专利名称：一种高效快速的内燃锅炉及转移式余热回收装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种锅炉，特别是涉及一种内燃锅炉及余热回收装置。
背景技术：
锅炉是人们生活和生产的必要设备，目前的自然循环类型的内燃锅炉在运行时，炉水仅以炉胆吸收到的热能在锅壳的内部进行循环和汽化，上升的热水和下降的水作逆向对流，水分子之间进行逆向碰撞，使得炉水循环的速率很低，而且必须把炉内的全部炉水都加热到饱和温度后才能产出蒸汽；而在强制循环类型的锅炉中，虽然循环效率很高，但也存在必须把炉水全部加热到饱和温度才能产汽的缺点。锅炉存在着热交换能力差、热效率低、排放的烟气温度高、生产蒸汽慢等缺点，一般的锅炉从起炉到产生蒸汽压力，需很长的时间，少则需半个小时以上，多则需一个小时以上，这对于不是连续工作的锅炉来说，不仅浪费了宝贵的能源，而且浪费了时间。当前，节约能源和环境保护是人类面临的的严峻问题，人们正在积极研究和开发新的能源，同时也在积极研究和完善现有能源的燃烧结构，以解决化学不完全燃烧及机械不完全燃烧所造成的热损失和环境污染问题，目前已初露端倪，如运用把水和油合成燃气的技术、油包水乳化技术、二次补氧燃烧技术、水助燃技术、燃氢技术等，都能不同程度的达到节能及消除烟气有害物质的效果，随着社会的进步，消除锅炉烟气中的有害物质将会变得越来越容易。当消除了锅炉烟气的有害物质后，锅炉就有可能不需要用烟囱进行高位排放烟气，从而消灭烟囱，但这还需要解决锅炉废气的热污染问题。为了克服现有锅炉的缺点，提高锅炉的热效率，降低锅炉废气的温度，为取消锅炉烟囱创造条件，达到即节约能源又减少对环境的污染，本实用新型提供一种高效节能的锅炉及转移式余热回收装置。
实用新型内容本实用新型提供的锅炉，通过改变一般锅炉的结构，使锅炉具有炉水通过锅壳的外部进行循环和汽化的特点，来实现高效快速的产出蒸汽，同时节省能源。本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是在锅炉的高温区烟气室内设置蒸发器和汽水分离管，并组合成一个单向顺流的炉水循环系统，产生的蒸汽直接进入到锅筒的储汽部位，不需把全部的炉水加热到饱和温度就能产出蒸汽，使锅炉具有高效吸收热量和快速产出蒸汽的能力；利用水的比热大、储热能力强的特点，用水循环换能的方式把烟气中的热量进行回收、转移、储存使用，既节省了能源又可以大幅度降低废气的温度，减少热污染，使得废气可以进行低位排出，当配合优化的燃烧技术或配置空气净化装置便可取消锅炉的烟囱。本实用新型的锅炉在提供蒸汽的同时还可提供低压力的生活热水，而不需增加燃料消耗。
本实用新型实现上述目标的具体措施是这样的锅炉本体由燃烧室、锅壳、隔板、蒸发器、汽水分离管、锅筒、下降管以及其它附件组成。转移式余热回收装置由余热回收室、热交换器、储热水箱、连接管道组成。本实用新型的锅炉本体主要功能是高效节能并且快速生产蒸汽或热水；转移式余热回收系统的主要功能是回收锅炉烟气的余热生产热水，同时用循环水的吸热来把锅炉烟气的温度控制在较低的范围内。实际使用时，锅炉本体与转移式余热回收系统可分开安装，通过管道进行连接；也可组合为一体，作为一件整体产品；还可以分开单独使用，其中的转移式余热回收系统可以与其它类型的锅炉进行组合使用。在本实用新型的锅炉本体中，锅壳的内部设置有隔板，把锅壳分为外环和内环，隔板的下端留有空隙，使炉水由外环通过隔板的下端进入内环而进行循环，燃烧室在锅壳的内环一侧，内环的水受热后呈上升运动，外环的水呈下降运动。蒸发器和汽水分离管同置于高温区的烟气室内，串接在锅壳的内环与锅筒之间，组成一个单向顺流的炉水循环系统，各装置内部的水不会相互对流碰撞，使得炉水的循环速率很高。蒸发器由多组盘管或排管串套翅片组合而成，受热面积很大，因而热交换效率相当高，能快速吸收燃料燃烧所放出的热量。蒸发器与汽水分离管相互作用产生了很强的循环推力，形成了水泵效应，加速炉水的循环和汽化。汽水分离管通过三通连接到锅筒的循环水输入接口和蒸汽输入接口，由蒸发器内产生的汽水混合物在汽水分离管中进行分离，分离出的蒸汽直接由蒸汽输入接口进入锅筒的储汽部位，高温炉水由循环水输入接口进入锅筒的储水部位进行循环。在本实用新型的转移式余热回收装置中，余热回收室是锅炉的烟气通道组成部分，在余热回收室内设置热交换器，热交换器通过管道与储热水箱进行连接，组合成一个水循环转移换能方式的余热回收系统，其中的热交换器由比蒸发器更多组的盘管或排管串套翅片组合而成，受热面积比蒸发器更大，高温烟气通过余热回收室时便把热量传递给热交换器内的水，水受热后产生重力循环作用，自动把热量转移进储热水箱储存。储热水箱的热水可提供暖气媒水或供应生活热水或作锅炉的补充水，当锅炉的补充水来自储热水箱时，则必须对进入储热水箱的水预先进行软化处理，使其达到锅炉用水的水质标准。本装置运用水的比热大、储热能力强的特点来进行调节和控制锅炉的排烟温度，使烟气温度与循环水的温度接近。燃料燃烧后的高温烟气经热交换器内的循环水吸收热量后，由于温度降低而体积变小，由体积变小而密度增大，由密度增大而产生了向下的重力，在余热回收室内自行沉降排出。
本实用新型通过上述措施对锅炉结构的改变，因烟气不进行直接排放，可以增加火焰气流在燃烧室的滞留时间，提高炉膛的温度和火焰充满度，更利于稳定燃烧和使燃料进行更完全的燃烧。同时，也延长了对流烟气在烟气室的滞留时间，尽管烟气室内有高吸热能力的蒸发器存在，也不会使烟气室的温度降得过低而到达某些腐蚀气体比如三氧化硫的露点温度范围内，因而不会使锅炉发生低温腐蚀。由于烟气室内蒸发器的吸热作用，使烟气室的温度达不到高温腐蚀的温度范围，因而更有利于抑制锅炉高温腐蚀的发生。关于热交换器的低温腐蚀问题，可以采取防腐蚀措施或选用耐腐蚀的材料进行解决，由于热交换器工作在低压力范围，这一问题比较容易解决。
本实用新型的有益效果是通过改变传统锅炉的结构使得锅炉具有高效节能，并且能快速产出蒸汽，可以为用户节省宝贵的能源和时间。采用水循环转移换能的方式把烟气中的余热进行回收利用，不但实现了节能，而且使锅炉的废气没有热污染而可以在低位排出，为取消锅炉的烟囱创造了条件，实现节能和环保的双重效果，本实用新型是一项符合当前积极倡导的节能和环保项目。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明
图1是本实用新型的系统连接示意图。
图2是本实用新型的第一个实施例结构图。
图3是权利要求4的实施例结构图。
图4是权利要求5的实施例结构图。
图5是权利要求6的实施例结构图。
图6是权利要求9的实施例结构图。
图中1.锅筒的蒸汽输入接口，2.锅筒的循环水输入接口，3.汽水分离管，4.蒸发器，5.烟气室，6.锅壳的循环水输出接口，7.燃烧室，8.烟气，9.储热水箱的循环水输入接口，10.热交换器，11.废气出口，12.储热水箱的循环水输出接口，13.储热水箱的补充水接口，14.储热水箱，15.储热水箱的热水出口，16.自动排汽阀或呼吸管，17.锅炉的进水接口，18.锅壳内的隔板，19.锅壳，20.锅壳的循环水输入接口，21.下降管，22.锅筒，23.蒸汽出口管座，24.安全阀接口，25.锅炉烟气输出接口，26.蒸发器的汽水出口，27.蒸发器的进水接口，28.锅炉排污阀接口，29.耐火材料，30.燃烧器接口，31.火管，32.液位计接口，33.压力表接口，34.热交换器的出水口，35.烟气温度表，36.热交换器的进水口，37.余热回收室，38.保温层，39.余热回收室的烟气输入接口，40.储热水箱的排污阀。
具体实施方式
图1中，由锅壳(19)、蒸发器(4)、汽水分离管(3)、锅筒(22)、下降管(21)组成一个炉水循环系统。其中锅壳内的隔板(18)把锅壳(19)分隔为外环和内环，隔板(18)的下端留有空隙，使炉水由外环通过隔板(18)的下端进入内环进行循环；锅壳(19)内环的循环水输出接口(6)连接到蒸发器(4)下部的进水接口，蒸发器(4)上部的汽水出口连接到汽水分离管(3)；汽水分离管(3)通过三通连接到锅筒(22)的循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)；当设计为热水锅炉时，取消锅筒的循环水输入接口(2)和三通，改为蒸发器(4)上部的出水接口连接到汽水分离管(3)的下端，汽水分离管(3)的上端连接到锅筒(22)的接口(1)；锅筒(22)的下端用下降管(21)连接到锅壳(19)外环的循环水输入接口(20)，下降管(21)用绝热材料进行热隔离；热交换器(10)下部的进水接口连接到储热水箱(14)的循环水输出接口(12)，热交换器(10)上部的出水接口连接到储热水箱(14)的循环水输入接口(9)；储热水箱(14)的顶部有自动排汽阀或呼吸管(16)，自动排汽阀用于带压工作的储热水箱上，呼吸管用于常压工作的储热水箱上；烟气(8)由燃料在燃烧室(7)内燃烧产生，烟气(8)通过火管(31)进入到烟气室(5)，烟气(8)从蒸发器(4)的翅片空隙中穿过，交换出部份热量后又从热交换器(10)的翅片空隙中穿过，再次交换出热量后，密度变大而自动沉降，从废气出口(11)排出。
在图2所示的实施例中，锅炉的本体由燃烧室(7)、锅壳(19)、锅筒(22)、蒸发器(4)、汽水分离管(3)、下降管(21)、烟气室(5)组成，各部件连接为一个单向顺流的炉水循环系统。其中汽水分离管(3)及蒸发器(4)置于烟气室(5)中，蒸发器(4)的进水接口(27)与锅壳(19)内环的循环水输出接口(6)相连接，蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)，汽水分离管(3)通过三通连接到锅筒(22)的循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)；当设计为热水锅炉时，取消锅筒的循环水输入接口(2)和三通，改为蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)的下端，汽水分离管(3)的上端连接到锅筒(22)的输入接口(1)；锅筒(22)的底部通过下降管(21)连接到锅壳(19)外环的循环水输入接口(20)，下降管(21)用绝热材料进行热隔离。
在图3所示的实施例中，余热回收室(37)与锅炉本体连为一体，其间用保温层(38)隔开，余热回收室(37)的上部与烟气室(5)相通，热交换器(10)置于余热回收室(37)内，热交换器(10)有进水接口(36)和出水接口(34)，可以通过管子与外部的热水设备或储热水箱(14)连接，当热交换器(10)与储热水箱(14)进行连接时，热交换器(10)的进水接口(36)与储热水箱(14)的循环水输出接口(12)相连接、热交换器(10)的出水接口34与储热水箱(14)的输入接口(9)相连接。汽水分离管(3)及蒸发器(4)置于烟气室(5)中，蒸发器(4)的进水接口(27)连接到锅壳(19)的循环水输出接口(6)，蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)，汽水分离管(3)通过三通连接到锅筒(22)的循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)；当设计为热水锅炉时，取消锅筒的循环水输入接口(2)和三通，改为蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)的下端，汽水分离管(3)的上端连接到锅筒(22)的接口(1)；锅筒(22)的下端用下降管(21)连接到锅壳(19)的循环水输入接口(20)，下降管(21)用绝热材料进行热隔离。燃烧室(7)内的烟气穿过火管(31)进入到烟气室(5)及余热回收室(37)，与蒸发器(4)及热交换器(10)进行热交换，烟气交换出热量后密度变大而自动沉降，从废气出口(11)排出。
在图4所示的实施例中，锅炉的本体由燃烧室(7)、锅壳(19)、蒸发器(4)、汽水分离管(3)、烟气室(5)组成，各部件相互连接为一个单向顺流的炉水循环系统。其中汽水分离管(3)及蒸发器(4)置于烟气室(5)中，其中的蒸发器(4)为圆形盘管，蒸发器(4)的进水接口(27)与锅壳(19)的循环水输出接口(6)相连接，蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)，汽水分离管(3)通过三通连接到锅壳(19)的循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)；当设计为热水锅炉时，取消锅筒的循环水输入接口(2)和三通，改为蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)的下端，汽水分离管(3)的上端连接到锅筒(22)的接口(1)。
在图5所示的实施例中，锅炉本体由燃烧室(7)、锅壳(19)、汽水分离管(3)、烟气室(5)组成。其中汽水分离管(3)置于烟气室(5)中，汽水分离管(3)串接于锅壳(19)的循环水输出接口(6)与循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)之间；当设计为热水锅炉时，取消循环水输入接口(2)和三通，改为汽水分离管(3)串接于锅壳(19)的循环水输出接口(6)与接口(1)之间。
图3、图4、图5所示的实施例中，当用隔板(18)把锅壳(19)分隔成内环和外环时，隔板(18)的下端留有空隙，使外环的水通过隔板的下端进入到内环，以有利于炉水的单向顺流循环。
上述的锅炉，燃烧室(7)在锅壳(19)内，燃料在燃烧室(7)进行燃烧时所产生的辐射热传递给锅壳(19)的内环的炉胆壁，锅壳(19)内环的水吸收热量后进行上升运动，锅壳(19)的外环水随即呈下降运动补充进了内环，由于锅壳(19)的内环与外环间有隔板(18)，上升的热水和下降的水分别在各自的通道内运动，避免了水分子之间的逆向碰撞。蒸发器(4)与汽水分离管(3)连接后串接于锅壳(19)的内环与锅筒(22)之间，组成一个单向顺流的炉水循环系统，汽水分离管(3)为一段连接管子或容器，可以是直管，也可以是弯管、盘管或蛇形管；蒸发器(4)由多组盘管或排管套串翅片组合而成，受热面积很大，因而热交换能力相当高，在锅炉烟气进行对流时把热量传递给了蒸发器(4)内的炉水，使炉水继续升温和汽化而成为汽水混合物，并促使汽水混合物产生强有力循环动能。蒸发器(4)内的汽水混合物在循环作用力的推动下进入到汽水分离管(3)，汽水分离管(3)在烟气室(5)中接受到的高温烟气热量使得管内的汽水混合物密度变得更小，形成更大的上升动能，汽水分离管(3)和蒸发器(4)的循环推力相互作用，更加速了炉水的循环和汽化。汽水混合物在汽水分离管(3)进行分离，蒸汽由锅筒(22)的蒸汽输入接口(1)进入锅筒(22)的储汽部位，高温炉水由循环水输入接口(2)进入锅筒(22)的储水部位进行循环。因汽水分离管(3)内的水比锅壳或锅筒内的水要少得多，所以本实用新型的在锅壳的外部进行炉水循环及采用汽水分离管(3)来分离蒸汽，速度要快得多，达到了快速产汽的能力。
在图6所示的实施例中，是一套转移式的余热回收装置，由余热回收室(37)、热交换器(10)、储热水箱(14)组成，其中热交换器(10)置于余热回收室(37)内，储热水箱(14)的循环水输出接口(12)连接到热交换器(10)的进水接口(36)，热交换器(10)的出水接口(34)连接到储热水箱(14)的循环水输入接口(9)，储热水箱的补充水接口(13)通过管子与外设的澎涨水箱连接；储热水箱(14)的顶部有自动排汽阀或呼吸管(16)，自动排汽用于带压工作的储热水箱上，呼吸管用于常压工作的储热水箱上；余热回收室(37)的顶部有烟气输入接口(39)，下部有废气出口(11)，锅炉的烟气从余热回收室(37)的顶部接入，热量被交换后由废气出口(11)排出。
上述的转移式余热回收装置，以水循环转移换能的方式进行工作，利用水的比热大、储热能力强的特点，循环水把锅炉烟气中的余热通过吸收、转移、置换进了储热水箱(14)中，它区别于一般锅炉中的省煤器，一般锅炉中的省煤器内的水是不循环的。高温烟气通过热交换器(10)时把热量传递给热交换器(10)内的水，水受热后产生重力循环作用，自动把热量转移进储热水箱(14)内进行储存。储热水箱(14)的顶端有自动阀或呼吸管(16)，如余热回收系统内有蒸汽产生，自动排汽阀或呼吸管(16)会进行自动排放蒸汽，以保证重力循环的效果。在锅炉工作时，储热水箱内水的温度起着调节锅炉排气温度的作用，当储热水箱内的水温在60℃时，锅炉的排气温度不会超过80℃。
为了能使锅炉正常工作，安全运行，锅炉还应有如下的配置燃料输送系统、燃烧器或燃烧装置、引风装置、给水系统、水位计、安全阀、压力表、温度表、电控箱等。锅炉本体上还必须有人孔或头孔、手孔、除灰装置、防爆门等。这些都属于公知的范围，本文就不作叙述了。
权利要求1.一种高效快速的内燃锅炉，具有炉水通过锅壳的外部进行循环和汽化的特点，其特征是锅炉本体由燃烧室(7)、锅壳(19)、蒸发器(4)、汽水分离管(3)、锅筒(22)、下降管(21)、烟气室(5)组成，其中蒸发器(4)与汽水分离管(3)连接后，再串接于锅壳(19)的循环水输出接口(6)与锅筒(22)之间；下降管(21)串接于锅筒(22)的底部与锅壳(19)的循环水输入接口(20)之间。
2.根据权利要求1所述的一种高效快速的内燃锅炉，其特征是由锅壳(19)的循环水输出接口(6)与蒸发器(4)的进水接口(27)连接，蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)，汽水分离管(3)通过三通连接到锅筒(22)的循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)，锅筒(22)的底部通过下降管(21)连接到锅壳(19)的循环水输入接口(20)。
3.根据权利要求1所述的一种高效快速的内燃锅炉，其特征是汽水分离管(3)和蒸发器(4)安装在烟气室(5)内。
4.根据权利要求1所述的一种高效快速的内燃锅炉，其特征是用隔板(18)把锅壳(19)的内部分成外环和内环，隔板(18)的下端留有空隙，外环的水通过隔板的下端进入内环。
5.一种高效快速的内燃锅炉，其特征是锅炉本体由燃烧室(7)、锅壳(19)、蒸发器(4)、汽水分离管(3)、锅筒(22)、下降管(21)、烟气室(5)、余热回收室(37)、热交换器(10)组成，其中蒸发器(4)的进水接口(27)与锅壳(19)的循环水输出接口(6)相连接，蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)，汽水分离管(3)通过三通连接到锅筒(22)的循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)，锅筒(22)的底部通过下降管(21)连接到锅壳(19)的循环水输入接口(20)；余热回收室(37)与锅壳(19)之间用保温层隔离，余热回收室(37)的上部与烟气室(5)相通，热交换器(10)置于余热回收室(37)中，热交换器(10)有进水接口(36)和出水接口(34)。
6.一种高效快速的内燃锅炉，其特征是锅炉本体至少由燃烧室(7)、锅壳(19)、蒸发器(4)、汽水分离管(3)、烟气室(5)组成，其中蒸发器(4)的进水接口(27)与锅壳(19)的循环水输出接口(6)相连接，蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)，汽水分离管(3)通过三通连接到锅壳(19)的循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)。
7.一种高效快速的内燃锅炉，其特征是锅炉本体至少由燃烧室(7)、锅壳(19)、汽水分离管(3)、烟气室(5)组成，其中汽水分离管(3)串接于锅壳(19)的循环水输出接口(6)与循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)之间。
8.一种高效快速的内燃锅炉及转移式余热回收装置，其特征是由燃烧室(7)、锅壳(19)、隔板(18)、蒸发器(4)、汽水分离管(3)、锅筒(22)、下降管(21)、烟气室(5)、余热回收室(37)、热交换器(10)、储热水箱(14)和连接管道组成，其中隔板(18)置于锅壳(19)内，把锅壳分为外环和内环，隔板(18)的下端留有空隙；蒸发器(4)的进水接口(27)与锅壳(19)的循环水输出接口(6)相连接，蒸发器(4)的汽水出口(26)连接到汽水分离管(3)，汽水分离管(3)通过三通连接到锅筒(22)的循环水输入接口(2)和蒸汽输入接口(1)，锅筒(22)的底部通过下降管(21)连接到锅壳(19)的循环水输入接口(20)；热交换器(10)置于余热回收室(37)内，热交换器(10)的下部进水接口(36)连接到储热水箱(14)的循环水输出接口(12)、热交换器(10)的出水接口(34)连接到储热水箱(14)的循环水输入接口(9)。
专利摘要本实用新型提供一种高效快速的内燃锅炉及转移式余热回收装置，由单向炉水循环的锅炉本体和水循环转移换能工作方式的余热回收系统组成。本实用新型通过改变传统锅炉的结构来提高锅炉的效率，采用在锅壳的外部直接进行蒸汽和炉水的分离，在汽水分离管和蒸发器的循环推力的相互作用下，加速了炉水的循环和汽化，达到了热交换效率高和快速产汽的设计目的。本实用新型在用循环水来回收锅炉余热的同时又降低了锅炉烟气的排放温度，使废气可以进行低位排出，为取消锅炉烟囱创造条件，达到既节省能源又减少对环境的污染。本实用新型的锅炉在供应蒸汽的同时还可以增加供应生活热水，而不需增加燃料消耗。
文档编号F22B37/26GK2876556SQ200520143160
公开日2007年3月7日 申请日期2005年11月15日 优先权日2005年8月31日
发明者周开根 申请人:周开根