CN109297044A - 一种可调节干度的锅炉水冷壁换热器 - Google Patents
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Abstract
一种可调节干度的锅炉水冷壁换热器，包括水冷壁、双腔汽包和下集管组；双腔汽包包括相互连通的汽包主腔和汽包副腔，汽包主腔连接省煤器；下集管组包括下集主腔和下集副腔；水冷壁设置一组以上，其包括水冷外管、补液内管和补气内管，补液内管和补气内管分别设置于水冷外管内腔，水冷外管和补液内管中介质的流动方向相同，补气内管中介质的流动方向与水冷外管和/或补液内管相反；汽包主腔分别连通下集主腔和下集副腔，汽包副腔连通补气内管；下集主腔通过水冷外管连通汽包主腔，下集副腔连通补液内管。本发明具有结构简单合理、换热效率高、维护简便、节约燃煤、减少污染、节能环保等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种换热器，特别涉及一种可调节干度的锅炉水冷壁换热器。
背景技术
换热器是现代工业中重要的用能设备、能量转换设备以及能量运输设备，在众多工业领域中发挥着重要作用，而锅炉水冷壁是其中十分重要的一种换热器，广泛应用于热力发电厂、造纸、制药等化工作为供汽锅炉。
由于换热管在低干度蒸发过程存在流速较慢、换热系数低等不足，导致锅炉水冷壁在低干度区域能源利用效率不高，然而当流体处于高干度的核态沸腾区时，其蒸发换热效率获得明显提高；因此，如何构建一种新型的换热结构，使得锅炉水冷壁在全流程换热均保持高效的换热效率，有重要的现实意义，同时是本领域技术人员需要解决的重要问题。
发明内容
本发明的目的旨在提供一种结构简单合理、换热效率高、维护简便、节约燃煤、减少污染、节能环保的可调节干度的锅炉水冷壁换热器，以克服现有技术中的不足之处。
按此目的设计的一种可调节干度的锅炉水冷壁换热器，包括水冷壁，其特征在于：还包括双腔汽包和下集管组；所述双腔汽包包括相互连通的汽包主腔和汽包副腔，汽包主腔连接省煤器；所述下集管组包括下集主腔和下集副腔；所述水冷壁设置一组以上，其包括水冷外管、补液内管和补气内管，补液内管和补气内管分别设置于水冷外管内腔，水冷外管和补液内管中介质的流动方向相同，补气内管中介质的流动方向与水冷外管和/或补液内管相反；所述汽包主腔分别连通下集主腔和下集副腔，汽包副腔连通补气内管；所述下集主腔通过水冷外管连通汽包主腔，下集副腔连通补液内管。
本锅炉水冷壁换热器还包括下降管组，所述下降管组包括第一下降管束和第二下降管束，汽包主腔通过第一下降管束连通下集主腔，汽包主腔通过第二下降管束连通下集副腔；所述第一下降管束上设置有第一动力泵，第二下降管束上设置有第二动力泵。
所述第一下降管束连通汽包主腔的位置与第二下降管束连通汽包主腔的位置相互对称且高度一致。
所述汽包副腔位于汽包主腔上方，且彼此之间设置有第一蒸汽管和第二蒸汽管，汽包主腔通过第一蒸汽管连通汽包副腔，汽包副腔通过第二蒸汽管连通补气内管。
所述汽包主腔内腔设置有与水冷壁配套的第三蒸汽管，第二蒸汽管通过第三蒸汽管连通补气内管；所述第二蒸汽管或第三蒸汽管上设置有压力泵。
所述下集副腔设置于下集主腔内腔，下集主腔与下集副腔互不连通；所述下集主腔内腔设置有与水冷壁配套的输送管，下集副腔通过输送管连通相应的补液内管。
所述补液内管一端为补液开口端、另一端为补液封闭端，其中，补液开口端与下集副腔连通；所述补气内管一端为补气开口端、另一端为补气封闭端，其中，补气开口端与汽包副腔连通。
所述补液内管上设置有若干补液孔，补液孔的开孔方向与水冷外管中介质的流动方向成锐角a，锐角a为15-75°。
所述补气内管上设置有若干补气孔，补气孔的开孔方向与水冷外管中介质的流动方向成锐角b，锐角b为15-75°。
所述补液内管和/或补气内管沿水冷外管延伸。
本发明克服现有的锅炉水冷壁换热器存在的低干度蒸发换热效率低、锅炉中能源利用率较低等不足。与现有技术相比，本发明的有益技术效果是：结构简单合理，整体几乎不增加占用空间，且能明显提升锅炉整个蒸发过程的换热效率，达到高效节能的目的。
附图说明
图1为本发明一实施例的整体结构示意图。
图2为本发明一实施例的局部结构示意图。
图3为本发明一实施例的又一局部结构示意图。
图4为本发明一实施例中下集管组的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述。
参见图1-图4，本可调节干度的锅炉水冷壁换热器，包括水冷壁5、双腔汽包2和下集管组4；双腔汽包2包括相互连通的汽包主腔21和汽包副腔22，汽包主腔21连接省煤器1；下集管组4包括下集主腔41和下集副腔42；水冷壁5设置一组以上(本实施例设置四组)，各水冷壁5包括水冷外管51、补液内管52和补气内管53，补液内管52和补气内管53分别设置于水冷外管51内腔，水冷外管51和补液内管52中介质的流动方向相同(均为自下向上流动)，补气内管53中介质的流动方向与水冷外管51和补液内管52相反(即自上向下流动)；汽包主腔21分别连通下集主腔41和下集副腔42，汽包副腔22连通补气内管53；下集主腔41通过水冷外管51连通汽包主腔21，下集副腔42连通补液内管52。介质通过省煤器1进入双腔汽包2中的汽包主腔21，随即分别进入下集管组4中的下集主腔41和下集副腔42，最后分别进入各水冷壁5进行调节干度式蒸发换热。
进一步说，本锅炉水冷壁换热器还包括下降管组3，下降管组3包括第一下降管束31和第二下降管束32，汽包主腔21通过第一下降管束31连通下集主腔41，汽包主腔21通过第二下降管束32连通下集副腔42；第一下降管束31上设置有第一动力泵311，第二下降管束32上设置有第二动力泵321。部分介质由汽包主腔21经第一下降管束31进入下集主腔41，部分介质由汽包主腔21经第二下降管束32进入下集副腔42。
进一步说，第一下降管束31连通汽包主腔21的位置与第二下降管束32连通汽包主腔21的位置相互对称且高度一致；第一下降管束31进口端和第二下降管束32进口端分别浸泡于介质中。
进一步说，汽包副腔22位于汽包主腔21上方，且彼此之间设置有第一蒸汽管23和第二蒸汽管25，汽包主腔21通过第一蒸汽管23连通汽包副腔22，汽包副腔22通过第二蒸汽管25连通补气内管53。汽包主腔21内腔设置有与水冷壁5配套的第三蒸汽管26，第二蒸汽管25通过第三蒸汽管26连通补气内管53；第二蒸汽管25(或第三蒸汽管26)上设置有压力泵24。部分蒸汽由汽包主腔21经第一蒸汽管23进入汽包副腔22，随后由压力泵24依次经第二蒸汽管25和第三蒸汽管26泵至补气内管53以进行干度调节。
进一步说，下集副腔42设置于下集主腔41内腔，下集主腔41与下集副腔42互不连通；下集主腔41内腔设置有与水冷壁5配套的输送管43，下集副腔42通过输送管43连通相应的补液内管52。
进一步说，下集主腔41上设有用于连接第一下降管束31的第一接口44、用于连接第二下降管束32的第二接口45、用于连接输送管43进口端的第三接口46、用于连接输送管43出口端和/或补液内管52的第四接口47。
进一步说，补液内管52一端为补液开口端523、另一端为补液封闭端522，其中，补液开口端523与下集副腔42连通，补液封闭端522延伸至靠近汽包主腔21的位置；补气内管53一端为补气开口端531、另一端为补气封闭端533，其中，补气开口端531与汽包副腔22连通，补气封闭端533延伸至靠近下集主腔41的位置。
进一步说，补液内管52上设置有若干补液孔521，补液孔521的开孔方向与水冷外管51中介质的流动方向成锐角a，锐角a为15-75°。补气内管53上设置有若干补气孔532，补气孔532的开孔方向与水冷外管51中介质的流动方向成锐角b，锐角b为15-75°。
进一步说，补液内管52和/或补气内管53沿水冷外管51延伸。
工作原理：
液相工质经过除盐除氧过程后进入省煤器1进行预热，达到近饱和态工质水后进入汽包主腔21中；部分饱和工质水在第一动力泵311作用下从第一下降管束31进入下集主腔41，并从下集主腔41进入水冷外管51中进行蒸发换热；与此同时，饱和工质水蒸发后进入汽包主腔21的两相流体，在汽包主腔21中进行气液分离，部分气相工质通过第一蒸汽管23进入汽包副腔22中，随后该气相工质通过第一蒸汽管23返回汽包主腔21；由于第二蒸汽管25与汽包主腔21互不连通，而第二蒸汽管25与补气内管53连通，压力泵24抽取汽包主腔21中的部分气相工质进入补气内管53中，随后通过补气孔532将气相工质泵入水冷外管51中，构建出高效换热的高干度环状流蒸发流态。
由于水冷外管51沿程换热长度较长，因此需要构建多段高干度环状流蒸发流态，因此需要在适当的位置同时向水冷外管51补充饱和工质水，因此通过第二动力泵321的作用，汽包主腔21中的饱和工质水经第二下降管束32进入下集副腔42中，下集副腔42通过输送管43与补液内管52连通，使饱和工质水进入补液内管52，补液孔521在水冷外管51流体蒸发后偏离环状流流态的位置补充饱和液；通过补液内管52补充饱和工质水，及补气内管53补充蒸汽，从而在水冷外管51沿程全流程均构建出高效换热的环状流蒸发流态，从而显著提高水冷壁的蒸发效率。
上述为本发明的优选方案，显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。
Claims (10)
1.一种可调节干度的锅炉水冷壁换热器，包括水冷壁(5)，其特征在于：还包括双腔汽包(2)和下集管组(4)；所述双腔汽包(2)包括相互连通的汽包主腔(21)和汽包副腔(22)，汽包主腔(21)连接省煤器(1)；所述下集管组(4)包括下集主腔(41)和下集副腔(42)；所述水冷壁(5)设置一组以上，其包括水冷外管(51)、补液内管(52)和补气内管(53)，补液内管(52)和补气内管(53)分别设置于水冷外管(51)内腔，水冷外管(51)和补液内管(52)中介质的流动方向相同，补气内管(53)中介质的流动方向与水冷外管(51)和/或补液内管(52)相反；所述汽包主腔(21)分别连通下集主腔(41)和下集副腔(42)，汽包副腔(22)连通补气内管(53)；所述下集主腔(41)通过水冷外管(51)连通汽包主腔(21)，下集副腔(42)连通补液内管(52)。
2.根据权利要求1所述可调节干度的锅炉水冷壁换热器，其特征在于：还包括下降管组(3)，所述下降管组(3)包括第一下降管束(31)和第二下降管束(32)，汽包主腔(21)通过第一下降管束(31)连通下集主腔(41)，汽包主腔(21)通过第二下降管束(32)连通下集副腔(42)；所述第一下降管束(31)上设置有第一动力泵(311)，第二下降管束(32)上设置有第二动力泵(321)。
3.根据权利要求2所述可调节干度的锅炉水冷壁换热器，其特征在于：所述第一下降管束(31)连通汽包主腔(21)的位置与第二下降管束(32)连通汽包主腔(21)的位置相互对称且高度一致。
4.根据权利要求2所述可调节干度的锅炉水冷壁换热器，其特征在于：所述汽包副腔(22)位于汽包主腔(21)上方，且彼此之间设置有第一蒸汽管(23)和第二蒸汽管(25)，汽包主腔(21)通过第一蒸汽管(23)连通汽包副腔(22)，汽包副腔(22)通过第二蒸汽管(25)连通补气内管(53)。
5.根据权利要求4所述可调节干度的锅炉水冷壁换热器，其特征在于：所述汽包主腔(21)内腔设置有与水冷壁(5)配套的第三蒸汽管(26)，第二蒸汽管(25)通过第三蒸汽管(26)连通补气内管(53)；所述第二蒸汽管(25)或第三蒸汽管(26)上设置有压力泵(24)。
6.根据权利要求5所述可调节干度的锅炉水冷壁换热器，其特征在于：所述下集副腔(42)设置于下集主腔(41)内腔，下集主腔(41)与下集副腔(42)互不连通；所述下集主腔(41)内腔设置有与水冷壁(5)配套的输送管(43)，下集副腔(42)通过输送管(43)连通相应的补液内管(52)。
7.根据权利要求6所述可调节干度的锅炉水冷壁换热器，其特征在于：所述补液内管(52)一端为补液开口端(523)、另一端为补液封闭端(522)，其中，补液开口端(523)与下集副腔(42)连通；所述补气内管(53)一端为补气开口端(531)、另一端为补气封闭端(533)，其中，补气开口端(531)与汽包副腔(22)连通。
8.根据权利要求1-7任一项所述可调节干度的锅炉水冷壁换热器，其特征在于：所述补液内管(52)上设置有若干补液孔(521)，补液孔(521)的开孔方向与水冷外管(51)中介质的流动方向成锐角a，锐角a为15-75°。
9.根据权利要求8所述可调节干度的锅炉水冷壁换热器，其特征在于：所述补气内管(53)上设置有若干补气孔(532)，补气孔(532)的开孔方向与水冷外管(51)中介质的流动方向成锐角b，锐角b为15-75°。
10.根据权利要求9所述可调节干度的锅炉水冷壁换热器，其特征在于：所述补液内管(52)和/或补气内管(53)沿水冷外管(51)延伸。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant |