專利名稱:一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鞯闹谱鞣椒?br>
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種燃燒氣體燃料的燃燒設(shè)備,特別涉及一種燃?xì)鉄崴鳌?br>
背景技術(shù):
目前市場(chǎng)上銷售的燃?xì)鉄崴骶脷怏w燃料燃燒產(chǎn)生的熱能與水管進(jìn)行對(duì)流換熱,從而將燃?xì)獾臒崮苻D(zhuǎn)變?yōu)樗臒犰省?duì)流換熱越大,則效率就越高,即同樣的熱能可將熱水溫度升得更高。為此,幾乎所有的熱水器都在水管外壁焊上了翅片,以加強(qiáng)對(duì)流換熱。然而,正是這一翅片,使現(xiàn)有熱水器體積較大。這是由于翅片不能與高溫燃燒氣體直接接觸,否則易燒坯,只能使翅片遠(yuǎn)離火焰的高溫區(qū),這就增大了熱水器的體積。正如前面所提到的那樣,為了獲得較高的換熱率,就必須保持高的燃?xì)馑俣?,因此,?dāng)高溫燃燒產(chǎn)物的部份熱能被水管吸收(變成熱水)后,這時(shí)燃燒產(chǎn)物的溫度(或煙溫)尚較高,為了使這部份燃燒產(chǎn)物的溫度(或煙溫)降下來達(dá)到排放要求(一般約為150℃~200℃),就必須摻混大量的空氣才行。為此,現(xiàn)有的熱水器都是將部分空氣沿著熱水器內(nèi)壁面流動(dòng),這樣既可防止器壁的溫度過高,又可用來與較高溫度的燃燒產(chǎn)物(煙氣)混合,使之達(dá)到排煙溫度的要求。這樣,從表面上看,排煙溫度符合要求,NOX的排放量又較低,似乎滿足了要求。但是,用這種方式來降低排煙溫度,其效率極低,NOX排放量也較高。這是因?yàn)殡m然排煙溫度降到了要求,但其中O2含量將大大增加。根據(jù)排煙中的氧含量可容易地算得這時(shí)的空氣過量系數(shù)。盡管用了大的空氣過量系數(shù)可降低NOX,但在計(jì)算NOX排放量時(shí),必須將它折算到6%的O2濃度,這樣NOX在煙氣中的含量又增加了。據(jù)本發(fā)明人對(duì)一臺(tái)實(shí)驗(yàn)室用的家庭熱水器的測(cè)定結(jié)果,其過量空氣系數(shù)為1.7,NOX為183ppm(6%O2濃度),其效率為≤80%,低于國(guó)家規(guī)定的熱水器效率應(yīng)大于80%的標(biāo)準(zhǔn)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鳎瑢⒁酝詫?duì)流為主的傳熱方式轉(zhuǎn)化成以導(dǎo)熱、輻射為主的傳熱方式,從而可有效減小熱水器的體積,提高熱效率和降低NOX的排放。
本發(fā)明的目的是通過如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鳎ㄈ紵壹盁崴魍鈿?,所述燃燒室?nèi)設(shè)有加熱水管,該燃燒室下部設(shè)有燃燒器、一次風(fēng)入口和燃?xì)馊肟?,其特征在于在燃燒器預(yù)混火焰上部布置有多孔陶瓷板,該陶瓷板上敷有多孔陶瓷材料,所述的加熱水管直接埋入多孔陶瓷材料中構(gòu)成多孔陶瓷換熱器。
本發(fā)明所述的多孔陶瓷換熱器可采用上下兩級(jí),并在下一級(jí)多孔陶瓷換熱器中的加熱水管上部的燃燒室壁面上設(shè)有二次風(fēng)入口。
本發(fā)明的技術(shù)特征還在于在所述的燃燒室壁面的外側(cè)設(shè)有螺旋式的冷水預(yù)熱管,該預(yù)熱管的出口與加熱水管的進(jìn)口相連通。
在上述方案的基礎(chǔ)上,為了進(jìn)一步提高燃燒器的熱效率,在所述燃燒室與熱水器外殼之間設(shè)有隔熱板;并在所述的燃燒室壁面的內(nèi)側(cè)涂有耐熱材料。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下優(yōu)點(diǎn)及突出性效果現(xiàn)有的燃?xì)鉄崴?,其燃燒溫度高達(dá)1500℃~1600℃,因此其NOX排放量較高,一般達(dá)200ppm。本發(fā)明采用的多孔陶瓷換熱器將以往以對(duì)流為主的傳熱方式轉(zhuǎn)化為多孔陶瓷的輻射、導(dǎo)熱為主的換熱方式,即實(shí)現(xiàn)了“鍋中有爐,爐中有鍋”的變革,不僅大大提高了燃燒器的傳熱效率,而且體積小,結(jié)構(gòu)緊湊。在這種換熱方式下,氣流速度不是越快越好,而是要較慢,這樣可以使未燃?xì)怏w在多孔陶瓷中充分燃燒,將氣體的熱能充分地傳給多孔陶瓷,使多孔陶瓷的溫度提高。而將水管埋在高溫多孔陶瓷中,其等效輻射傳熱(輻射+氣體對(duì)流+多孔陶瓷導(dǎo)熱)比傳統(tǒng)熱水器的對(duì)流換熱大得多,強(qiáng)化了傳熱,因此它是真正的高效、低污染的熱水器。同時(shí)由于在燃燒和換熱段增加了二次風(fēng),使其空氣過量系數(shù)等于或略高于1,這樣既提高了熱效率,又實(shí)現(xiàn)了低NOX排放的目的。本發(fā)明還可用于燃?xì)忮仩t。
圖1為本發(fā)明提供的采用上下兩級(jí)多孔陶瓷換然器的燃?xì)鉄崴鲗?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2為本發(fā)明提供的帶有冷水預(yù)熱管的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鲗?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3為本發(fā)明提供的在燃燒室與熱水器外殼之間設(shè)有保溫材料的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鲗?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中1-燃燒室;2-熱水器外殼;3-燃燒室壁面;4-燃燒器;5-次風(fēng)進(jìn)口;6-燃?xì)膺M(jìn)口;7-預(yù)混火焰;8-多孔陶瓷板;9-多孔陶瓷材料;10-加熱水管;11-二次風(fēng)入口;12-冷水進(jìn)水管;13-熱水出水管;14-保溫材料;15-冷水預(yù)熱管;16-預(yù)熱管進(jìn)口;17-預(yù)熱管出口;18-隔熱板;19-耐熱材料。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖,詳細(xì)說明本發(fā)明的具體結(jié)構(gòu)、工作原理、工作過程及實(shí)施方式。
圖1為本發(fā)明提供的采用兩級(jí)多孔陶瓷換熱器的燃?xì)鉄崴鲗?shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。包括燃燒室1和熱水器外殼2,在燃燒室1下部設(shè)有燃燒器4、一次風(fēng)入口5和燃?xì)膺M(jìn)口6,在燃燒器上部即預(yù)混火焰7的上面布置有多孔陶瓷板8,該陶瓷板上設(shè)有多孔陶瓷材料9,多孔陶瓷材料可采用泡沫多孔陶瓷,其孔隙率>60%。加熱水管10直接埋入多孔陶瓷材料中構(gòu)成多孔陶瓷換熱器;加熱水管10可采用螺旋管或直管。多孔陶瓷換熱器可采用一級(jí),為進(jìn)一步提高熱水器的熱效率,可采用上下兩級(jí)布置。采用兩級(jí)換熱器時(shí),可在第一級(jí)陶瓷換熱器加熱水管上部的燃燒室壁面上設(shè)置二次風(fēng)口11。為了提高熱水器的熱效率,在燃燒室壁面3與外殼2之間設(shè)有泡沫棉或石棉等保溫材料14,同時(shí)還可在所述的燃燒室壁面的內(nèi)側(cè)涂有耐熱材料,例如采用耐火水泥。
本發(fā)明的另一種實(shí)施例是在燃燒室壁面的外側(cè)設(shè)有螺旋式的冷水預(yù)熱管,該方案是使進(jìn)入多孔陶瓷換熱器的冷水由預(yù)熱管進(jìn)口16進(jìn)入,經(jīng)纏繞在燃燒室壁面外側(cè)的冷水預(yù)熱管15預(yù)熱后,再由預(yù)熱管出口17流出,然后經(jīng)冷水進(jìn)水管12分別進(jìn)入陶瓷換熱器的加熱水管內(nèi)。
該技術(shù)方案還可在熱水器外殼與燃燒室壁面之間設(shè)置隔熱板18。該隔熱板可采用不銹鋼板或其他金屬板。
熱水器運(yùn)行時(shí),天然氣由燃?xì)馊肟?進(jìn)入,空氣由一次風(fēng)入口5進(jìn)入燃燒器4,點(diǎn)火后形成預(yù)混火焰7。由于其過量空氣系數(shù)<1,所以其燃燒溫度不高,一般在1200℃~1400℃,因此Nox排放量很低。煙氣經(jīng)與第一級(jí)陶瓷換熱器中的加熱水管換熱后,溫度下降,這時(shí)可通過設(shè)置在燃燒室壁面上的二次風(fēng)口11補(bǔ)入二次風(fēng)繼續(xù)燃燒,未完全燃燼的燃料可在進(jìn)入第二級(jí)多孔陶瓷換熱器中繼續(xù)燃燼。燃燒后的煙氣由煙鹵口排出,其煙溫約在150℃~200℃左右。冷水通過冷水進(jìn)水管12分別進(jìn)入上下兩級(jí)的陶瓷換熱器內(nèi)的加熱水管內(nèi),加熱后的熱水分別通過熱水出水管13流出。
實(shí)施例按本發(fā)明的技術(shù)方案設(shè)計(jì)了一臺(tái)試驗(yàn)用的多孔陶瓷熱水器,其給定與測(cè)定的參數(shù)如下水流量Q水=100kg/h,天然氣流量Q天然氣=0.43~0.54m3/h天然氣熱值H天然氣=33440(KJ/m3),過量空氣系數(shù)α=1.1~1.5排煙溫度t煙=150~200℃,水的進(jìn)口溫度t進(jìn)口=25℃水的出口溫度t出口=45~56℃,水的比熱Cp水=4.18KJ/kg·K圖1測(cè)量結(jié)果
由此可見,多孔陶瓷熱水器具有高的熱效率及很低的NOX排放量,這對(duì)用戶十分有利,它可節(jié)省所用天然氣,從而節(jié)省開支。熱水器幾乎每家都有,其每年的NOX排放量相當(dāng)可觀。若每臺(tái)熱水器其NOX排放都只有40~50ppm,則每年NOX至少降低100倍,這對(duì)清潔環(huán)境意義十分重大。
權(quán)利要求
1.一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鳎ㄈ紵?1)及熱水器外殼(2),所述燃燒室內(nèi)設(shè)有加熱水管(10),該燃燒室下部設(shè)有燃燒器(4)、一次風(fēng)入口(5)和燃?xì)馊肟?6),其特征在于在燃燒器預(yù)混火焰(7)的上部布置有多孔陶瓷板(8),該陶瓷板上敷有多孔陶瓷材料(9),所述的加熱水管(10)直接埋入多孔陶瓷材料中構(gòu)成多孔陶瓷換熱器。
2.按照權(quán)利要求1所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鳎涮卣髟谟谒龅亩嗫滋沾蓳Q熱器采用上下兩級(jí),在第一級(jí)多孔陶瓷換熱器中的加熱水管上部的燃燒室壁面(3)上設(shè)有二次風(fēng)入口(11)。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?,其特征在于在所述燃燒室的壁面外?cè)設(shè)有螺旋式的冷水預(yù)熱管(15),該預(yù)熱管的出口(17)與加熱水管的進(jìn)口(12)相連通。
4.按照權(quán)利要求3所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?,其特征在于在所述燃燒?1)與熱水器外殼(2)之間設(shè)有隔熱板(18)。
5.按照權(quán)利要求4所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?,其特征在于在所述的燃燒室壁面的?nèi)側(cè)涂有耐熱材料(19)。
6.按照權(quán)利要求1所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴鳎涮卣髟谟谠谒鋈紵?1)與熱水器外殼(2)之間設(shè)有保溫材料(14)。
7.按照權(quán)利要求1所述的多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?,其特征在于所述的加熱水管采用直管或螺旋管?br>
全文摘要
一種多孔陶瓷燃?xì)鉄崴?,涉及一種燃燒氣體燃料的燃燒設(shè)備。本發(fā)明的主要技術(shù)特征是將加熱水管直接埋入多孔陶瓷材料中構(gòu)成多孔陶瓷換熱器,且采用上下兩級(jí)布置,同時(shí)在第一級(jí)多孔陶瓷換熱器中的加熱水管上部的燃燒室壁面上設(shè)有二次風(fēng)入口。該熱水器將以往以對(duì)流為主的傳熱方式轉(zhuǎn)化為多孔陶瓷的輻射、導(dǎo)熱為主的換熱方式,即實(shí)現(xiàn)了“鍋中有爐,爐中有鍋”的變革,不僅大大提高了燃燒器的傳熱效率,而且體積小,結(jié)構(gòu)緊湊。比傳統(tǒng)熱水器的對(duì)流換熱大得多,其空氣過量系數(shù)等于或略高于1,既提高了熱效率,又實(shí)現(xiàn)了低NO
文檔編號(hào)F24H9/18GK1570505SQ20041003419
公開日2005年1月26日 申請(qǐng)日期2004年4月27日 優(yōu)先權(quán)日2004年4月27日
發(fā)明者傅維鑣 申請(qǐng)人:傅維鑣