一种基于热媒水的蒸汽加热系统及其方法

摘要

本发明公开了一种基于热媒水的蒸汽加热系统，包括炉体，所述炉体内包括有蒸汽冷凝腔、热媒水腔和过渡腔；所述蒸汽冷凝腔位于热媒水腔上侧，且所述蒸汽冷凝腔的腔底为斜面结构，所述斜面的高侧横向阵列设置有若干蒸汽导通孔，所述蒸汽导通孔将所述热媒水腔上端和所述蒸汽冷凝腔相互导通；本发明的结构简单，充分利用烟气余热，提高能源利用率。

说明书

技术领域

本发明属于热媒水加热领域，尤其涉及一种基于热媒水的蒸汽加热系统及其方法。

背景技术

热媒水的锅炉大量应用于酒店宾馆、住宅小区、商业场所等场合进行采暖、卫生热水供暖；其主要原理是在一个负压的真空容器中填充少部分热媒水，通过燃烧或其它方式加热热媒水，再由热媒水蒸发、产生的水蒸气冷凝至冷凝管上，液化过程放出大量热量来加热需要加热的水；现有的热媒水的锅炉是单纯的热媒水循环系统，没有充分利用其烟气中的余热，同时现有的冷凝管由于液化之后的水还会有部分粘附于冷凝管上，造成冷凝效率低下。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种充分利用烟气余热的一种基于热媒水的蒸汽加热系统及其方法。

技术方案：为实现上述目的，本发明的一种基于热媒水的蒸汽加热系统，包括炉体，所述炉体内包括有蒸汽冷凝腔、热媒水腔和过渡腔；

所述蒸汽冷凝腔位于热媒水腔上侧，且所述蒸汽冷凝腔的腔底为斜面结构，所述斜面的高侧横向阵列设置有若干蒸汽导通孔，所述蒸汽导通孔将所述热媒水腔上端和所述蒸汽冷凝腔相互导通；

所述热媒水腔中还包括燃烧箱，所述燃烧箱为与所述斜面倾斜角度相同的长矩形箱体结构；所述燃烧箱外部浸没于所述热媒水腔内填充的热媒水中；

其中位于所述燃烧箱上侧的热媒水腔为上热媒水腔.，位于所述燃烧箱下侧的热媒水腔为下热媒水腔.；

所述蒸汽冷凝腔的斜面矮侧凹陷设置有蓄水槽；还包括若干耐热型热媒水导管，所述热媒水导管纵向穿过所述燃烧箱，且所述热媒水导管上端导通连接所述蓄水槽槽底，下端导通连接所述过渡腔，所述过渡腔，所述过渡腔与所述下热媒水腔.通过热媒水导孔导通连接。

进一步的，所述燃烧箱内部沿长度方向的高端为烟气排出端.，沿长度方向的矮端为助燃空气入口端；所述烟气排出端.处设置有若干烟气溢出孔群，所述助燃空气入口端.导通连接助燃空气供给通道的出气端，所述助燃空气供给通道的进气端连接外部的助燃空气供给管；

在所述燃烧箱的内腔中靠近助燃空气入口的一侧设置辐射板，所述辐射板与所述燃烧箱的长度方向垂直，且所述辐射板将所述燃烧箱内部分隔成主燃烧室和助燃空气室，其中所述助燃空气室导通所述助燃空气供给通道；所述辐射板的上侧均匀横向阵列有若干排助燃空气溢出孔，各所述助燃空气溢出孔将所述主燃烧室和助燃空气室相互导通；若干所述热媒水导管穿过所述助燃空气室，且辐射板可向所述热媒水导管辐射传导热量；

还包括燃气供给管、燃气分流箱和燃气导入管；所述燃气分流箱为气室箱体结构；所述燃气分流箱设置于所述热媒水腔下方，所述燃气供给管与所述燃气分流箱供气连接，所述燃气导入管为竖向设置的硬质耐热管结构，若干所述燃气导入管成束状分布，若干所述燃气导入管下端导通所述燃气分流箱，若干所述燃气导入管上端穿过所述下热媒水腔.并伸入所述主燃烧室中。

进一步的，若干阵列分布的所述燃气导入管的燃气出口端沿燃烧箱的倾斜上升方向逐次增高分布，所述主燃烧室的上壁的内外两侧分别横向阵列设置有上换热片和下换热片，其若干所述下换热片与下方的各燃气出口端对应设置。

进一步的，所述炉体内还包括纵向副燃烧室，所述纵向副燃烧室竖向设置于所述燃烧箱的烟气排出端.一侧，且所述纵向副燃烧室下端导通所述燃烧箱烟气排出端.处的若干烟气溢出孔群，所述纵向副燃烧室上端设置有副燃烧室排烟口.；所述纵向副燃烧室正下方还设置有蓄热水腔；

所述炉体外部还包括待加热进水管、分流水箱、分流水管和已加热出水管；所述炉体内部还包括冷凝管和竖向加热水管；水平设置的若干所述冷凝管横向阵列排布于所述蒸汽冷凝腔中；

所述待加热进水管导通连接所述分流水箱，所述分流水箱的出水端分流至若干所述分流水管中，若干所述分流水管的出水端分别连接若干所述冷凝管的进水端，若干所述冷凝管的出水端分别导通连接若干所述竖向加热水管的上端；若干所述竖向加热水管竖向穿过所述纵向副燃烧室，且若干所述竖向加热水管的下端出水端伸入所述蓄热水腔中，所述蓄热水腔导通连接所述已加热出水管。

进一步的，所述冷凝管包括四层同轴心设置的管壁，从内至外依次包括第一层管壁.、第二层管壁.、第三层管壁.和第四层管壁.，所述第一层管壁.形成换热烟管，所述第一层管壁.和第二层管壁.之间形成内层水通道，所述第二层管壁.和第三层管壁.之间形成隔热间隙层，所述第三层管壁.和第四层管壁.之间形成外层水通道；

所述冷凝管一端的内层水通道和外层水通道通过若干导通弯管导通，且若干导通弯管沿所述冷凝管呈圆周阵列分布；所述冷凝管另一端的内层水通道和外层水通道分别导通竖向加热水管和分流水管。

进一步的，还包括导烟管、烟气分流箱、集烟箱和总排烟管；所述纵向副燃烧室上端的副燃烧室排烟口.通过所述导烟管连接所述烟气分流箱，所述烟气分流箱的出烟端分流至若干所述换热烟管的一端，若干所述换热烟管的另一端共同导通连接集烟箱.，所述集烟箱导通连接总排烟管。

进一步的，换热烟管管内的中部通过支撑部件同轴心支撑设置有被动风机座，所述风机座两端同轴心转动设置有两被动风机叶片；所述被动风机叶片外圈一体化设置有跟随被动风机叶片一同旋转的转环，所述转环外侧还沿离心方向延伸有弹性棒，所述弹性棒的离心端还固定连接有硬质空心敲击球，所述换热烟管的管内壁还沿长度方向凸出设置有若干硬质敲击片，被动风机叶片旋转可带动硬质空心敲击球间歇性敲击所述硬质敲击片。

进一步的，一种基于热媒水的蒸汽加热系统的方法：

待加热水流向：在水泵装置的作用下，冷水源中的水连续通过待加热进水管进入到分流水箱中，然后进入分流水箱中的水分流至各分流水管中，进而各分流水管中的水分别导入到各冷凝管的外层水通道中，然后外层水通道中的水通过导通弯管导入到冷凝管的内层水通道中，然后各内层水通道中的水导入到各所述竖向加热水管中，然后各所述竖向加热水管中共同导入到蓄热水腔中，最后蓄热水腔中的水导出到已加热出水管中；

燃烧过程：助燃空气供给管连续向助燃空气供给通道供给助燃空气，进而助燃空气导入至助燃空气室中，然后助燃空气室中的空气透过辐射板上的各助燃空气溢出孔均匀溢出至主燃烧室中；与此同时：燃气供给管连续向燃气分流箱供给燃气，进而燃气分流箱中的燃气分流至各燃气导入管中，进而燃气从各燃气导入管上端的燃气出口端连续向上喷出，此时启动打火装置，主燃烧室中燃烧，且各燃气出口端形成喷射形火焰，并对其上方的各所述下换热片加热，在热传导作用下热量传递给各上换热片；由于燃烧膨胀且助燃空气的不断补充，主燃烧室中的烟气、火焰和残余空气迅速通过若干烟气溢出孔群溢出至纵向副燃烧室中，并且在副燃烧室继续燃烧残余燃料，然后产生的烟气通过纵向副燃烧室上端的副燃烧室排烟口.排出至烟气分流箱中，然后烟气分流箱中的烟气分流至各换热烟管中，然后各换热烟管中的烟气共同导入到集烟箱.中，最终集烟箱.中的烟气排出至总排烟管中；

炉体内部的加热过程：热媒水腔中的热媒水受到燃烧箱加热后沸腾，并产生大量水蒸气，其水蒸气通过斜面的高侧的若干蒸汽导通孔溢出至蒸汽冷凝腔中，其高温水蒸气遇到蒸汽冷凝腔中的冷凝管时，由于冷凝管温度较低，产生的蒸汽液化现象，进而液化放热，对冷凝管上的外层水通道中的水进行第一次加热，在冷凝管上液化的水随即滴下至斜面，然后顺着斜面下坡方向流至斜面矮端，然后进入蓄水槽中，此时蓄水槽中的水通过热媒水导管导入到过渡腔中，在此过程中，热媒水导管受到辐射板的辐射热量传导，热媒水导管中的水连续被初步加热；进而过渡腔中被初步加热的水通过热媒水导孔重新回到热媒水腔中，如此形成热媒水循环；

与此同时烟气分流至各换热烟管中的烟气连续对冷凝管上的内层水通道中的水进行第二次加热，此时由于各换热烟管中的烟气形成一定的流速，流动的烟气带动其各换热烟管中的被动风机叶片旋转，进而造成其硬质空心敲击球间歇性敲击所述硬质敲击片，进而造成整个冷凝管发生闲歇性震荡，致使冷凝管外侧冷凝出来的液体水滴受到震荡，进而促进水滴快速掉落，进而促进新的冷凝反应，提高冷凝管的冷凝效率；与此同时副燃烧室连续对竖向加热水管中的水进行第三次加热，最终被加热的水导出至已加热出水管中。

有益效果：本发明的结构简单，充分利用烟气余热，提高能源利用率，同时硬质空心敲击球间歇性敲击所述硬质敲击片，进而造成整个冷凝管发生闲歇性震荡，致使冷凝管外侧冷凝出来的液体水滴受到震荡，进而促进水滴快速掉落，进而促进新的冷凝反应，提高冷凝管的冷凝效率。

附图说明

附图1为本发明整体结构示意图；

附图2为本发明正视图；

附图3为本发明正剖视图；

附图4为本发明第一立体剖视图；

附图5为本发明第二立体剖视图；

附图6为本发明第三立体剖视图；

附图7为冷凝管示意图；

附图8为附图7的标号41处的局部示意图；

附图9为附图8的立体剖开示意图；

附图10为附图7的标号42处的局部示意图；

附图11为冷凝管轴向视图；

附图12为冷凝管的被动风机叶片处的立体剖视图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明，本实施例分为结构介绍和方法原理介绍两部分。

结构介绍：

如附图1、3、4所示的一种基于热媒水的蒸汽加热系统，包括炉体5，所述炉体5内包括有蒸汽冷凝腔31、热媒水腔39和过渡腔33；所述蒸汽冷凝腔31位于热媒水腔39上侧，且所述蒸汽冷凝腔31的腔底为斜面26结构，本实施例中其斜面的倾斜角度为与水平面成15°，所述斜面26的高侧横向阵列设置有若干蒸汽导通孔25，所述蒸汽导通孔25将所述热媒水腔39上端和所述蒸汽冷凝腔31相互导通；所述热媒水腔39中还包括燃烧箱27，所述燃烧箱27为与所述斜面26倾斜角度相同的长矩形箱体结构；所述燃烧箱27外部浸没于所述热媒水腔39内填充的热媒水中；其中位于所述燃烧箱27上侧的热媒水腔39为上热媒水腔39.1，位于所述燃烧箱27下侧的热媒水腔39为下热媒水腔39.2；所述蒸汽冷凝腔31的斜面26矮侧凹陷设置有蓄水槽38；还包括若干耐热型热媒水导管37，所述热媒水导管37纵向穿过所述燃烧箱27，且所述热媒水导管37上端导通连接所述蓄水槽38槽底，下端导通连接所述过渡腔33，所述过渡腔33，所述过渡腔33与所述下热媒水腔39.2通过热媒水导孔35导通连接。

如图2和4所示：所述燃烧箱27内部沿长度方向的高端为烟气排出端27.2，沿长度方向的矮端为助燃空气入口端27.1；如图5所示，所述烟气排出端27.2处设置有若干烟气溢出孔群32，所述助燃空气入口端27.1导通连接助燃空气供给通道11的出气端，所述助燃空气供给通道11的进气端连接外部的助燃空气供给管7；在所述燃烧箱27的内腔中靠近助燃空气入口的一侧设置辐射板23，所述辐射板23与所述燃烧箱27的长度方向垂直，且所述辐射板23将所述燃烧箱27内部分隔成主燃烧室19和助燃空气室36，其中所述助燃空气室36导通所述助燃空气供给通道11；所述辐射板23的上侧均匀横向阵列有若干排助燃空气溢出孔34，各所述助燃空气溢出孔34将所述主燃烧室19和助燃空气室36相互导通，该溢出孔使助燃空气室36更均匀的为主燃烧室19供给助燃空气，有利于主燃烧室19中燃烧充分；若干所述热媒水导管37穿过所述助燃空气室36，且辐射板23可向所述热媒水导管37辐射传导热量；还包括燃气供给管9、燃气分流箱10和燃气导入管30；所述燃气分流箱10为气室箱体结构；所述燃气分流箱10设置于所述热媒水腔39下方，所述燃气供给管9与所述燃气分流箱10供气连接，所述燃气导入管30为竖向设置的硬质耐热管结构，若干所述燃气导入管30成束状分布，若干所述燃气导入管30下端导通所述燃气分流箱10，若干所述燃气导入管30上端穿过所述下热媒水腔39.2并伸入所述主燃烧室19中；若干阵列分布的所述燃气导入管30的燃气出口端22沿燃烧箱27的倾斜上升方向逐次增高分布，如图6所示，所述主燃烧室19的上壁的内外两侧分别横向阵列设置有上换热片28和下换热片29，其若干所述下换热片29与下方的各燃气出口端22对应设置。

如图3所示，所述炉体5内还包括纵向副燃烧室16，所述纵向副燃烧室16竖向设置于所述燃烧箱27的烟气排出端27.2一侧，且所述纵向副燃烧室16下端导通所述燃烧箱27烟气排出端27.2处的若干烟气溢出孔群32，所述纵向副燃烧室16上端设置有副燃烧室排烟口16.1；所述纵向副燃烧室16正下方还设置有蓄热水腔20；

所述炉体5外部还包括待加热进水管3、分流水箱2、分流水管4和已加热出水管15；所述炉体5内部还包括冷凝管24和竖向加热水管18；水平设置的若干所述冷凝管24横向阵列排布于所述蒸汽冷凝腔31中；

所述待加热进水管3导通连接所述分流水箱2，所述分流水箱2的出水端分流至若干所述分流水管4中，若干所述分流水管4的出水端分别连接若干所述冷凝管24的进水端，若干所述冷凝管24的出水端分别导通连接若干所述竖向加热水管18的上端；若干所述竖向加热水管18竖向穿过所述纵向副燃烧室16，且若干所述竖向加热水管18的下端出水端伸入所述蓄热水腔20中，所述蓄热水腔20导通连接所述已加热出水管15。

如图7、8、9、10所示，所述冷凝管24包括四层同轴心设置的管壁，从内至外依次包括第一层管壁24.1、第二层管壁24.2、第三层管壁24.3和第四层管壁24.4，所述第一层管壁24.1形成换热烟管6，所述第一层管壁24.1和第二层管壁24.2之间形成内层水通道45，所述第二层管壁24.2和第三层管壁24.3之间形成隔热间隙层47，所述第三层管壁24.3和第四层管壁24.4之间形成外层水通道44；隔热间隙层47起到热量隔绝作用，防止内层水通道45中的热量传递给外层水通道44，如果没有隔热间隙层47，内层水通道45中的水温要高于外层水通道44，因此会发生热量传递，降低外层水通道44外侧的冷凝强度的同时，还会使内层水通道45中的热量散失。

所述冷凝管24一端的内层水通道45和外层水通道44通过若干导通弯管46导通，且若干导通弯管46沿所述冷凝管24呈圆周阵列分布；所述冷凝管24另一端的内层水通道45和外层水通道44分别导通竖向加热水管18和分流水管4。

如图1和2所示，还包括导烟管14、烟气分流箱13、集烟箱1.1和总排烟管1；所述纵向副燃烧室16上端的副燃烧室排烟口16.1通过所述导烟管14连接所述烟气分流箱13，所述烟气分流箱13的出烟端分流至若干所述换热烟管6的一端，若干所述换热烟管6的另一端共同导通连接集烟箱1.1，所述集烟箱1.1导通连接总排烟管1。

如图11和12换热烟管6管内的中部通过支撑部件50同轴心支撑设置有被动风机座49，所述风机座49两端同轴心转动设置有两被动风机叶片48；所述被动风机叶片48外圈一体化设置有跟随被动风机叶片48一同旋转的转环51，所述转环51外侧还沿离心方向延伸有弹性棒54，所述弹性棒54的离心端还固定连接有硬质空心敲击球52，所述换热烟管6的管内壁还沿长度方向凸出设置有若干硬质敲击片53，被动风机叶片48旋转可带动硬质空心敲击球52间歇性敲击所述硬质敲击片53。

如图1至12所示，本方案的方法、过程、原理、以及技术进步整理：

待加热水流向：在外部水泵装置的作用下，冷水源中的水连续通过待加热进水管3进入到分流水箱2中，然后进入分流水箱2中的水分流至各分流水管4中，进而各分流水管4中的水分别导入到各冷凝管24的外层水通道44中，然后外层水通道44中的水通过导通弯管46导入到冷凝管24的内层水通道45中，然后各内层水通道45中的水导入到各所述竖向加热水管18中，然后各所述竖向加热水管18中共同导入到蓄热水腔20中，最后蓄热水腔20中的水导出到已加热出水管15中；

燃烧过程：助燃空气供给管7连续向助燃空气供给通道11供给助燃空气，进而助燃空气导入至助燃空气室36中，然后助燃空气室36中的空气透过辐射板23上的各助燃空气溢出孔34均匀溢出至主燃烧室19中；与此同时：燃气供给管9连续向燃气分流箱10供给燃气，进而燃气分流箱10中的燃气分流至各燃气导入管30中，进而燃气从各燃气导入管30上端的燃气出口端22连续向上喷出，此时启动打火装置，主燃烧室19中燃烧，且各燃气出口端22形成喷射形火焰，并对其上方的各所述下换热片29加热，在热传导作用下热量传递给各上换热片28；由于燃烧膨胀且助燃空气的不断补充，主燃烧室19中的烟气、火焰和残余空气迅速通过若干烟气溢出孔群32溢出至纵向副燃烧室16中，并且在副燃烧室16继续燃烧残余燃料，然后产生的烟气通过纵向副燃烧室16上端的副燃烧室排烟口16.1排出至烟气分流箱13中，然后烟气分流箱13中的烟气分流至各换热烟管6中，然后各换热烟管6中的烟气共同导入到集烟箱1.1中，最终集烟箱1.1中的烟气排出至总排烟管1中；

炉体5内部的加热过程：热媒水腔39中的热媒水受到燃烧箱27加热后沸腾，并产生大量水蒸气，其水蒸气通过斜面26的高侧的若干蒸汽导通孔25溢出至蒸汽冷凝腔31中，其高温水蒸气遇到蒸汽冷凝腔31中的冷凝管24时，由于冷凝管24温度较低，产生的蒸汽液化现象，进而液化放热，对冷凝管24上的外层水通道44中的水进行第一次加热，在冷凝管24上液化的水随即滴下至斜面26，然后顺着斜面26下坡方向流至斜面26矮端，然后进入蓄水槽38中，此时蓄水槽38中的水通过热媒水导管37导入到过渡腔33中，在此过程中，热媒水导管37受到辐射板23的辐射热量传导，热媒水导管37中的水连续被初步加热；进而过渡腔33中被初步加热的水通过热媒水导孔35重新回到热媒水腔39中，如此形成热媒水循环；蒸汽冷凝腔中冷凝后的水不会原路返回到热媒水腔中，而是顺着斜面结构流向热媒水导管中，冷凝后的水受到辐射板的辐射热量传导，被初步加热之后重新回到热媒水腔中，这样被加热后进入热媒水腔中的冷凝水不会影响热媒水腔中的沸腾状态，维持蒸汽的连续产出，提高冷凝加热的稳定性；同时也避免了原路返回的冷凝水和从热媒水腔出来的蒸汽会发生汇合，造成高温蒸汽还没到达冷凝管就遇到返回的冷凝水发生蒸汽冷凝，造成冷凝浪费现象；

与此同时烟气分流至各换热烟管6中的烟气连续对冷凝管24上的内层水通道45中的水进行第二次加热，此时由于各换热烟管6中的烟气形成一定的流速，流动的烟气带动其各换热烟管6中的被动风机叶片48旋转，进而造成其硬质空心敲击球52间歇性敲击所述硬质敲击片53，进而造成整个冷凝管24发生闲歇性震荡，致使冷凝管24外侧冷凝出来的液体水滴受到震荡，进而促进水滴快速掉落，进而促进新的冷凝反应，提高冷凝管的冷凝效率；与此同时副燃烧室16连续对竖向加热水管18中的水进行第三次加热，最终被加热的水导出至已加热出水管15中。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。