敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉的制作方法

本实用新型涉及锅炉设备领域，尤其涉及一种敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉。

背景技术：

现有的燃气热水锅炉，按照传热及传质方式可分为管壳式锅炉及直燃式锅炉。

管壳式锅炉通过燃烧筒及换热管束将热量传递给进水，提高水温并输出热水。这种热水锅炉特点是传热直接、热容量大，但易出现管壁结垢，结垢后导致管壁热阻增大致使换热效率下降。另外，这种热水锅炉会产生大量蒸汽，由于蒸汽不能进入供热系统只能排出，造成大量能源浪费，并且在蒸汽量过大时会导致设备超压而停机。

直燃式锅炉采用燃烧气体与水通过填料进行接触传热，提高水温并输出热水。公开号为CN104034024A的中国专利文献公开了一种全交换直热立式热水锅炉，该锅炉采用上进式燃烧筒，进水管在上部对燃烧筒及填料进行喷淋的换热结构，这种结构传热迅速，水温可以快速升高，但仍存在许多弊端。首先，燃烧筒与烟囱距离过小，燃烧筒的高温使筒壁外侧产生大量蒸汽并直接从烟囱排出，带走大量的热能导致能量损耗；其次，燃烧筒与填料集中在一起，占用填料空间且不利于进水的分配，一旦进水量急剧减少，会造成局部干烧，给设备本体带来危险；其次，由于燃烧器与烟囱均位于设备上部且燃烧器处于中心位置，致使烟囱下端面积过于狭小，不利于烟气排放；燃烧筒立式放置时，由于燃烧筒需要一定的长度以保证火焰的充分燃烧，势必导致设备整体高度增加，如果锅炉房高度不够难以进行安装；另外，在热水用量较少甚至停止时，燃烧器只能停机避免干烧，再次启动时的冷空气吹扫会带走大量热能。

技术实现要素：

针对上述背景技术中存在的问题，本实用新型提供一种敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉，使燃气的利用更加充分、设备运行更加平稳安全。

为实现上述目的，本实用新型提供的敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉，包括：自下而上依次连接的换热水箱部分、填料塔式换热部分及烟囱部分。三个部分均为独立的单元，可独立组装及维护。其中：

I、换热水箱部分包括：

水箱，采用圆形或矩形容器，用来盛装供热用水，内部设置有燃烧筒及出气集合筒；

变频燃烧器，其设置在水箱一侧外部，变频燃烧器的出口伸入水箱内并与燃烧筒连接；该变频燃烧器可采用燃气型变频燃烧器，适应不同的燃烧范围，为进水提供热能；

燃烧筒，为中空式圆筒结构，横向设置于水箱下部并与变频燃烧器连接，末端与出气集合筒连接，完全浸没在水中，用于燃烧火焰和烟气的流通并与筒壁外的水进行换热；

出气集合筒，竖直设置于水箱中，下部与燃烧筒连接，上部伸出水箱最高液位面，集中烟气并向填料塔式换热部分输送；

防水帽，安装在出气集合筒上端，防止喷淋水进入燃烧筒及换热管束。

出水管，设在水箱下部，与进水管反方向布置，用于热水输出。

在一个实施方案中，在燃烧筒和出气集合筒之间横向设置有换热管束，其前端与燃烧筒连接，末端与出气集合筒连接，完全浸没在水中，用来增强与水箱中水进行热交换。

换热管束在水箱中的设置按实际热量交换能力分为一程式和二程式，连同燃烧筒作为第一程式，整个换热水箱部分中可包括一程式至三程式换热结构。换热管数量按最大热负荷进行工艺计算来确定。

在一个实施方案中，换热管束设置为一程式或二程式。

在一个实施方案中，换热水箱部分还包括温度监测探头和水位监测探头。

在一个实施方案中，换热水箱部分还包括位于水箱下部的温度监测探头，检测水温并向燃烧器提供反馈信号，以改变燃烧器的供热量，并在水温超过警戒温度时关闭燃烧器。

在一个实施方案中，换热水箱部分还包括位于水箱中的水位监测探头，检测水位高度并向燃烧器提供反馈信号，当水位低于最低警戒高度时关闭燃烧器。

在一个实施方案中，变频燃烧器可根据进水量自动进行燃烧功率调节。

作为本实用新型的技术特征，燃烧筒与换热管束形成1～3程换热程数，并完全浸没在水中对进水进行传热。

作为本实用新型的技术特征，燃烧筒、换热管束、出气集合筒与防水帽构成敞开型结构，烟气与蒸汽在水箱上部形成混合物。

II、填料塔式换热部分包括：

填料容器，安装在水箱上部且内部连通，采用圆形立式容器，内部设置有填料隔栅、填料、进水管、喷淋管组及冷凝管组；顶部中心连接烟囱；

填料隔栅，安装在填料容器下部，用来固定填料；

填料，设置于填料格栅上，可以采用不锈钢规整填料或不锈钢阶梯环散堆填料，用于热量传递；在一个实施方案中，不锈钢规整填料为不锈钢孔板波纹填料，用于对烟气和蒸汽的混合状态气体进行传质传热；

进水管，设置在填料容器上部，与冷凝管组连接，用来提供进水(冷水)；

冷凝管组，前端与进水管连接，末端与喷淋管组连接，可处于烟囱下方，用来冷凝出口烟气并对进口冷水进行预热；

喷淋管组，由多组含喷嘴的平行式列管组成，用来使进水对填料进行喷淋。

在一个实施方案中，填料塔式换热部分还包括位于进水管前端的进水流量计，其检测进水流量并向燃烧器反馈，当进水流量减小时降低燃烧器的燃烧量以维持水箱中水的温度。

在一个实施方案中，冷凝管组是由外翅片管构成的换热器。所述外翅片管包括轧制成型翅片管、焊接成型翅片管、滚压成型翅片管、套装成型翅片管、铸造翅片管、张力缠绕翅片管和镶片管等。

III、烟囱部分包括：

烟囱，位于填料容器顶部并与填料容器内部连通，用来排放烟气。

在一个实施方案中，烟囱位于填料容器顶部中心正上方。

在一个实施方案中，在烟囱内部下端设置有丝网除沫器，用来除去烟气夹带的残余雾沫。

在一个实施方案中，燃烧筒及换热管束换热区域、填料换热区域及冷凝管组换热区域分开布置，每一换热区都可以进行独立的工艺计算。

在一个实施方案中，可通过水温、液位高度、进水量对变频燃烧器的功率进行调控，达到全自动控制的目的。

作为本实用新型的技术特征，每一换热器部分的末端为敞开型结构，介质通过敞开型结构进入下一换热部，不直接排放。

作为本实用新型的技术特征，燃烧烟气及水箱中产生的蒸汽进行混合，并进入填料层进行二次热交换。

作为本实用新型的技术特征，换热管束排列可分为1～2程(燃烧筒为第一程)，并按实际换热量进行工艺计算后确定。

作为本实用新型的技术特征，燃烧烟气从水箱下部侧方向进入，燃烧筒及换热管束完全浸没在水中进行传热并避免干烧。

作为本实用新型的技术特征，填料塔传热媒体为不锈钢规整填料(孔板波纹填料)或不锈钢阶梯环等散堆填料。其中，在大功率及中等功率锅炉中采用不锈钢规整填料(孔板波纹填料)，在小功率锅炉中采用不锈钢阶梯环等散堆填料。填料具有单一性及整体性，在填料中不含有其它结构。

作为本实用新型的技术特征，通过进水流量计的反馈对变频燃烧器进行功率调节，控制燃烧强度；并通过温度监测探头及水位监测探头的反馈可对变频燃烧器进行关闭。

本实用新型的敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉，至少具有以下效果：

1.燃烧气体在本套系统中分别通过敞开型换热器、填料塔及冷凝器按一定的热能交换比例进行热传递，三者相互衔接并相互关联。

2.在本系统中，燃气使用量可根据不同工况进行自动调整。既能在全功率状态下工作，也可以在小功率状态下维持系统温度，具有可持续性，并达到全自动控制的目的。

3.燃烧筒具有足够的长度，用来满足火焰的充分燃烧以及对水的传热。

4.出水管与进水管反向布置，增加冷水对换热管的冲刷，强化换热并减少结垢的产生趋势。

5.填料的实际使用量为理论计算值的1.5～2倍，当水质硬度过高导致换热管结垢换热能力下降时，填料部分热交换能力能够补充并满足系统换热的要求。

6.在进水量减少的情况下，燃烧器低功率燃烧产生的绝大部分热量通过换热器传导，小部分通过填料、冷凝传导，避免了低功率燃烧时的能量损耗。

7.系统末端安装丝网除沫器，可以最大限度除去烟气夹带的残余雾沫，减少水的损耗。

8.系统全程无过热、干烧等现象，保证系统的安全运行。

9.本系统为分体式结构，利于维护、维修及保养。

10.由于系统热量交换的特性，使水质的影响降到最低，水质适应范围更加广泛。

11.通过三种热交换系统的热量交换，系统的热效率可达到95％～98％。

附图说明

图1为本实用新型的敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉的一个实施方案的结构示意图，该常压直热锅炉的结构形式为一程式。

图2为本实用新型的敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉的另一个实施方案的结构示意图，该常压直热锅炉的结构形式为二程式。

图3为本实用新型的敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉的另一个实施方案的结构示意图，该常压直热锅炉的结构形式为三程式。

其中附图标记为：

变频燃烧器1、出水管2、燃烧筒3、水箱4、换热管束5、填料隔栅6、填料7、填料容器8、喷淋管组9、冷凝管组10、丝网除沫器11、烟囱12、进水管13、防水帽14、出气集合筒15。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及特点更加清楚，下面将结合附图及具体实施方式对本实用新型进行详细描述。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。

附图中，图1(一程式)、图2(二程式)、图3(三程式)分别对应为小功率型、中等功率型及大功率型常压直热锅炉。本实用新型敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉的组成如下：变频燃烧器1、出水管2、燃烧筒3、水箱4、换热管束5、填料隔栅6、填料7、填料容器8、喷淋管组9、冷凝管组10、丝网除沫器11、烟囱12、进水管13、防水帽14、出气集合筒15，另外还包括本领域中通常用于锅炉系统的温度监测探头、水位监测探头和进水流量计(此3元件为监测控制元件，在图中未标出)等。

本实用新型敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉，具有全功率运行及低功率运行两种运行模式，可依据不同工况进行选择。其中：

全功率运行时：变频燃烧器1运行前，要求水箱4中的预设水位液面没过燃烧筒3及换热管束5且不低于最低警戒水位；进水管13进水，变频燃烧器1启动并由低功率逐渐递增至全功率燃烧；燃烧烟气沿燃烧筒3及换热管束5与水箱4内的水进行热交换，此过程可交换总燃烧能量的60％～80％(与燃烧筒及换热管束的长度和数量相关)，水箱4内水温提高并产生部分蒸汽；烟气携带剩余未交换热量通过出气集合筒15排出并与水箱4内液面上的蒸汽相混合，混合后的气体向上通过填料格栅6进入填料7，与来自上部喷淋管组9的喷淋水进行热量及物质交换，此过程可交换烟气剩余热量的90％以上并除去大部分蒸汽；烟气继续向上与冷凝管组10进行最终热传递，此过程可将剩余蒸汽冷凝并重新进入填料7中；烟气经过烟囱12中的丝网除沫器11，除去烟气夹带的残余雾沫，最终从烟囱12中排出低温、干燥、清洁的烟气。

在上述过程进行的同时，进水通过冷凝管组10进行预热，通过喷淋管组9的传递喷洒，在填料7中与上述烟气与蒸汽的混合热气体进行热交换并进入水箱4；进水在水箱4中向出水管2的方向前进，此过程中不断吸收换热管束5及燃烧筒3的热量，最终通过出水管2提供给用户。

低功率运行时：在正常工作状态下，由于用户用水量的减少等原因导致进水量减少，该参数变化通过进水流量计(图中未示出)反馈至变频燃烧器1，使其降低燃烧强度并按实际进水量调整火焰，达到与进水量相匹配。此时燃烧烟气通过燃烧筒3及换热管束5传导的能量占总热量的90％以上，剩余热量随烟气在填料7及冷凝管组10进行交换。由于填料实际使用量为理论计算值的1.5～2倍，使传热传质时间增大，低进水量足以满足剩余热量的交换。

当水箱4中的水温超过警戒水温或进水严重不足导致水箱4中水位低于警戒液面时，温度监测探头及水位监测探头反馈数据，变频燃烧器1停止工作，直至重新启动。

本实用新型敞开型换热器与填料塔结合式常压直热锅炉，具有以下特点：节能：换热效率可达到95％～98％，烟气出口温度20～60℃(根据进水温度而不同)；环保：出口烟气低温、干燥、清洁，排放数值满足国家标准的要求；整体易用性：避免另外建造水箱(在水箱与锅炉的传输中会导致热量损失)，整体性更便于日常使用、维护；适应性：适应不同水质，对于水质硬度不敏感；适用性：适用于采暖、洗浴等各种工况；安全性：各种监测及反馈系统可根据监测数据进行自动运行，安全可靠。

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。