CN101021361B - 蒸汽相变加热炉 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种蒸汽相变加热炉，用以采用给热流体的蒸汽对受热流体进行加热，其包括：燃烧器、锅炉本体、主换热器，其中燃烧器向锅炉本体内供给燃料，主换热器可拆卸的与锅炉本体连接，进一步在锅炉本体的余热烟气出口连接一热管换热器，余热烟气被热管换热器内的若干热管的吸热端吸热后排入大气。

Description

蒸汽相变加热炉

技术领域

本发明是关于一种锅炉设备，特别是关于一种利用给热流体的蒸汽对受热流体进行加热的蒸汽相变加热炉。

背景技术

在石油或者天然气的开采以及输送过程中，为了便于输送或者除掉某些成分往往要石油或者天然气进行加热。

现有技术的加热炉一般是水浴炉，其工作原理是利用水作为传热介质，盘管浸泡在传热介质内，待加热物质(如天然气)在盘管内流动，从而完成热交换。这种水浴炉结构简单成本较低，因此应用比较普遍，但是，由于水的沸点最高只有100摄氏度，因此，加热温度受到了严格限制，而且水浴炉的启动速度也较慢。同时，采用传热介质与盘管直接接触的方式进行热传递，容易发生爆管现象，使生产无法正常进行。

为了克服水浴炉的不足，发展出了相变锅炉，其原理是传热介质与盘管不直接接触，而是利用传热介质的蒸汽对盘管进行间接加热，这样加热温度就不再受到沸点的限制，而且可以避免爆管现象。

另一方面，一般的加热器生成的烟气在炉胆内辐射换热后再绕过几个回程就直接从烟气出口排入了大气，但是，这部分烟气大都具有相当高的温度，因此，有相当可观的一部分热量被浪费掉了。

如中国专利第03232528.2号所揭示的一种冷凝式相变-液浴燃气燃油热水锅炉，在热媒的管路中，依次串联有换热室、阻气器、U形管、储液箱、浮动盖，换热室顶部装有放气阀和安全阀，侧面装有液位计，换热室内上部置有的受热流体换热面由两盘管组成、下部置有的予热流体换热面由炉胆、回燃室和烟管组成，储液箱位于换热室顶部上方，浮动盖位于储液箱顶部，炉胆的入口端置有燃烧器，烟管的出口侧置有烟囱，在炉胆和烟囱之间置有防爆门，在烟囱下部近烟管出口处置有用来吸收烟管出口处低温烟气显热与烟气中水蒸汽冷凝潜热的烟气冷凝管。但是，该冷凝式相变-液浴燃气燃油热水锅炉是采用烟气冷凝管与低温烟气直接接触换热，其换热效率较低，并不能有效充分的利用烟气余热，而且，其换热室、冷凝室与锅炉本体是一个整体结构，一旦换热室、冷凝室或者锅炉本体损坏，就必须将设备整体换掉，造成了资源的浪费。

因此，提供一种能够有效利用烟气余热且更换部件方便的蒸汽相变锅炉成为了业界需要解决的问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种能够充分利用烟气余热、更换部件方便、工作安全稳定的蒸汽相变锅炉。

本发明的一种技术方案是：提供一种蒸汽相变加热炉，用以采用给热流体的蒸汽对受热流体进行加热，其包括：燃烧器、锅炉本体、主换热器，其中燃烧器向锅炉本体内供给燃料，主换热器可拆卸的与锅炉本体连接，进一步在锅炉本体的余热烟气出口连接一热管换热器，余热烟气被热管换热器内的若干热管的吸热端吸收热后排入大气.

具体地，热管换热器包括第一腔室、第二腔室，第一腔室设有预热入口以及预热出口，第二腔室设有余热烟气入口，第一腔室与第二腔室之间密封，其中，热管的吸热端位于第二腔室，热管的放热端位于第一腔室。作为优先方式，热管换热器进一步包括第三腔室，第三腔室设有低温烟气出口，第二腔室与第三腔室之间设有通孔，烟气流经第二腔室、通孔，由低温烟气出口流入大气中。

具体地，主换热器设有内腔室、换热管、主加热入口以及主加热出口，其中主加热入口与热管换热器的预热出口连通。作为优先方式，主换热器内设有两个或者两个以上回程的换热管，受热流体在两回程换热管内与蒸汽进行热交换。其中，主换热器位于锅炉本体的上方，主换热器腔室通过若干根连接管与锅炉本体的给热流体腔室连通。作为优先方式，主换热器通过法兰连接管与锅炉本体相连。

具体地，锅炉本体包括燃料入口、炉胆、给热流体腔室，燃烧器通过燃料入口向锅炉本体的炉胆内供给燃料并在炉胆内燃烧放热，热量传递到给热流体腔室内的给热流体并使其汽化变成高温蒸汽，高温蒸汽进入主换热器的内腔室并与换热管内的受热流体进行热交换。作为优先方式，锅炉本体进一步包括回燃室、第二回程对流管束、前烟箱、以及第三回程对流管束，炉胆内燃烧产生的烟气依次流经回燃室、第二回程对流管束、前烟箱、第三回程对流管束后从余热烟气出口流出。一般地，给热流体腔室内的给热流体液面低于连接管与锅炉本体的交界面。其中，锅炉本体的余热烟气出口、热管换热器的余热烟气入口、第二腔室、通孔、第三腔室、低温烟气出口依次连通。

优选地，锅炉本体设有底座用以支撑锅炉本体及主换热器。主换热器或者锅炉本体的给热流体腔室设有安全阀及自动排气阀，用以在工作压力过高时放汽泄压。燃烧器设有两路或者两路以上进气系统。主换热器、热管换热器以及锅炉本体的各接口之间通过连接管可拆卸的相互连接，优选的是采用法兰连接管连接。

其中，燃烧器供应的可以是气体燃料、液体燃料、或固体粉尘燃料。给热流体可以是水或者其他混合物。受热流体可以是天然气、水、油或者其他混合物。换热管可以是盘管式、列管式、板式、螺旋式等等形状。

本发明的有益效果是：采用蒸汽相变换热，有效避免了加热中的爆管现象，同时提高了加热炉的启动速度与加热温度；采用热管换热器，有效充分的利用了烟气余热；采用两路以上的进气方式，确保了系统的正常运行；采用可拆卸的连接方式，方便了设备的维修保养并在部分设备损坏时可仅仅更换损坏的部件。

以下结合实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明：

图1是本发明的蒸汽相变加热炉的结构示意图。

图2是本发明的蒸汽相变加热炉的另一方向示意图。

具体实施方式

实施例1

请参照图1及图2，本发明的蒸汽相变加热炉，用于采用给热流体(如水)的蒸汽对受热流体(天然气、油、水或者混合物)进行加热，其包括燃烧器1、锅炉本体2、主换热器4以及热管换热器11。

燃烧器1采用了两路进气系统13，可以确保燃烧器的连续稳定运行。

锅炉本体2包括用于供燃料进入的燃料入口、供燃料燃烧放热的炉胆、用于盛放给热流体的给热流体腔室、以及余热烟气出口9，燃烧器1通过燃料入口向锅炉本体2的炉胆内供给燃料(如液体、气体或者固体粉尘燃料)并在炉胆内燃烧放热，热量传递至给热流体腔室内的给热流体。使得给热流体受热汽化产生高温蒸汽。锅炉本体2内进一步包括回燃室、第二回程对流管束、前烟箱、以及第三回程对流管束，炉胆内燃烧产生的烟气依次流经回燃室、第二回程对流管束、前烟箱、第三回程对流管束后从余热烟气出口9流出。

热管换热器11为承压热管换热器，其包括若干热管14、第一腔室、第二腔室、第三腔室，第一腔室设有预热入口7以及预热出口8，第二腔室设有余热烟气入口10，第一腔室与第二腔室之间密封，热管14的吸热端位于第二腔室，热管14的放热端位于第一腔室。第三腔室设有低温烟气出口12，第二腔室与第三腔室之间设有通孔，其中，余热烟气由余热烟气入口10流入第二腔室并在第二腔室内与热管14的吸热端换热，换热后余热烟气变成低温烟气并经过通孔进入第三腔室，最后由低温烟气出口12流入大气中。需要加热的受热流体首先从预热入口7进入第一腔室，并在其中与热管14的放热端进行热交换，被预热到一定的温度以后从预热出口8流出热管换热器11。其中，在换热过程中第二腔室内保持一定的压强，以便换热能够更加充分有效的进行。

主换热器4设有内腔室、两回程的换热管、主加热入口6以及主加热出口5。其中，从热管换热器11的预热出口8流出的经过预热的受热流体从主加热入口6流入主换热器4的两回程换热管内并在其中与给热流体的高温蒸汽进行热交换。受热流体被充分加热后沿着两回程换热管从主加热出口5流出。

其中，主换热器4通过法兰连接管3可拆卸的连接在锅炉本体2上方，主换热器4的内腔室、法兰连接管3、锅炉本体2的给热流体腔室之间相互连通。当高温蒸汽在主换热器4放热液化后，液态的给热流体将依靠重力作用沿着法兰连接管3流回锅炉本体2内，而不需要辅助的动力设备。

热管换热器11的余热烟气入口10通过法兰连接管连接在锅炉本体2的余热烟气出口9，使余热烟气从锅炉本体2流入热管换热器11的第二腔室。

热管换热器11的预热出口8通过法兰连接管连接在主换热器4的主加热入口6，使经过预热后的受热流体从热管换热器11流入主换热器4的两回程换热管内进行主换热。

主换热器4、热管换热器11以及锅炉本体2之间通过法兰连接管可拆卸的相互连接，使得在主换热器4、热管换热器11或者锅炉本体2损坏时，只需要更换部分设备，既便于维修又节省了成本。

工作时，燃料从燃烧器1通过锅炉本体2的燃料入口进入到锅炉本体2的炉胆内呈微正压燃烧，燃烧产生的高温烟气在炉胆内辐射换热，经回燃室进入第二回程对流管束，再经由前烟箱进入第三回程对流管束后变成余热烟气，余热烟气从锅炉本体2的余热烟气出口9流出，然后通过余热烟气入口10进入热管换热器11，在热管换热器11内通过有机的热管14与需加热的受热介质进行预换热，预换热后余热烟气变成低温烟气并从热管换热器11的低温烟气出口12排入大气.这样，本发明的蒸汽相变加热炉的效率达到95％以上.

需加热的受热流体从热管换热器11的预热入口7进入第一腔室并与其中的热管14的放热端进行热交换，被预热到一定温度后，从预热出口8流出，通过主加热入口6进入主换热器4的换热管内。锅炉本体2的给热流体腔室内的给热流体受热汽化产生的高温蒸汽通过法兰连接管3进入主换热器4，在主换热器4内发生相变换热，释放出大量的汽化潜热，对换热管内的经过预热的受热流体进行主加热，加热到一定的温度后受热流体从主加热出口5流出主换热器4。

锅炉本体2的给热流体腔室内的给热流体液面一般应低于连接管与锅炉本体的交界面。

主换热器4或者锅炉本体2的给热流体腔室上设有至少一个安全阀及至少一个自动排气阀，用以在工作压力过高时放汽泄压。

锅炉本体2设有底座用以支撑锅炉本体2及主换热器4。

实施例2

作为本发明的另一实施方式，主换热器内的换热管可以设为单回程或者两个以上的回程。

主换热器4、热管换热器11以及锅炉本体2的各接口之间可以采用法兰连接管以外的连接方式进行连接，比如焊接、螺纹连接、过盈配合连接或者上述方式的组合等等。

主换热器4可以位于锅炉本体2的正上方或者斜上方，给热流体的液面应低于主换热器4内的换热管的最低面。

实施例3

作为本发明的又一实施方式，热管换热器11可以不设第三腔室，低温烟气出口12直接开设在第二腔室。热管换热器11为承压热管换热器。

锅炉本体2内可以包括更多回程的对流管束以便烟气进行更充分的放热；或者仅包括单回程对流管束，在热管换热器11处进一步充分吸收烟气的热量。

燃烧器1可以采用了一路进气系统13或者更多路进气系统。

Claims (9)

1.一种蒸汽相变加热炉，用以采用给热流体的蒸汽对受热流体进行加热，其包括：燃烧器、锅炉本体、主换热器，其特征在于，该蒸汽相变加热炉进一步在所述锅炉本体的余热烟气出口连接一热管换热器，余热烟气被所述热管换热器内的若干热管的吸热端吸热后排入大气；所述主换热器设有换热管、内腔室、主加热入口以及主加热出口，其中，所述主加热入口与所述热管换热器的预热出口通过连接管可拆卸地连接。

2.如权利要求1所述的蒸汽相变加热炉，其特征在于，所述热管换热器包括第一腔室、第二腔室，所述第一腔室设有预热入口以及预热出口，所述第二腔室设有余热烟气入口，所述第一腔室与第二腔室之间密封，其中，所述热管的吸热端位于所述第二腔室，所述热管的放热端位于所述第一腔室，工作时，第二腔室内保持一定的压强。

3.如权利要求2所述的蒸汽相变加热炉，其特征在于，所述主换热器通过若干根连接管与所述锅炉本体可拆卸地连接，所述锅炉本体进一步包括燃料入口、炉胆、给热流体腔室，所述燃烧器通过所述燃料入口向所述锅炉本体的炉胆内供给燃料并在所述炉胆内燃烧放热，热量传递至所述给热流体腔室内的给热流体，所述主换热器内腔室通过所述连接管与所述锅炉本体的给热流体腔室连通。

4.如权利要求3所述的蒸汽相变加热炉，其特征在于，所述燃烧器设有两路或者两路以上进气系统。

5.如权利要求4所述的蒸汽相变加热炉，其特征在于，所述锅炉本体的余热烟气出口、热管换热器的余热烟气入口、第二腔室、以及低温烟气出口依次连通，其中，所述余热烟气出口与所述余热烟气入口通过连接管可拆卸地连接。

6.如权利要求5所述的蒸汽相变加热炉，其特征在于，所述主换热器内设有至少两回程换热管，所述受热流体在所述两回程换热管内与蒸汽进行热交换。

7.如权利要求6所述的蒸汽相变加热炉，其特征在于，所述热管换热器进一步包括第三腔室，所述低温烟气出口设在第三腔室，所述第二腔室与第三腔室之间设有通孔，所述低温烟气流经第二腔室、通孔，由所述低温烟气出口流入大气中。

8.如权利要求7所述的蒸汽相变加热炉，其特征在于，所述锅炉本体进一步包括回燃室、第二回程对流管束、前烟箱、以及第三回程对流管束，所述炉胆内燃烧产生的烟气依次流经所述回燃室、第二回程对流管束、前烟箱、第三回程对流管束后从所述余热烟气出口流出。

9.如权利要求8所述的蒸汽相变加热炉，其特征在于，所述主换热器或所述锅炉本体的给热流体腔室设有至少一安全阀及至少一自动排气阀，用以在工作压力过高时放汽泄压。

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