CN102147116A

CN102147116A - 一种小型烟气余热回收与储热一体化热水供应装置

Info

Publication number: CN102147116A
Application number: CN2011100491334A
Authority: CN
Inventors: 金星华
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2011-08-10

Abstract

本发明提供了一种小型烟气余热回收与储热一体化热水供应装置，特别涉及一种小型燃煤采暖炉、燃生物质块采暖炉的烟气余热回收利用、储热一体化热水供应装置，属于新能源及节能技术领域。它包括：储热式水箱(1)；烟管(3)；温度控制器(11)；微型循环泵(17)及水箱保温(14)。本装置与常规采暖炉结合使用可以将有效热利用效率提高至90％以上，并提供舒适恒定的室内温度，在大大提高小城镇、农村地区分散采暖住户采暖热舒适度的同时，可以节约大量能源。

Description

一种小型烟气余热回收与储热一体化热水供应装置

技术领域

本发明涉及一种小型烟气余热回收装置，特别涉及一种小型燃煤采暖炉、燃生物质块采暖炉的烟气余热回收利用与储热一体化热水供应装置，属于新能源及节能技术领域。

背景技术

采暖炉是一种小型民用炉具，在中国没有集中供热的北方地区，尤其是小城镇、农村地区，几乎每个家庭均要配备一个采暖炉，以满足取暖做饭的需要。

中国工程院院士、清华大学教授江亿等人根据其调研结果编写的《中国建筑节能年度报告2008》中指出：

①中国北方地区小城镇建筑中分散供热方式近20亿平米，其中分散煤炉占绝大部分，其采暖能耗为20～25kg标煤/(m²年)；

②据推算，2008年中国北方地区农村实际使用的燃煤量超过1亿吨，其农村住宅采暖平均能耗22.6kg标煤/(m²年)，与城市采暖状况不佳的燃煤集中供热***相当，但其室内平均温度仅为12℃左右，室内热舒适性远低于目前城市住宅水平。

天津大学杨天麟、朱能撰写的《北方地区部分小城镇建筑能耗状况调查与分析》中指出：课题组调研采集的小城镇住户样本中62％的住户为分户采暖，而分户采暖中“土暖气”占38％，传统煤炉占19％，这两种采暖方式热源的热效率都很低，一般为30％～40％。

“土暖气”即炉体内受热面为水套或水板，上下各有一接口，用钢管接向一组或多组暖气片，俗称“土暖气”。如专利号02214424.2、02203962.7、20062001557.3、200921058254.0等。这些炊事、采暖两用炉一般放置在厨房或封闭的阳台上，且无易漏烟的烟筒，较传统使用烟管散热的传统煤炉采暖炉有了很大的进步，因此，目前其使用量已超过传统煤炉采暖炉。然而，这种采暖方式仍存在以下不足：

①水循环效果不理想。“土暖气”中水循环好坏取决于两用炉与暖气片之间高差，一般2～4居室套房位于同一楼层，暖气片高出的距离有限，因此自然循环动力不足，炉子虽然烧得很旺，甚至上方膨胀水箱中水已烧开，暖气片不热的现象并不少见，这在换热***中气体未及时排出的情况下尤为明显。有的用户为提高***水循环效果，在换热***中增设了微型循环水泵，这样做能很好的改善水循环效果，但同时也埋下了安全隐患，一旦出现停电事故，热水***将无法正常循环，极易使水套(或水板)内超压而发生***事故。

②排烟温度高，热量利用率低。由于水套或水板受热面有限，部分炉子旺火燃烧时排烟仍高达300～500℃，热量利用效率很低，仅为30～40％。这与实际测量数据基本相符。另外，需要特别指出的是，“土暖气”在夜间“封火”时，热量利用效率更低，接近0％。如果在炉子上方再做水套来增加换热面积，确实能提高热量利用效率。但这样会抬高加热中心，使自然循环作用压头丧失。

③安全性差。北方地区冬季夜间寒冷，采暖炉停用后，炉出口管内的水易结成冰块，在这种情况下点炉，极易因出口堵塞而使水套或水板内水蒸汽超压而发生***事故，而为防止炉出口水管结冰，一般用户在夜间临睡前进行“封火”保温，此时，燃料在缺氧情况下“阴燃”，又会生成CO，易造成人身中毒事故。

因此，经常有“土暖气”***伤人、CO中毒事件见诸报端。

④不同时间段室内温度不均，舒适度差。该采暖炉属于即时供热方式，炉子灭火或封火后，将无法继续提供热量，造成室内无法保持均衡舒适的温度，即夜间出现前半夜热后半夜冷的情况。

⑤无法提供洗浴、洗涤等生活用热水。

发明内容

本发明的目的就在于避免上述现有技术的不足之处，提供一种充分回收利用小型燃煤采暖炉、燃生物质块采暖炉烟气余热，同时确保室内达到均匀舒适采暖温度的储热式热水供应装置。本发明大大地提高了燃料有效热利用率，在节约大量能源的同时也保护了环境，响应了国家节能减排的政策。

本发明包括以下步骤：

a)传统燃煤、燃生物质块采暖炉出来的高温烟气(约300～800℃)先经过储热式水箱内烟管与采暖水换热后，再经烟囱排入大气；

b)储存在外部设置保温的储热式水箱内温度升高后的热水按需要经过供热出水管、微型循环泵、暖气片、供热回水管返回水箱，由微型循环泵和室内温度控制器控制换热后室内温度，从而保持室温恒定、舒适。同时也可以为其他生活需要提供热水。

在一个优选的实施方式中，步骤a)中换热后烟气温度控制在50～180℃，如果设计换热后温度在酸性气露点以上(指燃烧含硫煤时，生物质块含硫很低，不需考虑露点腐蚀问题)，烟管可采用普通钢管制造，否则燃烧含硫量1％以上煤时，为防止露点腐蚀，烟管优先使用耐硫酸露点腐蚀钢管制造，或在普通钢管内壁喷涂耐硫酸露点腐蚀涂料，也可以使用普通材质钢管，但必须将其设计为易于更换的结构。此时，烟气中吸附了部分二氧化硫等有害气体的冷凝水排入中和池无害化处理；所述烟管选自光管、螺纹管、U形管、蛇形管等各种换热管；储热式水箱外形可以是圆筒形、方箱形等各种形状中的任意一种。

在另一个优选的实施方式中，步骤a)中烟管内部可以设置强化传热效果的扰流子。

在另一个优选的实施方式中，步骤a)中烟管可以是单管程、双管程，也可以是多管程。

在另一个优选的实施方式中，步骤b)中储热式水箱中热水用于采暖的同时提供洗浴、洗涤等生活热水。

在另一个优选的实施方式中，步骤b)中使用微型循环泵和定时器控制来控制室内温度。

在另一个优选的实施方式中，步骤b)中热水回路与地暖***相连。

经过以上处理后，整个热水供应装置有效热利用效率较现有采暖炉大幅度提高，在节约大量能源的同时也保护了环境。

附图说明

说明书附图为根据本发明的一个实施方式的小型烟气余热回收与储热一体化热水供应装置示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种高效、安全的小型燃煤采暖炉、燃生物质块采暖炉的烟气余热回收利用与储热一体化热水供应装置，从而弥补了现有小型采暖炉存在的不足。

本发明的技术构思如下：

将现有换热技术、储热技术、温度控制技术等技术相结合，应用到小型采暖炉上，从而解决分户采暖城乡结合部和广大农村地区所使用的采暖炉热效率低和不安全的问题。

本发明的小型烟气余热回收、储热一体化热水供应装置包括：

用于储存回收烟气余热的储热式水箱1；用于烟气、水换热的烟管3；用于室内温度控制的温度控制器11；用于强制热水循环的微型循环泵17；用于烟气中冷凝水排出的排液管15；用于中和烟气冷凝酸性水的中和池16；用于烟气流通所需的下烟箱2、上烟箱4、烟囱5、烟斗6；用于采暖循环所需的供热出水管7、供热回水管8、排污管10、溢流管9；用于测量储热式水箱温度、压力的温度计12、压力表13；用于保持储热式水箱内液体温度的保温材料14；用于室内采暖所需的暖气片18；用于增加烟管内部传热效果的扰流子20。

适用于本发明的烟管没有特别限制，可以是换热领域常用的换热管，其代表性的例子包括：光管、螺纹管、U形管、蛇形管等各种换热管。

适用于本发明的储热式水箱外形没有特别限制，可以是圆筒形、方箱形等各种形状中的任意一种。

较佳地，所述储热式水箱1容积按需要供热面积和热水可利用换热温差以及每天烧煤或生物质块次数来计算确定，储热式水箱1内水换后温度控制在小于95℃。

较佳地，所述储热式水箱1内烟管3数量、直径、总换热面积等按换后烟气温度降至80℃上下(以确保整个采暖炉热利用效率大于90％)计算得到。

较佳地，所述储热式水箱1内烟管3优先使用耐硫酸露点腐蚀钢管制造，或在普通钢管内壁喷涂耐硫酸露点腐蚀涂料，也可以使用普通材质钢管，但必须将其设计为易于更换的结构。

较佳地，为减少烟气流动阻力损失，确保达到所需自然抽力，所述烟管3采用单管程。

较佳地，所述烟管3内部设置提高传热效果的扰流子。

较佳地，室内温度由温度控制器11来控制，可根据个人需要设定，室内温度控制范围为5-22℃。

本发明装置的主要优点在于：

①排烟温度低，热量利用率高。本装置大大提高了烟气和储热介质一水的换热面积后，烟气换后温度控制在露点以上时热利用效率达70％～80％，换后烟气温度降至80℃上下时，热量有效利用率接近90％，较现有采暖炉热量利用效率30-40％有了大幅度提高；

②采暖效果好，室内温度可控，舒适度高。本装置属于储热式供热方式，又采用了微型循环泵和温度控制器，可根据个人需要控制室内温度，炉子灭火后，能继续提供热量，使室内保持均衡舒适的温度；

③安全性好。采用了保温的储热式水箱能有效防止水箱内水结冰(设计防止结冰期超过7天)，避免了出现类似“土暖气”***的事故；不需要“封火”保温，从而避免燃料缺氧燃烧生成一氧化碳(CO)，造成人身中毒事故。可实现炉子和生活区分离，有效提高了室内空气质量；

④可以24小时提供洗浴、洗涤热水。

⑤有脱硫措施，减少排放烟气中有害气体含量，保护了环境。

下面将结合具体的实施例来进一步阐述本发明。但是，应该明白，这些实施例仅用于说明本发明而不构成对本发明范围的限制。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或者按照制造厂商所建议的条件。除非另有说明，所有的百分比按重量计算。

实施例

实施例1

在一个采暖面积30m²，平均供热量50W/m²，每天燃煤一次的小型烟气余热回收、储热一体化热水供应装置中，设置了一套说明书附图所示装置，其具体运作过程及效果描述如下：

储热式水箱1容积为O.544m³，装水容量约为520kg，储热式水箱内烟管3换热面积为约3.6m²，小型采暖炉一次装煤量8kg，煤的热值为5000kcal/kg，采暖炉点火后产生的高温烟气先通过储热式水箱1底部的下烟箱2进入烟管3，与烟管外部储存的水换热后温度降至50～120℃后进入上烟箱4，然后依次通过烟囱5、烟斗6排入大气。储热式水箱1内与烟气换热后升温至40～95℃的热水经过供热热水管7、微型循环水泵17、暖气片18、供热回水管8返回储热式水箱，室内温度由温度控制器11来控制，室内温度达到设定值后，微型循环泵停运。

经过储热式水箱内烟管3换热后水箱出入口烟气温度及水箱内热水温度变化情况见表1。

表1：2011年2月19日夜间实验水箱出入口烟气及水箱内热水温度温度变化情况

说明：1、计算热回收效率根据进入水箱前后烟气温度计算，未考虑漏风系数。

2、20：26加煤一次。

从表中可以明显地看出，经过储热式水箱内烟管换热后，烟气温度由平均值720.24℃降至73.10℃，热回收效率平均值91.64％。

在本发明提及的所有文献都在本申请中引用作为参考，就如同每一篇文献被单独引用作为参考那样。此外应理解，在阅读了本发明的上述讲述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims

1.一种小型烟气余热回收与储热一体化热水供应装置，它包括：

用于储存回收烟气余热的储热式水箱(1)；用于烟气、水换热的烟管(3)；用于室内温度控制的温度控制器(11)；用于强制热水循环的微型循环泵(17)；用于保持储热式水箱内水的温度的保温材料(14)。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述储热式水箱(1)外形没有特别限制，是圆筒形、方箱形等各种形状中的任意一种。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述烟管(3)选自光管、螺纹管、U形管、蛇形管等各种换热管。

4.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述烟管(3)是单管程的、双管程的、或者多管程的。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于：所述烟管(3)内部设置、或着不设置提高传热效果的扰流子。