间壁式冷凝环保采暖炉的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明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。
【发明内容】
[0007]本发明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]本发明是这样实现的: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]本发明采暖炉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]本发明采暖炉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50~70°。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?Ι/ΙΟο
[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]本发明采暖炉中的上、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。本发明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]本发明采暖炉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，本发明采暖炉的排烟温度只有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