一种节能环保安全的燃气锅炉的制作方法

本实用新型涉及锅炉领域，特别是一种节能环保安全的燃气锅炉。

背景技术：

现有燃气锅炉普遍使用大容积的锅堂，在增加受热面积的同时，又降低了热辐射强度、炉壁表面的温差和火焰流速。另外，燃气和空气中氧气的混合也不均匀，燃烧不充分，能源浪费严重，对环境污染严重。现有的大炉堂喷火口处散热不好，累积温度过高，而炉壁温度低，炉温极不均匀。高温区是生成NOX的主要原因，采用预混燃烧器及用回烟控制空燃比，降低喷火温度，虽然解决了部分问题（还要加冷凝器），但热效率因火温下降和无烟而降低（烟气是持续供热的能源）。预混燃烧器混合气流速必须大于火焰燃烧速度，否则会产生回火，对大燃烧机十分危险，大风天烟筒倒烟也是这种预混式燃烧器产生回火的外部诱因。那么如何生产一种热效率高，燃烧充分，对环境污染小，并可降低安全隐患的燃气锅炉，成为亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本实用新型就是提供一种节能环保安全的燃气锅炉，可有效解决现有燃气炉体热效率低、燃烧不充分、污染环境和安全隐患高的问题。

本实用新型解决的技术方案是，包括炉体和炉膛，炉体内的下部有与炉体轴向平行的长圆形炉膛，炉膛内装有轴向高于炉体喷火口的热交换器，使炉膛的过火空间大幅减少，喷火口上装有置于炉体外的燃烧机（器），热交换器下部与炉膛的内底面有间隙，把火焰引导到炉膛的内底部和热交换器的底部，热交换器的上壁上装有与炉体内储水空间相连通的出水口管，热交换器底部装有向下伸出炉体外的进水口管，进水口管与置于炉体外的水泵的出水口相连通，水泵的进水口经连接管与炉体底部内相连通。

本实用新型结构简单，新颖独特，炉堂的过火空间大幅缩小，提高了热传导效率，降低了污染物的排放，使用安全，具有良好的社会和经济效益，是锅炉加热设备上的一大创新。

附图说明

图1为本实用新型的结构剖视图。

图2为本实用新型A1-A2面的截面图。

图3为氮氧化物生成与燃烧温度的关系曲线图（常氧状态下）。

具体实施方式

以下结合附图，对本实用新型的具体实施方式作详细说明。

由图1-2给出，本实用新型包括炉体1和炉膛2，炉体1内的下部有与炉体轴向平行的长圆形炉膛2，炉膛2内装有轴向高于炉体喷火口10的热交换器3，使炉膛2的过火空间大幅减少，喷火口10上装有置于炉体外的燃烧机（器）5，热交换器3下部与炉膛2的内底面有间隙，把火焰引导到炉膛2的内底部和热交换器3的底部，热交换器3的上壁上装有与炉体1内储水空间9相连通的出水口管8，热交换器3底部装有向下伸出炉体1外的进水口管6，进水口管6与置于炉体1外的水泵4的出水口相连通，水泵4的进水口经连接管7与炉体1底部内相连通。

为保证使用效果和使用方便，所述的热交换器3的表面为波纹状结构，也可采用受热面积更大的多个水管加散热片结构。

所述的炉膛过火空间缩小2/3-3/4。

所述的热交换器3的进火端下部斜面与喷火口10下端面的间距大于热交换器3的进火端上部斜面与与喷火口10上端面的间距，以利于将火焰引导至炉膛底部与热交换器下部之间。

本实用新型主要是在大炉堂上部嵌入一个热交换器，使其炉堂的过火空间大幅缩小，并把火焰引导到大炉堂的底部和热交换器的底部，由此不仅可以有效地提高了热传导效率，还大幅度降低了污染物的排放，详细说明如下。

（一）、热传导相关要素均大幅度提高：

1、热辐射：因高温火焰与炉壁和热交换器的近距离接触而大幅度增强。由斯蒂芬/波尔兹曼定律热辐射强度I=W/㎡Sr可知，这种增强是指数倍的（与距离的平方成反比），如距离缩小5倍，则热辐射强度增强25倍；

2、对流速度：如本实用新型技术方案中，如所留炉堂过火截面积与喷火口截面积相同，则火焰流速接近喷火口的火速（燃烧膨胀速度与阻力平衡），这一热传导重要条件的大幅度提升，无疑显著提高了热交换器和炉壁的热传导效率，如果喷火口半径是5厘米，大炉堂半径是20厘米，则截面积比是S=（20）²/5²=400/25=16（相同流量时流速为截面积的反比），所以火焰流速增加了16倍，在炉堂外部高温区下移到炉堂的底部，这部分水温低，密度大，水受热后浮力也最大，水的自然对流速度也最快；

3、温差：炉堂壁和热交换器的内外温差是热能克服热阻进行热传导的重要条件，温差越大热传导效率越高，若炉堂因截面积与喷火口截面积相近，则火焰会紧贴着炉堂内壁和热交换器的管道，快速旋流式运行，做到了温差的最大化，在炉堂外部的水，因改造后的火焰集中在炉堂的底部，而这一部分水温最低，水的密度高，压力大，热阻小，温差大，热交换效率也进一步提高；

4、炉堂火焰流速快，遇到波峰（波纹管）阻力大，压力也随之增大，这种压力也十分有利于燃气与空气的充分混合与燃烧，使燃烧更加充分，这种压力也使热阻减小，加之高流速使得热传导效率进一步提高；

5、有效传热面积的大幅度提高，炉堂内的热交换器可以是内部流动着水的一些（外部可加散热片）管道，这些管道和散热片的总受热面积完全能够做到远大于原来炉堂的表面积，这就大幅度成倍提高了水的受热面积。同时，可以通过水泵使这些管道中的水流速远大于炉体中水的自然对流循环流速，使这一部分的传热效率大幅度提高，故炉体总体的加热效率也就大幅度的提升。

（二）、在减少排污方面也有显著提高。加热管方式可以有效控制氮氧化物和一氧化碳的产生，使可燃气充分燃烧，污染物排放降至最低，比如，可以采用高温（1000度以上）贫氧（烧还原火）中，低温（1000度~600度）富氧，(用分段供风的燃烧方法)，即减少了氮氧化物的生成（可参考图3中的氮氧化物在常氧状态下的生成与温度的关系曲线）又降低了一氧化碳和可燃气的排放，方法简单，效果好，具体情况如下：

1、NOX的减排大幅度减少：这里消除了产生NOX的主要热力源，不存在累积形成的高温区（1500℃以上），如图3曲线所示。何况是贫氧（还原）燃烧，更不必担心产生NOX（这一点在大炉堂中是难以做到的）；

2、CO的排放也因充分燃烧而大幅减少。如因一次风火焰中氧气耗尽，还可以引入二次风进行补氧，即将引风管的出风口直接开到炉堂的尾部，此处未燃尽的CH4和CO已经很少，与空气中氧结合后对消除剩余的CH4和CO是非常有利的；

3、CH4天燃气在前述分析中，因充分燃烧的条件都大幅度提升，只要提高空燃比（大炉堂中不可能做到），充分燃烧是完全能做到的，加上二次进风，更是没有问题。CH4的排放和存留在大炉堂将少之又少。

（三）、安全方面杜绝安全隐患：燃气的充分燃烧和大大缩小的炉堂过火面积和体积，就使二次点火前不扫气，会产生燃爆的可能性几乎为零。

由低温档向高温档转换时也不用担心低温挡的空燃比过高，进而产生的燃爆，这就极大的提高了炉体的安全性，并可做到随时灭火后自动点火，确保使用安全。

综上所述，本实用新型结构简单，新颖独特，在不必对现有燃气炉体进行较大改动的前提下，使其炉堂的过火空间大幅缩小，提高了热传导效率，还大幅度降低了污染物的排放，燃气的充分燃烧和炉膛过火体积、截面积的大幅缩小使得二次点火前不扫气，产生爆炸的可能性近乎为零，确保使用安全，具有良好的社会和经济效益，是炉体加热设备上的一大创新。