CN114508745B - 贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉及其换热单元 - Google Patents

Abstract

公开一种贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉用换热单元，其中，所述换热单元包括：多根换热管；多根所述换热管围绕于燃烧器进行燃烧的燃烧室外；其中，至少一根换热管的内部在该换热管50%高度以上的位置设置有汽水分离结构，所述汽水分离结构配置为形成对至少部分沿所述换热管长度方向流动的汽水流体阻挡且限定有上端进行流体输出下端进行流体输入的流体流动路径；进一步地，至少一半数量的所述换热管设置有所述汽水分离结构；特别地，每根所述换热管均设置有所述汽水分离结构。

Description

贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉及其换热单元

技术领域

本公开涉及蒸汽发生设备领域，尤其涉及一种贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉及其换热单元。

背景技术

在国家节能减排的号召下，蒸汽发生设备加速向高效低排放的全预混冷凝式发展。尤其是贯流式蒸汽发生器，相比传统蒸汽锅炉产汽速度更快，水容积可做到小于30升，无安全隐患，无需定期年检，广受市场青睐，被广泛应用于国民生产和生活中，如酒店，宾馆，食品，纺织，化工，饲料等等行业。但是现有市场上的贯流式蒸汽发生器普遍存在真实水容积超标，蒸汽含水量高，尺寸大等缺点。

如专利公开号CN107781800A提供了一种贯流式蒸汽发生器技术，采用两圈立式列管通过上下联箱并联焊接。上联箱增加汽水分离结构并配合外圈绝热落水管来提升蒸汽干度，但该技术存在水容积很难做到小于30升，上部汽水分离配合立式绝热落水管的效果不明显且尺寸大的缺点。

另外在使用过程中发现，虽然该技术在上联箱增加汽水分离结构以对水蒸汽进行气液分离，但是所输出的蒸汽依然含有大量水汽，蒸汽干度低，品质较差。

发明内容

为提升蒸汽干度，行之有效的方式主要是通过提升高温烟气与立式列管内的水和蒸汽充分进行热交换来增强蒸发效率，借此提升蒸汽干度。但是，免检型蒸汽发生器受30升水容积指标限制，无法布置更多的换热管，因此如何在有限的水容积指标范围内，充分增加有效换热面积和换热效率，提升蒸汽干度是行业内亟需解决的难题。

为提升蒸汽干度，本公开采用如下技术方案：

一种贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉用换热单元，其中，所述换热单元包括：多根换热管；多根所述换热管围绕于燃烧器进行燃烧的燃烧室外；其中，至少一根换热管的内部在该换热管50%高度以上的位置设置有汽水分离结构；所述汽水分离结构被配置为形成对至少部分沿所述换热管长度方向流动的汽水流体阻挡，且具有上端进行流体输出、下端进行流体输入的流体流动路径；进一步地，至少一半数量的所述换热管设置有所述汽水分离结构；特别地，每根所述换热管均设置有所述汽水分离结构。

优选的，所述换热管的内部还设有位于所述汽水分离结构下方的内杆；所述内杆的外壁和所述换热管的内壁之间形成储水空间；所述内杆沿换热管长度方向的长度在20%换热管长度以上，进一步地，所述内杆的长度在80%的换热管长度以下。

优选的，所述换热管内下部具有用于存储液态水的储水段；所述汽水分离结构位于所述储水段的上方，所述汽水分离结构和所述储水段之间还设有腔体空置的中间段。

优选的，所述汽水分离结构和所述内杆之间还间隔有腔体空置的间隔段；所述间隔段沿换热管长度方向的长度在5%换热管长度以上并在50%换热管长度以下。

优选的，所述汽水分离结构沿换热管长度方向的长度在1%换热管长度以上且在30%换热管长度以下，或者，沿换热管长度方向的长度为5mm-500mm；进一步地，在4%换热管长度以上且在15%换热管长度以下，或者，沿换热管长度方向的长度为50-150毫米。

优选的，所述汽水分离结构设置在距离换热管顶部30毫米以下的位置，进一步地，所述汽水分离结构设置在距离换热管顶部60毫米以下的位置。

优选的，所述汽水分离结构包括设置于换热管内沿换热管长度方向螺旋延伸的螺旋板，和/或设置有沿换热管长度方向贯穿的过流孔的孔板，和/或沿换热管长度方向层叠间隔设置的挡板；其中，所述螺旋板限定有沿换热管长度方向螺旋延伸的流体流动路径。

优选的，所述汽水分离结构包括支撑内杆、螺旋板；所述换热管套设于所述支撑内杆外，所述螺旋板在所述支撑内杆和所述换热管之间沿换热管长度方向螺旋延伸，所述螺旋板连接于所述支撑内杆的外壁和/或所述换热管的内壁上；所述支撑内杆的下端设有止沸板和/或所述支撑内杆的上端设有出汽板；所述螺旋板在所述止沸板和所述出汽板之间螺旋延伸；所述止沸板设有流体进入的进流孔；所述出汽板设有流体输出的出流孔。

优选的，所述螺旋板的螺距在10mm至15mm，径向高度在4mm-10mm；所述进流孔总面积占所述换热管内部横截面积的3%以上且50%以下，进一步地，5%以上且30%以下。

优选的，所述换热单元为多根换热管沿圆周方向排布构成单圈结构；所述换热管的数量为20根-60根；进一步地，所述换热管的数量为30-50根。

优选的，所述换热单元还包括位于其下方的下联箱；所述换热管与所述下联箱连通；

所述下联箱至少限定有一个环形的第一腔体，多根所述换热管的下端通入所述第一腔体；其中，所述第一腔体设有用于向所述第一腔体内输入水的均水孔，所述均水孔在圆周方向上连续延伸，或者多个均水孔在圆周方向上间断分布。

优选的，所述下联箱还设有与所述第一腔体相间隔的第二腔体以及通入所述第二腔体的进水结构；所述均水孔将所述第二腔体和所述第一腔体相连通。

优选的，所述第二腔体为环形且位于所述第一腔体的下方；所述下联箱设有将所述第 一腔体和所述第二腔体相间隔的均水板；多个所述均水孔设置于所述均水板上。

优选的，所述进水结构包括通入所述第二腔体的进水管；所述进水管的出水端设有沿径向朝向的出水口，所述出水口在所述出水端沿周向连续延伸或间断分布。

一种贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉，其中，包括：

壳体；所述壳体的上端设置有具有用于输出水蒸汽的输出部的上联箱，下端设置有具有连通进水结构的下联箱；

容置于所述壳体内的多根竖直放置的换热管；多根换热管围绕在燃烧室外；其中，所述换热管的径向外侧构成烟气流动空间；所述壳体上还设有与所述烟气流动空间相通的排烟口；所述换热管的上端通入所述上联箱，下端通入所述下联箱；所述换热管还在内部设置有汽水分离结构，所述换热管内的汽水流体经所述汽水分离结构汽水分离后进入所述上联箱。

优选的，包括如上任一所述的换热单元。

优选的，所述贯流式蒸汽发生器的水容积在30L以下，额定蒸发量达到0.5t/h以上。

有益效果：

本公开所提供的免检蒸汽发生器或蒸汽锅炉的蒸汽干度高，产汽速度快，蒸汽流量大；炉体换热效率高，排烟温度低；并且，水容积小，真正做到30L水容积以下，安全可靠。

其中，本公开所提供的换热单元通过在换热管内设置汽水分离结构，使得蒸发形成的汽水流体在换热管内即可进行一次气液分离，直接在换热管内将水与蒸汽分离，提升蒸汽干度，并且无需设置落水管。

而且，汽水分离结构在换热管内能够延缓流体流速，对于水沸腾时产生的液体飞溅同样可以进行抑制，避免液体飞溅进入到上联箱中或混入蒸汽中，进而提升蒸汽干度。

本公开所提供的新型免检蒸汽发生器通过在换热管内设置内杆，不仅使得管内水或蒸汽通过环状流道与换热管内壁进行充分热交换，减少了管内介质的低温区，强化了换热效果，而且可以有效降低管内水容积，有利于在壳体内布置更多的换热管，增加换热单元的换热面积以提升蒸汽干度。

本公开所提供的新型免检蒸汽发生器在上联箱还设置汽水分离结构，通过与换热管内的汽水分离结构相结合，形成汽水流体的多重分离结构，有效提升蒸汽出口的蒸汽干度，保证蒸汽品质。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。应该理解，本发明的实施方式在范围上并不因而受到限制。

针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本公开一个实施例提供的蒸汽发生器结构立体图；

图2是图1的蒸汽发生单元的剖面图；

图3是图2的部分放大图；

图4是图2的另一部分放大图；

图5是图1的换热单元分解图；

图6是单根换热管的蒸汽发生状态示意图；

图7是图6的汽水分离结构立体图；

图8是图1的下联箱均水板结构图；

图9是图8的底部放大图；

图10是图9的部分放大图；

图11是下联箱的截面示意图；

图12是本公开另一个实施例提供的蒸汽发生器截面示意图；

图13是图12的部分放大图；

图14是图12的换热管的截面示意图；

图15是图14的部分放大图。

附图标记说明：1、壳体；2、风机； 11、底盖；12、顶盖；15、烟气流动空间；16、进水管；161、进水口；162、出水口；163、连接法兰；17、燃烧室；35、排汽管；351、气液分离部；10、排烟口

4、下联箱；40、下外侧板；42、第一腔室；41、第二腔室；46、下内侧板；45（451、均水孔；451a、451b、451c、451d）、均水板；

5、换热单元；50、换热管；51、汽水分离结构；511、出汽板；512、螺旋板；513、进流孔；514、出流孔；515、流体流动路径；55、内杆；

501、换热管上端；502、换热管下端；503、中间段；504、储水段；505、间隔段；506、储水空间；510、支撑内杆；516、止沸板；

551、上封堵板；552、下封堵板；555、支架；

6、上联箱；61、气液分离间隔板。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1至图12，本公开一个实施例提供一种换热单元5。该换热单元5适用于贯流式蒸汽发生器或贯流式蒸汽锅炉。本实施例的换热单元5适用于小容量蒸汽发生设备，例如，图1的蒸汽发生器的水容积大致为28.5L，其蒸发量在每小时950公斤以上，甚至能达到1000公斤以上，具有蒸汽发生效率高效。

具体的，所述换热单元5包括：多根换热管50；多根所述换热管50围绕于燃烧器进行燃烧的燃烧室17外。多根换热管50整体竖直设置。多个换热管50沿圆周方向平行排布，将其内部空间围构形成燃烧室17。换热管50（换热单元5）的径向外侧构成烟气流动空间15。换热单元5容置在蒸汽发生器或蒸汽锅炉的壳体1内。壳体1的上端设有连通排气结构的上联箱6、下端设有连通进水结构的下联箱4。壳体1的侧壁上还设有与烟气流动空间15相通的排烟口10。

在本实施例中，燃烧室17大致为圆柱形空间，被多根换热管50围绕。壳体1的底部设有底盖11，并具有筒状燃烧器安装孔。筒状燃烧器在壳体1的底部伸入到燃烧室17中并大致同轴设置。筒状燃烧器的外端（下端）连通风机2，以输入燃料气体。

在其他实施例中，筒状燃烧器还可以设置于壳体1的顶部，此时，燃烧器安装孔位于上联箱6所围绕的中心位置，燃烧器向下伸入到燃烧室17中。可以看出，本公开并不以燃烧器的安装位置为限制。

各个换热管50并联于上联箱6和下联箱4之间，形成贯流式结构。下联箱4构成换热单元5所有换热管50的下端连通的空间，同时向各个换热管50进行供水。上联箱6构成将换热单元5的所有换热管50的上端连通的空间，收集换热管50上端排出的蒸汽，并通过排汽结构向外排出。

进水结构为设置于下联箱4的进水接头（进水管16）。下联箱4构成环形连通空间，换热单元5的所有换热管50的下端通入该环形连通空间内，进水接头通入下换线连通空间，利用连通器原理通过环形连通空间同时向多根换热管50统一供水，保持所有换热管50液面大致处于同一高度。下联箱4围绕壳体1底部的燃烧器安装孔设置。

在本实施例中，为提升蒸汽干度，保证蒸汽品质，至少一根换热管50的内部在该换热管50 50%高度以上的位置设置有汽水分离结构51。所述汽水分离结构51配置为形成对至少部分沿所述换热管长度方向流动的汽水流体阻挡且限定有上端进行流体输出下端进行流体输入的流体流动路径515。

流体流动路径515轴向不同位置（至少两处轴向不同位置）的过流截面在轴向上错开，例如，流体流动路径515的高低不同的A、B位置，A位置的过流孔（过流截面）与B位置的过流孔沿轴向至少部分相错开，进而自A位置流出的流体在流入B位置时由于存在部分错开会形成轴向阻挡使流体变向。较佳的，流体流动路径包括沿轴向延伸的螺旋流动路径，流体在螺旋流动路径中流动时还依靠离心力的作用使汽水分离，确保汽水分离效果。

进一步地，至少一半数量的所述换热管50设置有所述汽水分离结构51。特别地，如图5所示，每根所述换热管50均设置有所述汽水分离结构51，如此无需设置落水管。

换热管50的内部为分段式设计，具体的，换热管50包括储水段504，并位于所述储水段504上方的设置有汽水分离结构51，所述汽水分离结构51的下端具有输入汽水流体的输入部（进流孔513），上端设有输出汽水分离后流体的输出部（出流孔514）。

汽水流体在换热管50内接触到汽水分离结构51之前其流向为沿管内向上流动（竖直向上流动），汽水分离结构51对至少部分汽水流体形成至少轴向上的阻挡，使该部分汽水流体的运动方向增加径向（水平方向）的分量，减少轴向的运动方向分量，并且，汽水流体中的液相水触碰到汽水分离结构51时会形成凝集，使其与水蒸汽分离。

如此，通过设置汽水分离结构51，直接将汽水流体在换热管50内部进行一次分离，从而提升蒸汽干度，并且无需设置落水管。

所述换热单元5为多根换热管50沿圆周方向排布构成单圈结构；所述换热管50的数量为20根-60根；进一步地，所述换热管50的数量为30-50根。在本公开的实施例中，所述换热管50的数量在32-36根，或者，所述换热管50的数量在42-52根之间。尤其换热管50的数量为45根-50根，进一步，所述换热管50的数量为46根、48根，最优选48根。

通过增加换热管50的数量，提升换热面积，降低炉体的排烟温度，借此提升设备可靠性，如图1所示的蒸汽发生器在运行时排烟温度低于200摄氏度。为避免水容积超过30升，所述换热管50的内部还设有位于所述汽水分离结构51下方的内杆55。其中，在换热管50内部增加内杆55，内杆55为实心杆结构或者与换热管50内部互不连通管的盲管结构（封口管）。通过内杆55的设置降低换热管50内的储水容积。如图6所述，内杆55为上下端各自被上封堵板551、下封堵板552封堵的封口管，同轴设置于换热管50内。另外，内杆55也可以在径向上偏心向外设置，进而（径向）内侧存留更多的水进行充分换热。

在本实施例中，所述内杆55的外壁和所述换热管50的内壁之间形成储水空间506（储水环空）。所述内杆55沿换热管长度方向的长度（简称轴向）L2（内杆55在换热管50内的长度）在20%换热管长度以上，进一步地，所述内杆55的长度在80%的换热管长度以下。

在换热管50的下端内部设有固定连接内杆55的支架555，将内杆55架设在换热管50内。支架555可以为架板结构也可以为环设在换热管50和内杆55之间的架杆，本公开的实施例并不作特别的限制。

在内杆55贯穿换热管50（内杆55自换热管50下端延伸至换热管50上端）时发现虽然能具有较佳的水容积控制，但是无法获得期望的蒸汽干度，经过研究发现这是因为换热管50内部的蒸发空间不足，难以使水充分蒸发，并且，水面上下跳动，液位控制不稳，干湿界面之间不断跳动接触，导致蒸汽含水量高，蒸汽品质差。

基于上述问题的考虑，本实施例的换热管50内下部具有用于存储液态水（液相水）的储水段504。所述汽水分离结构51位于所述储水段504的上方。所述汽水分离结构51和所述储水段504之间还设有腔体空置的中间段503。中间段503的腔体空置，无阻挡结构，蒸汽流体在中间段503无阻挡流动，避免内杆55扰乱气液混合状态，并使得换热管50内部具有足够的蒸发空间。内杆55容置在储水段504中，储水段504的液面高于内杆55，内杆55淹没于储水段504内的水中。进一步地，中间段503沿换热管长度方向的长度L5在5%换热管长度以上并在30%换热管长度以下。储水段504的轴向长度L3在40%以上。

在本实施例中，汽水分离结构51提供一螺旋分离路径515，螺旋流动的汽水流体，在螺旋运动时由于液相水的重量更大在离心力的作用下与蒸汽分开，进而随着汽水流体在螺旋流动路径流动，其中的水分逐步与水蒸汽分离，使得水蒸汽在进入到上联箱6时已经历一次汽水分离，从而具备更高的蒸汽干度。

为提供蒸发空间，所述汽水分离结构51和所述内杆55之间还间隔有腔体空置的间隔段505。所述间隔段505沿换热管长度方向的长度L4在5%换热管长度以上并在50%换热管长度以下，也即50%L1≥L4≥5%L1。在加热状态下，换热管50内的液面高度高于内杆55且与汽水分离结构51相间隔一定距离，避免内杆55伸出水面而影响汽水相变状态，进而影响蒸汽品质。

可以看出，本实施例的换热管50为三段式结构，具有储水段504形成的换热段、容置有汽水分离结构51的汽液分离段。进一步地，壳体1内形成容纳换热单元5的换热空间，燃烧室17及烟气流动空间15位于换热空间内。至少部分长度的汽水分离结构51位于换热空间并在径向上与所述燃烧室17相重合，由于汽水分离结构51整体依然位于换热空间中，在汽水分离结构51（汽水分离段）中的汽水流体在进行汽水分离的同时进一步地换热，使得汽水流体中轻量的水蒸发形成水蒸汽，进一步降低水蒸汽中的含水率，提升蒸汽干度。

如图6所示，所述汽水分离结构51沿换热管长度方向的长度（L1-L3-L5或者L1-L2-L4）在1%换热管长度以上且在30%换热管长度以下，或者，沿换热管长度方向的长度为5mm-500mm。以汽水分离结构51的轴向长度为L，也即，30%L1≥L≥1%L1，或者，500mm≥L≥5mm。汽水分离结构51沿换热管长度方向的长度为其进流孔513和出流孔514在换热管长度方向上或轴向的长度。进一步地，汽水分离结构51沿换热管长度方向的长度在4%换热管长度以上且在15%换热管长度以下，或者，沿换热管长度方向的长度为50-150毫米。

汽水分离结构51在换热管50内延伸一定的长度，以提供一定长度的下进上出的流体流动路径515，从而在换热管50内形成对汽水流体的初次分离，将大量水分自汽水流体中脱离，提升蒸汽干度。汽水分离结构51整体位于换热管50内部的上端，与换热管50内的液相储水保持分离，并且二者之间可以留置有充足的蒸发空间，确保液相水能够充分蒸发形成蒸汽，再被汽水分离结构51进行汽水分离。

汽水分离结构51位于换热管50内，为汽水分离结构51提供气体流动路径。汽水分离结构51安装在换热管50内，其可以固定安装在换热管50的内壁上，例如层叠错位安装在换热管50内壁的挡片，也可以同轴安装于换热管50内。

在本实施例中，汽水分离结构51包括设置于换热管50内沿换热管长度方向螺旋延伸的螺旋板512。所述螺旋板512限定有沿换热管长度方向螺旋延伸的流体流动路径515。在其他实施例中，汽水分离结构51包括设置有沿换热管长度方向贯穿的过流孔的孔板，多个孔板沿换热管长度方向层叠设置，相邻两个孔板的过流孔相错开，或者，汽水分离结构51包括沿换热管长度方向层叠间隔设置多个挡板。

所述汽水分离结构51包括支撑内杆510、螺旋板512。所述换热管50套设于所述支撑内杆510外，所述螺旋板512在所述支撑内杆510和所述换热管50之间沿换热管长度方向螺旋延伸，所述螺旋板512连接于所述支撑内杆510的外壁和/或所述换热管50的内壁上。

所述支撑内杆510的下端设有止沸板516和/或所述支撑内杆510的上端设有出汽板511。所述螺旋板512在所述止沸板516和所述出汽板511之间螺旋延伸。所述止沸板516设有流体进入所述流体流动路径515的进流孔513。所述出汽板511设有流体输出的出流孔514。出流孔514、进流孔513沿轴向分别将出汽板511、止沸板516贯穿，其形状可以为圆形孔、矩形孔、三角形孔、长孔或其他规则或不规则形孔，本公开并不作特别的限定。

进一步地，为提升气液分离和止沸效果，所述止沸板516的进流孔513总面积在所述出汽板511的出流孔514总面积以下。所述进流孔513总面积占所述换热管50内部横截面积的3%以上且50%以下，进一步地，5%以上且30%以下。

在本实施例中，所述换热管50的内径在20mm至35mm。所述支撑内杆510的直径在10mm至15mm。所述螺旋板512的螺距在10mm至15mm，径向高度在4mm-10mm。所述出汽板511固定连接在所述换热管50的距离所述换热管50的上端面小于1cm的位置或固定连接在所述换热管50的上端501外。

在另一个可行的实施例中，如图12至图15所示，所述汽水分离结构51设置在距离换热管顶部30毫米以下的位置。进一步地，所述汽水分离结构设置在距离换热管顶部60毫米以下的位置。

具体的，换热管50的内部在汽水分离结构的上方还具有上流道58。上流道58位于换热空间内。上流道58的过流面积（横截面积）在轴向上恒定，直至出汽板。上流道58为轴向流道，流体在其内部向上流动时并不会形成轴向阻挡，进而可以再次进行加热。支撑内杆510在上流道58处为裸杆，上流道58为位于支撑内杆510和换热管50之间的环形流道。上流道58连通出汽板的出流孔。通过将汽水分离结构510置于换热管50内部，并在汽水分离结构51（螺旋板512）的上方设置上流道58，使得汽水分离之后的饱和蒸汽在上流道58中再进行过热，再次降低蒸汽中的含水量，形成微过热蒸汽，以提升蒸汽品质。

为方便汽水分离结构51装配在换热管50内，所述螺旋板512在径向上的外边缘与所述换热管50的内壁之间具有间隔间隙。进一步地，所述间隔间隙的宽度在2mm以内。为提升止沸效果，所述止沸板的直径与所述换热管50的内径之间的差值在2mm以内，所述止沸板的厚度在1mm以上。

在本实施例中，上联箱6围绕一顶盖12设置，下联箱4围绕于一底盖11设置。顶盖12和底盖11之间构成换热单元5的安装空间，通过燃烧器燃烧形成的高温烟气与换热单元5进行热交换，将换热管50中的水加热蒸发形成水蒸汽，水蒸汽进入到上方的上联箱6中，然后经蒸汽出口排出；而高温烟气经换热后热量被吸收，温度降低，最后经排烟结构排出蒸汽发生设备（蒸汽发生器、蒸汽锅炉）。

如图2所示，上联箱6内还设有气液分离间隔板61，气液分离间隔板61将上联箱6内部间隔形成第一环形空间和第二环形空间，第二环形空间整体位于第一环形空间的上方。多个所述换热管50的上端通入所述第一环形空间。所述排汽结构与所述第二环形空间相连通。所述气液分离间隔板61上分布有多个第一气液分离孔。所述气液分离间隔板61至少位于出汽孔的上方。第一环形空间的流体进入第二环形空间需要经过气液分离间隔板61进行气液分离，进一步提升水蒸汽的干度。所述第一气液分离孔的孔径小于出汽板511的出流孔514的孔径。

具体的，气液分离间隔板61至少包括垂直于所述换热管50的水平间隔板61。多个第一气液分离孔设置于所述水平间隔板61上。多个第一气液分离孔呈多圈阵列式排布。进一步地，气液分离间隔板61还包括垂直连接于所述水平间隔板61的外周缘的竖间隔板61。竖间隔板61与水平间隔板61221垂直设置。

排汽结构设置在上联箱6的上顶板上。所述排汽结构包括穿过所述上联箱6的顶板的排汽管35。排汽管35为竖直管端。所述排汽管35的出汽端位于上联箱6外，进汽端位于上联箱6内，并与第二环形空间相连通。排汽管35的出汽端位于排汽管35的上端，并设置有连接法兰163。排汽管35的下端形成进汽端，以输入第二环形空间内的水蒸汽。所述进汽端还设有气液分离部351。所述气液分离部351上设有多个第二气液分离孔。所述气液分离部351的下端及其侧壁上设有多个第二气液分离孔。具体的，所述第二气液分离孔的孔径小于出流孔514的孔径。所述第二气液分离孔大致与第一气液分离孔的孔径相等，也即，第二气液分离孔的孔径为2-5mm，进一步地，第二气液分离孔的孔径为3-4mm。

本实施例的蒸汽发生设备通过换热管50内的汽水分离结构51、上联箱6内的气液分离间隔板61、排汽管35上的气液分离部351构成三重汽水分离结构51，能够有效提升蒸汽干度，改善蒸汽品质。

下表为图1所示的一吨贯流式蒸汽发生器与仅去除汽水分离结构后的对比例进行蒸汽发生的实验结果数据对比。

结合上表的数据，可以明显看出本公开实施例的蒸汽发生器所产生的蒸汽的蒸汽干度高，几乎不含有水分，而且蒸发效率高，在小水容积的情况下每小时可计量的蒸汽发生量超过980公斤。

发明人还经过研究发现，进水同样影响蒸汽品质。小容积蒸汽发生设备不同于大容积蒸汽发生设备具有更多的容水空间，小容积蒸汽发生设备的突出特点是蒸发快，换热管50内的水消耗快，进而对换热器内部液位控制的要求更高，避免液位控制不稳而影响蒸汽品质，如此对下联箱4内的液面要求同样具有更高的要求，避免供水分配不均导致液面不稳。

虽然单进水部位依靠连通器原理可以向非进水区域流动，进而分布在下联箱4的整个环形空间内，但是小容积蒸汽发生设备不允许内部存留更多的水，这就要求供水补给的及时性，但水的流动存在延时性，如此靠近进水部位的换热管50可以稳定地供给水源，而远离进水部位的换热管50则存在供水不足，响应不及时而出现进水分配不均最终导致液面不稳而影响蒸汽品质的问题。

为解决上述问题，如图8至图11所示，本实施例的蒸汽发生设备的下联箱4至少限定有一个环形的第一腔体42。下联箱4围绕在壳体1的底盖11外。下联箱4具有径向相对设置的下内侧板46和下外侧板40。下外侧板40环套在下内侧板46的径向外侧，二者之间限定第一腔体42。多根所述换热管50的下端502通入所述第一腔体42。其中，所述第一腔体42设有用于向所述第一腔体42内输入水的均水孔451，所述均水孔451在圆周方向上连续延伸，或者，多个均水孔451在圆周方向上间断分布。

其中，均水孔451可以由通入第一腔体42的管端提供，也可以直接开设于第一腔体42的底壁。例如，下联箱4设有通入第一腔体42多个进水管，多个进水管沿圆周方向间断排布（也可以称为间隔排布、断续排布），其位于第一腔体42内部的出水端提供均水孔451。

本实施例所提供的新型下联箱通过在与多根换热管50相通的第一腔体42上开设均水孔451，并设置均水孔451在圆周方向上连续延伸，或者，多个均水孔451在圆周方向上间断分布，避免第一腔体42局部进水，而能够在整个圆周方向上均能够向腔体内进水，借此平衡各个换热管50的供水，避免进水分配不均导致液面不稳而影响蒸汽品质。

在一个可行的实施例中，均水孔451在圆周方向上连续延伸。均水孔451在圆周方向连接延伸时，均水孔451为单个连续延伸的长孔，进而通过均水孔451在圆周方向上同时向第一腔体42进水，避免第一腔体42局部进水。为避免单进水部位局部流量大的问题，该均水孔451的径向宽度在周向上改变，如此邻近进水部位的部分均水孔451其径向宽度减小，而远离进水部位的均水孔451的径向宽度增大。

在图8至图11所示的本实施例中，所述下联箱4还设有与所述第一腔体42相间隔的第二腔体41以及通入所述第二腔体41的进水结构。所述均水孔451将所述第二腔体41和所述第一腔体42相连通。多个均水孔451呈多圈阵列式排布。当然，在其他实施例中均水孔451也可以散乱分布，本公开并不作特别的限制，只需均水孔451在圆周方向上间断分布即可。不同均水孔451大小相同或不同，形状可以为圆形孔，也可以为多边形孔，甚至不规则形孔，为方便制造，多个均水孔451均为大小相同的圆形孔。

所述第二腔体41为环形且位于所述第一腔体42的下方。所述下联箱4设有将所述第一腔体42和所述第二腔体41相间隔的均水板45。多个均水孔451设置于均水板45上。均水板45为环形板，其大致水平放置在下联箱4内，并与下内侧板46、下外侧板40大致垂直设置。多个均水孔451在均水板45在圆周方向上间断分布（断续分布），进而在第一腔体42的整个环形底部均分布有均水孔451以输入水。

所述均水板45在所述环形腔体内将所述环形腔体分隔形成与所述多根换热管50相连通的上腔体42和与所述进水口161相连通的下腔体41。多个均水孔451将所述上、下腔体连通。下腔体41为进水腔，上腔体42为出水腔。

在本实施例中，沿周向相邻两个所述均水孔451的最大间距低于10%所在位置的圆周长。具体的，为平衡第一腔体42中的进水，避免第一腔体42局部进水过多，所述均水板45存在沿周向相邻的两个第一均水孔451a、451b和沿周向相邻的两个第二均水孔451c、451d，其中，邻近所述进水结构的两个第一均水孔451a、451b之间的间距大于远离所述进水结构的两个第二均水孔451c、451d之间的间距。

为平衡第一腔体42中的进水，避免第一腔体42局部进水过多，所述均水板45存在两个相同面积的区域。其中，邻近所述进水结构的区域的均水孔451密度或数量或总面积小于远离所述进水结构的区域的均水孔451密度或数量或总面积。

为进一步平衡下联箱4内的进水，所述进水结构包括通入所述第二腔体41的进水管16。所述进水管16的出水端设有沿径向朝向的出水口162。出水口162在所述出水端沿周向连续延伸，或者，多个出水口162沿周向间断分布。

在本实施例中，如图10所示，进水管16的出水端设有挡帽，并在侧壁开设有多个出水口162。多个出水口162在进水管16的出水端沿圆周方向均布，向四周出水，如此避免进水管16直接向上出水而导致供水不均。

本公开还有一个实施例提供一种贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉。其中，所述贯流式蒸汽发生器的水容积在30L以下，达到蒸汽设备免检标准。额定蒸发量达到0.5t/h以上。

在本实施例中，该贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉包括：壳体1；容置于所述壳体1内的多根竖直放置的换热管50。所述壳体1的上端设置有具有用于输出水蒸汽的输出部的上联箱6，下端设置有具有连通进水结构的下联箱4。多根换热管50围绕在燃烧室17外。

其中，所述换热管50的径向外侧构成烟气流动空间15。所述壳体1上还设有与所述烟气流动空间15相通的排烟口10。所述换热管50的上端通入所述上联箱6，下端通入所述下联箱4。所述换热管50还在内部设置有汽水分离结构51，所述换热管50内的汽水流体经所述汽水分离结构51汽水分离后进入所述上联箱6。

贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉可以采用如上任一所述的换热单元5。该实施例的汽水分离结构可以参考上述实施例中的汽水分离结构51，重复之处本实施例中不再赘述。

本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量（例如温度、压力、时间等）的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到32等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。

除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。

披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由…构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。

多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。

应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

Claims (22)

1.一种贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉用换热单元，其中，所述换热单元包括：多根换热管；多根所述换热管围绕于燃烧器进行燃烧的燃烧室外；其中，至少一根换热管的内部在该换热管50%高度以上的位置设置有汽水分离结构；所述汽水分离结构被配置为形成对至少部分沿所述换热管长度方向流动的汽水流体阻挡，且具有上端进行流体输出、下端进行流体输入的流体流动路径；所述汽水分离结构沿换热管长度方向的长度在1%换热管长度以上且在30%换热管长度以下，或者，沿换热管长度方向的长度为5mm-500mm。

2.如权利要求1所述的换热单元，其中，所述换热管的内部还设有位于所述汽水分离结构下方的内杆；所述内杆的外壁和所述换热管的内壁之间形成储水空间；所述内杆沿换热管长度方向的长度在20%换热管长度以上。

3.如权利要求2所述的换热单元，其中，所述换热管内下部具有用于存储液态水的储水段；所述汽水分离结构位于所述储水段的上方，所述汽水分离结构和所述储水段之间还设有腔体空置的中间段。

4.如权利要求2所述的换热单元，其中，所述汽水分离结构和所述内杆之间还间隔有腔体空置的间隔段；所述间隔段沿换热管长度方向的长度在5%换热管长度以上并在50%换热管长度以下。

5.如权利要求1所述的换热单元，其中，所述汽水分离结构设置在距离换热管顶部30毫米以下的位置。

6.如权利要求1-5任意一项所述的换热单元，其中，所述汽水分离结构包括设置于换热管内沿换热管长度方向螺旋延伸的螺旋板，和/或设置有沿换热管长度方向贯穿的过流孔的孔板，和/或沿换热管长度方向层叠间隔设置的挡板；其中，所述螺旋板限定有沿换热管长度方向螺旋延伸的流体流动路径。

7.如权利要求6所述的换热单元，其中，所述汽水分离结构包括支撑内杆、螺旋板；所述换热管套设于所述支撑内杆外，所述螺旋板在所述支撑内杆和所述换热管之间沿换热管长度方向螺旋延伸，所述螺旋板连接于所述支撑内杆的外壁和/或所述换热管的内壁上；所述支撑内杆的下端设有止沸板和/或所述支撑内杆的上端设有出汽板；所述螺旋板在所述止沸板和所述出汽板之间螺旋延伸；所述止沸板设有流体进入的进流孔；所述出汽板设有流体输出的出流孔。

8.如权利要求7所述的换热单元，其中，所述螺旋板的螺距在10mm至15mm，径向高度在4mm-10mm；所述进流孔总面积占所述换热管内部横截面积的3%以上且50%以下。

9.如权利要求1所述的换热单元，其中，所述换热单元为多根换热管沿圆周方向排布构成单圈结构；所述换热管的数量为20根-60根。

10.如权利要求1所述的换热单元，其中，所述换热单元还包括位于其下方的下联箱；所述换热管与所述下联箱连通；

所述下联箱至少限定有一个环形的第一腔体，多根所述换热管的下端通入所述第一腔体；其中，所述第一腔体设有用于向所述第一腔体内输入水的均水孔，所述均水孔在圆周方向上连续延伸，或者多个均水孔在圆周方向上间断分布。

11.如权利要求10所述的换热单元，其中，所述下联箱还设有与所述第一腔体相间隔的第二腔体以及通入所述第二腔体的进水结构；所述均水孔将所述第二腔体和所述第一腔体相连通。

12. 如权利要求11所述的换热单元，其中，所述第二腔体为环形且位于所述第一腔体的下方；所述下联箱设有将所述第 一腔体和所述第二腔体相间隔的均水板；多个所述均水孔设置于所述均水板上。

13.如权利要求11所述的换热单元，其中，所述进水结构包括通入所述第二腔体的进水管；所述进水管的出水端设有沿径向朝向的出水口，所述出水口在所述出水端沿周向连续延伸或间断分布。

14.如权利要求1所述的换热单元，其中，至少一半数量的所述换热管设置有所述汽水分离结构。

15.如权利要求14所述的换热单元，其中，每根所述换热管均设置有所述汽水分离结构。

16.如权利要求2所述的换热单元，其中，所述内杆的长度在80%的换热管长度以下。

17.如权利要求1所述的换热单元，其中，所述汽水分离结构沿换热管长度方向的长度在4%换热管长度以上且在15%换热管长度以下，或者，沿换热管长度方向的长度为50-150毫米。

18.如权利要求5所述的换热单元，其中，所述汽水分离结构设置在距离换热管顶部60毫米以下的位置。

19.如权利要求8所述的换热单元，其中，所述进流孔总面积占所述换热管内部横截面积的5%以上且30%以下。

20.如权利要求10所述的换热单元，其中，所述换热管的数量为30-50根。

21.一种贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉，其中，包括：

壳体；所述壳体的上端设置有具有用于输出水蒸汽的输出部的上联箱，下端设置有具有连通进水结构的下联箱；

容置于所述壳体内的多根竖直放置的换热管；多根换热管围绕在燃烧室外；其中，所述换热管的径向外侧构成烟气流动空间；所述壳体上还设有与所述烟气流动空间相通的排烟口；所述换热管的上端通入所述上联箱，下端通入所述下联箱；所述换热管还在内部设置有汽水分离结构，所述换热管内的汽水流体经所述汽水分离结构汽水分离后进入所述上联箱；所述贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉包括如权利要求1至20任一所述的换热单元。

22.如权利要求21所述的贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉，其中，所述贯流式蒸汽发生器的水容积在30L以下，额定蒸发量达到0.5t/h以上。

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