CN109556110A - 用于产生热水或蒸汽的锅炉 - Google Patents

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Abstract

一种用于产生热水或蒸汽的锅炉，包括形成加热室(3)的容置外壳(2)，加热室容纳待加热的水，并且锅炉容纳内部形成燃烧室(5)的火箱本体(4)，燃烧室具有与其相关联的燃烧器(6)，燃烧器具有容纳在燃烧室(5)中的燃烧头(7)和用于将空气与气体预混合的连接至燃烧头(7)的装置(8)。根据本发明，预混合装置(8)包括连接至燃烧头(7)的空气供应管道(14)以及与供应管道(14)同轴延伸的混合管状本体(15)，以便在供应管道(14)的内侧向壁与混合管状本体(15)的侧壁的外表面之间形成入口区域(16)，入口区域具有比由供应管道(14)沿着空气流动方向在混合管状本体(15)上游形成的空气通道区段更窄的横向空气通道区段。

Description

用于产生热水或蒸汽的锅炉
技术领域
本发明涉及一种用于产生热水或蒸汽的锅炉。
背景技术
已知用于产生热水或蒸汽的锅炉，其具有外部外壳，在该外部壳体中存在水加热室，在该水加热室内部布置了火箱(firebox)本体，该火箱本体与待加热的水处于热交换关系并且在内部配备有燃烧室，在该燃烧室的一端处布置了燃烧器，该燃烧器通常穿过门以进入燃烧室并且能够借助于燃烧头(combustion head)产生在燃烧室中形成的火焰。
水加热室由多个热交换管穿过，在燃烧室中产生的热燃烧气体在该多个热交换管中流动，使得气体可以与加热室中容纳的水交换热量，然后气体被收集在燃烧气体室中，借助于排气管将它们从该燃烧气体室排到外部。
在这种类型的锅炉中使用的燃烧器可以是预混合燃烧器，其在燃烧头的上游具有用于将空气与气体预混合的装置，该装置通常由文丘里管构成，该文丘里管配备有会聚部分和随后的发散部分，并且具有轴向入口、侧向入口和轴向出口，该轴向入口连接至空气供应管道，该侧向入口布置在其通道部分的最大变窄处并且连接至位于会聚部分和发散部分周围的气体室并连接至由可调节进气阀控制的气体供应管道，该轴向出口被布置在文丘里管的与其轴向进气口相反的那一端处。
具体地，在文丘里管的出口与燃烧头之间存在插入的风扇，该风扇具有从文丘里管的出口吸入空气与气体的混合物、促进该混合物进一步混合、并且在压力下将该混合物送至燃烧头的功能，从而使燃烧室相对于环境压力处于过压状态。
上述锅炉的一个缺点在于，它们需要提供多种类型的不同文丘里管以实现适用于可安装在锅炉上的各种不同额定功率(可以在20kW至20000kW之间变化)的燃烧器的可燃气体与空气的混合。
另一个缺点是需要完美地制造文丘里管，以确保气体与空气之间的正确且完全的混合，以便避免在排气管处过量排放NOx。
又一个缺点是在空气与气体之间的混合区域中发出令人不快的嘶嘶声，这增加了锅炉的噪音。
所述类型的锅炉的另外一个缺点在于门处占据了大的空间，这是由于预混燃烧器的存在、更具体地由于其风扇和其文丘里管的存在而造成的。
这些锅炉的其他缺点是由于燃烧室所承受的过压，诸如在点火期间在排气管阻塞的情况下燃烧室中未燃烧物质的积聚、穿过门的垫圈朝外部环境的逆火或烟雾泄漏、或在点火步骤期间压力波向外部环境传播。
发明内容
本发明的目标是提供一种用于产生热水或蒸汽的锅炉，其能够在上述一个或多个方面中改善背景技术。
在该目标内，本发明的目的是提供一种用于产生热水或蒸汽的锅炉，其具有空气与气体的预混合装置，该预混合装置可以容易地获得以用于不同额定功率的各种燃烧器。
本发明的另一个目的是提供一种用于产生热水或蒸汽的锅炉，其在燃烧器的区域处具有比背景技术的锅炉显著更小的空间占据。
本发明的另一个目的是提供一种用于产生热水或蒸汽的锅炉，其能够确保排气管相对于目前已知的锅炉显著减少NOx。
本发明的另一个目的是提供一种用于产生热水或蒸汽的锅炉，其不受燃烧器区域中的令人不快的噪音影响。
本发明的另一个目的是提供一种用于产生热水或蒸汽的锅炉，其不具有来自门的气体的逆火(backfire)或泄漏，并且不具有未燃烧物质积聚或压力波向外传播的问题。
本发明的又另一个目的是提供一种用于产生热水或蒸汽的锅炉，其可靠并安全，并且可以以极具竞争力的成本生产。
本发明的另一个目的是以替代任何现有解决方案的方式克服背景技术的缺点。
通过根据本发明的用于产生热水和蒸汽的锅炉实现了这个目的以及将在下文中变得更加明显的这些和其他目的。
根据本发明的用于产生热水或蒸汽的锅炉，包括容置外壳，容置外壳形成加热室，加热室容纳待加热的水，并且锅炉容纳火箱本体，火箱本体在内部形成燃烧室，燃烧室具有与燃烧室相关联的燃烧器，燃烧器具有容纳在燃烧室中的燃烧头以及用于将空气与气体预混合的预混合装置，预混合装置连接至燃烧头，其中，预混合装置包括空气供应管道和混合管状本体，空气供应管道连接至燃烧头，混合管状本体与空气供应管道同轴地延伸，以便在空气供应管道的内侧向壁与混合管状本体的侧壁的外表面之间形成入口区域，入口区域具有的横向空气通道区段比由供应管道沿着空气流动方向在混合管状本体上游形成的空气通道区段更窄，混合管状本体具有内腔并且在第一端处由尖拱形头部封闭，而在第二端处连接至用于供应可燃气体的管道，第一端相对于从空气供应管道到达的气流定向，第二端定位成与第一端相对，在混合管状本体的侧壁中存在至少一个分配开口，分配开口连接至混合管状本体的内腔并且连接至入口区域。
附图说明
从对附图中通过非限制性实例的方式展示的根据本发明的锅炉的优选但并不排他的实施方式的描述中，本发明的进一步特征和优点将变得更加明显，其中：
图1是根据本发明的锅炉的示意性纵向截面视图；
图2是根据本发明的锅炉的预混合装置的纵向截面视图；
图3是预混合装置的混合管状本体的正视图；
图4是图3的细节的放大视图；
图5是图3的管状本体的一端的前视图；
图6是沿图3中的线VI-VI截取的截面视图。
具体实施方式
参照所引用的附图，根据本发明的用于产生热水或蒸汽的锅炉(总体上由参考数字1表示)包括外部的外壳2，该外部外壳优选地具有基本上圆柱形的形状，在该外部外壳中存在加热室3，该加热室容纳待加热的水并且配备有用于冷水的入口3a以及出口3b，热水或蒸汽可从该出口离开。
相对于加热室3，轴向地存在火箱本体4，燃烧室5在该火箱本体内部形成，由燃烧器6产生的火焰在该燃烧室中蔓延。
具体地，燃烧器6包括燃烧头7，该燃烧头优选地为内点火类型的，该燃烧头在燃烧室5中喷出火焰并且布置在所述燃烧室的一端处，其中方便地存在用于关闭燃烧室5的门5a以及向燃烧头7供应空气与气体的混合物的预混合装置8。
多个热交换管9连接至燃烧室5，并且源于由燃烧头7喷出的火焰的热燃烧气体在该多个热交换管中流动并纵向地穿过加热室3，以加热该加热室中容纳的水，直到气体离开而进入燃烧气体收集室10，该燃烧气体收集室连接至排气管11，用于将所述燃烧气体排到大气中。
优选地，在燃烧室5的与燃烧头7相反的那一端处，存在火箱本体4的后壁12，该后壁允许将燃烧气体朝向门5a重新定向，在该门处有利地存在燃烧气体重新定向室13，该燃烧气体重新定向室允许将燃烧气体引导到热交换管9中。
根据本发明，预混合装置8包括空气供应管道14，该空气供应管道连接至外部环境并连接至燃烧头7，在该燃烧头内部存在混合管状本体15，该混合管状本体基本上与供应管道14同轴地延伸，以便在供应管道14内部形成入口区域16，该入口区域被布置在供应管道14的内侧向壁与混合管状本体15的侧壁的外表面之间，并且该入口区域具有用于空气的横向通道区段，该横向管道区段比在供应管道14中限定的用于空气的通道区段(沿着空气在供应管道14中的流动方向在混合管状本体15上游)更窄。
具体地，在混合管状本体15的相对于供应管道14中的空气定向的第一端15a处，混合管状本体15由头部16封闭，该头部基本上是尖拱形的，以便在混合管状本体15的侧向表面沿供应管道14中的空气流动方向上行进时而逐渐接近供应管道14的内侧向壁，而在混合管状本体15的与第一端15a相反的第二端15b处，该混合管状本体连接至气体(gas)供应管道17，该气体供应管道连接至混合管状本体15的内腔18。
至少一个气体分配开口19被形成在混合管状本体15的侧壁中，并且气体分配开口使混合管状本体15的内腔18连接至入口区域16。
优选地，在混合管状本体15的侧壁中，存在多个分配开口19，这些分配开口被布置成使得多个分配开口围绕混合管状本体15的轴线相互间隔开。
这些分配开口19或这些分配开口中的每一个具有细长形状并且有利地分配开口的纵向延伸轴线相对于混合管状本体15的轴线倾斜。
方便地，混合管状本体15具有从头部16朝向其第二端15b逐渐减小的直径空间占据部，以便在其侧壁与空气供应管道14的内壁之间形成逐渐加宽的通道区段。
有利地，分配开口19沿着空气流动的方向布置在头部16的正下游，即，基本上位于入口区域16的最窄通道区段的位置(point，点)处。
有利地，混合管状本体15是由金属材料(优选地铝)制成，并且凭借混合管状本体15的具体形状，该混合管状本体可以通过在车床上转动适合于燃烧器6的额定功率的尺寸标尺的金属杆来容易地获得，并且更优选地该混合管状本体可以提供成两个部分，这两个部分可以例如通过螺纹连接来相互组装，其中一个部分方便地提供头部16，所述部分是由将铝棒钻孔并在数控车床上用切削工具成形而开始获得的。
在混合管状本体15的与头部16相反的一端15b处，混合管状本体15方便地由壁20封闭，在该壁中提供了耦接开口21，该耦接开口用于将气体供应管道17的输出端插入混合管状本体15的内腔18中。槽22有利地围绕耦接开口20设置并且具有多边形截面，用于接合未示出的锁定元件，该锁定元件允许将气体供应管道17锁定到混合管状本体15。
优选地，空气供应管道14内部的空气流动是通过抽吸器件产生的，所述抽吸器件适于相对于外部环境压力将燃烧室5置于部分真空。
方便地，抽吸器件包括至少一个风扇23，该至少一个风扇由配备有逆变器的马达24致动。特别地，风扇23被容纳在燃烧气体收集室10中，并且更具体地，该风扇的入口连接至燃烧气体收集室10，并且因此通过热交换管9连接至燃烧室5，同时该风扇的递送部连接至排气管11。
根据本发明的锅炉的操作如下。
加热室3在其入口3a处被供应水。
风扇23的启动允许将燃烧室5置于部分真空，以便在空气供应管道14中产生从外部环境抽取的空气流动。
在由混合管状本体15的存在而产生的入口区域16处，在空气供应管道14中流动的空气经历由于文丘里效应而导致的速度增加和随之而来的压力降低，允许了从混合管状本体15的内腔18抽取由气体供应管道17通过混合管状本体15的分配开口19供应的可燃气体，从而将可燃气体引入空气流动中，从而可以与空气流动混合。
分配开口19的细长形状和分配开口在最大局部真空位置处相对于混合管状本体15的轴线倾斜的布置可以避免出现没有与气体混合的空气线(air thread)，并且同时在广泛的空气/气体流量调节范围内降低了正常运行期间的噪音风险。
由此获得的气体混合物供应至燃烧头7，该燃烧头因此被点燃以在燃烧室5内部产生火焰。
一旦热燃烧气体到达火箱本体4的后壁12，它们就朝向门10重新定向并被引导到热交换管9内部，以便加热包含在加热室3中的水，直到燃烧气体到达燃烧气体收集室10，它们被风扇23从该燃烧气体收集室推进到排气管11中，同时产生的蒸汽或热水通过出口3b从加热室3离开。
应该注意的是，可以简单地通过在同一空气供应管道14内将混合管状本体15替换为具有不同直径的另一个混合管状本体来改变空气/气体功率范围，这对于传统的文丘里管是不可能的，传统的文丘里管要求整个组件由会聚元件和发散元件组成的管构成并且要替换气体室。
在实践中已经发现，本发明能够完全实现预期的目标和目的，并且特别强调的是，具有如上所述配置的混合管状本体的预混合装置除了对于相同性能下显著的成本降低之外还允许了与任何燃烧器尺寸相关的容易的尺寸确定。
还应该注意的是，配备有上述混合管状本体的预混合装置允许空气与气体的最佳混合，从而减少NOx，同时混合管状本体中的气体分配开口的具体形状和布置允许了显著地减少噪音。
根据本发明的锅炉的另一个优点是没有烟雾通过布置在门和燃烧气体收集室中的垫圈而泄漏，因为燃烧室和燃烧气体收集室处于部分真空。
根据本发明的锅炉的另一个优点是它在门前具有极小的空间占据，因为预混合装置具有空气供应管道的空间占据，并且进气风扇被布置在燃烧气体收集室内部并因此在锅炉自身内部。
以上指出的有利、方便等的本发明的所有特征也可以省略或者用等同物代替。
参考一般教导或具体实施方式描述的单独的特征可以全部存在于其他实施方式中，或者可以代替这些实施方式中的特征。
因此构思的本发明可以有许多修改和变型，所有这些修改和变型都落在所附权利要求的范围内。
在实践中，所使用的材料以及形状和尺寸可根据要求而为任意的，只要其与具体用途兼容即可。
所有的细节可以进一步用其他技术上等价的元件替换。

Claims (7)

1.一种用于产生热水或蒸汽的锅炉，包括容置外壳(2)，所述容置外壳形成加热室(3)，所述加热室容纳待加热的水，并且所述锅炉容纳火箱本体(4)，所述火箱本体在内部形成燃烧室(5)，所述燃烧室具有与所述燃烧室相关联的燃烧器(6)，所述燃烧器具有容纳在所述燃烧室(5)中的燃烧头(7)以及用于将空气与气体预混合的预混合装置(8)，所述预混合装置连接至所述燃烧头(7)，其特征在于，所述预混合装置(8)包括空气供应管道(14)和混合管状本体(15)，所述空气供应管道连接至所述燃烧头(7)，所述混合管状本体与所述空气供应管道(14)同轴地延伸，以便在所述空气供应管道(14)的内侧向壁与所述混合管状本体(15)的侧壁的外表面之间形成入口区域(16)，所述入口区域具有的横向空气通道区段比由所述供应管道(14)沿着空气流动方向在所述混合管状本体(15)上游形成的空气通道区段更窄，所述混合管状本体(15)具有内腔(18)并且在第一端(15a)处由尖拱形头部(16)封闭，而在第二端(15b)处连接至用于供应可燃气体的管道(17)，所述第一端相对于从所述空气供应管道(14)到达的气流定向，所述第二端定位成与所述第一端(15a)相对，在所述混合管状本体(15)的侧壁中存在至少一个分配开口(19)，所述分配开口连接至所述混合管状本体(15)的所述内腔(18)并且连接至所述入口区域(16)。
2.根据权利要求1所述的锅炉，其特征在于，在所述混合管状本体(15)的侧壁中，存在围绕所述混合管状本体(15)的轴线分布的多个所述分配开口(19)。
3.根据前述权利要求中一项或多项所述的锅炉，其特征在于，所述分配开口(19)具有细长的延伸部，并且所述分配开口布置成使所述分配开口的对应的延伸轴线相对于所述混合管状本体(15)的轴线倾斜。
4.根据前述权利要求中一项或多项所述的锅炉，其特征在于，所述混合管状本体(15)具有从所述头部(16)朝向所述第二端(15b)逐渐减小的直径空间占据部。
5.根据前述权利要求中一项或多项所述的锅炉，其特征在于，所述分配开口(19)大致布置在所述入口区域(16)的一位置处，该位置具有的空气通道区段小于所述入口区域(16)的其余部分。
6.根据前述权利要求中一项或多项所述的锅炉，其特征在于，所述锅炉包括适于相对于外部环境压力将所述燃烧室(5)置于部分真空的器件。
7.根据前述权利要求中一项或多项所述的锅炉，其特征在于，所述燃烧室(5)连接至多个热交换管(9)，所述热交换管被设计成被燃烧气体穿过并通入燃烧气体收集室(10)，所述燃烧气体收集室连接至排气管(11)，适于将所述燃烧室(5)置于部分真空的所述器件包括容纳在所述燃烧气体收集室(10)中的至少一个风扇(23)。
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PB01 Publication
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WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication
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Application publication date: 20190402