CN110360597A - 一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，包括炉灶、水箱、吸收式制冷装置和烟囱；炉灶包括壳体，该壳体的前侧壁上设置有炉门和灰门，壳体内自上而下依次为炉膛和落灰室，炉膛由前炉壁、后炉壁以及聚火炉排构成，聚火炉排一端与壳体的前侧壁连接，另一端通过耐火墙壳体底部连接，炉门与炉膛连通，灰门与落灰室连通；水箱设置在炉灶靠近壳体后侧壁的烟道内，烟道的出口与吸收式制冷装置的烟气入口连通，吸收式制冷装置的烟气出口与烟囱连通。本发明适用于燃用低挥发型煤的炉具，提高燃料燃烧效率，结合氨水吸收式制冷装置回收炉具烟气余热，提高系统能量利用效率，满足农村与乡镇居民对热量与冷量的多元需求，对节约能源具有重要意义。

Description

一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具
技术领域
本发明属于民用炉具节能改造领域，具体涉及一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具。
背景技术
我国北方地区农村和乡镇，型煤炉具广泛应用于炊事及采暖领域，据统计，中国约有1.86亿台采暖炉具的市场容量。同时，我国煤化工行业产生了大量的煤热解半焦等高品质洁净低挥发分碳基燃料，低挥发分半焦型煤占据一定型煤市场，然而该类型煤具有着火困难，燃尽率低等缺点，与此低挥发分型煤配套的高效环保炉具有待开发；此外，炉具烟气余热约占型煤燃烧热量的60％，尾部烟气温度约为400-500℃，因此炉具烟气余热回收利用在节能减排方面具有重要意义；针对夏季厨房温度高，食物易变质，拟采用氨水吸收式制冷机与烟道水箱共同吸收炉具的烟气侧低温余热，深度回收烟气热量，产生冷量，改善农村和乡镇居民的生活条件。
氨水吸收式制冷机是最早用于制冷的装置，具有可直接利用低品位热源驱动、不使用对臭氧层有破坏作用的CFCs为工质等优点，但通常结构复杂，体积庞大，效率低下。因而在利用炉具烟气驱动氨水吸收式制冷机时，必须对其结构进行简化，提高其能量利用效率。因此，炉具烟气余热驱动型吸收式制冷机对提高吸收式制冷循环COP，增强结构紧凑性，加快CFCs替代，节约能源具有重要意义。
综上所述，一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，亟待开发利用于炉具高效燃烧与余热回收转化领域中来。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，针对目前低挥发型煤与炉具不匹配，燃烧效率低，炉具烟气余热损失过高等问题，结合厨房温度过高，实物易变质等现实问题，以及结合吸热水箱与热源驱动式氨水制冷循环，将烟气余热转化为热水显然与冷量，提高了能量利用效率。
本发明采用如下技术方案来实现的：
一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，包括炉灶、水箱、吸收式制冷装置和烟囱；其中，
炉灶包括壳体，该壳体的前侧壁上设置有炉门和灰门，壳体内自上而下依次为炉膛和落灰室，炉膛由前炉壁、后炉壁以及聚火炉排构成，聚火炉排一端与壳体的前侧壁连接，另一端通过耐火墙壳体底部连接，炉门与炉膛连通，灰门与落灰室连通；
水箱设置在炉灶靠近壳体后侧壁的烟道内，烟道的出口与吸收式制冷装置的烟气入口连通，吸收式制冷装置的烟气出口与烟囱连通；
工作时，新煤由炉门送入聚火炉排，添煤后关闭炉门，适当打开灰门，燃尽后灰分落入落灰室，烟气通过烟道加热水箱后，进入吸收式制冷装置，最后烟气由烟囱排出。
本发明进一步的改进在于，炉灶包括设置在炉膛上方的炊事锅。
本发明进一步的改进在于，聚火炉排采用带孔板状炉条排列组成凹面形聚火炉排。
本发明进一步的改进在于，前炉壁与后炉壁采用耐火材料制作且向燃料侧倾斜。
本发明进一步的改进在于，吸收式制冷装置包括氨蒸气发生器、氨冷凝器、氨蒸发器、氨吸收器和氨溶液储液罐；氨蒸气发生器上开设有烟气入口和烟气出口，其顶部设置有顶部空腔，氨蒸气发生器内设置有一端均与顶部空腔连通的两根浓氨溶液上升管和一根稀氨溶液回流管，两根浓氨溶液上升管和一根稀氨溶液回流管的另一端均与氨溶液储液罐连通，且稀氨溶液回流管上设置有止回阀；顶部空腔的顶部依次通过折流板和精馏弯管与氨冷凝器的入口连通，氨冷凝器的出口与氨蒸发器的入口连通，氨蒸发器的出口分为两路，分别通过氨吸收器和扩散气管路与氨溶液储液罐连通。
本发明进一步的改进在于，吸收式制冷装置的工作过程为，由氨溶液储液罐由热虹吸作用将浓氨溶液输送到浓氨溶液上升管，浓氨溶液在浓氨溶液上升管中氨气蒸发，并携带溶液上升至顶部空腔，氨蒸气经折流板与精馏弯管精馏后，蒸发出来的高纯氨蒸气进入氨冷凝器，析出水分回流至顶部空腔并随稀溶液通过稀氨溶液回流管回流至氨溶液储液罐；冷凝后的液氨在氨蒸发器中与通过扩散器管路的扩散气体混合降低分压后蒸发吸热制冷，蒸发后氨蒸气被氨吸收器吸收，共同回到氨溶液储液罐，氨蒸气重新被氨溶液储液罐中溶液吸收，完成循环。
本发明进一步的改进在于，浓氨溶液上升管在进入氨蒸气发生器之前与稀氨溶液回流管通过热交换器换热。
本发明进一步的改进在于，稀氨溶液回流管管径粗于浓氨溶液上升管，氨溶液储液罐水平高度处于浓氨溶液上升管的中偏下部，氨冷凝器水平倾角为10°-15°。
本发明进一步的改进在于，两根浓氨溶液上升管与一根稀氨溶液回流管错排布置在烟气通道中。
本发明具有如下有益的技术效果：
本发明提供的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其中炉膛结构新颖，采用板状炉条排列组成的凹面形聚火炉排及向燃料侧倾斜的前炉壁与后炉壁，有利于低挥发分型煤充分稳定燃烧，吸热水箱置于烟道中，起到增加烟气回程及沉降烟气中大颗粒物的效果，吸收式制冷装置氨发生器优化了上升管与回流管排布及选择差异化管径，提高氨溶液中氨的蒸发效率，通过合理设置氨蒸发器倾角及氨溶液储液罐位置，使得制冷机能够在热虹吸原理与重力作用下自然循环制冷，简化了装置结构，燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具整体上对低挥发燃料有较强的适应性，在进行日常炊事同时，还能够将烟气余热转化为热水显热与冷量，满足居民对不同品质能源的需求，具有经济实用的特点。
进一步，由板状炉条排列组成的凹面形聚火炉排，主要作用是提高型煤燃烧温度，相对于条状炉条，其燃烧层高温区距炉排面较远，能够起到保护炉排的作用。
进一步，向燃料侧倾斜的前炉壁与后炉壁，主要作用是减小燃烧室容积，提高容积热负荷，强化炉内气体流动，促进未燃尽气体完全燃烧。
进一步，自然循环氨吸收制冷装置，包括两根浓氨溶液上升管与一根稀氨溶液回流管错排布置，且稀氨溶液回流管管径粗于浓氨溶液上升管，氨溶液储液罐水平高度约处于浓氨溶液上升管的中偏下部，氨冷凝器水平倾角约为10°-15°，主要作用是加强自然循环系统的稳定性，简化系统装置，产生冷量。
附图说明
图1为本发明一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具的结构示意图。
图2为本发明一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具的结构俯视图。
图3为本发明采用的烟气余热驱动氨吸收式制冷装置的结构示意图。
附图标记说明：
1为炉灶，2为水箱，3为吸收式制冷装置，4为烟囱；
11为炉门，12为灰门，13为前炉壁，14为炊事锅，15为后炉壁，16为聚火炉排，17为落灰室，18为耐火墙，19为支架；21为阀门；31为浓氨溶液上升管，32为顶部空腔，33为精馏弯管，34为折流板，35为氨冷凝器，36为氨蒸发器，37为氨吸收器，38为氨溶液储液罐，39为扩散气管路，310为止回阀，311为热交换器，312为稀氨溶液回流管。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1至图3所示，本发明提供的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，包括炉灶1(由炉门11、灰门12、前炉壁13、炊事锅14、后炉壁15、聚火炉排16、落灰室17以及耐火墙18组成)，水箱2、吸收式制冷装置3(由浓氨溶液上升管31、顶部空腔32、精馏弯管33、折流板34、氨冷凝器35、氨蒸发器36、氨吸收器37、氨溶液储液罐38、扩散气管路39、止回阀310、热交换器311和稀氨溶液回流管312组成)，以及烟囱4。
其中，聚火炉排16为凹面形，且聚火炉排16由板状炉条排列组成，燃烧所需空气由灰门12进入，穿过聚火炉排16与型煤燃料接触助燃，采用凹面汇聚式炉排16能够提高型煤燃烧温度；前后炉壁为耐火材料制成，并向燃料侧倾斜；水箱2置于烟道中，增加烟气回程，沉降烟气中的较大颗粒物，水箱2底部设置有阀门21。
氨蒸气发生器由顶部空腔32，稀氨溶液回流管312，浓氨溶液上升管31及烟气通道组成，两根浓氨溶液上升管31与一根稀氨溶液回流管312错排布置在烟气通道中，稀氨溶液回流管312粗于浓氨溶液上升管31，且稀氨溶液回流管312管路上设置止回阀310，氨蒸气发生器顶部设置有顶部空腔32，氨蒸汽通过由折流板34和精馏弯管33组成的精馏器后进入氨冷凝器35。
氨溶液储液罐38水平高度约处于浓氨溶液上升管31的中下部，稀氨溶液回流管312位置处于氨溶液储液罐38上部区域，浓氨溶液上升管31处于氨溶液储液罐38底部，扩散气管路39从氨溶液储液罐38顶部引出至氨蒸发器36，由氨吸收器37吸收的氨气与扩散气混合气从氨溶液储液罐38顶部注入；
浓氨溶液上升管31在进入氨蒸气发生器之前与稀氨溶液回流管312通过热交换器311换热。
如图2所示，氨蒸气发生器中排列有两根浓氨溶液上升管31与一根稀氨溶液回流管312，浓氨溶液上升管31与稀氨溶液回流管312布置。氨蒸气发生器与炉灶1之间通过支架19支撑。
其具体是：首先用木材报纸等易燃物引燃炉具中型煤，新煤由炉门11送入聚火炉排16，添煤后关闭炉门11，适当打开灰门12，燃尽后灰分落入落灰室17，烟气通过烟道加热水箱2后，进入吸收式制冷装置3，最后烟气由烟囱4排出；吸收式制冷装置3的工作过程为：由氨溶液储液罐38由热虹吸作用将浓氨溶液输送到浓氨溶液上升管31，浓氨溶液在浓氨溶液上升管31中氨气蒸发，并携带溶液上升至氨蒸气发生器的顶部空腔32，氨蒸气经折流板34与精馏弯管33精馏后，蒸发出来的高纯氨蒸气进入氨冷凝器35，提高了冷凝效率，析出水分回流至空腔并随稀溶液通过稀氨溶液回流管312回流至氨溶液储液罐38；冷凝后的液氨在氨蒸发器36中与通过扩散器管路的扩散气体混合降低分压后蒸发吸热制冷，蒸发后氨蒸气被氨吸收器37吸收，共同回到氨溶液储液罐38，氨蒸气重新被储液罐中溶液吸收，完成循环。
本发明的核心思想是：通过优化炉膛结构，提高低挥发型煤燃烧效率，同时充分回收炉具烟气余热，并转化为热水显热与冷量，提高系统能量利用效率，本发明的核心就是通过收聚型煤热量，增大炉膛容积热负荷，增强炉内气体扰动，提高低挥发型煤燃烧效率，利用热虹吸原理与重力作用，使得制冷装置能够自然循环，产生冷量，以此达到提升能量利用效率的目的。
优选的，由带孔板状炉条排列组成的凹面形聚火炉排16，主要作用是提高型煤燃烧温度，相对于条状炉条，其通风截面较小，使得燃烧层高温区距炉排面较远，能够起到保护炉排的作用。
优选的，向燃料侧倾斜的前炉壁13与后炉壁15，主要作用是减小燃烧室容积，提高容积热负荷，强化炉内气体流动，促进未燃尽气体完全燃烧。
优选的，自然循环氨吸收制冷装置3，包括两根浓氨溶液上升管31与一根稀氨溶液回流管312错排布置，且稀氨溶液回流管312管径粗于浓氨溶液上升管31，氨溶液储液罐水平高度约处于浓氨溶液上升管31的中偏下部，氨冷凝器35水平倾角约为10°-15°，主要作用是加强自然循环系统的稳定性，简化装置，产生冷量。

Claims (9)

1.一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其特征在于，包括炉灶(1)、水箱(2)、吸收式制冷装置(3)和烟囱(4)；其中，
炉灶(1)包括壳体，该壳体的前侧壁上设置有炉门(11)和灰门(12)，壳体内自上而下依次为炉膛和落灰室(17)，炉膛由前炉壁(13)、后炉壁(15)以及聚火炉排(16)构成，聚火炉排(16)一端与壳体的前侧壁连接，另一端通过耐火墙壳体底部连接，炉门(11)与炉膛连通，灰门(12)与落灰室(17)连通；
水箱(2)设置在炉灶(1)靠近壳体后侧壁的烟道内，烟道的出口与吸收式制冷装置(3)的烟气入口连通，吸收式制冷装置(3)的烟气出口与烟囱(4)连通；
工作时，新煤由炉门(11)送入聚火炉排(16)，添煤后关闭炉门(11)，适当打开灰门(12)，燃尽后灰分落入落灰室(17)，烟气通过烟道加热水箱(2)后，进入吸收式制冷装置(3)，最后烟气由烟囱(4)排出。
2.根据权利要求1所述的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其特征在于，炉灶(1)包括设置在炉膛上方的炊事锅(14)。
3.根据权利要求1所述的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其特征在于，聚火炉排(16)采用带孔板状炉条排列组成凹面形聚火炉排。
4.根据权利要求1所述的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其特征在于，前炉壁(13)与后炉壁(15)采用耐火材料制作且向燃料侧倾斜。
5.根据权利要求1所述的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其特征在于，吸收式制冷装置(3)包括氨蒸气发生器、氨冷凝器(35)、氨蒸发器(36)、氨吸收器(37)和氨溶液储液罐(38)；氨蒸气发生器上开设有烟气入口和烟气出口，其顶部设置有顶部空腔(32)，氨蒸气发生器内设置有一端均与顶部空腔(32)连通的两根浓氨溶液上升管(31)和一根稀氨溶液回流管(312)，两根浓氨溶液上升管(31)和一根稀氨溶液回流管(312)的另一端均与氨溶液储液罐(38)连通，且稀氨溶液回流管(312)上设置有止回阀(310)；顶部空腔(32)的顶部依次通过折流板(34)和精馏弯管(33)与氨冷凝器(35)的入口连通，氨冷凝器(35)的出口与氨蒸发器(36)的入口连通，氨蒸发器(36)的出口分为两路，分别通过氨吸收器(37)和扩散气管路(39)与氨溶液储液罐(38)连通。
6.根据权利要求5所述的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其特征在于，吸收式制冷装置(3)的工作过程为，由氨溶液储液罐(38)由热虹吸作用将浓氨溶液输送到浓氨溶液上升管(31)，浓氨溶液在浓氨溶液上升管(31)中氨气蒸发，并携带溶液上升至顶部空腔(32)，氨蒸气经折流板(34)与精馏弯管(33)精馏后，蒸发出来的高纯氨蒸气进入氨冷凝器(35)，析出水分回流至顶部空腔(32)并随稀溶液通过稀氨溶液回流管(312)回流至氨溶液储液罐(38)；冷凝后的液氨在氨蒸发器(36)中与通过扩散器管路的扩散气体混合降低分压后蒸发吸热制冷，蒸发后氨蒸气被氨吸收器(37)吸收，共同回到氨溶液储液罐(38)，氨蒸气重新被氨溶液储液罐(38)中溶液吸收，完成循环。
7.根据权利要求6所述的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其特征在于，浓氨溶液上升管(31)在进入氨蒸气发生器之前与稀氨溶液回流管(312)通过热交换器(311)换热。
8.根据权利要求5所述的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其特征在于，稀氨溶液回流管(312)管径粗于浓氨溶液上升管(31)，氨溶液储液罐(38)水平高度处于浓氨溶液上升管(31)的中偏下部，氨冷凝器(35)水平倾角为10°-15°。
9.根据权利要求5所述的一种燃用低挥发燃料的高效热冷联供式炉具，其特征在于，两根浓氨溶液上升管(31)与一根稀氨溶液回流管(312)错排布置在烟气通道中。
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