一种浸没燃烧加热设备及其使用方法与流程

1.本申请涉及浸没加热技术领域，具体而言，涉及一种浸没燃烧加热设备及其使用方法。


背景技术：

2.浸没燃烧又被称为液中焚烧，其是将燃气和空气充分混合，送入燃烧器中的燃烧室进行完全燃烧，然后将高温烟气喷入到液体介质中，从而加热液体介质。然后，液体介质与换热管中的液体进行热交换，从而对换热管中的液体进行加热。上述加热方式存在如下问题，待加热液体被加热的最高温度为液体介质的温度。


技术实现要素：

3.本申请的目的在于提供一种浸没燃烧加热设备及其使用方法，可以使待加热流体的加热温度高于液体介质的温度。
4.第一方面，本申请提供一种浸没燃烧加热设备，包括罐体、燃烧器、浸没管和换热管。罐体被配置成用于装放液体介质。燃烧器设置于罐体，燃烧器被配置成能够燃烧燃气并产生高温烟气。浸没管具有能够热交换的第一腔体和第二腔体，浸没管的朝向罐体的内部延伸，另一端连接于燃烧器，且第一腔体被配置成能够引导燃烧器产生的高温烟气，并使高温烟气进入到浸没管外的液体介质内以加热液体介质。换热管被配置成设置于液体介质内，以使换热管内的待加热流体与液体介质能够进行热交换，换热管的一端与第二腔体连通，换热管被配置成能够将待加热流体引入到第二腔体内。
5.燃烧器燃烧以后产生的高温烟气先经过第一腔体，此时，第一腔体内的高温烟气和第二腔体内的待加热流体之间能够进行热交换，可以使进入液体介质内的高温烟气的温度降低，既可以在一定程度上加热液体介质，又可以使液体介质的温度不会过高，换热管内的待加热流体能够与液体介质进行热交换。待加热流体在换热管中与液体介质进行热交换以后，可以继续进入第二腔体内，与第一腔体内的高温烟气进行热交换，可以进一步提高待加热流体的温度，可以使待加热流体的加热温度高于液体介质的温度。同时，浸没管位于液体介质中，且浸没管的第二腔体内的待加热流体可以与高温烟气进行热交换，可以使浸没管的管壁的温度降低，浸没管不易发生变形，使用寿命更长。
6.在一种可能的实施方式中，浸没管包括内管和套设于内管外的外管，内管的内壁形成第一腔体，外管的内壁与内管的外壁之间形成第二腔体，内管和外管的上端均连接于燃烧器，下端朝向罐体的内部延伸，换热管的出液端贯通外管的下端的管壁，使换热管的管腔与第二腔体连通。
7.待加热流体在第二腔体内流动的时候，既可以与第一腔体内的高温烟气进行热交换，又可以与外管外的液体介质进行热交换，待加热流体的加热效果更好。且内管的管壁周围均接触待加热流体，可以使管壁的温度降低，使管壁不易产生变形。
8.在一种可能的实施方式中，换热管为盘管，盘管绕设于外管外，盘管的进液端位于
罐体外，盘管的出液端贯通外管的下端的管壁，盘管被配置成上段位于液体介质上且下段位于液体介质内。
9.例如：液体介质为水，罐体的下部分装有水，上部分没有装水，使用水浴对待加热流体进行加热。由于水的温度较高，会产生大量的水蒸气充满罐体的上部分，盘管的上段中的待加热流体温度较低，会与水蒸气进行热交换，使水蒸气液化变成水落入水浴中，使水蒸气中所含的汽化潜热能够被重新回收。盘管的下段中的待加热流体与水进行热交换，使待加热流体的加热效果更好。
10.在一种可能的实施方式中，还包括多孔板，多孔板设置于浸没管的远离燃烧器的一端且与罐体的内壁之间形成气体腔室，气体腔室与第一腔体连通，气体腔室与浸没管外的腔室通过多孔板上的多个气孔连通。
11.高温烟气通过多个气孔分割成多个小气泡进入到液体介质中，不断上浮的小气泡较为稳定，可以对液体介质进行稳定加热，能够达到稳定液体介质的液面，并且稳定燃烧器背压的效果。
12.在一种可能的实施方式中，燃烧器设置于罐体的上端，浸没管朝向罐体的下端延伸，多孔板为锥型板，锥型板设置于浸没管的下端且与罐体的底壁之间形成气体腔室，锥型板上均匀分布多个气孔。
13.高温烟气可以先在气体腔室内进行分布，然后穿过锥型板上的多个气孔进入到液体介质中，可以使高温烟气更加均匀地进入到液体介质内并对液体介质进行加热。
14.在一种可能的实施方式中，锥型板的下端面与罐体的底壁之间具有1
‑
3mm的间隙。
15.如果液体介质为水，一部分水会经过锥型板与罐体的底壁之间形成的间隙进入到气体腔室内，高温烟气通入到气体腔室内以后，可以使气体腔室中的水汽化成水蒸气，与高温烟气一起进入到浸没管外的水中，形成水浴循环，有利于高温烟气对水浴加热。
16.在一种可能的实施方式中，燃烧器为多孔介质燃烧器。
17.在浸没燃烧过程中，燃烧器产生的火焰与液体介质的直接接触是有害的，不利于设备的稳定运行。本申请中，选择多孔介质燃烧器作为燃烧器，多孔介质燃烧器的出口喷出的均为高温烟气，没有火焰的存在，设备的运行更稳定。且由于没有火焰的存在，可以使燃烧器与液体介质的液面的距离减小，可以使设备结构更加紧凑。同时，相较于常规的燃烧器，多孔介质燃烧器的负荷调节比大、空燃调节比大，可以使设备的燃烧过程更稳定，也增大了设备的调节比。
18.在一种可能的实施方式中，多孔介质燃烧器包括燃烧器本体以及间隔设置的内壳和外壳，外壳固定于罐体，内壳和外壳与浸没管的一端连接，使内壳与外壳之间形成的燃烧器腔室与第二腔体连通，燃烧器本体设置于内壳内。
19.燃烧器本体处的温度较高，经过第二腔体的待加热流体进入到燃烧器腔室内，可以与燃烧器本体的高温处进行热交换，可以使待加热流体的加热效果更好。
20.在一种可能的实施方式中，燃烧器本体包括氧化铝多孔隔热板，氧化铝多孔隔热板设置于内壳的靠近浸没管的一端。
21.该隔热板具有很好的耐高温和保温能力，通过该隔热板的设置，可以使多孔介质燃烧器的加热和防回火的效果更好。
22.第二方面，本申请提供一种浸没燃烧加热设备的使用方法，适用于上述浸没燃烧
加热设备，使用方法包括：在罐体内，浸没管外的腔室中装放液体介质。燃烧器燃烧燃气并产生高温烟气，高温烟气进入到第一腔体内，并通过第一腔体进入到液体介质内对液体介质加热。向换热管内通入待加热流体，使换热管内的待加热流体与液体介质进行热交换以后，待加热流体进入到第二腔体内，与第一腔体内的高温烟气进行热交换。
23.此使用方法可以在保证浸没管的使用寿命的同时，使待加热流体的加热效果更好。
附图说明
24.为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图也属于本申请的保护范围。
25.图1为本申请提供的浸没燃烧加热设备的第一结构示意图；
26.图2为图1的a
‑
a剖视图；
27.图3为本申请提供的燃烧器的结构示意图；
28.图4为本申请提供的多孔介质燃烧器的剖视图；
29.图5为图2中
ⅴ
处的放大图；
30.图6为本申请提供的浸没燃烧加热设备的第二结构示意图；
31.图7为图6的b
‑
b剖视图；
32.图8为图7中
ⅷ
处的放大图。
33.图标：110
‑
罐体；120
‑
燃烧器；130
‑
浸没管；140
‑
换热管；111
‑
顶盖；112
‑
水蒸气出口；121
‑
壳体；122
‑
燃烧器本体；123
‑
顶板；124
‑
底板；125
‑
侧板；1231
‑
燃烧器入口；1241
‑
燃烧器出口；126
‑
隔热层；127
‑
燃烧室；1221
‑
圆形布风板；1222
‑
氧化铝多孔隔热板；1223
‑
多孔介质燃烧区；128
‑
点火电极；129
‑
火检电极；141
‑
盘管；142
‑
进液端；143
‑
出液端；131
‑
第一腔体；132
‑
第二腔体；1251
‑
内壳；1252
‑
外壳；1253
‑
燃烧器腔室；133
‑
内管；134
‑
外管；1254
‑
加热液体出口；150
‑
多孔板；151
‑
气孔；152
‑
气体腔室；113
‑
底壁；153
‑
间隙。
具体实施方式
34.为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
35.本申请提供一种浸没燃烧加热设备，通过燃烧器燃烧燃气产生的高温烟气加热液体介质，然后使用液体介质对换热管中的待加热流体进行加热。其中，液体介质可以是水、油等可以作为加热介质的液体介质，本申请不做限定，下面以液体介质是水为例进行说明。
36.图1为本申请提供的浸没燃烧加热设备的结构示意图。图2为图1的a
‑
a剖视图。请参阅图1和图2，本申请中，该浸没燃烧加热设备包括罐体110、燃烧器120、浸没管130和换热管140。其中，罐体110用于装放水，燃烧器120设置于罐体110。可选地，罐体110可以是圆柱型结构，可以使设备的结构更加紧凑。
37.为了在设备的结构较为紧凑的同时，避免燃烧器120的背压波动，可以使燃烧器120设置在罐体110的顶盖111上。可选地，在顶盖111上设置一个开口，燃烧器120设置于开
口的边缘。在其他实施例中，也可以将燃烧器120设置在罐体110的上端侧壁上，本申请不做限定。
38.由于本申请提供的浸没燃烧加热设备是水浴加热，罐体110内装放有水，如果水温较高，则水容易蒸发产生水蒸气，所以，在罐体110的顶盖111上设置水蒸气出口112，避免罐体110内压力过高。
39.图3为本申请提供的燃烧器的结构示意图；图4为本申请提供的多孔介质燃烧器的剖视图。请参阅图3和图4，本申请中，燃烧器120被配置成能够燃烧燃气并产生高温烟气。燃烧器120包括壳体121和燃烧器本体122，壳体121设置于罐体110，燃烧器本体122设置于壳体121内的燃烧室127中，在燃烧室127内通过燃烧器本体122燃烧燃气并产生高温烟气，以便对水浴和待加热流体进行加热。
40.本申请中，燃烧器120可以为多孔介质燃烧器。在浸没燃烧过程中，燃烧器120产生的火焰与水浴直接接触是有害的，不利于设备的稳定运行。本申请中，选择多孔介质燃烧器作为燃烧器120，多孔介质燃烧器的出口喷出的均为高温烟气，没有火焰的存在，设备的运行更稳定。且由于没有火焰的存在，可以使燃烧器与液体介质的液面的距离减小，可以使设备结构更加紧凑。同时，相较于常规的燃烧器，多孔介质燃烧器的负荷调节比大、空燃调节比大，可以使设备的燃烧过程更稳定，也增大了设备的调节比。
41.请继续参阅图3和图4，壳体121包括顶板123、底板124以及连接顶板123和底板124的侧板125，顶板123上设置有燃烧器入口1231，用于将燃气和空气通入燃烧室127内；底板124上设置有燃烧器出口1241，用于排出高温烟气。侧板125的内壁设置有隔热层126，隔热层126内形成燃烧室127。沿着燃烧器入口1231和燃烧器出口1241的方向，燃烧室127内依次布置有圆形布风板1221、氧化铝多孔隔热板1222和多孔介质燃烧区1223。
42.可选地，顶板123上还设置有点火电极128和火检电极129。燃气与空气均匀混合后由燃烧器入口1231进入到多孔介质燃烧器中，经过圆形布风板1221后在氧化铝多孔隔热板1222之前，空气与燃气的混合气体流速均匀。混合气体经过氧化铝多孔隔热板1222中的小孔喷射入多孔介质燃烧区1223中，通过点火电极128点燃进行燃烧，并通过火检电极129进行火焰检测，使混合气体在多孔介质燃烧区1223中燃尽。燃烧器出口1241喷出的将完全是燃烧产生的烟气，不再有火焰存在。
43.需要说明的是，氧化铝多孔隔热板1222应具有耐高温与保温能力，且孔径应尽量小于1.2mm已达到火焰猝灭使的效果，起到很好的防回火的效果，以便产生更多的高温烟气，以对水浴和待加热流体进行加热。
44.请继续参阅图2，换热管140设置于水浴中，换热管140中的待加热流体可以与水浴进行热交换。可选地，换热管140为盘管141，盘管141绕设于罐体110内，盘管141设置的方式，可以使待加热流体的流程变长，以便延长热交换的时间，可以使待加热流体的加热效果更好。
45.可选地，盘管141的进液端142位于罐体110外，且盘管141穿过罐体110的顶盖111以后，绕设在罐体110内。盘管141的上段位于水浴上方，盘管141的下段位于水浴内。由于水浴的温度较高，会产生大量的水蒸气充满罐体110的上部分，盘管141的上段中的待加热流体温度较低，会与水蒸气进行热交换，使水蒸气液化变成水落入水浴中，使水蒸气中所含的汽化潜热能够被重新回收。盘管141的下段中的待加热流体与水进行热交换，使待加热流体
的加热效果更好。
46.图5为图2中
ⅴ
处的放大图。请参阅图2和图5，本申请中，浸没管130具有能够热交换的第一腔体131和第二腔体132，浸没管130的一端朝向罐体110的内部延伸，另一端连接于燃烧器120的壳体121，且燃烧器120产生的高温烟气通入第一腔体131内，然后通过浸没管130的远离燃烧器120的一端进入到水浴中，对水浴进行加热，以使加热后的水浴与盘管141中的待加热流体进行热交换。
47.图6为本申请提供的浸没燃烧加热设备的第二结构示意图；图7为图6的b
‑
b剖视图；图8为图7中
ⅷ
处的放大图。请参阅图2、图5
‑
图8，本申请中，盘管141的出液端143与第二腔体132连通，将盘管141内的待加热流体引入到第二腔体132内。由于第一腔体131和第二腔体132能够热交换，燃烧器120燃烧以后产生的高温烟气先经过第一腔体131，此时，第一腔体131内的高温烟气和第二腔体132内的待加热流体之间能够进行热交换，可以使进入水浴内的高温烟气的温度降低，既可以在一定程度上加热水浴，又可以使水浴的温度不会过高，盘管141内的待加热流体能够与水浴进行热交换。待加热流体在盘管141中与水浴进行热交换以后，可以继续进入第二腔体132内，与第一腔体131内的高温烟气进行热交换，可以进一步提高待加热流体的温度，可以使待加热流体的加热温度高于液体介质的温度。同时，浸没管130位于液体介质中，且浸没管130的第二腔体132内的待加热流体可以与高温烟气进行热交换，可以使浸没管130的管壁的温度降低，浸没管130不易发生变形，使用寿命更长。
48.需要说明的是：水浴加热中，如果水浴的温度达到67℃，则会使罐体110内的水大量蒸发，会在水浴上方产生大量的水蒸气，如果水蒸气不能够与盘管141内的待加热流体进行热交换使水蒸气液化(水蒸气过多，一部分水蒸气会热交换液化，一部分水蒸气不会)，则会从水蒸气出口112排出，从而使罐体110中的水浴含量减少。所以，一般需要控制罐体110内的水浴温度低于67℃，例如：65℃，此时，在水浴中进行热交换的时候，待加热流体的最高温度为65℃，可能不能够满足加热需求，如果待加热流体又继续在第二腔体132中与第一腔体131内的高温烟气进行热交换，就能够进一步提高待加热流体的温度，使其加热效果更好。
49.进一步地，罐体110的罐壁以及换热管140(例如：盘管141)接触的是65℃的水浴，可以使其接触的温度较低，可以提升设备的稳定性，延长其使用寿命。
50.请继续参阅图4，本申请中，燃烧器120的侧板125包括内壳1251和外壳1252，内壳1251和外壳1252均为圆筒形，内壳1251和外壳1252间隔设置，内壳1251与外壳1252之间形成环形燃烧器腔室1253，内壳1251的内壁设置有隔热层126，隔热层126内形成燃烧室127，燃烧器本体122安装在内壳1251内的燃烧室127内。
51.请继续参阅图4和图8，本申请中，浸没管130包括内管133和套设于内管133外的外管134，内管133的内壁形成第一腔体131，外管134的内壁与内管133的外壁之间形成环形第二腔体132。内管133的上端与内壳1251的下端连接，内管133的下端朝向罐体110的底壁113方向延伸，且燃烧器出口1241与第一腔体131连通。外管134的上端与外壳1252连接，外管134的下端朝向罐体110的底壁113方向延伸，且燃烧器腔室1253与第二腔体132连通。盘管141绕设在外管134外，且位于罐体110内，盘管141的出液端143贯通外管134的下端的管壁，使盘管141的管腔与第二腔体132连通。
52.待加热流体在第二腔体132内流动的时候，既可以与第一腔体131内的高温烟气进行热交换，又可以与外管134外的水浴进行热交换，待加热流体的加热效果更好。同时，燃烧室127内的温度较高，经过第二腔体132的待加热流体进入到燃烧器腔室1253内，可以与燃烧室127的高温处进行热交换，可以使待加热流体的加热效果更好。可选地，外壳1252上设置有加热液体出口1254，待加热流体经过加热后，从加热液体出口1254排出。
53.请继续参阅图2和图5，本申请中，为了使水浴的液面较为稳定，稳定燃烧器120的背压。浸没燃烧加热设备还包括多孔板150，多孔板150设置于浸没管130的远离燃烧器120的一端且与罐体110的内壁之间形成气体腔室152，气体腔室152与第一腔体131连通，气体腔室152与浸没管130的外管134外的腔室通过多孔板150上的多个气孔151连通。
54.高温烟气通过多个气孔151分割成多个小气泡进入到液体介质中，不断上浮的小气泡较为稳定，可以对液体介质进行稳定加热，能够达到稳定液体介质的液面，并且稳定燃烧器120背压的效果。
55.可选地，多孔板150为锥型板，锥型板设置于外管134和内管133的下端且与罐体110的底壁113之间形成气体腔室152，锥型板上均匀分布多个气孔151。高温烟气可以先在气体腔室152内进行分布，然后穿过锥型板上的多个气孔151进入到水浴中，可以使高温烟气更加均匀地进入到水浴内并对水浴进行加热。可选地，气孔151的孔径为1
‑
10mm，可以有效对高温烟气进行分散。
56.需要说明的是：请继续参阅图5和图8，通过锥型板将内管133和外管134之间形成的第二腔体132的下端封闭，盘管141的出液端143贯通外管134的下端的靠近锥型板的位置。则可以使盘管141内的待加热流体进入到第二腔体132内，并且能够使设备的结构较为紧凑。
57.请继续参阅图8，锥型板的下端面与罐体110的底壁113之间具有1
‑
3mm的间隙153。水浴中的一部分水会经过锥型板与罐体110的底壁113之间形成的间隙153进入到气体腔室152内，高温烟气通入到气体腔室152内以后，可以使气体腔室152中的水汽化成水蒸气，与高温烟气一起进入到外管134外的水浴中，形成水浴循环，有利于高温烟气对水浴加热。
58.上述浸没燃烧加热设备的使用方法如下：在罐体110内，浸没管130外的腔室中装放水。燃烧器120燃烧燃气并产生高温烟气，高温烟气进入到第一腔体131内，并通过第一腔体131进入到水浴内对水浴加热。向换热管140内通入待加热流体，使换热管140内的待加热流体与液体介质进行热交换以后，待加热流体进入到第二腔体132内，与第一腔体131内的高温烟气进行热交换。
59.可选地，在罐体110内外管134外的腔室中装放一半左右的水，水一般不充满腔室，装一半左右即可。盘管141的进液端142位于顶盖111的上方，并且盘管141穿过顶盖111，绕设在外管134外，且上段盘管141位于水浴上方，下段盘管141位于水浴中。盘管141的出液端143设置于外管134的下端且于第二腔体132连通。
60.燃烧器120燃烧燃气并产生高温烟气，高温烟气进入到第一腔体131内，并通过第一腔体131和多孔板150的多个气孔151，将高温烟气分割成多孔小气泡进入到水浴中，对水浴进行加热。
61.向盘管141的进液端142通入待加热流体，盘管141上段的待加热流体与水浴上方的水蒸气进行热交换，使水蒸气液化成水珠进入到水浴中，盘管141下段的待加热流体与水
浴进行热交换。然后从出液端143排出至第二腔体132内，与第一腔体131内的高温烟气进行热交换，然后继续通入燃烧器腔室1253内，与燃烧室127内的高温环境进行热交换，从而得到加热液体，该加热液体从加热液体出口1254排出，且加热效果好。
62.进一步地，多孔板150与罐体110的底壁113之间具有一定的间隙153，使水浴中的部分水可以进入到多孔板150与罐体110的底壁113之间形成的气体腔室152内，高温烟气从第一腔体131通入到气体腔室152内以后，可以使气体腔室152中的水汽化成水蒸气，与高温烟气一起进入到外管134外的水浴中，形成水浴循环，有利于高温烟气对水浴加热。
63.需要说明的是，上述的待加热流体可以是液体、气体或浆液等。本申请不做限定。只要能够通过上述方式进行加热的流体均在本申请的保护范围之内。
64.本申请实施例提供的浸没燃烧加热设备及其使用方法的有益效果包括：
65.(1)、使用多孔介质燃烧器作为浸没燃烧加热设备中的燃烧器120，燃烧器出口1241喷出的均为高温烟气，没有火焰的存在，设备的运行更稳定。且由于没有火焰的存在，可以使多孔介质燃烧器与水浴的液面的间隙153减小，可以使设备结构更加紧凑。同时，相较于常规的燃烧器120，多孔介质燃烧器的负荷调节比大、空燃调节比大，可以使设备的燃烧过程更稳定，也增大了设备的调节比。
66.(2)、换热管140的出液端143与第二腔体132连通，将换热管140内的待加热流体引入到第二腔体132内。由于第一腔体131和第二腔体132能够热交换，燃烧器120燃烧以后产生的高温烟气先经过第一腔体131，此时，第一腔体131内的高温烟气和第二腔体132内的待加热流体之间能够进行热交换，可以使进入水浴内的高温烟气的温度降低，既可以在一定程度上加热水浴，又可以使水浴的温度不会过高，换热管140内的待加热流体能够与水浴进行热交换。待加热流体在换热管140中与水浴进行热交换以后，可以继续进入第二腔体132内，与第一腔体131内的高温烟气进行热交换，可以进一步提高待加热流体的温度，可以使待加热流体的加热温度高于液体介质的温度。同时，浸没管130位于液体介质中，且浸没管130的第二腔体132内的待加热流体可以与高温烟气进行热交换，可以使浸没管130的管壁的温度降低，浸没管130不易发生变形，使用寿命更长。
67.(3)、盘管141的上段位于水浴上方，盘管141的下段位于水浴内。由于水浴的温度较高，会产生大量的水蒸气充满罐体110的上部分，盘管141的上段中的待加热流体温度较低，会与水蒸气进行热交换，使水蒸气液化变成水落入水浴中，使水蒸气中所含的汽化潜热能够被重新回收。盘管141的下段中的待加热流体与水进行热交换，使待加热流体的加热效果更好。
68.(4)、浸没管130下方的多孔板150的设置，可以使高温烟气通过多个气孔151分割成多个小气泡进入到液体介质中，不断上浮的小气泡较为稳定，可以对液体介质进行稳定加热，能够达到稳定液体介质的液面，并且稳定燃烧器120背压的效果。
69.(5)、多孔板150与罐体110的底壁113之间具有一定的间隙153，使水浴中的部分水可以进入到多孔板150与罐体110的底壁113之间形成的气体腔室152内，高温烟气从第一腔体131通入到气体腔室152内以后，可以使气体腔室152中的水汽化成水蒸气，与高温烟气一起进入到外管134外的水浴中，形成水浴循环，有利于高温烟气对水浴加热。
70.以上所述仅为本申请的一部分实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何
修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。