CN102128439B - 窖炉组件式热管蒸汽发生器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种窑炉组件式热管蒸汽发生器，它的烟气箱中装有多组热管换热组件，每一组所述热管换热组件由所述烟气箱的活动顶板，穿装在该活动顶板上的多根所述热管和套管组件固定连接构成；所述套管组件由封闭在每根所述热管位于所述活动顶板上面部分的那些套管连接构成，这些套管的上部通过连接管路和气阀与所述蒸汽包连通，这些套管的下部通过连接管路和水阀与所述蒸汽包下部的出水口连通。本发明与现有技术相比，可以解决现有热管蒸汽发生器维修更换困难，对窑炉工况波动适应性差，使用维护成本高的问题，提高了热管蒸汽发生器的可靠性，并有利于窑炉烟气余热回收设备设计、生产、安装及使用维护等方面的标准化、规范化。

Description

窖炉组件式热管蒸汽发生器
技术领域
本发明涉及窑炉烟气余热回收设备制造技术领域，特别是一种以通过热管将窖炉烟道内的烟气热量传导加热水来生产蒸汽的余热回收设备。
背景技术
工业窑炉如回转窑、池窑、轧钢加热炉等各种冶炼或加热、熔化非金属或金属的工业设备是能耗大户，据统计，目前我国工业窑炉总能耗约占全国总能耗的1/4，平均能源效率比国外先进水平低10～30%，节能潜力巨大。工业窑炉排烟温度一般为350～650℃，可回收一部分热量预热助燃空气，大部分余热可回收用来产生蒸汽供生产生活使用或发电。
现有的回收工业窑炉烟气余热来生产蒸汽的蒸汽发生器，其换热装置主要有水管式和热管式两种。
水管式的蒸汽发生器是将受热面-水管布置在烟气通道内，水管内的水通过间壁换热吸收高温烟气的热量后汽化上升至上集箱，并通过上升管送至汽包；汽包内的水通过下降管流至下集箱并分流到各支水管，这种换热装置的水和蒸气是同处于一个循环系统内，这种结构存在的主要问题是：水管中只要有一处破损，整台设备就无法正常运行，这种维修必须停炉，因此，不仅维修损失很大，而且由于这种用窖炉余热来生产蒸汽的设备往往结构庞大，检修困难，工作量大。此外，对这种设备的改造的工作量也很大、改造费用很高。
现有的热管式蒸汽发生器有如中国专利“热管式余热锅炉” （专利授权公告号： CN2215663Y，授权公告日：1995年12月20日），这种热管式余热锅炉，采用温度梯度小的热管为传热元件，热管是用专用螺母石墨密封垫垂直或倾斜组装在锅体底板上，热管上段在锅体内，下段为吸热段在锅体下部，烟气经热管吸热段定向运行，热管为不等径的钢-水光管，这种整体式热管蒸汽发生器的热管吸热端置于烟气通道内，放热端置于汽包内，这种热管蒸汽发生器的主要缺点是：1、汽包、换热器件的数量和体积要根据炉窖烟气状况来确定，炉窖烟气量大时，尺寸随之增大，炉窖烟气量小时，尺寸随之减小，这种特点决定了不同的炉窖以及相同规格的炉窖而使用条件不同，则需要专门设计配置与之相适应的蒸汽发生器，否则会造成产气不足、炉窖烟道阻力过大或过小，以致热回收率下降的问题；2、在很多场合其汽包尺寸不能简单地按换热管的数量同步增加，因此难以适应大型窖炉的大流量的烟气热量的回收利用；3、这种热管蒸汽发生器的维护十分不便，不仅不能根据窑炉烟气的情况增减换热器件，而且对于需要拆装换热器件时需要停炉操作，严重影响窖炉的正常使用；4、在现有这些技术方案当中，由于工业窑炉烟气温度较高，它们的烟箱内壁都是采用非金属的耐火材料砌筑构成，这种结构容易在其使用过程中形成积灰，影响设备正常使用。
发明内容
本发明的任务是提供一种窑炉组件式热管蒸汽发生器，它主要解决现有热管蒸汽发生器对不同的大型窖炉适应性差，不便于维护的问题。
为了解决上述问题，本窑炉组件式热管蒸汽发生器，包括有烟气箱，蒸汽包和装在所述烟气箱内的热管这些与现有技术共有的技术特征，此外，所述烟气箱中装有多组热管换热组件，每一组所述热管换热组件由所述烟气箱的活动顶板，穿装在该活动顶板上的多根所述热管和套管组件固定连接构成；所述套管组件由封闭在每根所述热管位于所述活动顶板顶面之上部分的那些套管连接构成，这些套管的上部通过上连接管和气阀与所述蒸汽包连通，这些套管的下部通过下连接管和水阀与所述蒸汽包下部的出水口连通。这种设置可以根据大型窖炉的烟气的量、排气的温度可以适时地增减热管换热组件，并且在窖炉不停产的情况下，拆装某一组所述的热管换热组件。
上述的窑炉组件式热管蒸汽发生器更好的方案可以是：所述活动顶板由金属板制成，其中设有冷却水腔；所述烟气箱的箱壁由金属板制成，其中设有冷却水腔；每一组所述热管换热组件中的所述热管位于其连接的活动顶板底面之下部分的外面设有翅片。所述烟气箱的侧面设有检修门，下部设有灰斗。
由于采用了上述技术方案，本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
1、将换热部件分设多组，并使换热功能部件组件化设置，通过配置适应数量的热管换热组件可以解决本蒸汽发生器对窖炉适应性差的问题，解决了窑炉工况波动适应性差的问题。
2、将换热部件分设多组，并使换热功能部件组件化设置，还可以使本蒸汽发生器对工业窑炉的工况波动有良好的适应能力，以保持较高的热回收率。
3、将换热部件分设多组，并使换热功能部件组件化设置可以使本蒸汽发生器对于易损的换热器件很方便地拆装，不仅便于检修更换，而且可以实现不停炉更换维修。
4、烟气箱的内壁和烟气箱顶板采用金属材料制造并设有冷却水腔，热管上部的套管制成一个整体的组件，可以保证系统可靠性，延长系统的使用寿命、同时可以在需要的时候让烟气箱快速降温，以便人员进入维护，使用维护成本低。
5、有利于窑炉烟气余热回收设备设计、生产、安装及使用维护等方面的标准化和规范化。
附图说明
图1是本发明实施例的主视图；
图2是本发明实施例的左视图；
图3是本发明实施例中热管换热组件的主视图；
图4是本发明实施例中热管换热组件的左视图；
图5是图4中A-A处的剖视图；
图6是本发明实施例中烟气箱及灰斗部分的立体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图实例对本发明作进一步详述：
图1、图2所示的窑炉组件式热管蒸汽发生器，有一个烟气箱1，烟气箱1的左端设有与工业窖炉烟道连接的烟道进气接口2，烟气箱1的右端设有用与工业窖炉的烟囱连接的烟道出气接口6，烟气箱1的下端面焊接有两个用于导出清理烟气箱1内积灰的灰斗7，烟气箱1的顶面通过连接螺栓3并排连接有七组热管换热组件4。
图3至图5所示的是其中一组热管换热组件4的结构原理图。这一组热管换热组件有一块由金属板制成，其中设有冷却水腔的活动顶板4-10，活动顶板4-10外设有连通冷却水腔的进水管4-8和出水管4-9。在活动顶板4-10上穿装有26根热管4-11，每一根热管4-11位于其连接的活动顶板4-10底面之下的部分的外面设有翅片，这些热管4-11的底端连接有热管固定件4-12。
26根热管4-11在活动顶板4-10顶面之上的部分的外面套有套管组件，套管组件由26根套管4-4，两根上连接管4-3，一根下连接管4-5，26根下连接支管4-6，连接水管10、以及下连接管4-5的排污管4-7、连接气管和接口4-1、4-2焊接构成。活动顶板4-10，26根热管4-11和套管组件通过焊接固定连成一体。
每根热管4-11位于其连接的活动顶板4-10顶面之上的部分均被一根套管4-4封闭，热管4-11在活动顶板4-10上呈左、右两列分布，如图3所示。每一列有13根，与每一列热管4-11对应的一列套管4-4的上部通过上连接管4-3相互连通，每一列套管4-4上部的上连接管4-3通过接口4-1和气阀9、以及连接气管8与蒸汽包5中部的蒸汽进口连通，如图1、2所示。所有套管4-4的下部分别通过一根下连接支管4-6与一根下连接管4-5连通，下连接管4-5通过接口4-2和如图1、2所示的水阀11、以及连接水管10与蒸汽包5下部的出水口连通，如图1、2所示。下连接管4-5的下端设有排污管4-7。
图6所示，烟气箱1的左、右两侧是由金属板制成的侧箱板1-2，这两块侧箱板1-2中均设有冷却水腔和连通这个冷却水腔的进水管1-1和出水管1-5，两块侧箱板1-2之间在它们的上部焊接有热管换热组件4的安装梁1-3，两块侧箱板1-2上均设有检修门1-4，两块侧箱板1-2的下端焊接有两个清灰时供箱内灰尘导出的灰斗7。
本窑炉组件式热管蒸汽发生器串接在工业窖炉的烟道上用于回收烟气热量以生产蒸汽，在与窖炉配装时，可以根据窖炉烟气流量和烟气温度进行计算，选取适当数量的热管换热组件4装于烟气箱1上，烟气箱1顶面如有空余部分，采用不带热管的活动顶板封闭即可。当本窑炉组件式热管蒸汽发生器装在窖炉烟道上工作时，烟气箱1内流过的烟气通过翅片和热管4-11的管壁对热管4-11内封装的热工介质进行加热，热工介质受热蒸发形成工质蒸汽，工质蒸汽很快上升到热管4-11的上端，并在热管4-11的上端被套管组件内的水冷凝后流下至热管4-11下部，然后再被加热重复进行前述的传热循环。热管4-11上端外套管组件内的水被加热气化形成水蒸汽，水蒸汽通过气管8和气阀9输入蒸汽包5内，通过蒸汽包5向外面输出蒸汽。
经过烟气箱1和活动顶板4-10的冷却水腔内被预热了的热水根据产汽的需要向蒸汽包5内补入热水，蒸汽包5内的水通过水管10和水阀11将水从下连接管4-5、下连接支管4-6向套管组件中的套管4-4内补入用于产生蒸汽的热水，以维持蒸汽的生产。
当本窑炉组件式热管蒸汽发生器的某组热管换热组件4损坏或需要维护更换时，只需要将该组热管换热组件4上的气阀9和水阀11关闭，拆下气管8和水管10连接口的螺栓和活动顶板4-10的连接螺栓3后，只需几分钟便可以换上备用的热管换热组件4，不需要停止窖炉的生产。

Claims (2)

1.一种窑炉组件式热管蒸汽发生器，包括有烟气箱(1)，蒸汽包(5)和装在所述烟气箱(1)内的热管(4-11)，其特征在于：所述烟气箱(1)中装有多组热管换热组件(4)；每一组所述热管换热组件(4)由所述烟气箱(1)的活动顶板(4-10)，穿装在该活动顶板(4-10)上的多根所述热管(4-11)和套管组件固定连接构成；所述套管组件由封闭所述热管(4-11)位于所述活动顶板(4-10)顶面之上部分的那些套管(4-4)连接构成，这些套管(4-4)上部的上连接管(4-3)通过接口(4-1)和气阀(9)与所述蒸汽包(5)连通，这些套管(4-4)的下部通过下连接管(4-5)和水阀(11)与所述蒸汽包(5)下部的出水口连通；所述活动顶板(4-10)由金属板制成，其中设有冷却水腔；所述烟气箱(1)的箱壁由金属板制成，其中设有冷却水腔；每一组所述热管换热组件(4)中的所述热管(4-11)位于其连接的活动顶板(4-10)底面之下部分的外面设有翅片。
2.根据权利要求1所述的窑炉组件式热管蒸汽发生器，其特征在于：所述烟气箱(1)的侧面设有检修门(1-4)，下部设有灰斗(7)。
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