柱45上端出烟端伸入所述热烟保温腔43中，所述烟管柱45下端进烟端导通连接所述导烟管46出烟端；
所述冷凝管48呈下粗上细的锥形螺旋管结构，所述冷凝管48同轴心盘旋于所述热烟塔47上方，且所述热烟塔47的外塔壁43.1与所述冷凝管48的螺旋内侧间距设置；从冷凝管48上流下的水均匀滴向所述外塔壁43.1上。
本方案的锅炉加热方法、过程以及原理解释集中整理如下：燃气供给管9和助燃空气供给管14连续向燃气喷嘴12导入燃气和空气，燃气和空气在燃气喷嘴12中混合后从火焰喷口22喷出，启动火焰喷口22处的电子打火装置，进而火焰喷口22向火焰炉腔26喷出火焰，火焰炉腔26中的火焰对第一组换热管25和第二组换热管23充分加热，进而各换热管内部的热煤水受热后连续顺着换热管体向上浮至上端，
热媒水层21底部的热煤水连续补充至第二组换热管23中，热媒水层21中部的热煤水连续补充至第一组换热管25中，如此循环，使热媒水层21中的热煤水快速加热，受热后的热煤水产生大量高温水蒸气，产生的高温水蒸气在蒸汽过渡腔80中累积，水蒸气进一步通过环形导通孔16扩散至换热腔15中；
与此同时，燃烧炉体17内产生的烟气通过导烟管5进入到进烟管柱45，然后烟气从进烟管柱45上端的出口垂直向上喷出至热烟保温腔43中，烟气向上运行遭遇塔顶50阻挡后在热烟保温腔43中呈水波状均匀散开，随着热烟保温腔43中的烟气的累积压缩，热烟保温腔43中的烟分别通过各漏烟孔44均匀扩散至所述烟气通道层42中，由于此时烟气通道层42中的烟气温度很高，造成金属材质的锥形外塔壁43.1持续高温；最终烟气通道层42中烟气通过塔顶50上的排烟孔51排出至排烟管8，进而排向外界；
与此同时，冷水导入管7连续将冷水连续导入冷凝管48中，高温水蒸气接触到冷凝管48外壁时由于温度差，产生液化，水蒸气液化过程中放出的大量热量对冷凝管48持续加热，进而对冷凝管48中的水加热，加热后的水连续导出至热水导出管6中，在循环泵的作用下热水导出管6中的热水导出至用热设备中；
与此同时，冷凝管48外表面冷凝成的水滴，累积后在重力作用下均匀滴下至外塔壁43.1上，并贴于外塔壁43.1向下流动；由于外塔壁43.1在热烟的作用下为持续高温状态，贴于外塔壁43.1向下流动的水迅速被重新汽化成高温水蒸气，高温水蒸气上升后，水蒸气又接触上方的冷凝管48产生液化放热现象，然后产生的液化水向下滴在外塔壁43.1上，如此规律形成热循环；若冷凝管48上冷凝出来的水较多，使外塔壁43.1来不及全部汽化其上向下均匀流动的水，没有完全汽化的水从外塔壁43.1上继续滴下至换热腔15腔底，然后通过环形导通孔16流向热媒水层21中，重新被燃烧炉体17加热，然后形成水蒸气继续进入换热腔15中，进而达到蒸汽循环冷凝加热的效果。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种热媒水燃烧炉，其特征在于：包括蒸汽换热箱(13)和热媒水加热井(19)；所述蒸汽换热箱(13)为密闭负压箱体结构；所述蒸汽换热箱(13)中还设置有冷凝管(48)；所述热媒水加热井(19)为竖向方柱形容器结构；所述蒸汽换热箱(13)与所述热媒水加热井(19)上下导通连接；
热媒水加热井(19)的容腔内还设置有燃烧炉体(17)，所述燃烧炉体(17)为竖立姿态的方柱形金属炉体结构；所述燃烧炉体(17)内部具有火焰炉腔(26)，所述火焰炉腔(26)下端具有喷火口(22)，上端具有排烟口(20)；所述燃烧炉体(17)外侧壁和所述热媒水加热井(19)内侧壁之间形成热媒水层(21)；所述媒水层(21)中填充有热媒水，所述热媒水液面高出所述排烟口(20)所在高度，热媒水液面与所述热媒水加热井(19)的井顶(81)间距设置；所述井顶(81)和热媒水液面之间形成蒸汽过渡腔(80)，所述蒸汽过渡腔(80)与所述蒸汽换热箱(13)中的换热腔(15)导通；
所述燃烧炉体(17)中还至少包括上下分布的第一组换热管(25)和第二组换热管(23)，第一组换热管(25)和第二组换热管(23)分别由若干单个换热管横向阵列而成，其中单个换热管为两头贯通的导热金属管结构；其中各换热管斜向穿过所述火焰炉腔(26)，且各换热管的两端从燃烧炉体(17)的两对侧外壁伸出至所述热媒水层(21)中；
所述第一组换热管(25)的倾斜矮端与所述第二组换热管(23)的倾斜高端同侧；所述第一组换热管(25)相对水平面的倾斜角度为α，满足10°＜α＜20°，所述第二组换热管(23)相对水平面的倾斜角度为β，满足β-10＝α。
2.根据权利要求1所述的一种热媒水燃烧炉，其特征在于：还包括导烟管(5)、热烟塔(47)和排烟管(49)；
所述热烟塔(47)设置于所述蒸汽换热箱(13)的换热腔(15)内；所述燃烧炉体(17)的排烟口(20)通过竖向设置的所述导烟管(46)与所述热烟塔(47)的进烟端导通连接，所述热烟塔(47)的出烟端通过排烟管(49)导通外界；所述冷凝管(48)呈螺旋状盘旋设置于所述热烟塔(47)上方；从所述冷凝管(48)上流下的冷凝水刚好滴在所述热烟塔(47)上。
3.根据权利要求2所述的一种热媒水燃烧炉，其特征在于：所述热媒水加热井(19)的井顶(81)上镂空设置有环形导通孔(16)，所述环形导通孔(16)围合于所述导烟管(15)，所述环形导通孔(16)将所述蒸汽过渡腔(80)与换热腔(15)相互导通。
4.根据权利要求3所述的一种热媒水燃烧炉，其特征在于：所述热烟塔(47)为呈倒立姿态的空心陀螺状结构；所述热烟塔(47)包括塔顶(50)、锥形塔壁和塔底(65)；所述热烟塔(47)的锥形塔壁包括内塔壁(43.2)和外塔壁(43.1)，其中所述外塔壁(43.1)为导热金属结构，所述内塔壁(43.2)和外塔壁(43.1)之间的间隙形成烟气通道层(42)；所述塔底(65)与所述内塔壁(43.2)共同构成密闭包裹体，所述包裹体的内腔为热烟保温腔(43)；
所述内塔壁(43.2)下端镂空设置有若干漏烟孔(44)，若干所述漏烟孔(44)沿所述热烟塔(47)轴线成圆周阵列分布；各所述漏烟孔(44)将所述热烟保温腔(43)与所述烟气通道层(42)导通，热烟保温腔(43)中的烟气可通过漏烟孔(44)扩散至所述烟气通道层(42)中；
所述塔顶(50)堵塞连接所述排烟管(49)的进烟通道(52)入口；顶部的塔顶(50)的轮廓边缘上镂空设置有若干排烟孔(51)，若干所述排烟孔(51)沿所述热烟塔(47)轴线成圆周阵列分布，各所述排烟孔(51)将所述进烟通道(52)和所述烟气通道层(42)相互导通；
还包括进烟管柱(45)，所述进烟管柱(45)同轴心穿过所述塔底(65)，所述烟管柱(45)上端出烟端伸入所述热烟保温腔(43)中，所述烟管柱(45)下端进烟端导通连接所述导烟管(46)出烟端；
所述冷凝管(48)呈下粗上细的锥形螺旋管结构，所述冷凝管(48)同轴心盘旋于所述热烟塔(47)上方，且所述热烟塔(47)的外塔壁(43.1)与所述冷凝管(48)的螺旋内侧间距设置；从冷凝管(48)上流下的水均匀滴向所述外塔壁(43.1)上。
5.根据权利要求4所述的一种热媒水燃烧炉，其特征在于：还包括燃气喷嘴(12)、燃气供给管(9)和助燃空气供给管(14)；所述燃气供给管(9)和助燃空气供给管(14)的燃气导出端和空气导出端连接所述燃气喷嘴(12)，所述燃气喷嘴(12)的喷火口(22)，设置于所述火焰炉腔(26)底部。
6.根据权利要求5所述的一种热媒水燃烧炉，其特征在于：还包括冷水导入管(7)和热水导出管(6)，所述冷水导入管(7)连接冷凝管(48)上端的冷水进水端；所述热水导出管(6)连接所述冷凝管(48)下端的热水出水端。
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