專利名稱：脈動燃燒式熱水、蒸汽微型鍋爐的制作方法
技術領域：
本實用新型為脈動燃燒式熱水、蒸氣微型鍋爐，屬于熱水及產生蒸氣的鍋爐領域。
目前使用的氣體燃料或液體燃料的熱水、蒸氣鍋爐都屬于穩態燃燒型，不論是鼓風式還是引射式的都屬于敞開式燃燒方式。為了達到較高燃燒效率和熱效率，需要較大容積的爐膛和面積很大的換熱器；需要精細安排混合、霧化(對液體燃料)、燃燒過程；需要較大的余氣系數。這些鍋爐均需要用煙囪，利用浮力把煙氣排出，因而很大一部分熱能隨煙氣排放到大氣中浪費掉，以使其熱效率只有60－70％。為提高熱效率，一些采用新技術的鍋爐采用引風機并裝設節能換熱器降低排煙溫度，把熱效率提高到80％，但又增加了二次能源電能的大量消耗。(事實上，國內目前基本上沒有成熟的燃氣熱水鍋爐，只是把燃煤茶浴爐的爐排換成氣體燃料燒嘴)。
由于燃燒效率低，現有鍋爐煙氣中CO(一氧化碳)含量均在幾百ppm數量級，而且伴有可觀的煙塵產生，特別是液體燃料的鍋爐更為嚴重。在穩態燃燒的大容積爐膛里，煙氣在鍋爐膛高溫區停留時間長，因而NOx(氧化氮)污染物生成率較高。
從構造上說，現有鍋爐爐膛容積大，需大面積換熱器，燃燒和換熱是分在兩個部件分別完成，因而鍋爐體積大，重量大，耗用大量的原材料及制作成本。
本實用新型的目的在于針對目前基于穩態燃燒的氣體燃料和液體燃料的熱水鍋爐的缺點，把先進的脈動燃燒技術應用于熱水及蒸氣鍋爐，取代現用的常規穩態燃燒方式，制造燃燒效率和熱效率高的熱水、蒸氣鍋爐，大幅度地節約能源，減少城市空氣污染，保護大氣環境；縮小鍋爐體積，節省原材料消耗并節省使用空間。
本實用新型為一種脈動燃燒式熱水、蒸氣微型鍋爐，包括有一個方形箱體(28)，在方形箱體(28)的面板上裝有電腦自動控制裝置(30)，在方形箱體(28)內裝有鍋爐本體(27)、空氣進口閥室(16)、吹掃風機室(17)、進氣消聲器(1)、及排氣消聲器(10)。
在鍋爐本體(27)內裝有脈動燃燒器(6)，該脈動燃燒器(6)是由圓柱形燃燒室(7)，連接四根盤旋狀尾管(8)(該尾管也可以是一根、二根或多根)，尾管(8)的另一端連接一個圓柱形排氣去耦器(9)所構成。在燃燒室(7)上開有噴咀(25)、噴孔(26)，該噴咀(25)、噴孔(26)通過管路通過鍋爐本體分別連接燃料單向閥(13)和空氣單向閥(3)。該脈動燃燒器(6)與鍋爐本體(27)之間的空間內形成水套(12)，該水套(12)用來裝水用，當水套(12)內裝滿水后，整個脈動燃燒器(6)則浸沒于水中，在水套(12)底部的鍋爐本體(27)上設有進水口(20)，該進水口(20)通過管路與水泵(21)連接或與水位控制機構連接或與流量控制閥連接(水位控制機構和流量控制閥圖中未示)。
當該進水口(20)與水泵(21)連接時，本實用新型則可做為采暖用的熱水鍋爐。當進水口(20)與水位控制機構連接時，本實用新型可做為飲用水鍋爐。當進水口(20)與流量控制閥連接，并在箱體(28)外加配蒸汽包時，本實用新型可做為蒸氣鍋爐。無論是連接水泵或連接水位控制機構或連接流量控制閥都是用于向鍋爐本體(27)中的水套(12)注水。水套(12)頂端的鍋爐本體(27)上設有出水口(19)，加熱后的水由此口流出，出水口(19)上裝有測溫感頭(5)，用于測量水的溫度。脈動燃燒器(6)中的排氣去耦器(9)通過鍋爐本體(27)與排氣消聲器(10)的一端相連，排氣消聲器(10)的另一端連接排氣管(11)，排氣管(11)通過箱體(28)上的管孔(35)伸向室外，室外的進風管(23)通過箱體(28)上的管孔(32)連接進氣消聲器(1)的一端，進氣消聲器(1)的另一端連接吹掃風機室(17)，吹掃風機室(17)內裝有吹掃風機(2)，吹掃風機室(17)連接空氣進口閥室(16)，空氣進口閥室(16)內裝有空氣單向閥(3)，該空氣單向閥(3)通過鍋爐本體(27)連接脈動燃燒器(6)的燃燒室(7)，同時還連接檢測單向閥(18)，檢測單向閥(18)連接壓力開關(22)。在箱體(28)上開有供進水管穿過的管孔(31)、出水管穿過的管孔(33)，進風管穿過的管孔(32)、燃料管穿過的管孔(34)和排氣管穿過的管孔(35)。燃料入口(24)經電磁閥(15)連接燃料去耦器(14)的一端，燃料去耦器(14)的另一端經燃料單向閥(13)通過鍋爐本體(27)連接脈動燃燒器(6)的燃燒室(7)，該燃燒室(7)的頂端裝有通過鍋爐本體(27)的火花塞(4)，該火花塞(4)用來將輸入到燃燒室(7)中的燃料(燃氣或燃液)打火點燃。
本實用新型的工作過程是空氣經進氣消聲器(1)進入風機室(17)，而后經過吹掃風機(2)進入空氣進口閥室(16)，再經由空氣單向閥(3)與空氣噴孔(26)進入燃燒室(7)。燃料經過由自動控制裝置控制的電磁閥(15)、燃料去耦器(14)、燃料單向閥(13)和燃料噴咀(25)進入燃燒室(7)與空氣射流互擊混合，形成可燃混合物，由裝在燃燒室(7)頂端中央的高壓電子點火器驅動的火花塞(4)自動點火，點燃混合物進行燃燒放熱，火花塞(4)點火后自行關閉。為判斷點火是否正常，由裝在空氣單向閥(3)之后的檢測單向閥(18)檢測脈動燃燒器(6)內壓力脈動信號，脈動燃燒器(6)內氣體工作壓力不同于穩態燃燒器，它是呈正弦脈動變化，由檢測單向閥(18)引出這一獨特的壓力信號，并加以檢波后推動壓力開關(22)閉合，通知電腦自動控制裝置(30)點火正常。在運行過程中萬一發生熄火現象，燃燒室內脈動壓力立即消失，此時壓力開關(22)立刻斷開，通知電腦自動控制裝置(30)熄火發生，自動控制裝置(30)立即切斷電磁閥(15)，切斷燃料供應。這一方法不僅可探明點火時火焰是否正常建立，同時又可判明脈動壓力是否已正常建立，又是安全迅速的熄火保護措施。
當點火正常燃料在燃燒室內燃燒時，由燃料去耦器(14)切斷燃燒室(7)內壓力與燃料管路之間的聲學耦合，以保證燃料流量的穩定性。燃燒后的煙氣經尾管(8)及排氣去耦器(9)排出。在空氣單向閥(3)之前和排氣去耦器(9)之后分別裝有進氣消聲器(1)及排氣消聲器(10)，以抑制燃燒噪聲外溢。
本實用新型在用做采暖鍋爐時，在水套(12)下部的進(回)水口(20)之外接上供循環水用的熱水管道水泵(21)，工質水在水套(12)內流經燃燒器(5)的外壁，獲得熱量，從水套(12)的頂部的出水口(19)流出送入加熱房間的暖氣片，其回水經水泵(21)抽回又送入水套(12)中。在出水口(19)［或進(回)水口(20)］裝有測溫感頭(5)，將水溫信號送入電腦自動控制裝置(30)，控制采暖溫度。由于整個脈動燃燒器(6)全部浸沒在水套(12)的水中，因此整個脈動燃燒器(6)的壁面本身又構成了換熱器的換熱面，該換熱面用于將水加熱，該脈動燃燒器(6)集燃燒器和換熱器為一體，通過脈動燃燒的優秀傳熱性能，使絕大部分熱量傳給了水，當燃燒過程中產生的煙氣通過排氣去耦器(9)排出時，溫度已降到100℃以下，使本實用新型具有95％左右的總熱效率。
本實用新型具有如下優點1.具有突出的節能性能。在不同功率工況下工作，其總熱效率達到90－95％，與一般常用的燃氣熱水鍋爐的60－70％效率相比，可節省燃料15－32％。
2.具有自排功能。可自行排出燃燒產物，不用使用煙囪排煙，同時它可以自行吸入燃燒用的空氣，不需鼓風，省去鼓風設備及運營的電能消耗。
3.對空氣的污染小。現場測試表明，本實用新型煙氣中CO、NOx的含量均小于50ppm，遠低于現行穩態燃燒鍋爐，并且沒有煙塵。
4.體積小結構簡單。50－75KW的熱水鍋爐只有600×700×1500mm，節省材料，節約使用空間。
5.自動化程度高。電腦自動控制裝置代替了用人工值班，降低了人員工時費用。
本實用新型具有如下附圖
圖1.系本實用新型結構示意圖。
圖2.系本實用新型燃燒室斷面示意圖。
圖3.系本實用新型外形圖。
圖中標號如下1.進氣消聲器 2.吹掃風機 3.空氣單向閥4.火花塞 5.測溫感頭 6.脈動燃燒器7.燃燒室 8.尾管 9.排氣去耦器10.排氣消聲器 11.排氣管 12.水套13.燃料單向閥 14.燃料去耦器 15.電磁閥16.空氣進口閥室 17.吹掃風機室 18.檢測單向閥19.出水口 20.進(回)水口 21.水泵
22.壓力開關 23.進風管 24.燃料入口25.噴咀 26.噴孔 27.鍋爐本體28.箱體 30.控制裝置31、32、33、34、35.管孔本實用新型的實施例如附圖所示，該裝置具有一個方形箱體(28)，在方形箱體(28)中裝有鍋爐本體(27)，空氣進口閥室(16)、吹掃風機室(17)、進氣消聲器(1)、排氣消聲器(10)。在箱體(28)的面板上裝有電腦自動控制裝置(30)。箱體(28)豎直座在地平面上，安裝時用工程塑料管將排氣管(11)與進風管(23)分別接到室外，同時把燃料入口(24)接到燃料(燃氣或燃液)供應管路，并將進(回)水口(20)、出水口(19)分別接通于供暖循環管路中。
脈動燃燒器(6)整個安裝固定在鍋爐本體(27)之內的水套(12)中。鍋爐本體(27)外面包覆有隔聲隔熱材料，進一步減小熱損失并抑制噪聲外溢。
脈動燃燒器(6)是由圓柱形燃燒室(7)、盤旋狀尾管(8)和圓柱形排氣去耦器(9)構成。在燃燒室(7)和排氣去耦器(9)外壁上各焊有定位塊以確定其在水套(12)中的位置。
被加熱的水由水套(12)底部的進(回)水口(20)進入，在水泵(21)驅動下快速流過燃燒器外壁帶走燃燒產生的熱量，經由水套(12)頂部的出水口(19)流出，送入采暖循環管路。這一設計使脈動燃燒器(6)的燃燒室(7)、尾管(8)和排氣去耦器(9)的全部外表面與被加熱的水接觸，使脈動燃燒器(6)的表面本身成為高傳熱率的換熱器的表面。由于燃燒器內的氣流脈動產生的優秀的傳熱性能，提高了傳熱速率，因而提高了壁面的溫度，也就提高了整個熱流從燃燒產物向水傳遞的效率在最初啟動本實用新型時，首先由控制裝置先打開吹掃風機(2)，對燃燒器內部進行吹掃，并提供點火所需的空氣；然后打開燃料電磁閥(15)，煤氣射流通過其噴咀(25)進入燃燒室(7)，與空氣射流互擊混合成為可燃混合氣被火花塞(4)點燃。隨之燃燒室(7)內的壓力升高，自動關閉了空氣單向閥(3)和燃料單向閥(13)，燃燒產物不可能通過這兩個閥倒流，只能流過尾管(8)向后膨脹排氣，經過排氣去耦器(9)、排氣消生器(10)及排氣管(11)排到室外。由于排氣的慣性作用和聲波傳播與反射，在燃燒室(7)內造成局部真空(負壓狀態)，因此，又自動開啟空氣和燃料的單向閥(3)和(13)，把新鮮空氣和燃料吸入燃燒室(7)，又被自動點燃，而不再需要火花塞(4)打火，也不需要吹掃風機(2)供空氣。按電腦程序在點火成功后火花塞自動熄滅，吹掃風機自動停止工作。脈動的燃燒過程、自我循環不止。熱燃燒產物在膨脹排氣過程中流經燃燒室(7)、尾管(8)和排氣去耦器(9)的內壁面，高效地把熱量傳給包圍它們的介質水，使水升溫，當水溫到達設定值時，測溫感頭(5)發出信號，由電腦自動控制裝置關斷燃料電磁閥(15)，脈動燃燒器(6)停止工作；當水溫低于設定值時，脈動燃燒器(6)再次啟動為水加溫。
本實用新型可做多種修改擴展。把水套(12)加大，去掉水泵(21)，換成水位控制機構，該鍋爐便成為容積式熱水及飲用開水鍋爐；用流量控制閥控制進水流量，在箱體之外加配蒸氣包，即可作成蒸氣發生器鍋爐以用做消毒、吹掃、蒸煮用；把燃燒系統中的燃料噴口改換成液體燃料噴咀，在系統中加上油箱、油泵及穩壓裝置，該實施例便改為液體燃料工作的熱水、蒸氣鍋爐。
權利要求1.一種脈動燃燒式熱水、蒸氣微型鍋爐，其特征在于該裝置包括有一個方形箱體(28)，在箱體(28)的面板上裝有電腦自動控制裝置(30)，在箱體上開有管孔(31)、(32)、(33)、(34)、(35)，在方形箱體(28)內裝有鍋爐本體(27)、空氣進口閥室(16)、吹掃風機室(17)、進氣消聲器(1)、排氣消聲器(10)。
2.根據權利要求1所述的脈動燃燒式熱水、蒸氣微型鍋爐，其特征在于在鍋爐本體(27)內裝有脈動燃燒器(6)，該脈動燃燒器(6)是由圓柱形燃燒室(7)、連接盤旋狀尾管(8)的一端，尾管(8)的另一端連接一個圓柱形排氣去耦器(9)所構成，在燃燒室(7)上開有噴咀(25)和噴孔(26)，噴咀(25)通過鍋爐本體(27)連接燃料單向閥(13)、燃料單向閥(13)連接燃料去耦器(14)、燃料去耦器(14)經電磁閥(15)連接燃料入口(24)，噴孔(26)通過鍋爐本體(27)與空氣進口閥室(16)內的空氣單向閥(3)相連，該脈動燃燒器(6)與鍋爐本體(27)之間的空間內形成水套(12)，在水套(12)底部的鍋爐本體(27)上設有進水口(20)，進水口(20)通過管路與水泵(21)連接，在水套(12)頂部的鍋爐本體(27)上設有出水口(19)，出水口(19)上裝有測溫感頭(5)，脈動燃燒器(6)中的排氣去耦器(9)通過鍋爐本體(27)與排氣消聲器(10)的一端相連接，排氣消聲器(10)的另一端連接排氣管(11)，排氣管(11)通過箱體(28)上的管孔(35)伸向室外，室外的進風管(23)通過箱體(28)上的管孔(32)連接進氣消聲器(1)的一端，進氣消聲器(1)的另一端連接吹掃風機室(17)，吹掃風機室(17)內的吹掃風機(2)的出口連接空氣進口閥室(16)，在燃燒室(7)頂端裝有點火火花塞(4)。
3.根據權利要求1或2所述的脈動燃燒式熱水、蒸氣微型鍋爐，其特征在于鍋爐本體(27)上的進水口(20)可以通過管路連接水位控制機構。
4.根據權利要求1或2所述的脈動燃燒式熱水、蒸氣微型鍋爐，其特征在于鍋爐本體(27)上的進水口(20)可以通過管路連接流量控制閥。
5.根據權利要求1或2所述的脈動燃燒式熱水、蒸氣微型鍋爐，其特征在于空氣進口閥室(16)內裝有空氣單向閥(3)，該單向閥(3)連接脈動燃燒器(6)的燃燒室(7)，該空氣單向閥(3)同時還連接檢測單向閥(18)，檢測單向閥(18)連接壓力開關(22)。
專利摘要一種脈動燃燒式熱水、蒸汽微型鍋爐，其具有一箱體，在箱體上裝有控制裝置和開有管孔，箱體內裝有鍋爐本體，空氣進口閥室、吹掃風機室、進氣消聲器和排氣消聲器，在鍋爐本體內裝有脈動燃燒器、脈動燃燒器由燃燒室、連接尾管一端、尾管另一端連接排氣去耦器組成，脈動燃燒器與鍋爐本體之間的空間構成水套，整個脈動燃燒器浸沒在水套的水中，利于向水傳熱，該鍋爐工作時空氣和燃燒進入燃燒室混合，由火花塞打火點燃燃料，燃燒后的煙氣經尾管排出室外。
文檔編號F24H1/22GK2186375SQ9420561
公開日1994年12月28日 申請日期1994年3月30日 優先權日1994年3月30日
發明者程顯辰, 劉玉鵬 申請人:北京航空航天大學, 淄博市煤氣公司