CN111336485A - 液固直接接触的蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源与环境领域，特别涉及一种液固直接接触的蒸汽发生器，包括布置多根带有螺旋输送器的压力管道，每根压力管道上分别连接固体颗粒管道和蒸汽管道，每根压力管道端部均设置液体管道，液体管道位于靠近蒸汽管道的端部，液体管道一端的压力管道上设置颗粒排出口，各固体颗粒管道、蒸汽管道、液体管道及颗粒排出口上分别设置阀门。本发明采用热固体颗粒和液体直接接触的方式进行换热，热固体颗粒将热量直接传递给液体使液体变成蒸汽，中间不再经过额外壁面，可以显著提高换热系数，提高换热效率，并避免换热壁面的损耗。在相同的换热量下，本液固直接接触式蒸汽发生器体积将显著小于传统蒸汽发生器，从而降低制造和运行成本。

Description

液固直接接触的蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及一种液固直接接触的蒸汽发生器，属于能源与环境领域。

背景技术

热固体颗粒广泛存在于电厂、钢厂、石油化工等的各生产环节，电厂锅炉排渣在800度以上，钢厂高炉炼铁炉渣温度在1500度左右，石油化工企业的煅烧石油焦也具有很高的温度，这些高温固体颗粒余热的回收对于节约能源意义重大，目前多采用多种形式的间壁式高温固体颗粒换热器或蓄热式的换热器来回收固体物料的余热。

以上采用间壁式换热器等的固体颗粒余热回收技术缺点为设备初建或改造升级投资巨大，回收周期长，固体颗粒会对换热面造成严重磨损及通道堵塞的问题，设备寿命难以保证，当热的固体颗粒温度不太高时，回收效率严重下降，没有任何经济性。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供一种液固直接接触的蒸汽发生器，利用液体与热的固体颗粒直接接触进行液固间换热，需要的温差小，总换热面积大，传热热流量大，并且由于固体颗粒的不规则运动可以进一步提高固体颗粒和液体的换热效率，即使固体颗粒温度较低也能达到产生蒸汽的目的。

本发明所述的液固直接接触的蒸汽发生器，包括布置多根带有螺旋输送器的压力管道，每根压力管道上分别连通固体颗粒管道、蒸汽管道和液体管道，蒸汽管道位于固体颗粒管道和液体管道之间，压力管道上固体颗粒管道的相对端设置颗粒排出口，各固体颗粒管道、蒸汽管道、液体管道及颗粒排出口上分别设置阀门。

所述的固体颗粒管道、压力管道和颗粒排出口内流通固体颗粒，形成固体颗粒输送通道，蒸汽管道、压力管道和液体管道形成蒸汽产生通道。

所述的每根压力管道交替进行颗粒装载环节和蒸汽产生环节。

所述的多根压力管道中至少一根压力管道处于蒸汽产生环节。

所述的带有螺旋输送器的压力管道至少设置有两根。

所述的各固体颗粒管道分别连通颗粒总管道，各蒸汽管道分别连通蒸汽总管道，各液体管道分别连通液体总管道。

所述的螺旋输送器通过电动机驱动，电动机位于压力管道的端部，电动机靠近固体颗粒管道一侧的端部。

所述的固体颗粒管道、蒸汽管道分别位于压力管道的侧部，液体管道位于压力管道的端部，压力管道两端分别通过压力管道密封盖密封。

所述的固体颗粒的形状为球形、椭球形或不规则形状。

所述的液体为水、液态无机物或液态有机物。

每根压力管道都有颗粒进口、颗粒出口、液体进口、蒸汽出口，压力管道内部置有螺旋输送器，螺旋输送器与压力管道之间的密封通过安装在两侧的压力管道密封盖实现，螺旋输送器由放在在压力管道外侧的电动机带动，当电动机启动时可以将固体颗粒装入和排出压力管道。

蒸汽发生器内设置多根带有螺旋输送器的压力管道，液体与热的固体颗粒在其中直接接触，液体直接吸收固体颗粒的热量变成蒸汽，每根压力管道有两个运行环节，在蒸汽产生环节，固体颗粒管道关闭，蒸汽管道和液体管道打开，压力管道高压运行，液体在流动过程中吸收固体颗粒热量产生蒸汽。在固体颗粒装载环节，蒸汽管道和液体管道关闭，固体颗粒管道打开，压力管道常压运行，在螺旋输送器的带动下冷的固体颗粒排出管道，热的固体颗粒进入管道，为保证蒸汽连续产生，该液固直接接触蒸汽发生器采用多根压力管道交替产生蒸汽，并保证任意时刻至少一根压力管道处于蒸汽产生环节。固体颗粒与液体以及液体完全气化成蒸汽过程的汽水混合物、饱和蒸汽、过热蒸汽间的换热都为直接接触式换热。固体颗粒材质为金属、非金属或复合材料。

本发明的有益效果是：

1、本液固直接接触的蒸汽发生器，采用热固体颗粒和液体直接接触的方式进行换热，热固体颗粒将热量直接传递给液体使液体变成蒸汽，中间不再经过额外壁面，可以显著提高换热系数，提高换热效率，并避免换热壁面的损耗，即使固体颗粒的温度仅略高于蒸汽饱和温度也能有效将液体汽化。此外固体颗粒体积小，总换热面积巨大，液体流动过程中也能带动固体颗粒产生不规则运动，以上都能够进一步提高换热系数，增大换热热流量，在相同的换热量下，本液固直接接触式蒸汽发生器体积将显著小于传统蒸汽发生器，从而降低制造和运行成本。

2、本液固直接接触的蒸汽发生器，内设多根带有螺旋输送器的压力管道，在其中液体直接吸收固体颗粒的热量变成蒸汽，每根压力管道两个环节交替运行，在蒸汽产生环节，固体颗粒输送通道关闭，汽水通道打开，压力管道高压运行，液体在流动过程中吸收固体颗粒热量产生蒸汽。在固体颗粒装载环节，汽水通道关闭，固体颗粒输送通道打开，压力管道常压运行，在螺旋输送器的带动下冷的固体颗粒排出管道，热的固体颗粒进入管道，任意时刻至少一根压力管道处于蒸汽产生环节以保证蒸汽连续产生。

3、固体颗粒材质为金属、非金属或复合材料，形状为球形、椭球形或不规则形状，适应范围广。

4、液体为水、液态无机物或液态有机物，适应范围广。

附图说明

图1是本发明中烟道水平布置的结构示意图。

图中：1、颗粒总进口；2a、第一颗粒进口阀门；2b、第二颗粒进口阀门；3a、第一颗粒管道；3b、第二颗粒管道；4a、第一电动机；4b、第二电动机；5a、前压力管道密封盖；5b、后压力管道密封盖；6a、第一压力管道颗粒进口；6b、第二压力管道颗粒进口；7a、第一压力管道蒸汽出口；7b、第二压力管道蒸汽出口；8a、第一螺旋输送器；8b、第二螺旋输送器；9a、第一压力管道；9b、第二压力管道；10a、第一颗粒排出阀门；10b、第二颗粒排出阀门；11a、第一颗粒排出口；11b、第二颗粒排出口；12a、第一液体进口；12b、第二液体进口；13a、第一液体进口阀门；13b、第二液体进口阀门；14a、第一蒸汽出口阀门；14b、第二蒸汽出口阀门；15、液体总进口；16、液体总管道；17、蒸汽总管道；18、蒸汽总出口。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步描述：

如图1所示，本发明所述的液固直接接触的蒸汽发生器，包括布置多根带有螺旋输送器的压力管道，每根压力管道上分别连通固体颗粒管道、蒸汽管道和液体管道，蒸汽管道位于固体颗粒管道和液体管道之间，压力管道上固体颗粒管道的相对端设置颗粒排出口，各固体颗粒管道、蒸汽管道、液体管道及颗粒排出口上分别设置阀门。固体颗粒管道、压力管道和颗粒排出口内流通固体颗粒，形成固体颗粒输送通道，蒸汽管道、压力管道和液体管道形成蒸汽产生通道。每根压力管道交替进行颗粒装载环节和蒸汽产生环节。多根压力管道中至少一根压力管道处于蒸汽产生环节。带有螺旋输送器的压力管道至少设置有两根。各固体颗粒管道分别连通颗粒总管道，各蒸汽管道分别连通蒸汽总管道，各液体管道分别连通液体总管道。螺旋输送器通过电动机驱动，电动机位于压力管道的端部，电动机靠近固体颗粒管道一侧的端部。固体颗粒管道、蒸汽管道分别位于压力管道的侧部，液体管道位于压力管道的端部，压力管道两端分别通过压力管道密封盖密封。固体颗粒的形状为球形、椭球形或不规则形状。液体为水、液态无机物或液态有机物。每根压力管道连接有颗粒进口，颗粒出口，液体进口，蒸汽出口，压力管道内部置有螺旋输送器，螺旋输送器与压力管道之间的密封通过安装在两侧的压力管道密封盖实现，螺旋输送器由放在在压力管道外侧的电动机带动，当电动机启动时可以将固体颗粒装入和排出压力管道。

本实施例以两根带有螺旋输送器的压力管道为例：

两根压力管道分别为第一压力管道9a和第二压力管道9b，两压力管道内分别有第一螺旋输送器8a、第二螺旋输送器8b。两压力管道两端均通过前压力管道密封盖5a和后压力管道密封盖5b密封。第一颗粒管道3a和第一压力管道9a之间为第一压力管道颗粒进口6a，第二颗粒管道3b和第二压力管道9b之间为第二压力管道颗粒进口6b；两蒸汽管道在与两压力管道连接处分别为第一压力管道蒸汽出口7a和第二压力管道蒸汽出口7b；两液体管道在与两压力管道连接处分别为第一液体进口12a和第二液体进口12b。

运行过程包括如下步骤：

步骤1)颗粒总进口1有热固体颗粒连续进入，液体总管道16及液体进口15有液体连续进口，蒸汽总管道17及蒸汽出口18有蒸汽连续排出。

步骤2)第一压力管道9a处于蒸汽发生环节，第二压力管道9b处于固体颗粒装载环节：

第一电动机4a停机，第一颗粒进口阀门2a和第一颗粒排出阀门10a关闭，第一液体进口阀门13a和第一蒸汽出口阀门14a打开，第一压力管道9a进入高压状态，液体在其中吸热变成蒸汽并进入蒸汽总管道17；第二液体进口阀门13b和第二蒸汽出口阀门14b关闭，第二颗粒进口阀门2b和第二颗粒排出阀门10b打开，以保证颗粒以常压进入压力管道9b，第二电动机4b启动，带动第二螺旋输送器8b将热的固体颗粒装载入第二压力管道9b，同时将冷的固体颗粒通过第二颗粒排出口11b排出。

步骤3)第一压力管道9a处于固体颗粒装载环节，第二压力管道9b处于蒸汽发生环节：

第二电动机4b停机，第二颗粒进口阀门2b和第二颗粒排出阀门10b关闭，第二液体进口阀门13b和第二蒸汽出口阀门14b打开，第二压力管道9b进入高压状态，液体在其中吸热变成蒸汽并进入蒸汽总管道17；第一液体进口阀门13a和第一蒸汽出口阀门14a关闭，第一颗粒进口阀门2a和第一颗粒排出阀门10a打开，以保证颗粒以常压进入第一压力管道9a，第一电动机4a启动，带动第一螺旋输送器8a将热的固体颗粒装载入第一压力管道9a，同时将冷的固体颗粒通过第一颗粒排出口11a排出。

步骤4)重复循环进行步骤2)和步骤3)。

本发明是利用热固体颗粒与液体在压力管道内直接接触换热进而产生蒸汽，两者之间具有极高的换热系数，液体汽化为蒸汽需要的冷热温差小，固体颗粒体积小，总换热面积巨大，液体流动过程中也能带动固体颗粒产生不规则运动可以显著提高换热系数，提高换热效率，在相同的换热量下，本液固直接接触式蒸汽发生器体积将显著小于传统蒸汽发生器，蒸汽发生器设置有多根压力管道，每根压力管道交替装载固体颗粒，并交替产生蒸汽，蒸汽发生器对外表现为连续装载固体颗粒和连续产生蒸汽。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (10)

1.一种液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：包括布置的多根带有螺旋输送器的压力管道，每根压力管道上分别连通固体颗粒管道、蒸汽管道和液体管道，蒸汽管道位于固体颗粒管道和液体管道之间，压力管道上固体颗粒管道的相对端设置颗粒排出口，各固体颗粒管道、蒸汽管道、液体管道及颗粒排出口上分别设置阀门。

2.根据权利要求1所述的液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：固体颗粒管道、压力管道和颗粒排出口内流通固体颗粒，形成固体颗粒输送通道，蒸汽管道、压力管道和液体管道形成蒸汽产生通道。

3.根据权利要求1所述的液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：每根压力管道交替进行颗粒装载环节和蒸汽产生环节。

4.根据权利要求3所述的液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：多根压力管道中至少一根压力管道处于蒸汽产生环节。

5.根据权利要求1所述的液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：带有螺旋输送器的压力管道至少设置有两根。

6.根据权利要求1所述的液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：各固体颗粒管道分别连通颗粒总管道，各蒸汽管道分别连通蒸汽总管道，各液体管道分别连通液体总管道。

7.根据权利要求1所述的液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：螺旋输送器通过电动机驱动，电动机位于压力管道的端部，电动机靠近固体颗粒管道一侧的端部。

8.根据权利要求1所述的液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：固体颗粒管道、蒸汽管道分别位于压力管道的侧部，液体管道位于压力管道的端部，压力管道两端分别通过压力管道密封盖密封。

9.根据权利要求1所述的液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：固体颗粒的形状为球形、椭球形或不规则形状。

10.根据权利要求1所述的液固直接接触的蒸汽发生器，其特征在于：液体为水、液态无机物或液态有机物。

Images