CN206572749U - 直热立式常压热水锅炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种直热立式常压热水锅炉，所述锅炉包括圆筒水箱、填料腔、波形伸缩火管、圆形分布器和燃烧器等主要部件，锅炉整体选用不锈钢制造，圆筒形设计不仅增加了整体结构的强度，而且节省空间，持久耐用，节约材料是其他普通锅炉的三分之一左右。合理利用填料的组合使得锅炉里的热水可进行二次换热，升温快速，热效率可达到96％以上，烟气排放标准均高于国家标准，排烟温度在50℃左右。

Description

直热立式常压热水锅炉

技术领域

本实用新型涉及锅炉设备技术领域，具体涉及一种直热立式常压热水锅炉。

背景技术

对于现今越来越紧凑的城市而言，土地的价值越来越突出。在民用和工业用锅炉中被大量使用的热水锅炉通常为卧式燃气热水锅炉，其外形通常采用长方体或长圆体结构，占用空间较大。且内部结构复杂，火筒水平放置在炉体下部，燃烧后产生的烟气通过多个烟管与水接触，进而达到换热的目的。为了达到更好的换热效率，烟火管在炉体内需要形成几个回程。这样就使得炉体内结构十分复杂，且十分笨重，为加工、制造、安装以及日后的维修增加了一定的成本。在热效率方面，使用年限越久越易结垢，热效率越低。

实用新型内容

为了解决上述背景技术中存在的问题，本实用新型提供一种直热立式常压热水锅炉。该锅炉主体采用筒形立式结构，既保证其整体强度又节省空间，同时节约材料；内部采用波形伸缩火管并使用组合填料，最大限度地增加了换热面积及换热效率；另外，通过对于整体结构和各部件的优化设置，使得升温快速，热效率高。

为实现上述目的，本实用新型提供一种直热立式常压热水锅炉，所述锅炉包括圆筒水箱、填料腔、波形伸缩火管、圆形分布器和燃烧器，其中，

所述圆筒水箱位于锅炉最下部；水箱底部设置有出水口、排污口、液位计管口，上部设置有第一进水管；液位计管口连接有液位计管，液位计管在水箱外部竖直设置，用于与液位计配合，传递和控制水箱液位。排污口在设备维修养护中用于将水箱中的水和沉淀的杂质排出。

进一步地，所述出水口中设置有伸入水箱内部的出水管。出水管在水箱内部的部分除端口外，还优选在管壁开有多个侧孔，这样可以增加出水面积，减小因杂质和水垢对于出水口的影响，能更好地将加热后的水输送出去，在一定程度上起到保护泵的作用。所述侧孔可以为圆形、椭圆形、矩形、六边形等常见形状；侧孔数量可以根据实际工况和施工要求进行设置，例如为2-16个，或者6-12个。

进一步地，液位计管上部设置有溢流口，溢流口与水箱内液位限高处等高设置，用于使水箱内超过液位限高的水尽快从溢流口排出，保证水箱内液位安全。

所述填料腔为圆筒结构，设置在水箱上部，其与水箱内部连通，用于容纳填料、波形伸缩火管和圆形分布器。填料腔可以与水箱一体成型，也可以与水箱分开成型并通过常规组装技术如焊接进行连接。

填料腔下部设置有井字支架，其上设有隔板网，将填料腔和圆筒水箱分割开来。隔板网上依次设置有散堆填料和规整填料，规整填料位于散堆填料上方。其中散堆填料可以选择鲍尔环、矩鞍环和八四内弧环中的一种或多种。在一个实施方案中，散堆填料为鲍尔环和矩鞍环组合使用。另外，规整填料可以选择金属波纹填料。通过这样设置，能够尽可能地扩大烟气的换热面积。当烟气经过时，可将烟气打散，并从各个方向上升，与圆形分布器上喷射下来的水进行预换热，将烟气中的热量交换出来，并使排烟温度降低到50℃以下。这样在热量充分被利用的同时，还提高了炉效。

波形伸缩火管位于填料腔中心且垂直向下贯穿填料腔，上部与燃烧器连接，下部伸入圆筒水箱中至液面上方。波形伸缩火管的管壁与填料密切接触，其表面沿火管轴向具有连续波形设计，大大增加了其自身的有效换热面积。另外，在燃烧器工作时，产生的热应力会对火管形成冲击，因为波纹的存在，使得火管壁间隔径向进行延伸，减少燃烧产生振动的同时也很好地降低了燃烧产生的噪音，有助于延长锅炉整体的使用寿命。在一个实施方案中，波形伸缩火管的波峰处管径(最大管径)为波谷处管径(最小管径)的1.1-1.5倍，优选1.3倍；两个相邻的波峰的垂直距离(波峰距)为波谷处管径的1/6-1/2，优选1/3。

圆形分布器为设置成圆环状的水管，位于填料腔上部，将波形伸缩火管套在其中并与火管同轴设置，用于将进水通过其上的喷嘴向火管壁以及向填料喷淋。在填料腔上部设有第二进水管，第二进水管与圆形分布器连接。优选地，喷嘴包括横向喷嘴和纵向喷嘴，且两种类型的喷嘴均沿圆形分布器均布。所述横向喷嘴可采用扇形喷嘴，使得进水从该喷嘴呈现扇形横向喷射到波形伸缩火管上进行换热，以增加换热面积。纵向喷嘴可采用螺旋喷嘴，其可将进水均匀地分布于规整填料顶部，并喷射到烟气中，以达到继续换热的目的。在一个实施方案中，圆形分布器的水管管径为分布器整体外径的1/12-1/8，优选为1/10。

在圆筒水箱和填料腔外部，第一进水管和第二进水管通过三通电动球阀与总进水管连接，从而可以人工或自动控制进水流向，不仅可实现进水流向的切换，也可使三个通道相互连通，也可关闭任一通道，使另外两个通道连通，灵活控制管路中的合流或分流。所述三通电动球阀可以采用本领域中已有的产品。在一个实施方案中，为了使进水管的设置更具灵活性，以匹配不同的锅炉高度设计以及便于锅炉组装和维修，第一进水管和/或第二进水管上带有长度矫正器。

在一个实施方案中，在填料腔顶部波形伸缩火管向上伸出处设有挡水环，挡水环将波形伸缩火管紧密包围，以阻挡圆形分布器的横向喷水可能逸出填料腔并进入燃烧器。在一个实施方案中，挡水环的环壁厚度为填料腔的腔壁厚度的1/3-2/3，优选1/2。

在一个实施方案中，在填料腔内壁圆周且在圆形分布器和规整填料之间还设有导流环，导流环将波形伸缩火管套在其中并与火管同轴设置。导流环内侧向下倾斜呈漏斗状，从而可阻挡纵向喷射的水，使其不会沿着填料腔内壁流向圆筒水箱中，以提高喷淋水在填料中停留时间。在一个实施方案中，导流环的环壁厚度为填料腔的腔壁厚度的1/3-2/3，优选1/2。在一个优选实施方案中，在导流环上均布多个漏孔，以提高纵向喷水对于导流环下方填料的喷淋效果，增加换热面积，提高喷淋水在填料中的停留时间。在一个实施方案中，漏孔直径为填料腔的腔壁厚度的2/3-4/3，优选与填料腔的腔壁厚度相等。

燃烧器位于填料腔顶部外侧，与从顶部伸出填料腔的波形伸缩火管连接。本实用新型可选用现有技术中的高效节能燃烧器，以保证其在各种极端环境条件下安全可靠的使用。燃烧器垂直安装于锅炉的上部，可充分利用垂直空间，其上连接有燃烧器风机，用于将空气导入燃烧器帮助燃烧。另外，填料腔顶部外侧还设置有排烟管，用于将填料上方经过换热的烟气排出填料腔。

为了在原有基础上更进一步提高烟气质量，本实用新型技术方案在燃烧器风机和排烟管之间新增设了烟气循环利用装置。所述烟气循环利用装置包括进气管、进气管上的进气执行器、烟气循环管和烟气循环管上的烟气执行器，进气管一端为进气口，其后依次为进气执行器、三通接头，另一端连接至燃烧器风机；烟气循环管一端连接排烟管侧壁，另一端通过三通接头连接至进气管，中间设置有烟气执行器。其工作原理是：首先收集从排烟管排放的烟气，将烟气部分引出，分别经过烟气循环管和进气管，然后进入燃烧器风机的进风口，部分代替空气继续参与燃烧。因为此时烟气中含氧量较低，所以能够很好地控制燃烧温度，抑制NO_x的生成；同样烟气中的大部分CO也会在二次燃烧中被消耗掉，不仅节约燃料、控制燃烧温度，而且使烟气排放指标均高于国家标准。为了不影响燃烧器的正常工作，可以通过烟气执行器和进气执行器按照一定比例控制烟气和空气的进气量，以达到最佳的燃烧效果。

在一个实施方案中，排烟管内还安装有除汽过滤器。经过换热后的烟气会含有一定量的水蒸汽，在通过除汽过滤器时，将水蒸气过滤出来，冷凝后补充回圆筒水箱。该除汽过滤器可以采用本领域中已知的用于锅炉的水汽过滤器，通常通过不同网目的金属丝网组增加烟气流动阻力，使水汽在丝网上凝结、收集和回流。

本实用新型的直热立式常压热水锅炉，整体材料可以选用不锈钢；圆筒形设计不仅增加了整体结构的强度，而且节省空间，持久耐用，节约材料是其他普通锅炉的三分之一左右。本实用新型锅炉在控制系统上可与普通锅炉相同，可采用控制柜或集成电路模块对燃烧器、水温、液位及安全报警系统进行控制，自动化程度高，操作简单高效，从而减轻劳动强度。燃料优选采用清洁能源，如天然气、液化石油气、沼气等。

本实用新型中水循环系统设有两个流程：I、在锅炉工作状态下，通过三通电动球阀的控制首先关闭第一进水管，打开第二进水管，使得冷水经第二进水管进入圆形分布器，通过圆形分布器上的横向喷嘴和纵向喷嘴向波形伸缩火管和填料中喷淋并进行换热，经过换热后的热水进入圆筒水箱，并通过水箱底部的出水口流出锅炉；II、当热水温度达到预设温度，锅炉停止工作时，通过三通电动球阀的控制关闭第二进水管，打开第一进水管，这样循环进水就可以直接回到圆筒水箱，保证热水可以在最短的流程中进行循环，最大限度地减少热量的损失。

本实用新型具有如下优点：

1、锅炉主体为立式结构，节省材料成本的同时节约了空间。整体材料选用不锈钢材质，外形美观，持久耐用。水箱部分采用圆筒水箱，保证了锅炉的整体结构强度，安全可靠，可安装于多种环境里。

2、填料腔内部利用散堆填料放置于下方，规整填料安放于上方配合使用，可增大烟气与水的换热面积及换热角度；上升的烟气依次通过散堆填料和规整填料，与喷射下来的冷水进行预换热，将烟气中的热量交换出来，使排烟温度低于50℃，与普通锅炉排烟温度100℃左右相比较，炉效大幅度提升。

3、填料的上部安装有导流环，可阻挡纵向喷射的喷水，使其不会沿着填料腔内壁流向圆筒水箱中，以提高喷水在填料中的停留时间。

4、波形伸缩火管上加工有数量不等的凹凸状波纹结构，提高传热系数，增加传热效率，降低噪音；火管在受到外力作用时可沿火管轴向伸缩，最大限度地保证了锅炉的使用寿命。

5、圆形分布器可大大降低冷水在分布器内的阻力，其上安装的喷嘴可以将进水高效喷射利用，与填料配合使用，以达到最佳的换热效果；圆形分布器横向喷嘴采用扇形喷嘴，将进水均匀无死角地喷射到波形伸缩火管上；纵向喷嘴采用螺旋喷嘴，将进水喷射到烟气和填料中。

6、挡水环的设计很好地避免了横向喷水向上进入燃烧器和波形伸缩火管内的可能性。

7、燃烧器垂直放置于锅炉上部，节省空间的同时，利用锅炉合理的结构可使燃烧和换热效率得到很大提高。

8、燃烧器和排烟管间加装有烟气循环利用装置，可将燃烧后排出的烟气中可利用的部分重新燃烧利用，减少有害物质的产生，其烟气排放各项指标均高于国家相应标准。

9、除汽过滤器可将烟气中的水汽过滤出来，冷凝后补充回圆筒水箱，锅炉运行时水量损失极少。

10、本锅炉水循环系统通过两个不同的循环水流程来保证加热后的热水以最短的流程进行循环，降低热量的散失速度。

附图说明

图1为本实用新型直热立式常压热水锅炉的示意性整体结构剖面图。

图2为本实用新型直热立式常压热水锅炉中圆形分布器的结构示意图。

图3为本实用新型直热立式常压热水锅炉中烟气循环利用装置的结构示意图。

图4为图1中“I”部分的放大示意图。

图5为图1中“II”部分的放大示意图。

图6为本实用新型直热立式常压热水锅炉中波形伸缩火管的结构比例示意图。

其中附图标记：

1、出水管 2、圆筒水箱 3、三通电动球阀 4、第一进水管 5、第二进水管 6、波形伸缩火管 7、填料腔 8、长度矫正器 9、散堆填料 10、规整填料 11、圆形分布器 12、燃烧器风机 13、进气管 14、进气执行器 15、烟气执行器 16、燃烧器 17、烟气循环管 18、排烟管19、除汽过滤器 20、挡水环 21、横向喷嘴 22、纵向喷嘴 23、导流环 24、隔板网 25、井字支撑 26、溢流口 27、液位计管 28、排污口。

具体实施方式

为使本实用新型目的、技术方案及特点更加清楚，下面结合附图按照不同流程分别进行描述。应理解，以下内容用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

如图1所示，显示了本实用新型直热立式常压热水锅炉的示意性整体结构剖面图。其中所述锅炉包括圆筒水箱2、填料腔7、波形伸缩火管6、圆形分布器11和燃烧器16等主要部件。圆筒水箱2下部设置有伸入水箱2内部的出水管1、排污口28，外部连接液位计管27，液位计管27上部设有溢流口26，圆筒水箱2上部设置有第一进水管4。其中出水管1在水箱内部的管壁开有8个圆形侧孔，以增加出水面积，减小因杂质和水垢对于出水口的影响。

填料腔7为圆筒结构，设置在水箱2上部并与水箱2一体成型。填料腔7下部设置有井字支架25，其上设有隔板网24，将填料腔7和圆筒水箱2割开。隔板网24上依次设置有散堆填料9和规整填料8，其中散堆填料9为鲍尔环和矩鞍环组合使用；规整填料8为金属波纹填料。

波形伸缩火管6位于填料腔7中心且垂直向下贯穿填料腔7，上部与燃烧器16连接，下部伸入圆筒水箱2中至液面上方。波形伸缩火管6的管壁与填料9、10密切接触，其表面沿火管轴向具有连续波形设计，大大增加了其自身的有效换热面积。如图1和图6所示，在一个实施方案中，波形伸缩火管的最大管径(波峰处)为最小管径(波谷处)的1.3倍；两个相邻的最大管径处的垂直距离(波峰距)为最小管径的1/3。

圆形分布器11为设置成圆环状的水管，位于填料腔7上部，将波形伸缩火管6套在其中并与火管6同轴设置，用于将进水通过其上的喷嘴21、22向火管壁以及向填料喷淋。在填料腔7上部设有第二进水管5，第二进水管5与圆形分布器11连接。如图1和图2所示，圆形分布器11上的喷嘴包括沿圆形分布器11均布的横向扇形喷嘴21和纵向螺旋喷嘴22，使得进水均匀分散地喷射到波形伸缩火管11管壁上以及喷射到烟气中和填料9、10上进行换热，增加换热面积。在一个实施方案中，圆形分布器11的水管管径为分布器11整体外径的1/10。

如图1和图4所示，在填料腔7顶部波形伸缩火管6向上伸出处设有挡水环20，挡水环20将波形伸缩火管6紧密包围，以阻挡圆形分布器11的横向喷水可能逸出填料腔7并进入燃烧器16中。在一个实施方案中，挡水环20的环壁厚度为填料腔7壁厚的1/2。

如图1和图5所示，在填料腔7内壁圆周且在圆形分布器11和规整填料10之间还设有导流环23，导流环23将波形伸缩火管6套在其中并与火管6同轴设置。导流环23内侧向下倾斜呈漏斗状，从而可阻挡纵向喷射的水，使其不会沿着填料腔7内壁流向圆筒水箱2中，以提高喷淋水在填料9、10中停留时间。导流环23上均布多个漏孔，以提高纵向喷水对于导流环23下方填料9、10的喷淋效果，增加换热面积，提高喷淋水在填料中的停留时间。在一个实施方案中，漏孔直径与填料腔7的腔壁厚度相等。在一个实施方案中，导流环23的环壁厚度为填料腔7壁厚的1/2。

燃烧器16垂直安装于填料腔7顶部外侧，与从顶部伸出填料腔7的波形伸缩火管6连接。燃烧器16连接有燃烧器风机12，用于将空气导入燃烧器16帮助燃烧。填料腔7顶部外侧还设置有排烟管18，用于将烟气排出填料腔7。

如图1和图3所示，在燃烧器风机12和排烟管18之间还设有烟气循环利用装置，该烟气循环利用装置包括进气管13、进气执行器14、烟气循环管17和烟气执行器15，进气管13一端为进气口，其后依次为进气执行器14、三通接头，另一端连接至燃烧器风机12；烟气循环管17一端连接排烟管18侧壁，另一端通过三通接头连接至进气管13，中间设置有烟气执行器15。

另外，排烟管18内还安装有除汽过滤器19。经过换热后的烟气在通过除汽过滤器19时将水蒸气过滤出来，冷凝后补充回圆筒水箱2。在圆筒水箱2和填料腔7外部，第一进水管4和第二进水管5通过三通电动球阀3与总进水管连接，从而可以自动控制进水流向，实现进水流向的切换，灵活控制管路中的合流或分流。另外，第二进水管5上带有长度矫正器8，以匹配不同的锅炉高度设计以及便于锅炉组装和维修。

本实用新型中水循环系统设有两个流程：

I、在锅炉工作状态下，通过三通电动球阀3的控制首先关闭第一进水管4，打开第二进水管5，使得冷水经第二进水管5进入圆形分布器11，通过圆形分布器11上的横向喷嘴21和纵向喷嘴22向波形伸缩火管11和填料9、10中喷淋并进行换热，经过换热后的热水进入圆筒水箱2，并通过水箱底部的出水管1流出锅炉；

II、当热水温度达到预设温度，锅炉停止工作时，通过三通电动球阀3的控制关闭第二进水管5，打开第一进水管4，这样循环进水就可以通过第一进水管4直接回到圆筒水箱2，保证热水可以在最短的流程中进行循环，最大限度地减少热量的损失。

本实用新型的直热立式常压热水锅炉，换热高效充分，热效率可达到97％以上，节能环保，烟气排放温度可低于50℃。因合理应用了烟气循环利用装置，高效地利用了燃料；同时提高了环保指标：烟气中CO、NO、NO_x含量达到《北京大气污染物排放标准》。锅炉整体采用不锈钢结构，热度均衡，水中钙、镁等离子无法析出，不结垢，所以不需要对水质进行软化处理。本锅炉结构上采用圆筒形状，结构紧凑，节约材料，其重量相当于普通锅炉的25％-35％。所占用的空间相当于普通锅炉的55％，节省了空间，同时很好地保证了锅炉的整体结构强度。适用场所包括学校、工厂、浴场、宾馆、医院、养老院、企事业单位、体育场馆、温水泳池、宿舍等供热采暖项目。本实用新型的直热立式常压热水锅炉在在控制系统上可与普通锅炉相同，可采用控制柜或集成电路模块对燃烧器、水温、液位及安全报警系统进行控制，自动化程度高，操作简单高效，从而减轻劳动强度。燃料可以采用清洁能源，例如天然气、液化石油气和沼气等。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种直热立式常压热水锅炉，所述锅炉包括圆筒水箱、填料腔、波形伸缩火管、圆形分布器和燃烧器，其特征在于，

所述圆筒水箱位于锅炉最下部，圆筒水箱底部设置有出水管、排污口、液位计管，上部设置有第一进水管；液位计管上部设置有溢流口；

所述填料腔为圆筒结构，设置在所述圆筒水箱上部，所述填料腔下部设置有井字支架，其上设有隔板网，隔板网上依次设置有散堆填料和规整填料，规整填料位于散堆填料上方；

所述波形伸缩火管位于填料腔中心且垂直向下贯穿填料腔，上部与所述燃烧器连接，下部伸入圆筒水箱中至液面上方；

所述圆形分布器为设置成圆环状的水管，位于填料腔上部，将波形伸缩火管套在其中并与波形伸缩火管同轴设置；圆形分布器上均布喷嘴；在所述填料腔上部设有第二进水管，第二进水管与所述圆形分布器连接；

所述燃烧器位于填料腔顶部外侧，与从顶部伸出填料腔的波形伸缩火管连接；所述填料腔顶部外侧还设置有排烟管；其中，

在圆筒水箱和填料腔外部，所述第一进水管和第二进水管通过三通电动球阀与总进水管连接。

2.如权利要求1所述的直热立式常压热水锅炉，其特征在于，所述散堆填料为鲍尔环、矩鞍环和八四内弧环中的一种或多种；所述规整填料为金属波纹填料。

3.如权利要求1所述的直热立式常压热水锅炉，其特征在于，所述波形伸缩火管的波峰处管径为波谷处管径的1.1-1.5倍；波峰距为波谷处管径的1/6-1/2。

4.如权利要求1所述的直热立式常压热水锅炉，其特征在于，所述圆形分布器上的喷嘴包括横向喷嘴和纵向喷嘴，且该两种类型的喷嘴均沿圆形分布器均布；所述横向喷嘴为扇形喷嘴，使得进水呈现扇形横向喷射到波形伸缩火管上，所述纵向喷嘴为螺旋喷嘴，使得进水均匀地分布于规整填料顶部。

5.如权利要求4所述的直热立式常压热水锅炉，其特征在于，所述圆形分布器的水管管径为分布器整体外径的1/12-1/8。

6.如权利要求1-5中任一项所述的直热立式常压热水锅炉，其特征在于，所述锅炉在所述燃烧器风机和排烟管之间还具有烟气循环利用装置，所述烟气循环利用装置包括进气管、进气管上的进气执行器、烟气循环管和烟气循环管上的烟气执行器，所述进气管一端为进气口，其后依次为进气执行器、三通接头，另一端连接至燃烧器风机；所述烟气循环管一端连接排烟管侧壁，另一端通过三通接头连接至进气管，中间设置有烟气执行器。

7.如权利要求6所述的直热立式常压热水锅炉，其特征在于，所述锅炉在填料腔顶部波形伸缩火管向上伸出处设有挡水环，所述挡水环将波形伸缩火管紧密包围。

8.如权利要求7所述的直热立式常压热水锅炉，其特征在于，所述锅炉在填料腔内壁圆周且在圆形分布器和规整填料之间还设有导流环，导流环将波形伸缩火管套在其中并与火管同轴设置，导流环内侧向下倾斜呈漏斗状，且导流环上均布多个漏孔。

9.如权利要求8所述的直热立式常压热水锅炉，其特征在于，所述排烟管内还安装有除汽过滤器。

10.如权利要求9所述的直热立式常压热水锅炉，其特征在于，所述第一进水管和/或第二进水管上带有长度矫正器。