CN104879734A - 节能长效蒸汽产生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的节能长效蒸汽产生装置，包括壳体、若干根高温烟气管，壳体内具有空腔，壳体内横向设有加热管，加热管位于壳体中下部、且不与壳体内壁接触，加热管至少一端与壳体外部连通、其内设有加热源，加热管上半部分为弧面，高温烟气管沿加热管延伸方向均匀分布，各高温烟气管一端连通至加热管上半部弧面部分，另一端自壳体顶部伸出。本发明在壳体内直接设置加热管及热源，加热管壁能和壳体内的水产生热交换，几乎没有热损失，高效节能，并有效避免了对水垢沉积处的加热，不会导致壳体熔穿漏水，大幅增加了蒸汽发生装置的使用寿命。
Description
技术领域
本发明属于蒸汽发生设备技术领域，具体涉及一种蒸汽产生装置。
背景技术
蒸汽产生装置，是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备，其结构一般包括一用于产生蒸汽的壳体，壳体内设有高温烟气管，高温烟气管向壳体内送入高温烟气用于加热壳体内的液体（一般为水）从而产生蒸汽。
现有的蒸汽产生装置外壳形状大体有以下几种：如图1所示的立式圆柱形，如图2所示的方体形，他们的壳体外形不同，但内部构造相仿：多排高温烟气管自壳体底部伸入、自顶部穿出，壳体顶部设有蒸汽出口，多排烟气管能够加热壳体内的水并自壳体上部排出蒸汽。然而我们发现，这些结构在使用中都具有以下缺陷：由于水在长期加热在会形成大量水垢，这些水垢都沉积与壳体底部，在图1、图2所示的壳体形状中，水垢沉积在壳体底面内壁上，特别是会凝结在壳体底部与高温烟气管口外壁交接处，这样会造成凝结有水垢的烟气管外壁热交换效率明显降低，经过一段时间的使用之后，容易发生壳体底部烧融、漏水现象，导致设备使用寿命平均只有半年左右。
发明内容
为解决上述问题，本发明针对水垢产生原因，凝结位置进行了实验和分析，对蒸汽产生装置的内部结构进行了多方面改进。
为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
节能长效蒸汽产生装置，包括壳体、若干根高温烟气管，所述壳体内具有空腔，所述壳体内横向设有加热管，所述加热管位于壳体中下部、且不与壳体内壁接触，加热管至少一端与壳体外部连通、其内设有加热源，加热管上半部分为弧面，所述高温烟气管沿加热管延伸方向均匀分布，各高温烟气管一端连通至加热管上半部弧面部分，另一端通向壳体外部。
进一步的，所述高温烟气管沿加热管端面中心线两两交错分布。
进一步的，所述加热管与壳体平行设置。
进一步的，所述壳体为卧式圆筒形或椭圆筒形。
进一步的，所述加热管通过壳体端面与外部连通。
进一步的，所述加热管为卧式圆筒形或椭圆筒形。
进一步的，所述高温烟气管在壳体内部分呈蛇形弯曲状。
进一步的，所述加热源为火排。
与现有技术相比，本发明具有如下优点和有益效果：
本发明在壳体内直接设置加热管及热源，加热管壁能和壳体内的水产生热交换，几乎没有热损失，由于由于加热管设置在壳体中下部分，首先加热壳体中下部水体，充分利用热传导效应，加热效率和热转换效率显著提高，加热效率提升至两倍以上，节能达50%以上；更由于周围水体对加热管起到降温效果，可以延长管内火排燃烧部件的使用寿命；通过加热管壁上半部分的弧面设计，水垢无法在加热管上半部分以及高温烟气管交接处凝结，不会造成这些地方外壁熔穿，并有效避免了对水垢沉积处的加热，不会导致壳体熔穿漏水，大幅增加了蒸汽发生装置的使用寿命。另外，高温烟气管的交错式分布能够均匀加热外壳内的水体，使热交换效率更高。本发明结构设计利于安装和维护，使用方便，高效节能。
附图说明
图1为具有圆筒形外壳的蒸汽产生装置结构示意图；
图2为具有方形外壳的蒸汽产生装置结构示意图；
图3为本发明设计的蒸汽产生装置立体结构示意图；
图4为本发明设计的蒸汽产生装置纵向剖面结构示意图；
图5为本发明设计的蒸汽产生装置纵向剖面结构示意图；
附图标记列表：
1-壳体，2-加热管，3-空腔，4-高温烟气管。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明提供的技术方案进行详细说明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图3所示，节能长效蒸汽产生装置为双卧式圆筒结构，外层圆筒为壳体1、内层圆筒为加热管2，壳体1内具有空腔3，加热管2和高温烟气管4即设于壳体1内。加热管2整体位于壳体1中下部，确切的说是位于壳体1下半部分，加热管2顶部一般不超过壳体1端面横向中心线。加热管2在壳体内横向设置，处于水平位置，加热管2外壁不与壳体1内壁接触，尤其是加热管2底部与壳体1底部应具有一定距离。加热管2内设有火排，火排能够使加热管2内的空气升温，由于火焰燃烧方向朝上，因此热空气主要聚集在加热管2的上半部分。火排是较为常见的一种热源，其升温快，性价比高，本发明也可以采用其他热源取代火排，起到升温加热管2内空气的效果。加热管2上半部分弧面管壁与若干根高温烟气管4连通，高温烟气管4沿加热管2延伸方向（图3中为加热管2轴线方向）均匀分布，高温烟气管4在壳体1内往复弯折呈S形（弯折处可以为图中所示圆弧形也可以为直角形），亦称蛇形，如图4所示，为了使壳体1内的水加热均匀，烟气管的弯曲形状应与壳体1截面形状相适应，烟气管两侧应适当靠近壳体1外壁。热空气通入各高温烟气管4内，在壳体1内形成多条蜿蜒曲折的热空气通路，高温烟气管4排放出的烟气自壳体1顶部或侧面排出壳体外。通过热交换效应，壳体1内的水被加热并产生蒸汽，最终由壳体1顶部的蒸汽出口送出。在使用本装置时，壳体1内的产生的水垢逐渐向下沉淀，由于加热管2上半部分为向上突出的弧面，水垢无法在加热管2上半部分凝结，又由于高温烟气管4本身截面为圆形，其与加热管2连接处为弧面，不存在沉积水垢的平台或折角，因此在连接处水垢更无法沉积，所以本装置内的水垢会沉积在壳体1底面上；由于高温烟气管4和加热管2连接处、以及加热管2表面均不会有水垢凝结，因此不会造成这些地方外壁熔穿，而凝结有水垢的壳体1底面不会遭到烟气管或热源的直接加热，也无烧穿漏水风险，由此大幅增加了蒸汽发生装置的使用寿命。显然，加热管2只需满足上半部分为弧面、且高温烟气管4与弧面处相交连通即可达到不在高温烟气管4和加热管2连接处、加热管2表面凝结水垢的效果，加热管2下半部分的形状可以根据需要变换，但出于简化工艺和控制成本需求，一般将加热管2设计为如图3所示的圆筒形或椭圆筒形。
加热管2至少有一头与壳体1外连通，以供外部空气和加热用能源（如液化气、电能）送入。壳体1端面可直接开设有与加热管2端面形状一致的通孔（可以开在一头，也可以两头均开）作为加热管送风供能孔，加热管端面外壁与通孔边缘连接，通孔面积较大，便于向加热管2内设置火排或进行维护检修操作。
图3中节能长效蒸汽产生装置的外壳形状是一种优选示例，事实上，壳体1可以采用常规的立式圆筒形或长方体形，当然烟气管的弯曲形状也应做相应改变（参照图1、图2），以适应壳体1外形并能够尽量对壳体1内的水均匀加热为宜。此外，当蒸汽产生装置壳体1为卧式圆筒形时，其纵向截面可以为正圆形或椭圆形。
加热管2尺寸越大，火排越多，则单位时间产生的热空气会越多，但加热管2会的大小会影响壳体1内水体容量，因此加热管2直径设计在壳体1直径三分之一至五分之二左右为宜。
由于壳体1底部沉积水垢，因此加热管2底部与壳体1底部之间应具有合适的距离，该距离优选设为壳体1直径的二十五分之一至十五分之一，这样在3～5年内水垢都不会接触到加热管2底部。即使在使用数年之后，水垢堆积后接触到加热管2下半部分，由于管内火排主要加热上半部分，加热管下半部分温度较低，也不会造成加热管2壁熔穿，因此采用本设计的蒸汽产生装置使用寿命非常长，只需间隔两三年清洗水垢后即可一直持续使用，远超于同类产品。
此外，我们对高温烟气管4的分布也进行了重新设计，即高温烟气管4沿加热管2端面中心线两两交错分布，且彼此结构对称。图4为壳体1内第一排管示意图，图5为壳体1内第二排管示意图，第一排管与加热管2左上侧交接，第二排管与加热管2右上侧交接，第三排管与加热管2左上侧交接，并向壳体1左侧外壁延伸后折回，第四排管与加热管2右上侧交接，并向壳体1右侧外壁延伸后折回，以此类推，隔排烟气管与加热管2交接位置相同，相邻烟气管（本发明以沿加热管轴线方向距离最近的另一烟气管为相邻烟气管）与加热管2交接位置沿加热管2端面中心线相对。相较传统产品中烟气管方向完全一致的结构，交错式设计能够均匀加热外壳内的水体，使热交换效率更高。
图4、图5中，加热管端面中心线与壳体端面中心线在一条直线上，这样的设计有利于交错式烟气管的均匀分布，此外，图中加热管轴线与壳体轴线平行，这样有利于加热管内空气的均匀加热和向各高温烟气管均匀输送高温烟气，但这些特征不应成为本发明的限制，在实际制造过程中，加热管端面中心线也可能偏离壳体端面中心线，加热管轴线也可能不与壳体轴线平行。
为了验证本发明的效果，我们将本发明中的蒸汽产生装置与图1中现有的蒸汽产生装置进行对比试验，图1结构的蒸汽产生装置壳体容纳水量为18.7kg，本发明提供的蒸汽产生装置壳体内容纳水量为34.7kg，水量接近图1装置的两倍。在加热功率相同的情况下，图1结构的蒸汽产生装置自加热起至产生足量蒸汽的时间为3分钟40秒，而本发明装置自加热起至产生足量蒸汽的时间为3分钟10秒，提速达到30秒。本发明装置排出壳体外的烟气温度为105℃左右，接近蒸汽温度。由此可见，本发明装置热交换效率极高，加热效率提升至原有装置两倍以上，节能达50%以上。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。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，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.节能长效蒸汽产生装置，包括壳体（1）、若干根高温烟气管（4），所述壳体内具有空腔（3），其特征在于：所述壳体（1）内横向设有加热管（2），所述加热管（2）位于壳体（1）中下部、且不与壳体（1）内壁接触，加热管至少一端与壳体（1）外部连通、其内设有加热源，加热管（2）上半部分为弧面，所述高温烟气管（4）沿加热管延伸方向均匀分布，各高温烟气管（4）一端连通至加热管上半部弧面部分，另一端通向壳体（1）外部。
2.根据权利要求1所述的节能长效蒸汽产生装置，其特征在于：所述高温烟气管（4）沿加热管（2）端面中心线两两交错分布。
3.根据权利要求1或2所述的节能长效蒸汽产生装置，其特征在于：所述加热管（2）与壳体（1）平行设置。
4.根据权利要求1所述的节能长效蒸汽产生装置，其特征在于：所述壳体（1）为卧式圆筒形或椭圆筒形。
5.根据权利要求4所述的节能长效蒸汽产生装置，其特征在于：所述加热管（2）通过壳体（1）端面与外部连通。
6.根据权利要求1或4所述的节能长效蒸汽产生装置，其特征在于：所述加热管（2）为卧式圆筒形或椭圆筒形。
7.根据权利要求1或2所述的节能长效蒸汽产生装置，其特征在于：所述高温烟气管（4）在壳体（1）内部分呈蛇形弯曲状。
8.根据权利要求1或2所述的节能长效蒸汽产生装置，其特征在于：所述加热源为火排。
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