CN108489083B - 全热潆射式热水炉 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及锅炉系统技术领域，全热潆射式热水炉，所述热水炉本体内部设置排气管束，排气管束下部与排气管束外侧的炉本体内部空间相连通，排气管束上部联通至燃烧机的排气端，排气管束下端链接潆射盘，工作时所述燃烧机与排气管束潆射盘完全浸没在炉内部的水面以下。本发明的燃烧机产生的热量会完全传递给水，热效率更高。

Description

全热潆射式热水炉
技术领域
本发明涉及锅炉系统技术领域，具体涉及一种全热潆射式热水炉。
背景技术
锅炉按照应用领域可分为工业用、民用；按照燃料可分为燃油、燃气、生物质或电能；在锅炉系统中，锅炉燃烧机多为外置式燃烧，燃烧的火焰在炉膛内及烟管内，之后被排出，不仅热量会部分散失，燃烧的火焰温度无法控制，还会产生大量的氮氧化物，增加后续成本。设计一种火焰温度可控，污染气体超低排放，热能全部回收的全热潆射式热水炉是非常必要的。
发明内容
鉴于现有技术的缺陷，本发明提供一种全热潆射式热水炉，其目的是提高燃烧机的热利用率，燃烧机产生的热能全部吸收利用同时减少污染气体的排放。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是全热潆射式热水炉，其包括炉本体，所述炉本体内部设置排气管束，排气管束外侧置于炉本体内空间，排气管束上部联通至燃烧机的排气端，工作时所述燃烧机与排气管束完全浸没在炉内部的水面以下，管束下部链接炉体底部的潆射盘。
基于上述的技术方案，启动后整个排气管束是浸没在水面以下的，这样可以将金属的排气管束表面的热量传导到被加热的水中，同时通过潆射盘燃烧产生气体的热量完全的吸收，提高燃烧产生热量的利用率。
优选的，所述燃烧机为涡喷燃烧机，涡喷燃烧机包括法兰、尾部涡轮、燃料供给系统、喷嘴、点火系统、设备外壳、进气涡扇、三组进气量调节风门、主轴、中心通风道套筒、外通风道套筒；所述设备外壳通过法兰连接至所述炉本体，燃烧机外壳中心穿过主轴，主轴外部设置中心通风道套筒，中心通风道套筒与主轴之间空间为中心通风道，中心通风道套筒外部设置外通风道套筒，外通风道套筒与中心通风道套筒之间空间为燃烧室，燃烧室内设置燃料供给系统、喷嘴及点火系统，外通风道套筒与所述设备外壳之间空间为外通风道，中心通风道套筒两侧分别设置进气涡扇、尾部涡轮；进气涡扇、尾部涡轮均设置在所述主轴上，在所述进气涡扇的进气端设置三组进气量调节风门；三组进气量调节风门设置在所述炉本体燃烧机进气端。
基于上述的技术方案，针对全热潆射式热水炉，其内部燃烧不需要猛烈，但需要燃烧充分，可调控火力则更佳，采用上述结构的涡喷燃烧机，燃烧室内的燃料供给系统通过喷嘴喷出燃料，点火系统点火，气体燃烧膨胀，由尾部排出，尾部涡轮旋转带动主轴转动，带动前端的进气涡扇转动，膨胀气体及火焰由尾部涡轮燃烧机的排气端排出，此过程中，气体从外界或者储气室不断从进气涡扇进入燃烧室、中心通风道及外通风道，燃料不间断供给所以主轴连续不间断运转，通过调整进风量及燃料供给量调节燃烧机转速，进而调节燃烧机的输出功率。此涡喷燃烧机将壳体内部的空间分隔成了燃烧室、中心通风道及外通风道三部分，前部的三组进气量调节风门可分别对进入这三个通道的空气进行进气量调节；燃烧室进行点火燃烧，由于隔离出了中心通风道，可通过调节中心通风道的进风量，从而使得燃烧室未被充分燃烧的燃料在喷出至尾部涡轮时，被由中心通风道通入的空气进行二次燃烧同时控制燃烧温度，提高焰心的温度；同理可利用三组进气量调节风门对外通风道的进风量进行调节，以控制外焰以外的二次燃烧及外焰温度。经过这样结构的特殊设置，不仅可以均衡火焰的焰心、内焰及外焰的温度，并且可以通过调节进风量，按照需要控制火焰大小。这种特殊结构的燃烧机更适用于全热潆射式热水炉。
进一步的，所述排气管束上靠近燃烧机的排气端的位置设置启闭器。
进一步的，所述排气管束下部连接至炉本体底部设置的潆射盘，潆射盘为设置在锅炉本体底部的带有若干透气孔的锥形体。
进一步的，所述炉本体上设置进水系统及出水系统。
优选的，所述的进水系统为内壁周向设置的布水器，所述布水器为环形水管，其上设有入水口及出水口，周向均布若干射水孔。
基于上述的技术方案，布水器不断向中心的排气管束及潆射盘上射水，由排气管束下部潆射盘出来的不断上升的高温气泡与布水器射出的水接触传热，高温气泡在上升过程中，气泡中的热量全部传导到炉内的水中，从而更好的吸收热量。
优选的，所述的出水系统为临近炉本体内壁插入的出水管，所述出水管远离内壁一侧设置有气泡隔板，，使气体分离。
进一步的，在炉本体外部的所述的进水系统与出水系统之间设置换热器。
所述炉本体上设置溢水管，所述溢水管高于排气管束及燃烧机最高点。
进一步的，所述炉本体上部空间设置空气预热系统，所述空气预热系统包括若干管束，每个管束一端与炉外部空气相连通，另一端联通至所述涡喷燃烧机的储气室，所述若干管束外壁与上升的烟气接触。
进一步的，所述炉本体上部设置冷凝系统，所述冷凝系统包括压缩机，一个或多个冷气循环腔室，一个或多个冷凝管束；每个冷气循环腔室的两端通过一个或多个冷凝管束相联通汇集，每个冷气循环腔室内部设置有风扇及压缩机蒸发器，所述冷凝管束外壁与上升的烟气接触，蒸发器连接至压缩机。
优选的，所述冷气循环腔室设置两个。
进一步的，所述冷凝系统还包括冷凝水回流管，冷凝水回流管桥接至炉本体上设置的进水系统。
进一步的，所述炉本体内部可以设置一个或多个换热装置，其内通有待加热介质。
基于上述的技术方案，全热潆射式热水炉的工作过程是：在炉内的燃烧机还未工作的时候，炉本体内置有水，由于排气管束内与其外侧空间联通，排气管束内、外的水位高度持平。当燃烧机工作时，火焰由燃烧机的出气端喷出，排气管束上部靠近火焰位置的气体膨胀，压力逐渐增大，起初气体会由启闭器位置释放出来，当压力增大到一定程度，启闭器受压力作用闭合，气体会沿着排气管束自上而下下压排气管束内的液面，水由排气管束内流向排气管束外，排气管束外侧的液面会逐渐上升，直至上升至溢水管，其会将排气管束及燃烧机完全浸没在水面以下，在此过程中，由于燃烧机的作用，排气管束内会逐渐被加热，相应的排气管束受热温度升高，与其接触的外部水温也会不断升高，相较外置或其他加热装置不浸没于水中的装置，本装置的排气管束获得的热量会完全传递给水，热效率更高。在燃烧机不断工作过程中，排气管束内部会不断（进入）气体，压力增大，气体会沿着排气管束自上而下至潆射盘后进入排气管束外围的炉水内，气泡不断上升，此过程中气泡携带的热量也全部传至炉内的水中。与此同时，由于燃烧机工作过程中会产生对空气有污染性的废气，在其由炉底部潆射盘处不断上升过程中会逐渐被水溶解，大部分的废气中的水溶性有害物质会溶于水，排出的是洁净的废气，排出后不会污染空气，排放标准远低于国家要求的标准。
当气泡不断上升至水面以上，气泡破裂变成废气体，此时的废气体仍然有部分热量未被吸收，废气体上升其进入空气预热系统，空气预热系统的管束由炉外直接引入燃烧机的储气室，管束外围上升的废气体对管束中的空气进行传热，被预热的空气进入燃烧机的储气室，则不但进一步利用了废气体的热量还可以使燃烧机的储气室内空气温度上升，是燃烧更节能。
经过空气预热系统后的废气体进入冷凝系统，对废气体进行冷凝，被冷凝后的废气体由排气烟囱排出。
在使用炉内热量时，可以在炉外部的进水系统与出水系统之间设置换热器及加药装置，以进行换热和去除炉内水的有害物质；或者直接将换热装置内置在炉体内部的溢流管下部，其内通有待加热介质，如此设置，直接在内部进行热量交换，换热效率更高。
炉水是通过炉本体连接的进水系统（布水器）不断进水的，并且通过与炉本体连接的出水系统不断出水，实现其炉内部水的不断循环，在出水系统设置的气泡隔板可以有效的挡住气泡使汽水分离。
所述的布水器为环形水管，其上设有入水口及出水口，周向均布若干射水孔。水由进水系统的入水口不断进入，从出水口及周向分布的若干射水孔喷出，会与底部潆射盘上正在上升的高温气泡接触，进行传热。
本发明的有益效果：燃烧产生的热量会完全传递给水，热效率更高，排放更低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为涡喷燃烧机的结构示意图；
图3为冷凝系统的结构示意图；
图4为本发明的侧视图；
图5为布水器的结构示意图；
图中：1、 炉本体，2、排气管束，3、法兰，4、尾部涡轮，5、燃料供给系统， 6、喷嘴，7、点火系统，8、设备外壳，9、进气涡扇，10、排气端，11、三组进气量调节风门，12、主轴，13、中心通风道套筒，14、外通风道套筒，15、燃烧室，16、储气室，17、启闭器，18、潆射盘，19、布水器，20、入水口，21、出水口，22、射水孔，23、出水管，24、气泡隔板，25、溢水管，26、空气预热系统，27、冷凝系统，28、压缩机，29、冷气循环腔室，30、冷凝管束，31、风扇，32、蒸发器，33、排气烟囱，34、换热装置。
实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清晰，下面结合说明书附图和具体实例进行阐述。
实施例1
全热潆射式热水炉，其包括炉本体1，所述炉本体1内部设置排气管束2，排气管束2设置在炉体中间，管束外侧至于炉本体1中间，排气管束2上部联通至燃烧机的排气端10，运行时所述燃烧机与排气管束2完全浸没在炉内部的水面以下。
进一步的，所述排气管束2上靠近燃烧机的排气端的位置设置启闭器17。
进一步的，所述排气管束2下部连接至炉本体1底部设置的潆射盘18。
进一步的，所述炉本体1上设置进水系统及出水系统。
优选的，所述的进水系统为内壁周向设置的布水器19，所述布水器19为环形水管，其上设有入水口20及出水口21，周向均布若干射水孔22。
基于上述的技术方案，布水器19不断向中心的排气管束2及潆射盘18射水，由潆射盘18下部出来的不断上升的高温气泡与布水器19射出的水接触传热，更好的吸收热量。
优选的，所述的出水系统为临近炉本体内壁插入的出水管23，所述出水管23远离内壁一侧设置有气泡隔板24。
所述炉本体上设置溢水管25，所述溢水管25高于排气管束2最高点。
进一步的，所述炉本体1上部空间设置空气预热系统26，所述空气预热系统26包括若干管束，每个管束一端与炉外部空气相连通，另一端联通至所述涡喷燃烧机的储气室16，所述若干管束外壁与上升的烟气接触。
进一步的，所述炉本体1上部设置冷凝系统27，所述冷凝系统27包括压缩机28，一个或多个冷气循环腔室29，一个或多个冷凝管束30；每个冷气循环腔室29的两端与一个或多个冷凝管束30相联通，每个冷气循环腔室29内部设置有风扇31及压缩机蒸发器32，所述冷凝管束30外壁与上升的烟气接触，所述冷凝管束30两侧汇集联通至炉本体1上冷气循环腔29，压缩机蒸发器32连接至压缩机28。
优选的，所述冷气循环腔室29设置两个。
进一步的，所述冷凝系统还包括冷凝水回流管，冷凝水回流管桥接至炉本体1上设置的进水系统。
进一步的，所述炉本体1内部设置一个或多个换热装置34，其内通有待加热介质。
实施例2
全热潆射式热水炉，其包括炉本体1，所述炉本体1内部设置排气管束2，排气管束2设置于炉本体1中间，排气管束2上部联通至燃烧机的排气端10，下部联通于潆射盘18，运行时所述燃烧机与排气管束2完全浸没在炉内部的水面以下。
优选的，所述燃烧机为涡喷燃烧机，涡喷燃烧机包括法兰3、尾部涡轮4、燃料供给系统5、喷嘴6、点火系统7、设备外壳8、进气涡扇9、三组进气量调节风门11、主轴12、中心通风道套筒13、外通风道套筒14；所述设备外壳8通过法兰3连接至所述炉本体1，设备外壳8中心穿过主轴12，主轴12外部设置中心通风道套筒13，中心通风道套筒与主轴12之间空间为中心通风道，中心通风道套筒13外部设置外通风道套筒14，外通风道套筒14与中心通风道套筒13之间空间为燃烧室15，燃烧室15内设置燃料供给系统5、喷嘴6及点火系统7，外通风道套筒14与所述设备外壳8之间空间为外通风道，中心通风道套筒13两侧分别设置进气涡扇9、尾部涡轮4；进气涡扇9、尾部涡轮4均设置在所述主轴12上，在所述进气涡扇9的进气端设置三组进气量调节风门11；三组进气量调节风门11设置在所述燃烧机进气端。。
从燃料供给系统5向燃烧室15内喷油，通过点火系统7点火，燃烧室15内燃烧，气体急剧膨胀，由于尾部涡轮4扇叶数量及角度小于进气涡扇9的数量，使膨胀后的气体做功被迫向尾部涡轮4方向排出，形成气体推动涡轮旋转；涡轮旋转起来后，进气涡扇9从外部吸收空气，当空气吸入到燃烧室15内，燃烧室15内为混合空气，持续燃烧，大量的气体及火焰带动涡轮旋转喷出形成中焰；当空气被吸收到中心通风道，中心通风道为冷空气，在燃烧室喷出的气体里面还有部分燃料，在通过尾部涡轮4之后至壳体排边缘位置之前时，由中心风道供氧剩余燃料被二次引燃，由于通入的是冷空气，同时控制进气量，使燃烧的温度很低，因此，由中心通风道通过的内焰温度不高；当空气从外通风道吸收到达尾部涡轮4后，与内焰原理相同，在通过尾部涡轮4之后至壳体排气端边缘位置之前时，进行二次引燃，从而形成外焰，最终形成焰心、内焰、外焰温度保持平衡，进而实现火焰燃烧温度大小的控制。
进一步的，所述的三组进气量调节风门11设计成百叶窗形式，分别控制中心通风道、燃烧室15及外通风道，百叶窗通过设置调节杆调节百叶窗的升降开关，同时调节叶片的角度。
进一步的，所述排气管束2上靠近燃烧机的排气端的位置设置启闭器17。
进一步的，所述排气管束2下部连接至炉本体1底部设置的潆射盘18。
进一步的，所述炉本体1上设置进水系统及出水系统。
优选的，所述的进水系统为内壁周向设置的布水器19，所述布水器19为环形水管，其上设有入水口20及出水口21，周向均布若干射水孔22。
基于上述的技术方案，布水器19不断向中心的排气管束2及潆射盘18射水，由潆射盘18下部出来的不断上升的高温气泡与布水器19射出的水接触传热，更好的吸收热量。
优选的，所述的出水系统为临近炉本体内壁插入的出水管23，所述出水管23远离内壁一侧设置有气泡隔板24。
进一步的，在炉本体1外部的所述的进水系统与出水系统之间设置换热器及加药装置。
所述炉本体上设置溢水管25，所述溢水管25高于排气管束2最高点。
进一步的，所述炉本体1上部空间设置空气预热系统26，所述空气预热系统26包括若干管束，每个管束一端与炉外部空气相连通，另一端联通至所述涡喷燃烧机的储气室16，所述若干管束外壁与上升的烟气接触。
进一步的，所述炉本体1上部设置冷凝系统27，所述冷凝系统27包括压缩机28，一个或多个冷气循环腔室29，一个或多个冷凝管束30；每个冷气循环腔室29的两端通过一个或多个冷凝管束30相联通，每个冷气循环腔室29内部设置有风扇31及压缩机蒸发器32，所述冷凝管束30外壁与上升的烟气接触，连通炉本体1上的排气烟囱33，所述冷凝管束30两侧空间汇集联通至炉本体1上的冷气循环腔29，压缩机蒸发器32连接至压缩机28。
优选的，所述冷气循环腔室29设置两个。
进一步的，所述冷凝系统还包括冷凝水回流管，冷凝水回流管桥接至炉本体1上设置的进水系统。
进一步的，所述炉本体1内部设置一个或多个换热装置34，其内通有待加热介质。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1. 全热潆射式热水炉，其特征在于：包括锅炉本体，所述热水炉本体内部设置排气管束，排气管束下部与排气管束外侧的炉本体内部空间相连通，排气管束上部联通至燃烧机的排气端，排气管束下端链接潆射盘，工作时所述燃烧机与排气管束潆射盘完全浸没在炉内部的水面以下; 所述排气管束上靠近燃烧机的排气端的位置设置启闭器。
2.根据权利要求1所述的全热潆射式热水炉，其特征在于：所述燃烧机为涡喷燃烧机，涡喷燃烧机包括法兰、尾部涡轮、燃料供给系统、喷嘴、点火系统、设备外壳、进气涡扇、三组进气量调节风门、主轴、燃烧室、中心通风道套筒、外通风道套筒；所述设备外壳通过法兰连接至所述炉本体，设备外壳中心穿过主轴，主轴外部设置中心通风道套筒，中心通风道套筒与主轴之间空间为中心通风道，中心通风道套筒外部设置外通风道套筒，外通风道套筒与中心通风道套筒之间空间为燃烧室，燃烧室内设置燃料供给系统、喷嘴及点火系统，外通风道套筒与所述设备外壳之间空间为外通风道，中心通风道套筒两侧分别设置进气涡扇、尾部涡轮，进气涡扇、尾部涡轮均设置在所述主轴上，在所述进气涡扇的进气端设置三组进气量调节风门；三组进气量调节风门设置在所述燃烧机本体上。
3.根据权利要求1所述的全热潆射式热水，其特征在于：所述炉本体上设置进水系统及出水系统。
4.根据权利要求3所述的全热潆射式热水，其特征在于：所述的进水系统为内壁设置的布水器，所述布水器为环形水管，其上设有入水口及出水口，周向均布若干射水孔。
5.根据权利要求3所述的全热潆射式热水，其特征在于：所述的出水系统为临近锅炉本体内壁插入的出水管，所述出水管远离内壁一侧设置有气泡隔板。
6.根据权利要求1所述的全热潆射式热水，其特征在于：所述炉本体上设置溢水管，所述溢水管高于排气管束及燃烧机最高点。
7.根据权利要求2所述的全热潆射式热水，其特征在于：所述炉本体上部空间设置空气预热系统，所述空气预热系统包括若干管束，每个管束一端与炉外部空气相连通，另一端联通至所述涡喷燃烧机的储气室，所述若干管束外壁与上升的烟气接触。
8.根据权利要求1所述的全热潆射式热水，其特征在于：所述炉本体内部可以设置一个或多个换热装置，其内通有待加热介质。
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