CN106178558B - 液氨蒸发器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液氨蒸发器，其包括：液氨罐体；设置于液氨罐体的蒸汽加热元件；液氨罐体外部设置有夹套罐体，夹套罐体与液氨罐体之间为蒸汽冷凝水二次利用腔体，夹套罐体壁设置有蒸汽冷凝水出口；液氨罐体的内部设置有至少2组蒸汽加热组件，各组蒸汽加热组件具有独立的蒸汽外管或者共用同一蒸汽外管，每组蒸汽加热组件具有独立的且由控制阀控制开启/关闭的蒸汽进口，蒸汽加热组件的蒸汽外管与蒸汽内管之间的蒸汽冷凝水输送通道与蒸汽冷凝水二次利用腔体连通。本发明使得整个蒸发器变得宽量程精确可控，且理论上可以满足从一台炉到八台炉氨的供应量，在设备运行中由于能量接近全转换，节能效益也十分明显。

Description

液氨蒸发器

技术领域

本发明涉及火力发电烟气脱硝工艺技术领域，尤其是涉及一种液氨蒸发器。

背景技术

在火力发电烟气脱硝工艺中，一般会用到氨气。通常情况下，氨气是由液氨通过蒸发器吸热气化产生。由于液氨具有一定危险性，所以要建独立的氨区，并强制安装大量防火、防雷、防爆等设备，系统较为复杂，成本也很高。

传统的蒸发器是采用水浴式蒸发器原理，气化量较小，设备体积也很大，仅能满足一两台锅炉的供氨量。而借鉴石化天然气行业采用的蒸汽立管夹套蒸发原理，蒸发量变大了，但又难以控制氨气用量小的工况下同步实现蒸发量变小的问题。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种液氨蒸发器，其不仅能够实现多台锅炉全程可调气化输出氨气，还能够节省氨区投建成本。

为解决上述技术问题，本发明的实施方式提供了一种液氨蒸发器，其包括：设置有液氨进口、气氨出口的液氨罐体；设置于液氨罐体且对液氨进行加热气化的蒸汽加热元件；液氨罐体外部设置有夹套罐体，夹套罐体与液氨罐体之间为蒸汽冷凝水二次利用腔体，夹套罐体壁设置有蒸汽冷凝水出口；液氨罐体的内部设置有至少2组蒸汽加热组件，各组蒸汽加热组件具有独立的蒸汽外管或者共用同一蒸汽外管，每组蒸汽加热组件具有独立的且由控制阀控制开启/关闭的蒸汽进口，蒸汽加热组件的蒸汽外管与蒸汽内管之间的蒸汽冷凝水输送通道与蒸汽冷凝水二次利用腔体连通。

与现有技术相比，本发明提供的液氨蒸发器由于具有多组蒸汽加热组件，可以根据气氨输出工况任意排列组合出合适的蒸汽加热组件进行工作，蒸汽冷凝水二次利用腔体积蓄的蒸汽冷凝水余温不仅能够实现冷凝水热量的回收利用，而且能够在关闭所有蒸汽加热组件的情况下仍能够维持一定时间的液氨气化作业，或者是伴随最低工况下所开启的一组蒸汽加热组件进行工作，此种工作模式实现了不管是多台还是单台锅炉都能够实现气氨输出量的可调化，对于气氨输出量较大的高负荷输出也能够满足气氨供应要求，为用户节省氨区投建成本起到至关重要的作用；而由于液氨罐体外部设置夹套罐体，从而避免冷凝水泄漏滴落到蒸汽输送管道而造成蒸汽输送管道油漆出现气蚀，有效提高整套设备的工作寿命。

本发明的液氨蒸发器中，若干组蒸汽加热组件中，组与组之间的蒸汽内管截面积相同或者呈倍数关系，例如：设置两组蒸汽加热组件，第二组蒸汽加热组件的蒸汽内管截面积(总和)为第二组蒸汽加热组件的蒸汽内管截面积(总和)的2倍，则可以满足仅仅第一组蒸汽加热组件进入蒸汽时则适于低负荷状态的工况需要，而仅仅第二组蒸汽加热组件进入蒸汽时则适于中负荷状态的工况需要，而第一组蒸汽加热组件+第二组蒸汽加热组件同时进入蒸汽则适于高负荷状态的工况需要。

进一步，每一组蒸汽加热组件中，蒸汽内管的数量N≥1，每一组蒸汽加热组件中的蒸汽内管可以是例如单独1个蒸汽内管，而不同蒸汽内管的截面面积有所不同，例如呈倍数增加，或者是，每一组蒸汽加热组件中的蒸汽内管是多余一个蒸汽内管的情形，例如：第一组蒸汽加热组件设计12根蒸汽内管，而第二组蒸汽加热组件设置24根蒸汽内管。

进一步，每一组蒸汽加热组件中各蒸汽内管单独设置有与之对应的蒸汽外管。

进一步，该蒸汽液氨蒸发器包括：

设置有底部封闭结构的第一周向围护壳体，其内设蒸汽通过腔体，该第一周向围护壳体顶部设置有第一法兰盘结构，该第一法兰盘结构设置有延伸至蒸汽通过腔体顶部的蒸汽通过腔体顶部结构，第一周向围护壳体设置有蒸汽入口；

设置于第一周向围护壳体上部的第二周向围护壳体，其内设蒸汽冷凝水腔体，该第二周向围护壳体底部设置有与第一法兰盘结构配合的第二法兰盘结构，该第二法兰盘结构设置有延伸至蒸汽冷凝水腔体底部的蒸汽冷凝水底部结构，第二周向围护壳体顶部设置有第三法兰盘结构，第三法兰盘结构设置有延伸至蒸汽冷凝水顶部的蒸汽冷凝水顶部结构；

设置于第二周向围护壳体上部的夹套罐体壳，该夹套罐体壳的底部设置有与第三法兰盘结构配合的第四法兰盘结构，第四法兰盘结构设置有朝向液氨罐体底部延伸的第四法兰盘结构延伸部分；

各蒸汽加热组件的蒸汽内管依次穿过蒸汽通过腔体顶部结构、蒸汽冷凝水底部结构、蒸汽冷凝水顶部结构、第四法兰盘结构延伸部分而伸入液氨罐体内部；

各蒸汽加热组件中套设于蒸汽内管外部的蒸汽外管则安装于第四法兰盘结构延伸部分，且蒸汽外管的下部与蒸汽冷凝水腔体连通，第四法兰盘结构延伸部分位于夹套罐体与液氨罐体之间的部分开设有通向蒸汽冷凝水二次利用腔体的开孔。

进一步，第一周向围护壳体设置有与每组蒸汽加热组件的蒸汽进口对应的蒸汽入口。

进一步，控制阀为电磁阀，其为液氨蒸发器的智能化控制提供了支撑，且采用例如单片机等智能控制元件能够进一步实现整个液氨蒸发器实现气氨供给达到动态平衡。

附图说明

图1为本发明第一实施方式中液氨蒸发器主视图；

图2为本发明第一实施方式中液氨蒸发器俯视图；

图3为本发明第一实施方式中液氨蒸发器剖视图；

图4为本发明第一实施方式中蒸汽加热元件示意图；

图5为本发明第二实施方式中蒸汽加热元件示意图；

图6为本发明第三实施方式中蒸汽加热元件示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。

本发明的第一实施方式提供了一种液氨蒸发器，参见图1-2所示，其包括：设置有液氨进口1、气氨出口2的液氨罐体3，该液氨罐体大体上呈圆柱状结构，具有一个球形或者圆弧形的顶部，该液氨罐体的顶部设置有安全阀接口4、液位计接口5，该液氨罐体设置有对输入液氨罐体的液氨进行加热气化作业的蒸汽加热元件，此蒸汽加热元件包括相互嵌套且竖向布置的蒸汽内管和蒸汽外管，高温蒸汽自蒸汽内管下部朝向上部运动，而冷凝水则通过套设于蒸汽内管外部的蒸汽外管中向下输送。液氨罐体外部设置有夹套罐体6，该夹套罐体的上部位于液氨罐体的罐肩部分下方，夹套罐体6与液氨罐体之间为蒸汽冷凝水二次利用腔体7，此部分的蒸汽冷凝水能够与液氨罐体进行热交换，夹套罐体壁设置有蒸汽冷凝水出口8，该蒸汽冷凝水出口大体上位于夹套罐体的上部，以便于实现自溢。

参见图3所示，液氨罐体的内部设置有两组蒸汽加热组件，各组蒸汽加热组件共用同一蒸汽外管9，每组蒸汽加热组件具有独立的且由控制阀控制开启或者关闭的蒸汽进口，蒸汽加热组件的蒸汽外管与蒸汽内管之间的蒸汽冷凝水输送通道与蒸汽冷凝水二次利用腔体连通。参见图4所示，这里将矩形阵列的九根蒸汽内管作为示例以便于对本发明进行理解，该图为蒸汽加热元件的蒸汽内管与蒸汽外管的布局效果图，这里将对角线S上的三根蒸汽内管界定为第一组蒸汽加热组件，而剩余的六根蒸汽内管界定为第二组蒸汽加热组件，当低负荷状态下第一组蒸汽加热组件进蒸汽进行作业，第二组蒸汽加热组件关闭；当中等负荷状态下第二组蒸汽加热组件进蒸汽进行作业，第一组蒸汽加热组件关闭；当高负荷状态下则第一组蒸汽加热组件、第二组蒸汽加热组件进蒸汽。当然，蒸汽内管设置的数量包括但不仅限于图示的情况，还可以是偶数根，例如24、36、48等，还可以是其它奇数根，例如：15、25等等，而蒸汽内管的排列方式不仅限于矩形阵列，还可以是环形阵列的形式进行布局。

从上述内容不难发现，该液氨蒸发器由于具有两组蒸汽加热组件，可以根据气氨输出工况任意排列组合出合适的蒸汽加热组件进行工作，蒸汽冷凝水二次利用腔体积蓄的蒸汽冷凝水不仅能够实现冷凝水热量的回收利用，而且能够在关闭所有蒸汽加热组件的情况下仍能够维持一定时间的液氨气化作业，或者是伴随最低工况下所开启的一组蒸汽加热组件进行工作。由于液氨罐体外部设置夹套罐体，从而避免冷凝水泄漏滴落到蒸汽输送管道而造成蒸汽输送管道油漆出现气蚀，有效提高整套设备的工作寿命。

值得一提的是，两组蒸汽加热组件中，组与组之间的蒸汽内管截面积可以呈倍数关系，这里的倍数关系是基于第二组蒸汽加热组件的数量是第一组蒸汽加热组件的两倍而出现的，9根蒸汽加热内管各自截面面积是相同的。而组与组之间的蒸汽内管截面积也可以相同，例如8根采用布置于同一蒸汽外管内部的蒸汽内管，其中四根一组，且每一根蒸汽内管截面面积相同(内径相同)，同样可以单组工作时满足低工况要求，两组同时工作满足高负荷工况要求，此时调整的余地没有呈倍数关系的工况种类多，不作为优选。

另外，本实施方式中，两组蒸汽加热组件中，第一组蒸汽内管的数量N为3，第二组蒸汽内管的数量N为6，为满足不同工况的调节需要提供了保障。

继续参见图3所示，该蒸汽液氨蒸发器包括：设置有底部封闭结构10的第一周向围护壳体11，其内设蒸汽通过腔体12，该第一周向围护壳体顶部设置有第一法兰盘结构13，该第一法兰盘结构设置有延伸至蒸汽通过腔体顶部的蒸汽通过腔体顶部结构14，第一周向围护壳体设置有蒸汽入口；设置于第一周向围护壳体上部的第二周向围护壳体15，其内设蒸汽冷凝水腔体16，该第二周向围护壳体底部设置有与第一法兰盘结构配合的第二法兰盘结构17，该第二法兰盘结构设置有延伸至蒸汽冷凝水腔体底部的蒸汽冷凝水底部结构18，第二周向围护壳体顶部设置有第三法兰盘结构19，第三法兰盘结构设置有延伸至蒸汽冷凝水顶部的蒸汽冷凝水顶部结构20；设置于第二周向围护壳体上部的夹套罐体壳，该夹套罐体壳的底部设置有与第三法兰盘结构配合的第四法兰盘结构21，第四法兰盘结构设置有朝向液氨罐体底部延伸的第四法兰盘结构延伸部分22；两组蒸汽加热组件的蒸汽内管依次穿过蒸汽通过腔体顶部结构、蒸汽冷凝水底部结构、蒸汽冷凝水顶部结构、第四法兰盘结构延伸部分而伸入液氨罐体内部，两组蒸汽加热组件中套设于蒸汽内管外部的蒸汽外管则安装于第四法兰盘结构延伸部分，且蒸汽外管的下部与蒸汽冷凝水腔体连通，第四法兰盘结构延伸部分位于夹套罐体与液氨罐体之间的部分开设有通向蒸汽冷凝水二次利用腔体的开孔23，这里采用环形阵列方式布置有八个开孔。

参见图1所示，第一周向围护壳体设置有与两组蒸汽加热组件的蒸汽进口对应的蒸汽入口，其中第一蒸汽入口24则对应于第一组蒸汽加热组件，需要注意的是，第一组蒸汽加热组件由第一蒸汽入口(0.4MPa)供给蒸汽，由于蒸汽通过腔体是共用的，因此，当第一蒸汽入口的控制阀打开时，则第一组蒸汽加热组件的控制阀(例如电池阀)同步开启，当第一蒸汽入口的控制阀关闭时，则第一组蒸汽加热组件的控制阀同步关闭，控制器件可采用单片机等加以实现，第二蒸汽入口25则对应于第二组蒸汽加热组件，第二蒸汽入口(0.4Mpa)的管径要大于第一蒸汽入口的管径，不同管径代表了不同流量的蒸汽输入量，当第二蒸汽入口的控制阀开启时，第二组蒸汽加热组件的控制阀同步开启，反之，则同步关闭；当第一、第二蒸汽入口的控制阀同时开启时，第一、第二组蒸汽加热组件的控制阀则同步开启，反之，则同步关闭。

本发明的第二实施方式提供了一种液氨蒸发器，其与第一实施方式不同之处在于，各组蒸汽加热组件具有独立的蒸汽外管。

具体地讲，参见图5所示，第一组蒸汽加热组件中三根蒸汽内管单独设置有与之对应的蒸汽外管，而第二组蒸汽加热组件中六根蒸汽内管单独设置有与之对应的蒸汽外管。

本发明的第三实施方式提供了一种液氨蒸发器，其与第一实施方式不同之处在于，各组蒸汽加热组件中的蒸汽内管的数量为1。

具体地讲，参见图6所示，第一组蒸汽加热组件中的蒸汽内管为K1，第二组蒸汽加热组件中的蒸汽内管为K2，第三组蒸汽加热组件中的蒸汽内管为K3，其中蒸汽内管K1的内径为0.5R，则蒸汽内管K2的内径为R，蒸汽内管K3的内径为2R，并且，三组蒸汽加热组件共用一个蒸汽外管K4。

当然，上述图示的是三组蒸汽加热组件共用一个蒸汽外管，同样可以采用三组蒸汽加热组件的每一根蒸汽内管单独设置蒸汽外管(图中未示)。

需要说明的是，蒸汽加热组件的组数需要根据调节的经济性加以考虑，而各组蒸汽加热组件中设置蒸汽内管的数量也需要科学的布局。

本发明使得整个蒸发器变得宽量程精确可控，随着燃煤锅炉容量越做越大，同一个电厂的锅炉台数越来越多，按照常规两台炉建一个独立氨区，动辄就花费几千万，而该发明投入使用后，理论上可以满足从一台炉到八台炉氨的供应量，可以省下几个氨区的投建，经济效益和社会效益十分巨大，并且，在设备运行中由于能量接近全转换，节能效益也十分明显。

本领域的普通技术人员可以理解，上述各实施方式是实现本发明的具体实施例，而在实际应用中，可以在形式上和细节上对其作各种改变，而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (4)

1.一种液氨蒸发器，其包括：

设置有液氨进口、气氨出口的液氨罐体；

设置于液氨罐体且对液氨进行加热气化的蒸汽加热元件，蒸汽加热元件包括相互嵌套且竖向布置的蒸汽内管和蒸汽外管；

其特征在于，所述液氨罐体外部设置有夹套罐体，所述夹套罐体与液氨罐体之间为蒸汽冷凝水二次利用腔体，所述夹套罐体的上部设置有蒸汽冷凝水出口；

所述液氨罐体的内部设置有至少2组蒸汽加热组件，各组蒸汽加热组件具有独立的蒸汽外管或者共用同一蒸汽外管，每组蒸汽加热组件具有独立的且由控制阀控制开启或关闭的蒸汽进口，蒸汽加热组件的蒸汽外管与蒸汽内管之间的蒸汽冷凝水输送通道与蒸汽冷凝水二次利用腔体连通；

还包括：

设置有底部封闭结构的第一周向围护壳体，其内设蒸汽通过腔体，该第一周向围护壳体顶部设置有第一法兰盘结构，该第一法兰盘结构设置有延伸至蒸汽通过腔体顶部的蒸汽通过腔体顶部结构，所述第一周向围护壳体设置有蒸汽入口；

设置于第一周向围护壳体上部的第二周向围护壳体，其内设蒸汽冷凝水腔体，该第二周向围护壳体底部设置有与第一法兰盘结构配合的第二法兰盘结构，该第二法兰盘结构设置有延伸至蒸汽冷凝水腔体底部的蒸汽冷凝水腔体底部结构，所述第二周向围护壳体顶部设置有第三法兰盘结构，所述第三法兰盘结构设置有延伸至蒸汽冷凝水腔体顶部的蒸汽冷凝水腔体顶部结构；

设置于第二周向围护壳体上部的夹套罐体壳，该夹套罐体壳的底部设置有与第三法兰盘结构配合的第四法兰盘结构，所述第四法兰盘结构设置有朝向液氨罐体底部延伸的第四法兰盘延伸部分；

各蒸汽加热组件的蒸汽内管依次穿过蒸汽通过腔体顶部结构、蒸汽冷凝水腔体底部结构、蒸汽冷凝水腔体顶部结构、第四法兰盘结构延伸部分而伸入液氨罐体内部；

各蒸汽加热组件中套设于蒸汽内管外部的蒸汽外管则安装于第四法兰盘结构延伸部分，且蒸汽外管的下部与蒸汽冷凝水腔体连通，第四法兰盘结构延伸部分位于夹套罐体与液氨罐体之间

的部分开设有通向蒸汽冷凝水二次利用腔体的开孔；

所述第一周向围护壳体设置有与每组蒸汽加热组件的蒸汽进口对应的蒸汽入口；

至少两组蒸汽加热组件中，组与组之间的蒸汽内管截面积相同或者呈整数倍关系。

2.根据权利要求1所述的液氨蒸发器，其特征在于，每一组蒸汽加热组件中，蒸汽内管的数量N≥1。

3.根据权利要求1所述的液氨蒸发器，其特征在于，每一组蒸汽加热组件中各蒸汽内管单独设置有与之对应的蒸汽外管。

4.根据权利要求1所述的液氨蒸发器，其特征在于，所述控制阀为电磁阀。

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