间壁式冷凝环保采暖炉的制作方法

间壁式冷凝环保采暖炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及一种间壁式冷凝环保采暖炉，其结构包括炉体、炉膛、炉盖板、炉体水套、炉面水套等；在所述炉体水套的下部设有一圈外凸环圈段，所述外凸环圈段的前局部区域由过烟腔隔断，后局部区域由设置在炉体后部的烟道隔断，使炉体水套的外凸环圈段成为两个相对独立部分。在所述外凸环圈段的两个部分内分别装有上冷凝管和下冷凝管，所述上冷凝管和所述下冷凝管的两端开口分别通向所述过烟腔和所述烟道，在所述烟道内设置有将上冷凝管端口和下冷凝管端口相互隔离开来的横隔板；在所述外凸环圈段的下部设有与所述外凸环圈段相通的炉体水套下环圈。本实用新型具有热效率高、污染和煤耗小等优点，对改善农村地区采暖质量和减轻空气污染具有重要意义。
【专利说明】间壁式冷凝环保采暖炉

【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及一种民用采暖炉具，具体地说是一种间壁式冷凝环保采暖炉。

【背景技术】
[0002] 现在市场上销售的传统民用采暖炉，由于技术含量低，设计有缺陷，且以烟煤为燃 料，除了热效率低能源浪费严重外，还严重污染了大气环境，民用传统采暖炉和所谓无烟工 业锅炉是造成雾霾天气主要污染源。农村能源浪费已引起农业部的重视，根据农业科学院 经济与发展研究所，朱立志博士关于农村节能减排一文中。农村生活炉灶炕的平均热效率 为仅为25%。远低于国家GB/T16154. 2005通用煤炉技术热效率60%的标准。2006年农 村耗煤9亿吨，占全国用煤的四分之一，污染指数占全国的三分之一，农业节能减排形势严 峻。
[0003] 目前，在燃料消耗领域，燃煤占有相当大的比重，尤其东北及西北地区燃煤消耗 尤为严重，主要消耗方式则是冬季的锅炉采暖。在燃煤过程中所产生的污染十分严重，我国 的大气污染物中燃料燃烧产生的污染物约占全部污染物数量的70%，因此燃料燃烧是能耗 高、利用率低、低空排放的燃烧方式。我国北方城市的污染水平高于南方城市，冬季高于夏 季，早晚高于中午，烟煤是一种化石资源，烟煤中含硫高及其普遍。近年来，社会上一般将硫 分低于0.5的煤-无烟煤称为低硫煤。中小型燃烟煤锅炉主要是工业供暖和民用供暖。尤 其是北方冬季农民取暖用小锅炉，分布广，布局散，且以烟煤为燃料污染大治理和管理难度 大，且大都低空排放。民用烟煤炉具属于贴近地面排放。对环境和居民造成的危害和污染 远远高于其他燃烧方式。
[0004] 根据历年资料估算，燃烧过程产生的大气污染物约占总量的70%，其中烟煤排放量 则占整个燃烧排放量的96%，所以烟煤烟尘成为我国大气的主要污染源。我国生产煤炭的 90%用作燃料，其中70%以上为烟煤燃料，供作民用烟煤燃料约占28%。民用烟煤虽然在整 个燃料煤中比重不很大，但由于民用炉灶、茶水炉、生活用小锅炉燃烧不充分，加之烟囱低 矮，没有经过脱硫的废气在低空排放，形成低空面污染，所以对居民区空气的污染危害程度 常常远比工业烟煤污染为甚，尤其在民用以燃烧烟煤散煤为主的小锅炉冬季采暖期，民用 烟煤更是造成大气污染特别严重的主要原因。同时由于民用炉灶量大面广，非常分散，炉具 本身没有脱硫设备，治理也较困难，因此更应引起各方面的重视。治理烟煤污染刻不容缓， 治理烟煤污染第一要务是治理小锅炉。
[0005] 冬季燃煤取暖排放的烟尘颗粒物是环境污染的主要元凶之一，虽然城市已经大范 围地实施了集中供热，使用燃煤炉具的家庭大幅减少，但是在广大农村，一家一户的取暖方 式仍然占据主导地位，是造成农村和附近城市空气污染的污染源。目前在农村市场上90% 以上销售使用的是直接燃烧烟煤的炉具，此种炉具不但热效率只有30%左右，而且是以烟 煤为燃料，用洁净燃料-无烟煤或型煤，连暖气都烧不热，尤其是使用型煤作燃料时，因为 炉膛温度低，导致燃烧不充分，农民不愿意使用，洁净燃料推广因此面临着炉具产品档次低 的问题，给环境治理增加了困难。而当前农村普遍使用的采暖炉具存在耗煤量大、热效率 低、污染物排放量大、污染环境等缺陷，不但污染了环境，高消耗和低效率的燃烧方式也大 大加重了农民的负担，使一些经济欠发达地区的农村冬季采暖困难。
[0006] 现有炉具主要是吸热面积设计较小，排烟温度较高。吸热体主体结构为烟道气与 水流动方向为顺流，多采用两回程或三回程，如果降低排烟温度，则结构会更加复杂，需大 大提高钢材用量，造成成本提高性价比降低。现有家用采暖炉不适宜燃烧无烟型煤，因为如 果要想型煤充分燃烧，必须降低采暖炉的烟尘初始排放浓度，所燃用的型煤必须有热稳定 性。然而，如果要求型煤具有较高的热稳定性，用现有的普通采暖炉是不可能烧透的，也就 不可能达到采暖炉的额定出力，依靠化学添加剂技术也不能从根本解决这一问题。 实用新型内容
[0007] 本实用新型的目的就是提供一种间壁式冷凝环保采暖炉，以解决现有采暖炉因只 能燃烧烟煤使得烟尘排放量大和热效率较低的问题。
[0008] 本实用新型是这样实现的：一种间壁式冷凝环保采暖炉，在炉体中设有炉膛和带 进水口的炉体水套，在炉体顶部设置有炉盖板和带出水口的炉面水套，在炉体下部设置有 炉排和炉座，在所述炉体水套的下部设有一圈外凸环圈段，在所述外凸环圈段上设有隔断 水套前局部区域的直立过烟腔，在所述过烟腔内设有顶板、底板和内壁板，在所述过烟腔的 前部端口处设置有前门；在炉体的后部内侧设置有J形烟道，所述烟道的下端为折弯向上 的出烟口，所述烟道的上端通过过烟口与炉膛相通，所述烟道的下段隔断所述外凸环圈段 的后局部区域，在所述烟道的上段外侧包覆有烟道水套，所述烟道水套与所述炉体水套相 连通；在所述炉体水套的外凸环圈段内装有上下排列的上冷凝管和下冷凝管，所述上冷凝 管和所述下冷凝管为间壁式冷凝器，所述上冷凝管和所述下冷凝管的两端开口分别通向所 述过烟腔和所述烟道；在所述烟道内设置有横向隔断烟道的横隔板，将通向所述烟道的所 述上冷凝管的端口与所述下冷凝管的端口隔离开来;在所述外凸环圈段下部设有与所述外 凸环圈段相通的炉体水套下环圈。
[0009] 所述间壁式冷凝器是用两片人字形波纹板板片焊接成截面为长方形的箱体，所述 箱体为半圆形，焊接在换热器管板上；所述人字形波纹板板片是用不锈钢薄板经模具压制 出人字形波纹，所述人字形波纹的高度为5?10mm，间隔15?25mm，波纹夹角的角度为 50 ?70°。
[0010] 所述箱体中的两片所述人字形波纹板板片中的人字形波纹错落配置，所述人字形 波纹板板片中的人字形波纹的方向与烟气的运行方向相同，并呈纵向排列。
[0011] 在所述过烟腔和所述烟道的底部分别开有冷凝水排出管口，使得冷凝水的排出顺 畅，不会在前、烟道中聚集。
[0012] 所述上冷凝管略向前下方倾斜，所述下冷凝管略向后下方倾斜，使冷凝水得以顺 利流出冷凝管。
[0013] 本实用新型使用间壁式冷凝器对烟气进行冷凝式换热，与常规的管壳式冷凝器换 热相比，在相同的流动阻力下，其传热系数要高出很多，在适用的范围内有取代管壳式换冷 凝器的趋势。间壁式冷凝器也称为表面式换热器，其中冷热流体被一个固体壁面隔开，热量 通过固体壁面传递。这种换热器要发生热流体与壁面间的对流换热、壁的导热、壁面与冷流 体间的对流换热三个环节所组成的传热过程。间壁式板片主要有人字形波纹板、水平平直 波纹板和瘤形板片三种形式。
[0014] 本实用新型所使用的间壁式冷凝器，主要是用人字形波纹板板片焊接成长方形箱 体，再将长方形箱体焊接在换热器管板上。其中所用的人字形波纹板板片是用不锈钢薄板 材料制成，不锈钢薄板用模具压成人字形的波纹，人字形波纹的高度为5?10mm，间隔15? 25mm，波纹夹角的角度为5(Γ70°。将两片人字形波纹板板片焊接成长方形箱体，将两片人 字形波纹板板片中的人字形波纹错落配置，以最大限度地减少烟气阻力，增加换热面积和 换热效率。人字形波纹的方向与烟气的运行方向相同，呈纵向排列，烟气从人字形波纹的捺 部进入。箱体内走火、箱体外走水，形成间壁式冷凝器的固体壁面。
[0015] 间壁式冷凝器比管壳式冷凝器传热系数高。由于人字形波纹板增加了换热面积， 减缓了烟流速度，构成复杂的流道，所以传热系数高，一般认为是管壳式的3?5倍。在管 壳式冷凝器中，两种流体分别在管程和壳程内流动，总体上是错流流动，对数平均温差修正 系数小，而间壁式冷凝器多是并流或逆流流动方式，此外，冷、热流体在间壁式冷凝器内的 流动方向平行于换热面且无旁流，因此使得间壁式冷凝器的末端温差小，单位体积内的换 热面积为管壳式的2?5倍，因此实现同样的换热量，容易改变换热面积或流程组合，适应 新的换热工况；而管壳式冷凝器的传热面积几乎不可能增加。
[0016] 间壁式冷凝器价格低，采用相同材料，在相同换热面积条件下，间壁式冷凝器的价 格比管壳式冷凝器大约低40%?60%。间壁式换热器的传热板是采用冲压加工，标准化程 度高，制作方便，并可大批生产；而管壳式换热器一般采用手工制作，制作成本高。间壁式冷 凝器由于烟气在其内部充分湍动，所以不易结垢，其结垢系数仅为管壳式换热器的1/3? 1/10。
[0017] 间壁式冷凝器环保采暖炉使用洁净煤无烟煤、型煤、生物质压块为燃料，能够大幅 度降低排烟温度，显著提高热效率，同时能够防止烟尘对环境的污染，还可以降低燃煤的消 耗，实现恒温供热，提高采暖效果，减轻农民经济负担。
[0018] 本实用新型中的上、下冷凝管采用间壁式冷凝器，管内走火，管外走水。烟气在烟 囱的抽吸作用下，先顺烟道从上往下运行，再通过上冷凝管和下冷凝管绕炉体旋转一圈，最 后从炉体底部接近进水口的水温最低处的烟道出烟口排出，形成双循环、双回程的工作流 程。间壁式冷凝器对高温烟气的冷凝效果好，有利于炉膛燃烧温度的保持和采暖炉热效率 的提高。本实用新型特别完善的炉体水套连通结构，使炉体水套的各个部分水流通畅，并使 烟气的冷凝换热效果好，可有效阻止高温烟气的流出，使炉膛温度得以升高。
[0019] 本实用新型采用水套与间壁式冷凝器相结合的结构，间壁式冷凝器镶嵌在炉体水 套的外凸环圈段中，高温烟气在间壁式冷凝器中经过自上而下的双重循环，将热量传导给 水套中的冷水，然后通过炉体后方的烟道、从对接的烟囱中排出。由于间壁式冷凝器中的高 温烟气与水套中的冷水进行了充分的热交换，换热效率大大提高。经过检测，本实用新型的 排烟温度只有50°c?70°C，而炉体排烟温度在50°C时，热水出口温度能达到80°C ;炉体排 烟温度在60°C时，热水出口温度能达到90°C ;在正常工作状态下排烟温度始终低于热水出 口温度20°C?30°C，这样的结果大大超出了很多专家的预料，取得了预料不到的效果，t匕 普通采暖炉的热效率提高了两倍以上。
[0020] 本实用新型经过河北省新能源产品监测站检测，各项指标均优于国家标准，特别 是主要指标的热效率为82. 8%，比国家标准有显著提高。
[0021] 本实用新型大幅度提高了热效率，因此在同等采暖温度时大大降低了燃煤的消 耗，减轻了农民冬季取暖的经济负担，为建设和谐社会做出了贡献。
[0022] 本实用新型具有热效率高、无污染、燃煤消耗小等显著优点，对改善我国农村广大 地区采暖质量具有很大的意义，值得大力推广应用。

【专利附图】

【附图说明】
[0023] 图1是本实用新型的结构示意图。
[0024] 图2是图1所示采暖炉的A-A向剖视图。
[0025] 图3是图1所示采暖炉的俯视图。
[0026] 图中：1、炉体，2、烟道，3、上冷凝管，4、烟囱护圈，5、防爆装置，6、炉盖，7、炉盖板， 8、下冷凝管，9、炉座，10、炉排，11、进水口，12、门轴，13、前门，14、外凸环圈段，15、出水口， 16, 炉面水套，17、炉体水套，18、过烟腔，19、烟道水套，20、横隔板，21、炉体水套下环圈，22、 过烟口。

【具体实施方式】
[0027] 如图1所示，在炉体1的内部通过使用耐火砖砌筑的方式设置炉膛，在炉膛的下部 设置有炉排10,在炉体1的下部设置有炉座9,在炉体1中以制作的水套夹层作为炉体水套 17, 在炉体1的顶部设置有炉盖板7和炉面水套16,炉面水套16与炉体水套17上下相通。 在炉盖板7上设有出水口 15 (图3)，该出水口连通炉面水套16。在炉盖板7上还设有炉 口，在炉口上扣盖有炉盖6。在炉体1的外部还可包覆保温材料。
[0028] 如图1、图2所示，炉体水套17的下部制有一圈与水套一体的外凸环圈段14,用以 盛装弧形的间壁式冷凝器。在该外凸环圈段14上设有隔断水套前局部区域的直立过烟腔 18, 在过烟腔18内设有顶板、底板和内壁板，在过烟腔18的前部端口处设置有前门13,前 门13可通过门轴12与炉体1相接，扣盖后即可使过烟腔18成为封闭腔体。在炉体1的后 部设置有J形的烟道2,烟道2的下端为折弯向上的出烟口，烟道2的上端通过侧向的过烟 口 22与炉膛相通，以抽吸炉膛中的燃煤烟气；烟道2的下端出烟口伸出炉体1的外部。在 烟道2的下端出烟口上可架设烟囱，烟囱上部可穿过炉盖板7上对应位置处的烟囱护圈4， 以提高烟囱的安装稳定性。烟道2的下段隔断外凸环圈段14的后局部区域。这样，炉体水 套的外凸环圈段14就成为前部被过烟腔18、后部被烟道2隔开的两个相对独立的部分。但 外凸环圈段14的这两个相对独立的部分，其上部均与炉体水套17的上段相通，其下部均与 炉体水套17的底部相通，因为在外凸环圈段14的下部还设有炉体水套下环圈21，以连通外 凸环圈段14的两个分离部分，从而使炉体水套17的各个部分保持连通，使供暖回水能够顺 利进入外凸环圈段14的两个分离部分。接在炉体水套17上的进水口 11虽好接在炉体水 套下环圈21上。
[0029] 图1中，在烟道2直通管的上段外侧包覆有烟道水套21，烟道水套21的两侧分别 与炉体水套17的上段相连通，烟道水套21的顶部与炉面水套16相连通。在外凸环圈段14 的两个分离部分内分别装有上下排列的上冷凝管3和下冷凝管8,上冷凝管3和下冷凝管8 为间壁式冷凝器，上冷凝管3和下冷凝管8均为弧形管体，其两端开口分别通向炉体前部的 过烟腔18和炉体后部的烟道2。在烟道2内设置有横向隔断烟道的横隔板20,将开通在烟 道2侧壁上的上冷凝管端口和下冷凝管端口相互隔离开来。
[0030] 图1中，上冷凝管3略向前下方倾斜，下冷凝管8略向后下方倾斜，以便于冷凝水 从上、下冷凝管中自动流出。在过烟腔18和烟道2的底部分别开有冷凝水排出管口（未图 示)，以便于从上、下冷凝管中排出的冷凝水能够顺利流出炉体外部。
[0031] 上冷凝管3和下冷凝管8均为间壁式冷凝器。间壁式冷凝器是用两片人字形波 纹板板片焊接成截面为的长方形的箱体，所述箱体制成半圆形并焊接在换热器管板上所构 成。所用的人字形波纹板板片是用不锈钢薄板经模具压制出人字形波纹，所述人字形波纹 的高度为5?10mm，间隔15?25mm，波纹夹角的角度为50?70°。
[0032] 间壁式冷凝器箱体中的两片人字形波纹板板片中的人字形波纹错落配置，以减少 烟气阻力，增加换热面积和换热效率；所述人字形波纹板板片中的人字形波纹的方向与烟 气的运行方向相同，并呈纵向排列。
[0033] 间壁式冷凝器的板片型式或波纹式应根据换热场合的实际需要而定。对流量大允 许压降小的情况，应选用阻力小的板型，反之选用阻力大的板型。根据流体压力和温度的情 况，确定选择。确定板型时不宜选择单板面积太小的板片，以免传热系数过低，对较大的冷 凝器更应注意这个问题。
[0034] 在本实用新型中还可设置自动控制系统，以实现供暖的自动控制。自动控制系统 包括有热电偶、继电器、控制器和引风机等部分。热电偶安装在采暖炉出水口的水管内，当 控制器接收到热电偶发出的热水温度信息时，会根据设定的温度和工作时间，控制引风机 的工作与否，从而形成民用炉具的供暖自动控制，使农民冬季采暖实现现代化。
[0035] 本实用新型的工作过程如下：
[0036] 首先在炉膛内点燃引柴，当引柴燃烧充分后，从炉口中倒入型煤，由于型煤经过加 工，添加了脱硫剂，在燃烧过程中，其烟气脱硫率可达到80?90%。在烟囱抽吸的负压作用 下，经过脱硫的烟气顺着炉膛上的过烟口 22进入到烟道2中，烟气被烟道2中的横隔板20 阻挡而进入上冷凝器3,烟气通过上冷凝器3绕行进入到炉体1前部的过烟腔18中，在上冷 凝器3内完成第一个冷凝回程；之后，从过烟腔18中下行，进入下部的下冷凝器8的进口， 再顺着下冷凝器8绕行至炉体后部，进入烟道2的下段，完成第二个冷凝回程。当烟气进入 烟道2的下段后，从烟道出烟口通过与烟道2对接的烟囱中排出。此时排出的烟气温度可 控制在50- 70°C。
[0037] 在烟气先后通过上冷凝器3和下冷凝器8的过程中，与炉体水套17中的水进行充 分的热交换，由于烟气温度是从炉体1的底部流出，而炉体水套17内的水是从炉体最高处 的出水口流出，烟温和水温交叉形成逆流，由此提高了热交换效率，提高了炉膛燃烧温度， 并使型煤的燃烧成为可能。
【权利要求】
1. 一种间壁式冷凝环保采暖炉，在炉体中设有炉膛和带进水口的炉体水套，在炉体顶 部设置有炉盖板和带出水口的炉面水套，在炉体下部设置有炉排和炉座，其特征是，在所述 炉体水套的下部设有一圈外凸环圈段，在所述外凸环圈段上设有隔断水套前局部区域的直 立过烟腔，在所述过烟腔内设有顶板、底板和内壁板，在所述过烟腔的前部端口处设置有前 门；在炉体的后部内侧设置有J形烟道，所述烟道的下端为折弯向上的出烟口，所述烟道的 上端通过过烟口与炉膛相通，所述烟道的下段隔断所述外凸环圈段的后局部区域，在所述 烟道的上段外侧包覆有烟道水套，所述烟道水套与所述炉体水套相连通；在所述炉体水套 的外凸环圈段内装有上下排列的上冷凝管和下冷凝管，所述上冷凝管和所述下冷凝管为间 壁式冷凝器，所述上冷凝管和所述下冷凝管的两端开口分别通向所述过烟腔和所述烟道； 在所述烟道内设置有横向隔断烟道的横隔板，将通向所述烟道的所述上冷凝管的端口与所 述下冷凝管的端口隔离开来；在所述外凸环圈段下部设有与所述外凸环圈段相通的炉体水 套下环圈。
2. 根据权利要求1所述的间壁式冷凝环保采暖炉，其特征是，所述间壁式冷凝器是用 两片人字形波纹板板片焊接成截面为长方形的箱体，所述箱体为半圆形，焊接在换热器管 板上；所述人字形波纹板板片是用不锈钢薄板经模具压制出人字形波纹，所述人字形波纹 的高度为5?10mm，间隔15?25mm，波纹夹角的角度为50?70°。
3. 根据权利要求2所述的间壁式冷凝环保采暖炉，其特征是，所述箱体中的两片所述 人字形波纹板板片中的人字形波纹错落配置，所述人字形波纹板板片中的人字形波纹的方 向与烟气的运行方向相同，并呈纵向排列。
4. 根据权利要求3所述的间壁式冷凝环保采暖炉，其特征是，在所述过烟腔和所述烟 道的底部分别开有冷凝水排出管口。
5. 根据权利要求4所述的间壁式冷凝环保采暖炉，其特征是，所述上冷凝管略向前下 方倾斜，所述下冷凝管略向后下方倾斜。
【文档编号】F24B1/183GK203880756SQ201420233599
【公开日】2014年10月15日 申请日期:2014年5月8日 优先权日:2014年5月8日
【发明者】李明明 申请人:李明明