直热立式常压热水锅炉的制作方法

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，越来越要求节约空间，提高土地利用率。如今市面上常用的热水锅炉通常为卧式燃气热水锅炉，其外形大多采用长方体或长圆体结构，占用空间较大，且内部结构复杂，通常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保养增加了一定的成本。在热效率方面，使用年限越久越易结垢，换热效率越低。因此，目前市场上需要结构紧凑、占地少、燃烧效率高、便于安装和维护的立式常压热水锅炉。

技术实现要素：

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；内部采用翅片火管并使用组合填料，极大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，所述锅炉包括水箱、下炉体、填料室、翅片火管、进水分布器和燃烧器，其中，

所述水箱位于锅炉最下部，采用独立方形(长方形)箱体设计。采用这种形式可以大大增加水箱的容积，且可以根据要求和实际工况灵活配置，便于安装和维护。

水箱底部设置有出水管和放净口，水箱上部设置有第一进水管和溢流口。出水管用于使加热后的热水通过出水管输送出去；放净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；第一进水管用于使循环水直接返回水箱中；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。

水箱内部边缘竖直设置有液位管，液位管向上伸出水箱顶部并具有上端口，用于与液位传感器配合使用，传递和控制水箱液位。在一个实施方案中，为保证液位传感器能更好更准确地传递液位信号，在液位管上不同深度处设有一定数量的圆孔以避免杂质和水垢对液位管的影响，更准确地传递液位信息。优选在液位管上设置10-30个圆孔，更优选设置 20个圆孔。

在一个实施方案中，在水箱外部侧面还设有可视液位计，以直观地观察水箱液位。通过可视液位计与液位传感器配合使用，可以更准确、及时地获得液位信息，起到双保险的效果。上述可视液位计与液位传感器可以采用市售商品。

进一步地，所述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。

所述下炉体为中空筒形，竖直插入水箱内部。下炉体底部通过数个支撑腿支撑在水箱底部，起到支撑上部填料室的作用；下炉体底部与水箱连通，因此下炉体还起到连接填料室和水箱的作用。这种设置有利于锅炉主体的小型化，并可灵活设置水箱容积。

所述填料室设置在下炉体之上，其与下炉体内部连通，用于容纳填料、翅片火管和进水分布器。填料室可以与下炉体一体成型，也可以与下炉体分开成型并通过常规组装技术如焊接进行连接。

填料室下部设置有井字支架，其上设有隔板网，将填料室和下炉体分割开来。隔板网上依次设置有规整填料和散堆填料，散堆填料位于规整填料上方。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。另外，规整填料可以选择金属波纹填料。本实用新型锅炉填料选用的是规整填料在下、散堆填料在上的组合，通过这样设置，能够尽可能地扩大烟气的换热面积。当烟气经过填料室时，其中的规整填料先将燃烧后生成的烟气打散，并使其从各个方向多角度上升，再配合散堆填料与进水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。

翅片火管位于填料室中心且垂直向下贯穿填料室，上部与燃烧器连接，下部伸入下炉体中至液面上方。翅片火管的管壁与填料密切接触，其表面具有多个翅片，大大增加了其自身的有效换热面积。在一个实施方案中，翅片为长条形并与火管轴线平行。在一个实施方案中，翅片位于通过火管轴线的平面内。在一个实施方案中，翅片的数量为4-16个，优选8个。在一个实施方案中，翅片宽度为翅片火管内径的1/6-1/12，优选1/10。通过在火管的管壁上增加翅片，不仅增加了传热面积，同时打乱在燃烧过程中噪音的频率，起到降低噪音、较少振动作用，有助于延长锅炉的整体使用寿命。

进水分布器为设置成环状的水管，位于填料室上部，将翅片火管套在其中并与翅片火管同轴设置，用于将进水通过其上的喷嘴向火管壁、翅片上以及向填料中喷淋。在填料室上部设有第二进水管，第二进水管与进水分布器连接。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进水分布器均布。所述横向喷嘴可采用实心锥形窄角喷嘴，使得进水从该喷嘴均匀无死角地横向喷射到翅片火管上，并使燃烧产生的热量瞬间置换。纵向喷嘴可采用螺旋喷嘴，其可将进水均匀地喷射到烟气中，并分布于散堆填料顶部，利用散堆填料来增大换热面积，以达到高效换热的目的。在一个实施方案中，横向喷嘴与火管壁上的翅片对应设置，使得横向喷嘴将水直接喷射到翅片上，以有效增加热交换面积，并利用翅片将横向喷射水进一步打散，增加换热效率。在一个实施方案中，进水分布器的水管管径为翅片火管内径的1/3-1/5，优选为1/4。

在水箱和填料室外部，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，在填料室顶部翅片火管向上伸出处设有阻水环，阻水环将翅片火管紧密包围，以阻挡进水分布器的横向喷水可能逸出填料室并进入燃烧器。在一个实施方案中，阻水环的环壁厚度为填料室的室壁厚度的1/3-2/3，优选1/2。

在一个实施方案中，在填料室内壁圆周且在进水分布器和散堆填料之间还设有导流环，导流环将翅片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，使其不会沿着填料室内壁流向水箱中，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室的室壁厚度的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，漏孔直径为填料室的室壁厚度的2/3-4/3，优选与填料室的室壁厚度相等。

燃烧器位于填料室顶部外侧，与从顶部伸出填料室的翅片火管连接。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，填料室顶部外侧还设置有烟筒，用于将填料上方经过换热的烟气排出填料室。

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烟筒之间还可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，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烟筒侧壁，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：首先收集从烟筒排放的烟气，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，烟筒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，冷凝后补充回水箱中。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。在一个实施方案中，所述除汽过滤器为吸雾器。所述吸雾器具有多个沿烟筒轴向布置的吸雾板，烟气中的水蒸气在通过这些吸雾板时，会由于吸雾板间隙形成的阻碍而凝结在吸雾板上，随后汇集、回流到水箱中。

在一个实施方案中，为了降低燃烧器和燃烧器风机在工作时产生的噪音，在燃烧器和燃烧器风机外部还设有消音装置，所述消音装置包括消音罩，以将燃烧器和燃烧器风机罩在其中。优选地，在消音罩内表面还覆盖有隔音棉。在一个实施方案中，为了进一步降低噪音，在消音罩上还设置有消音孔板，该消音孔板可以采用市售商品。

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；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。水箱与锅炉主体的分离式设计有利于锅炉主体的小型化，并可灵活设置水箱容积。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进水分布器，通过进水分布器上的横向喷嘴和纵向喷嘴向翅片火管和填料中喷淋并进行换热，经过换热后的热水进入水箱，并通过水箱底部的出水管流出锅炉；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水箱中，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。水箱部分采用方形独立水箱，可尽可能地增加水箱容积，可安装于多种环境里。

2、填料室内部利用规整填料放置于下方，散堆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规整填料和散堆填料，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，使其不会沿着填料室内壁流向水箱中，以提高喷水在填料中的停留时间。

4、翅片火管垂直内置于填料室内，其上均匀分布有翅片，不仅增加了传热面积，减少传热时间，同时打乱在燃烧过程中噪音的频率，起到降低噪音、较少振动作用，有助于延长锅炉整体的使用寿命。

5、进水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；进水分布器横向喷嘴采用实心锥形窄角喷嘴，将进水均匀无死角地喷射到翅片火管上；纵向喷嘴采用螺旋喷嘴，将进水喷射到烟气和填料中。

6、阻水环的设计很好地避免了横向喷水向上进入燃烧器和翅片火管内的可能性。

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、燃烧器和烟筒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，冷凝后补充回方形水箱，锅炉运行时水量损失极少。吸雾器上的吸雾板的多折向结构大大的增加了水蒸气吸附的机会，未被除去的水蒸气在下一个转弯处经过相同的作用而被吸附，这样反复作用，从而大大提高了除水汽的效率。

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。

11、出水管水箱内段管壁上开有侧孔，液位管上开有圆孔，有利于出水和液位测量。

12、燃烧器上配有消音装置，可降低锅炉工作时的噪音。无论是风机本身还是燃气燃烧时都会产生一定的噪音，利用消音罩可大大降低噪音。

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进水分布器的结构示意图。

图3A和图3B为本实用新型直热立式常压热水锅炉中翅片火管的结构比例示意图；其中图3A为主视图，图3B为俯视图。

图4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以及消音装置的结构示意图。

图5为图1中“I”部分的放大示意图。

图6为图1中“II”部分的放大示意图。

其中附图标记：

1、可视液位计 2、方(长方)形水箱 3、液位管 4、下炉体 5、井字支架 6、隔板网 7、规整填料 8、散堆填料 9、填料室 10、翅片火管 11、导流环 12、螺旋喷嘴 13、实心锥形窄角喷嘴 14、消音孔板 15、消音罩 16、燃烧器风机 17、进气管 18、进气执行器 19、烟气执行器 20、燃烧器 21、烟气循环管 22、隔音棉 23、烟筒 24、吸雾器 25、阻水环 26、进水分布器 27、第二进水管 28、长度矫正器 29、三通电动球阀 30、第一进水管 31、溢流口 32、支撑腿 33、出水管 34、放净口。

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。其中所述锅炉包括方形水箱2、下炉体4、填料室9、翅片火管10、进水分布器26和燃烧器16等主要部件。水箱2底部设置有出水管33和放净口34，水箱2上部设置有第一进水管30和溢流口31。

水箱2内部边缘竖直设置有液位管3，液位管3向上伸出水箱2顶部并具有上端口，用于与液位传感器配合使用。为保证液位传感器能更好更准确地传递液位信号，在液位管3上不同深度处设有20个圆孔。在水箱2外部侧面还设有可视液位计1，以直观地观察水箱液位。出水管33 在水箱2内部的部分除端口外，还在管壁开有10个圆形侧孔，这样可以增加出水面积。

下炉体4为中空筒形，竖直插入水箱2内部。下炉体4底部通过数个支撑腿32支撑在水箱2底部，支撑上部填料室9；下炉体4底部与水箱2连通，从而使经过换热后的热水通过下炉体4底部进入水箱2中。

填料室9设置在下炉体4之上，其与下炉体4内部连通，用于容纳填料7、8、翅片火管10和进水分布器26。填料室9下部设置有井字支架5，其上设有隔板网6，将填料室9和下炉体4分割开来。隔板网6上依次设置有规整填料7和散堆填料8。其中散堆填料8为鲍尔环；规整填料7为金属波纹填料。

翅片火管10位于填料室9中心且垂直向下贯穿填料室9，上部与燃烧器20连接，下部伸入下炉体4中至液面上方。如图1和图3A-3B所示，翅片火管10的管壁与填料7、8密切接触，其表面具有8个翅片，大大增加了其自身的有效换热面积。翅片位于通过火管10轴线的平面内。如图3A-3B所示，翅片宽度为翅片火管10内径的1/10。

如图1和图2所示，进水分布器26为设置成环状的水管，位于填料室9上部，将翅片火管10套在其中并与翅片火管10同轴设置，用于将进水通过其上的喷嘴12、13向火管壁、翅片上以及向填料中喷淋。在填料室9上部设有第二进水管27，第二进水管27与进水分布器26连接。进水分布器26上的喷嘴包括横向实心锥形窄角喷嘴13和纵向螺旋喷嘴 12，且两种类型的喷嘴均沿进水分布器26均布。横向喷嘴13与火管壁上的翅片对应设置，使得横向喷嘴13将水直接喷射到翅片上，以有效增加热交换面积和换热效率。在另一个实施方案中，进水分布器26的水管管径为翅片火管10内径的1/4。

如图1所示，在水箱2和填料室9外部，第一进水管30和第二进水管27通过三通电动球阀29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27上带有长度矫正器28，以匹配不同的锅炉高度设计以及便于锅炉组装和维修。

如图1和图5所示，在填料室9顶部翅片火管10向上伸出处设有阻水环25，阻水环25将翅片火管10紧密包围，以阻挡进水分布器26的横向喷水可能逸出填料室9并进入燃烧器20。在一个实施方案中，阻水环 25的环壁厚度为填料室9壁厚的1/2。

如图1和图6所示，在填料室9内壁圆周且在进水分布器26和散堆填料8之间还设有导流环11，导流环11将翅片火管10套在其中并与翅片火管10同轴设置。导流环11内侧向下倾斜呈漏斗状，从而可阻挡纵向喷射的水，使其不会沿着填料室9内壁流向水箱2中。在一个实施方案中，导流环11的环壁厚度为填料室9壁厚的1/2。在导流环11上均布多个漏孔，以提高纵向喷水对于导流环11下方填料7、8的喷淋效果。在一个实施方案中，漏孔直径与填料室9的室壁厚度相等。

如图1所示，燃烧器20位于填料室9顶部外侧，与从顶部伸出填料室9的翅片火管10连接。填料室9顶部外侧还设置有烟筒23，用于将填料8上方经过换热的烟气排出填料室9。

如图1和图4所示，为了在原有基础上更进一步提高烟气质量，在燃烧器风机16和烟筒23之间还可具有烟气循环利用装置，该装置包括进气管17、进气管上的进气执行器18、烟气循环管21和烟气循环管上的烟气执行器19，进气管17一端为进气口，其后依次为进气执行器18、三通接头，另一端连接至燃烧器风机16；烟气循环管21一端连接烟筒 23侧壁，另一端通过三通接头连接至进气管17，中间设置有烟气执行器 19。

如图1所示，烟筒23内还安装有吸雾器24。吸雾器24具有多个沿烟筒23轴向布置的吸雾板，烟气中的水蒸气在通过这些吸雾板时，会由于吸雾板间隙形成的阻碍而吸附、凝结在吸雾板上，随后汇集、回流到水箱2中。

如图1和图4所示，为了降低燃烧器20和燃烧器风机16在工作时产生的噪音，在燃烧器20和燃烧器风机16外部还设有消音装置，所述消音装置包括消音罩15，消音罩15内表面还覆盖有隔音棉22，在消音罩15上还设置有消音孔板14。

本实用新型中水循环系统设有两个流程，如图1所示：

I、在锅炉工作状态下，通过三通电动球阀29的控制首先关闭第一进水管30，打开第二进水管27，使得冷水经第二进水管27进入进水分布器26，通过进水分布器26上的横向喷嘴13和纵向喷嘴12向翅片火管 10和填料7、8中喷淋并进行换热，经过换热后的热水进入方形水箱2，并通过水箱底部的出水管33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 29的控制关闭第二进水管27，打开第一进水管30，这样循环进水就可以通过第一进水管30直接回到方形水箱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。本锅炉结构上采用方形水箱和独立设计，结构紧凑，节约材料，配置灵活，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。