CN115210455B - 锅炉和操作锅炉的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一种锅炉和一种操作锅炉的方法。锅炉(2、56、58、62、70、112)包括用于接收排气(EG1)的排气入口(26、94、130)、用于排放排气(EG1)的第一排气出口(28、96、132)，以及用于使排气(EG1)从所述排气入口(26、94、130)输送到所述第一排气出口(28、96、132)的器件(16、18、76、114)。锅炉还包括用于接收介质的介质入口(38、90、126)、用于排放介质的介质出口(40、92、128)，以及用于使介质从所述介质入口(38、90、126)输送到所述介质出口(40、92、128)的器件(12、82、122)。该锅炉的特征在于，还包括用于使排气(EG1)从所述排气入口(26、94、130)输送到所述第一排气出口(28、96、132)的旁通管道(20、88、124)，该旁通管道(20、88、124)由锅炉(2、56、58、62、70、112)的周壁(42、98、116)包围。旁通调节器(44、100、134)布置成阻塞或接通旁通管道(20、88、124)以调节通过旁通管道(20、88、124)的排气流。第一压力传感器(52、108、142)布置成测量在旁通管道(20、88、124)上游的第一排气压力。与第一压力传感器(52、108、142)和旁通调节器(44、100、134)通信的控制单元(50、106、140)布置成取决于所述第一压力来控制旁通调节器(44、100、134)。

Description

锅炉和操作锅炉的方法
技术领域
本发明涉及用于使热量从排气传递到介质的锅炉以及它的设计。本发明还涉及操作此类锅炉的方法。
背景技术
锅炉是众所周知的且用于许多不同的热交换应用中。例如，锅炉可布置在呈发动机形式的排气源之后，以从由发动机产生的排气中回收热量。此类锅炉通常称为热回收锅炉。在此类锅炉中，输送通过锅炉的介质(典型为水)借助于来自输送通过锅炉的发动机排气的热量来加热。发动机可典型地在不同的负载下操作，且锅炉通常尺寸设定成用于在任何的发动机负载下操作，包括在满(即100％)发动机负载下操作。关于锅炉的一个尺寸设定的标准(criterion)可为锅炉排气压降，且锅炉可尺寸设定成使得锅炉排气压降决不超过150mmWC。典型地，发动机负载越高，锅炉排气压降越高。因此，锅炉排气压降典型地在满发动机负载下是最高的。然而，实际上，发动机典型地不在满负载下运行，而是在满负载的55-85％下运行，其导致锅炉排气压降显著地低于150mmWC。因此，锅炉将在大多数情况下是尺寸过大的，其使锅炉不必要地昂贵和笨重。此外，在许多应用中，蒸汽将在锅炉操作期间产生，该蒸汽可用于不同的目的(如果需要)。然而，如果产生比所需要的更多的蒸汽(其典型地可为在满发动机负载期间的情况)，蒸汽必须卸出(dump)。因此，锅炉典型地连接到用于卸出蒸汽的设备。此外，该设备通常尺寸设定成用于在任何的发动机负载下操作且因此在大多数情况下是尺寸过大的，并因此不必要地昂贵和笨重。
发明内容
本发明的目标在于提供至少部分地解决上文问题的锅炉和操作锅炉的方法。本发明的基本构思在于，使锅炉的介质和排气输送器件尺寸设定成不用于满排气源负载，而是用于典型的排气源负载(称为设计负载)，以及为锅炉提供专用的器件来用于处理由高于典型的排气源负载的操作所产生的过量排气。用于实现上文目标的锅炉和方法在下文论述。
根据本发明的锅炉布置成用于使热量从排气或烟道气传递到介质。锅炉包括用于接收来自外部第一排气源的排气的排气入口、用于排放来自外部第一排气源的排气的第一排气出口，以及用于使来自外部第一排气源的排气从所述排气入口输送到所述第一排气出口的器件。锅炉还包括用于接收介质的介质入口、用于排放介质的介质出口，以及用于使介质从所述介质入口输送到所述介质出口的器件。该锅炉的特征在于，它还包括用于使来自外部第一排气源的排气从所述排气入口输送到所述第一排气出口的旁通管道。旁通管道由锅炉的周壁包围。此外，锅炉包括布置成阻塞或接通旁通管道以调节通过旁通管道的排气流的旁通调节器，以及用于测量在旁通管道上游的第一排气压力的第一压力传感器。此外，锅炉包括控制单元，其与第一压力传感器和旁通调节器通信且布置成取决于所述第一压力来控制旁通调节器。
锅炉可布置成用于陆基或海洋应用。锅炉可安装在移动的容器(诸如船舶)上。
待加热的介质可为任何合适的介质，例如水。介质在它通过锅炉的途中可能(或可能不)部分地或完全地相变(诸如从液相变为气相)。例如，介质入口可布置成接收至少部分地呈液相(例如呈水的形式)的介质，而介质出口可布置成排放至少部分地呈气相(例如呈蒸汽的形式)的介质。
外部第一排气源可为任何合适的类型的，诸如柴油发动机或涡轮。
在本文中，表述“从入口输送到出口”以及类似物意指“在从入口到出口的方向上输送”且不必要一直从入口和一直到出口。因此，用于输送排气的所述器件、用于输送介质的所述器件以及所述旁通管道可以(但不需要)在相应的入口和出口之间一直延伸。
因为旁通管道由锅炉的周壁包围，它可内部地布置在锅炉内。此类内部旁通管道可允许锅炉的紧凑且成本效益合算的设计，以及在锅炉的所述排气入口到所述第一排气出口之间的相对短的排气路径。继而，这可允许关于流过锅炉的排气的相对低的压降。此外，此类内部旁通可与锅炉中的相对低的热应力相关联，如下文将进一步论述的。此外，此类内部旁通可允许使用机械上简单、紧凑且经济的旁通调节器。
周壁可具有任何合适的形状，诸如具有圆形、椭圆形、多边形、矩形等截面的管的形状。周壁还可具有任何合适的设计，诸如是实心的或中空的，和/或具有一致或不一致的厚度。例如，周壁可为包括借助于实心壁部分来连接的多个平行管的所谓的面板壁。冷却介质可供给通过这些管以用于冷却输送通过锅炉的排气。
锅炉的构件可由任何合适的材料(例如碳钢、不锈钢或铝)制成。
旁通管道可具有任何合适的设计，诸如是直的或弯曲的，以及具有圆形或椭圆形或多边形的截面。
如上文所述，旁通调节器布置成阻塞或接通旁通管道。在本文中，“阻塞”意指“完全地关闭”，而“接通”意指“完全地或部分地打开”。
如本文中使用的，关于排气流动方向，“上游”意指“之前”而“下游”意指“之后”。因此，第一压力传感器布置在外部第一排气源和锅炉的旁通管道之间的某处。
如本文中使用的，“通信”以及类似物意指“直接地或间接地通信”。通信可为有线的或无线的。
如上文所述，控制单元布置成取决于所述第一压力来控制旁通调节器。第一压力可能(或可能不)是由控制单元用来控制旁通调节器的仅有的变量。
在最高达锅炉尺寸设定成用于的外部第一排气源的典型负载的负载下，来自外部第一排气源的排气可由用于输送排气的所述器件来供给通过锅炉。在较高的负载下，来自外部第一排气源的过量排气可经由旁通管道来供给通过锅炉。在外部第一排气源和锅炉的旁通管道之间测量的第一排气压力取决于外部第一排气源的负载。通过取决于所述第一排气压力来控制旁通调节器，可优化通过旁通管道的排气流。因此，旁通管道的设置使得可能基于外部第一排气源的典型负载(而不是最大负载)来设定锅炉的其余部分(以及与其连接的任何蒸汽卸出设备)的尺寸，其是成本和空间效益合算的。
锅炉可构造成使得用于使排气从所述排气入口输送到所述第一排气出口的所述器件包括第一束管。此外，用于使介质从所述介质入口输送到所述介质出口的所述器件可包括包围所述第一束管的锅炉的所述周壁。
管、旁通管道和周壁可由相同的材料制成以在锅炉操作期间得到基本相同的温度，其可允许锅炉中的相对低的热应力。
管可具有任何合适的设计，诸如是直的、弯曲的或者盘卷或螺旋形的，以及具有圆形或椭圆形或多边形的截面，并且管可彼此类似或不同。管可设有表面扩大元件，诸如螺旋翅片、板式翅片或任何其它合适设计的翅片。
管的数量可为两个或更多个，且它们可沿(且可能还平行于)彼此和/或旁通管道延伸。
管中的每个可具有比旁通管道的内部体积更小的内部体积。
根据该实施例，排气在由待加热的介质包绕的管中供给通过锅炉，待加热的介质由锅炉的所述周壁包围，且排气和介质之间的热交换通过管壁来发生。此类锅炉可称为烟管锅炉。在使此类烟管锅炉尺寸设定成用于外部第一排气源的典型负载(而不是满负载)时，可减少管的数量，其可使锅炉不那么昂贵且不那么需求空间(即使其中存在旁通管道)。管数量减少意味着通过管的排气速度增加，其继而导致排气和介质之间的热传递的效率增加，以及还减少沉积物在管内侧壁上的形成。此外，当外部第一排气源在高负载下运行时，通过借助于旁通调节器快速地切断通过旁通管道的排气流以在短时间内增加通过管的排气速度来“吹出它们”(之后再允许通过旁通管道的排气流)，可有效清洁此类烟管锅炉的管。这可进行一次或重复地进行以在管中产生排气波。
锅炉可构造成使得用于使介质从所述介质入口输送到所述介质出口的所述器件包括一个或多个管，而不是设计为烟管锅炉。此外，用于使排气从所述排气入口输送到所述第一排气出口的所述器件可包括包围所述一个或多个管的锅炉的所述周壁。
这些一个或多个管也可具有任何合适的设计，诸如是直的、弯曲的或者盘卷或螺旋形的，以及具有圆形或椭圆形或多边形的截面，彼此类似或不同，沿(且可能还平行于)彼此和/或旁通管道延伸，以及设有任何合适设计的表面扩大元件。
根据该实施例，待加热的介质在由来自外部第一排气源的排气包绕的管中供给通过锅炉，该排气由锅炉的所述周壁包围，且排气和介质之间的热交换通过管壁来发生。如果介质是水，此类锅炉可称为水管锅炉。
锅炉还可包括用于测量在旁通管道下游的第二排气压力的第二压力传感器。此外，控制单元还可与第二压力传感器通信且布置成还取决于所述第二压力来控制旁通调节器。不同的外部因素可影响第一压力和第二压力。通过取决于第一压力和第二压力两者来控制旁通调节器，可“消除”此类外部因素，且可仅取决于锅炉中的状况来控制旁通调节器。
第一压力和第二压力可能(或可能不)是由控制单元用来控制旁通调节器的仅有的变量。例如，控制单元可布置成取决于第一压力和第二压力之间的差来控制旁通调节器。
第二压力传感器可具有不同的位置。例如，第二压力传感器可布置在锅炉的第一排气出口的上游，即在第一排气出口和旁通管道之间。此类位置便于第二压力传感器设置为锅炉的集成构件。
第一压力传感器也可具有不同的位置。例如，第一压力传感器可布置在锅炉的排气入口的下游，即在排气入口和旁通管道之间。此类位置便于第一压力传感器设置为锅炉的集成构件。作为另一示例，第一压力传感器可布置在锅炉的排气入口的上游以用于测量在锅炉之前(即在外部第一排气源和锅炉的排气入口之间)的第一排气压力。此类位置可允许更准确地测量第一排气压力且可使得可能直接地测量发动机背压。
旁通管道可包括用于接收排气的排气入口和用于排放排气的排气出口。此外，旁通调节器可布置成覆盖旁通管道的排气入口和排气出口中的一个以阻塞旁通管道。此类旁通调节器可从外侧阻塞旁通管道，其可允许旁通调节器的机械上直接了当(straightforward)、可靠且可接近的构造。
旁通调节器可布置成覆盖旁通管道的排气入口和排气出口中的一个，而旁通管道的排气入口和排气出口中的另一个可布置成始终(constantly)打开。这可允许锅炉的相对简单的设计以及对通过旁通管道的排气流的仍令人满意的控制。
根据一个实施例，旁通调节器布置成覆盖旁通管道的排气出口以阻塞旁通管道。因为与在旁通管道的排气入口处相比在排气出口处温度典型地更低，该实施例为旁通调节器提供相对温和的环境。在备选实施例中，旁通调节器可改为布置成覆盖旁通管道的排气入口以阻塞旁通管道。
旁通调节器可具有任何合适的设计。例如，旁通调节器可包括蝶形挡板(damper)，其可允许旁通调节器的机械上直接了当、可靠且可接近的构造。
锅炉还可包括用于测量从介质出口排放的蒸汽的蒸汽压力的第三压力传感器。此外，控制单元还可与第三压力传感器通信且布置成还取决于所述蒸汽压力来控制旁通调节器。
第一压力和蒸汽压力可能(或可能不)是由控制单元用来控制旁通调节器的仅有的变量。
由锅炉生成且从介质出口排放的蒸汽可用于不同的目的(如果需要)。生成的但不需要的蒸汽在下文中称为过量蒸汽。生成的蒸汽量可通过调节通过旁通管道的排气流来调节。更特别地，通过增加通过旁通管道的排气流，可减少蒸汽的生成，且反之亦然。生成的过量蒸汽越多，所述蒸汽压力越高。通过取决于所述蒸汽压力来控制旁通调节器，可使蒸汽的生成适于实际需要。因此，可限制过量蒸汽的产生，其继而使得可能按比例缩小用于处置过量蒸汽的设备(诸如蒸汽卸出设备)。
根据一个实施例，锅炉还包括与所述介质出口连通以用于卸出从介质出口排放的蒸汽的连接件，以及布置成测量待卸出的蒸汽量的蒸汽流量计。此外，控制单元与蒸汽流量计通信且布置成还取决于所述蒸汽量来控制旁通调节器。
第一压力和由蒸汽流量计测量的蒸汽量可能(或可能不)是由控制单元用来控制旁通调节器的仅有的变量。
根据该实施例，测量和使用待卸出的蒸汽量来控制旁通调节器，而不是(或除了)如上文描述的那样测量蒸汽压力和使用该蒸汽压力来控制旁通调节器。
锅炉还可包括用于排放来自第二排气源的排气的第二排气出口，以及用于使排气从第二排气源输送到所述第二排气出口的第二束管，锅炉的所述周壁包围所述第二束管。此类锅炉可称为复合锅炉。
第二束管也可为两个或更多个，沿(且可能还平行于)彼此和/或旁通管道延伸，由任何合适的材料制成，具有任何合适的设计，彼此类似或不同，以及各自具有比旁通管道的内部体积更小的内部体积。
在此类复合锅炉中，来自第二排气源的排气在由介质包绕的管中供给通过锅炉且有助于介质的加热。第二排气源可为任何合适的类型的，诸如燃油和/或燃气燃烧器。
操作锅炉来使热量从排气传递到介质的发明方法包括以下步骤：使来自外部第一排气源的排气从锅炉的排气入口输送到第一排气出口，以及使介质从锅炉的介质入口输送到介质出口。该方法的特征在于，还包括以下步骤：测量在锅炉的旁通管道上游的第一排气压力，该旁通管道布置成使来自外部第一排气源的排气从所述排气入口输送到所述第一排气出口；以及取决于所述第一排气压力来调节通过旁通管道的排气流。
方法还可包括以下步骤：测量在旁通管道下游的第二排气压力，以及还取决于所述第二压力来调节通过旁通管道的排气流。
方法还可包括以下步骤：测量从介质出口排放的蒸汽的蒸汽压力，以及还取决于所述蒸汽压力来调节通过旁通管道的排气流。
方法还可包括以下步骤：测量待卸出的从介质出口排放的蒸汽量，以及还取决于所述蒸汽量来调节通过旁通管道的排气流。
根据本发明的锅炉的不同实施例的上文论述的优点自然地可传递到根据本发明的方法的不同实施例。
本发明的还其它的目标、特征、方面和优点将从以下详细描述中以及从图中显现。
附图说明
现在将参照所附示意图来更详细地描述本发明，在所附示意图中
图1a示出根据第一实施例的锅炉的示意性截面和发动机，
图1b示出根据第一实施例的锅炉的一部分的示意性顶视图，
图2示出根据第二实施例的锅炉的示意性截面和发动机，
图3示出根据第三实施例的锅炉的示意性截面和发动机，
图4示出根据第四实施例的锅炉的示意性截面和发动机，
图5示出根据第五实施例的锅炉的示意性截面，以及
图6示出根据第六实施例的锅炉的示意性截面。
具体实施方式
在图1a和图1b中示出锅炉2。锅炉2布置在船舶(未示出)上且由导管6来连接到呈船舶的柴油发动机4形式的外部第一排气源。由柴油发动机4生成的排气EG1通过导管6供给到锅炉2以用于排气热回收。锅炉2包括碳钢容器8，继而包括在竖直方向上连续布置的下室或集管(header)10、壳体12和上室或集管14。下室10和壳体12两者具有圆柱形的形式并且整体地形成以便具有类似的截面且同心地布置。上室14具有部分圆柱形的形式以及比下室10和壳体12更小的截面。
锅炉2还包括第一束16碳钢管18以及碳钢旁通管道20，其在容器8内侧在碳钢的下管板22和上管板24之间延伸，这些板形成使壳体12与下室10和上室14分离的壳体12的下壁和上壁。旁通管道20部分地由管18包绕。管18和旁通管道20是直的，且平行于彼此和壳体12的纵向中心轴线c延伸。管18和旁通管道20全部具有圆形截面，且旁通管道20的内部体积显著地大于管18中的每个的内部体积。管18和旁通管道20布置成使排气EG1输送通过容器8，该排气EG1由锅炉2通过延伸到下室10中的排气入口26接收且由锅炉2通过延伸到上室14外的第一排气出口28排放。排气EG1供给通过排气入口26，到下室10中，通过管18，且可能还通过旁通管道20(如下文将进一步论述的)，到上室14中并通过第一排气出口28。
此外，锅炉2包括布置在容器8内侧的炉具(furnace)30，以及在壳体12内侧在锅炉的炉具30和上管板24之间延伸的第二束32碳钢管34(仅在图1a中示出)。管34是直的，且平行于彼此和壳体12的纵向中心轴线c延伸。管34全部具有圆形截面，且旁通管道20的内部体积显著地大于管34中的每个的内部体积。管34布置成在排气EG2通过布置在上管板24处的第二排气出口36离开锅炉2之前使排气EG2从呈布置在炉具30内侧的燃油燃烧器(未示出)形式的第二排气源输送通过壳体12。
在发动机4、锅炉2和可能的燃油燃烧器的操作期间，壳体12填充有介质(这里是水)，其通过介质入口38供给到壳体12中。此外，排气EG1供给通过管18以及可能通过旁通管道20，且排气EG2供给通过管34(如果燃油燃烧器运行)。水包绕管18、管34和旁通管道20并在管18、管34和旁通管道20周围流动，且因为水比排气EG1和EG2更冷，热量从排气通过管壁和炉具传递到水，水受加热且呈水和蒸汽的混合物的形式通过介质出口40离开锅炉2。因为壳体8的周壁42、管18、旁通管道20和管34由相同的材料制成且全部浸入共同的水体积中，它们的温度将相差得相对少，其将导致锅炉中的热应力相对有限。因此，第一束16管18和旁通管道20用作用于使排气EG1从排气入口26输送到第一排气出口28的器件，而壳体8的周壁42用作用于使介质从介质入口38输送到介质出口40的器件。
柴油发动机4在锅炉排气压降为150mmWC或更低时最佳地操作。锅炉2尺寸设定成使得在为最大柴油发动机负载的55-85％的柴油发动机设计负载下，锅炉排气压降压力为大约150mmWC。当发动机在设计负载或更低负载下操作时，排气EG1将通过管18输送通过壳体12。然而，如果柴油发动机(出于无论什么原因)在高于设计负载的负载下操作，发动机排气EG1将还通过旁通管道20输送通过壳体12，以避免发动机背压增加。借助于呈蝶形挡板44形式的旁通调节器来调节通过旁通管道20的排气流。蝶形挡板44布置在旁通管道20的排气出口46处，以打开它且允许排气EG1通过，或者关闭它且防止排气EG1通过。在图1a和图1b中，蝶形挡板44示为关闭的。旁通管道20的排气入口48始终打开。
锅炉2包括控制单元50，其连接到蝶形挡板44以控制它的打开和关闭。控制单元50与第一压力传感器52和第二压力传感器54通信，第一压力传感器52布置在锅炉2的下室10中以测量其中的第一排气压力，第二压力传感器54布置在锅炉2的上室14中以测量其中的第二排气压力。第二和第一排气压力之间的差与发动机背压直接相关，且控制单元50布置成取决于该压力差来控制蝶形挡板44的打开和关闭。因此，如果压力差超过预设极限值，则蝶形挡板44将打开至取决于压力差的一程度。然而，如果压力差低于预设极限值，则蝶形挡板44将关闭。
如上文提到的，锅炉2产生蒸汽，该蒸汽通过介质出口40离开壳体12。该蒸汽可在船舶上用于不同的目的。如果由来自柴油发动机4的排气EG1生成的蒸汽不足够，可操作炉具30中的燃油燃烧器以用于借助于来自燃烧器的排气EG2来生成额外的蒸汽。自然地，在锅炉的备选实施例中，可省略炉具30、第二束32管34和第二排气出口36。
因此，借助于旁通管道20、蝶形挡板44和控制单元50，锅炉排气压降可保持处于150mmWC或更低，即使当发动机负载超过设计负载时。此外，旁通管道20、蝶形挡板44和控制单元50通过操作发动机4高于设计负载以及具有通过旁通管道20的排气流的锅炉2(之后借助于蝶形挡板44突然地切断通过旁通管道20的排气流以从管16内侧“吹出”沉积物)来提供有效清洁锅炉2的可能性。
在图2中示出另一锅炉56。锅炉56与锅炉2非常类似，且在下文中将聚焦于锅炉56的区别特征。锅炉56包括第一压力传感器52，但缺少锅炉2的第二压力传感器54。在锅炉56中，第一压力传感器52直接地定位在柴油发动机4之后，且布置成测量柴油发动机4的发动机背压。控制单元50布置成取决于该发动机背压来控制蝶形挡板44的打开和关闭。
在图3中示出另一锅炉58。锅炉58与锅炉2非常类似，且在下文中将聚焦于锅炉58的区别特征。根据先前的描述，液态水通过与排气EG1(以及可能与排气EG2)的热交换在锅炉58内侧转变为蒸汽。该蒸汽可在船舶上用于不同的目的。由发动机4生成的排气EG1越多，可由锅炉58产生的蒸汽越多。此外，生成的排气EG1中通过管18的越多，产生的蒸汽越多。换句话说，对于特定的发动机负载，如果全部排气EG1通过管18穿过壳体12且没有排气EG1通过旁通管道20，产生最多的蒸汽(因为关于旁通管道20的排气流速和因此热传递效率将低于关于管18的)。如果由锅炉58产生比所需要的更多的蒸汽，借助于连接到锅炉58的蒸汽卸出设备(未示出)来卸出过量蒸汽。借助于旁通管道20，可限制过量蒸汽的产生，其意味着可减少蒸汽卸出设备的载量(capacity)。
除了第一压力传感器52和第二压力传感器54之外，锅炉58包括呈布置在从锅炉58的介质出口40延伸的连接件处的蒸汽压力传感器60形式的第三压力传感器。控制单元50布置成与蒸汽压力传感器60通信以及还取决于借助于蒸汽压力传感器60测量的蒸汽压力来控制蝶形挡板44的打开和关闭。因此，如果蒸汽压力超过预设极限值，则蝶形挡板44将打开至取决于蒸汽压力大小的一程度。如果蒸汽压力低于预设极限值，但由第一压力传感器52和第二压力传感器54测量的第二和第一排气压力之间的差超过预设极限值，则蝶形挡板44将打开至取决于压力差大小的一程度。如果蒸汽压力低于预设极限值以及压力差低于预设极限值，则蝶形挡板44将关闭。
因此，借助于旁通管道20、蝶形挡板44和控制单元50，可使蒸汽的产生适于对蒸汽的实际需要，以便减少必须卸出的蒸汽量且从而允许连接到锅炉的蒸汽卸出设备按比例缩小。
在图4中示出另一锅炉62。锅炉62与锅炉58非常类似，且在下文中将聚焦于锅炉58的区别特征。由锅炉62产生且从介质出口40输出的蒸汽供给通过连接件64以用于在船舶上使用，或者供给通过连接件66以卸出。锅炉62包括蒸汽流量计68，而不是锅炉58的蒸汽压力传感器60。蒸汽流量计68布置在连接件66处以用于测量待卸出的蒸汽流量。锅炉62的控制单元50布置成取决于所测量的连接件66中的蒸汽流量来控制蝶形挡板44的打开和关闭，而不是取决于所测量的蒸汽压力来控制蝶形挡板44的打开和关闭。
在图5中示出另一锅炉70。锅炉70与锅炉2具有一些类似处，且在下文中将聚焦于锅炉70的区别特征。锅炉70布置在船舶(未示出)上且连接到呈柴油发动机(未示出)形式的外部第一排气源。由柴油发动机生成的排气EG1供给到锅炉70以用于排气热回收。锅炉70包括容器72，继而包括在竖直方向上连续布置的下室74、壳体76和上室78。下室74和上室78以及壳体76全部具有圆柱形的形式并且整体地形成以便具有类似的截面且同心地布置。
锅炉70还包括：第三束80管82，其在下管板84和上管板86之间延伸，这些板形成使壳体76与下室74和上室78分离的壳体76的下壁和上壁；以及平行的旁通管道88，其在壳体76内侧延伸。管82布置成使水和蒸汽输送通过壳体76，水由锅炉70通过延伸到下室74中的介质入口90接收，且蒸汽从锅炉70通过延伸到上室78外的介质出口92排放。壳体76和旁通管道88布置成使排气EG1输送通过锅炉70，该排气EG1由锅炉70通过延伸到壳体76的下部部分中的排气入口94接收且从锅炉70通过延伸到壳体76的上部部分外的(第一)排气出口96排放。
在发动机和锅炉70的操作期间，排气EG1供给通过壳体76。壳体76的周壁98用作用于使排气EG1从排气入口94输送到(第一)排气出口96的器件。此外，排气EG1可能供给通过旁通管道88，如下文将进一步论述的。在壳体76内侧，排气EG1包绕管82和旁通管道88并在管82和旁通管道88周围流动。此外，水从介质入口90供给并供给到管82中，且因为水比排气EG1更冷，热量从排气EG1通过管82的壁传递到管82中的水，水受加热且呈蒸汽或者水和蒸汽的混合物的形式通过介质出口92离开锅炉70。因此，管82的束80用作用于使水和蒸汽从介质入口90输送到介质出口92的器件。
当发动机在设计负载或更低负载下操作时，排气EG1将在旁通管道88外侧输送通过壳体76。然而，如果发动机在高于设计负载的负载下操作，发动机排气EG1将还经由旁通管道88来输送通过壳体76，以避免锅炉排气压力高于150mmWC。借助于布置在旁通管道88的排气出口102处的蝶形挡板100来调节通过旁通管道88的排气流。旁通管道88的排气入口104始终打开。
锅炉70包括控制单元106，其连接到蝶形挡板100以基于第一排气压力和第二排气压力之间的压力差来控制蝶形挡板100的打开和关闭，第一排气压力借助于第一压力传感器108在旁通管道88上游测量，第二排气压力借助于第二压力传感器110在旁通管道88下游测量。
在图6中示出另一锅炉112。锅炉112与锅炉70具有类似处，且在下文中将聚焦于锅炉112的区别特征。锅炉112包括由圆柱形周壁116以及下壁118和上壁120分别限定的壳体114。锅炉112还包括多个螺旋管122(这里是两个)，其在壳体114内侧在旁通管道124周围延伸。管122布置成使水和蒸汽输送通过壳体114，水由锅炉112通过延伸到壳体114的下部部分中的介质入口126接收，且蒸汽或者蒸汽和水的混合物从锅炉112通过延伸到壳体114的上部部分外的介质出口128排放。壳体114和旁通管道124布置成使来自柴油发动机(未示出)的排气EG1输送通过锅炉112，该排气EG1由锅炉112接收，通过排气入口130和(第一)排气出口132，排气入口130延伸通过壳体114的下壁118，(第一)排气出口132延伸通过壳体114的上壁120。
锅炉112包括蝶形挡板134，其布置在旁通管道124的排气出口136处以用于调节通过旁通管道124的排气流。旁通管道124的排气入口138始终打开。此外，锅炉112包括控制单元140，其连接到蝶形挡板134以基于第一排气压力和第二排气压力之间的压力差来控制蝶形挡板134的打开和关闭，第一排气压力借助于第一压力传感器142在旁通管道124上游测量，第二排气压力借助于第二压力传感器144在旁通管道124下游测量。
本发明的上文描述的实施例应仅看作是示例。本领域技术人员认识到，所论述的实施例可在不脱离发明构思的情况下以多种方式变化和组合。
例如，在图3-6中示出的锅炉中也可省略第二压力传感器。另外/备选地，第一压力传感器可布置在锅炉的排气入口的上游以测量发动机背压。
作为另一示例，图2和图4-6中示出的锅炉还可包括用于测量从介质出口排放的蒸汽的蒸汽压力的第三压力传感器。类似地，图2、图3和图5-6中示出的锅炉还可包括用于蒸汽卸出的连接件和用于测量待卸出的蒸汽量的蒸汽流量计。
旁通调节器不需要设计为蝶形挡板，而是可以以任何合适的方式设计，例如作为气体挡板、单或多叶片挡板、百叶窗挡板、闸刀挡板或入口导叶挡板。
作为布置成从外侧阻塞旁通管道端部的备选方案，旁通调节器可改为布置在旁通管道内侧和/或布置成在其中间部分处阻塞旁通管道。
应强调的是，已省略与本发明无关的细节的描述，并且图只是示意性的且不是根据比例来绘制的。还应说的是，图中的一些比其它更简化。因此，一些构件可在一个图中示出但在另一图中省去。最后，如本文中使用的，前缀“第一”、“第二”、“顶部”、“底部”、“上”、“下”、“水平”、“竖直”等仅用来区别不同的构件，且不引起关于相对定位或定向的要求。

Claims (18)

1.一种用于使热量从排气(EG1、EG2)传递到介质的锅炉(2、56、58、62、70、112)，所述锅炉(2、56、58、62、70、112)包括用于接收来自外部第一排气源(4)的排气(EG1)的排气入口(26、94、130)、用于排放来自所述外部第一排气源(4)的排气(EG1)的第一排气出口(28、96、132)、用于使来自所述外部第一排气源(4)的排气(EG1)从所述排气入口(26、94、130)输送到所述第一排气出口(28、96、132)的器件(16、18、76、114)、用于接收所述介质的介质入口(38、90、126)、用于排放所述介质的介质出口(40、92、128)，用于使所述介质从所述介质入口(38、90、126)输送到所述介质出口(40、92、128)的器件(12、82、122)，旁通管道(20、88、124)，所述旁通管道(20、88、124)用于使来自所述外部第一排气源(4)的排气(EG1)从所述排气入口(26、94、130)输送到所述第一排气出口(28、96、132)，所述旁通管道(20、88、124)由所述锅炉(2、56、58、62、70、112)的周壁(42、98、116)包围；以及旁通调节器(44、100、134)，所述旁通调节器(44、100、134)布置成阻塞或接通所述旁通管道(20、88、124)以调节通过所述旁通管道(20、88、124)的排气流；其特征在于，还包括：第一压力传感器(52、108、142)，所述第一压力传感器(52、108、142)用于测量在所述旁通管道(20、88、124)上游的第一排气压力；以及控制单元(50、106、140)，所述控制单元(50、106、140)与所述第一压力传感器(52、108、142)和所述旁通调节器(44、100、134)通信且布置成取决于所述第一压力来控制所述旁通调节器(44、100、134)；
其中所述控制单元配置成当所述外部第一排气源在设计负载或更低负载下操作时，所述排气(EG1)将通过用于使所述介质从所述介质入口(38、90、126)输送到所述介质出口(40、92、128)的所述器件(12、82、122)被输送通过所述器件(16、18、76、114)，并且如果所述外部第一排气源在高于设计负载的负载下操作，将通过用于使所述介质从所述介质入口(38、90、126)输送到所述介质出口(40、92、128)的所述器件(12、82、122)被输送的所述排气(EG1)还通过所述旁通管道(20、88、124)输送，以避免所述外部第一排气源的背压增加。
2.根据权利要求1所述的锅炉(2、56、58、62)，其中，用于使排气(EG1)从所述排气入口(26)输送到所述第一排气出口(28)的所述器件(18)包括第一束(16)管(18)，且用于使所述介质从所述介质入口(38)输送到所述介质出口(40)的所述器件(12)包括包围所述第一束(16)管(18)的所述锅炉(2、56、58、62)的所述周壁(42)。
3.根据权利要求1所述的锅炉(70、112)，其中，用于使介质从所述介质入口(90、126)输送到所述介质出口(92、128)的所述器件(82、122)包括一个或多个管(82、122)，且用于使排气(EG1)从所述排气入口(94、130)输送到所述第一排气出口(96、132)的所述器件(76、114)包括包围所述一个或多个管(82、122)的所述锅炉(70、112)的所述周壁(98、116)。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的锅炉(2、58、62、70、112)，还包括用于测量在所述旁通管道(20、88、124)下游的第二排气压力的第二压力传感器(54、110、144)，所述控制单元(50、106、140)还与所述第二压力传感器(54、110、144)通信且布置成还取决于所述第二压力来控制所述旁通调节器(44、100、134)。
5.根据权利要求4所述的锅炉(2、58、62、70、112)，其中，所述第二压力传感器(54、110、144)布置在所述锅炉(2、58、62、70、112)的第一排气出口(28、96、132)的上游。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的锅炉(2、58、62、70、112)，其中，所述第一压力传感器(52、108、142)布置在所述锅炉(2、58、62、70、112)的排气入口(26、94、130)的下游。
7.根据权利要求1-3中任一项所述的锅炉(56)，其中，所述第一压力传感器(52)布置在所述锅炉(56)的排气入口(26)的上游以用于测量在所述锅炉(56)之前的所述第一排气压力。
8.根据权利要求1-3中任一项所述的锅炉(2、56、58、62、70、112)，其中，所述旁通管道(20、88、124)包括用于接收排气(EG1)的排气入口(48、104、138)和用于排放排气(EG1)的排气出口(46、102、136)，且所述旁通调节器(44、100、134)布置成覆盖所述旁通管道(20、88、124)的排气入口(48、104、138)和排气出口(46、102、136)中的一个以阻塞所述旁通管道(20、88、124)。
9.根据权利要求8所述的锅炉(2、56、58、62、70、112)，其中，所述旁通管道(20、88、124)的排气入口(48、104、138)和排气出口(46、102、136)中的另一个布置成始终打开。
10.根据权利要求8所述的锅炉(2、56、58、62、70、112)，其中，所述旁通调节器(44、100、134)布置成覆盖所述旁通管道(20、88、124)的排气出口(46、102、136)以阻塞所述旁通管道(20、88、124)。
11.根据权利要求1-3中任一项所述的锅炉(2、56、58、62、70、112)，其中，所述旁通调节器(44、100、134)包括蝶形挡板(44、100、134)。
12.根据权利要求1-3中任一项所述的锅炉(58)，还包括用于测量从所述介质出口(40)排放的蒸汽的蒸汽压力的第三压力传感器(60)，所述控制单元(50)还与所述第三压力传感器(60)通信且布置成还取决于所述蒸汽压力来控制所述旁通调节器(44)。
13.根据权利要求1-3中任一项所述的锅炉(62)，还包括与所述介质出口(40)连通以用于卸出从所述介质出口(40)排放的蒸汽的连接件(66)，以及布置成测量待卸出的蒸汽量的蒸汽流量计(68)，所述控制单元(50)还与所述蒸汽流量计(68)通信且布置成还取决于所述蒸汽量来控制所述旁通调节器(44)。
14.根据权利要求1-3中任一项所述的锅炉(2、56、58、62)，还包括用于排放来自第二排气源的排气(EG2)的第二排气出口(36)，以及用于使排气(EG2)从所述第二排气源输送到所述第二排气出口(36)的第二束(32)管(34)，所述锅炉(2、56、58、62)的所述周壁(42)包围所述第二束(32)管(34)。
15.一种操作锅炉(2、56、58、62、70、112)来使热量从排气(EG1、EG2)传递到介质的方法，包括
使来自外部第一排气源(4)的排气(EG1)从所述锅炉(2、56、58、62、70、112)的排气入口(26、94、130)输送到第一排气出口(28、96、132)，
使所述介质从所述锅炉(2、56、58、62、70、112)的介质入口(38、90、126)输送到介质出口(40、92、128)，其特征在于，还包括
测量在所述锅炉(2、56、58、62、70、112)的旁通管道(20、88、124)上游的第一排气压力，所述旁通管道(20、88、124)布置成使来自所述外部第一排气源(4)的排气(EG1)从所述排气入口(26、94、130)输送到所述第一排气出口(28、96、132)，以及
取决于所述第一排气压力来调节通过所述旁通管道(20、88、124)的排气流；
其中当所述外部第一排气源在设计负载或更低负载下操作时，所述排气(EG1)将从所述介质入口(38、90、126)输送到所述介质出口(40、92、128)，并且如果所述外部第一排气源在高于设计负载的负载下操作，将从所述介质入口(38、90、126)输送到所述介质出口(40、92、128)的所述排气(EG1)将还通过所述旁通管道(20、88、124)输送，以避免所述外部第一排气源的背压增加。
16.根据权利要求15所述的方法，还包括
测量在所述旁通管道(20、88、124)下游的第二排气压力，以及
还取决于所述第二压力来调节通过所述旁通管道(20、88、124)的所述排气流。
17.根据权利要求15-16中任一项所述的方法，还包括
测量从所述介质出口(40)排放的蒸汽的蒸汽压力，以及
还取决于所述蒸汽压力来调节通过所述旁通管道(20)的所述排气流。
18.根据权利要求15-16中任一项所述的方法，还包括
测量待卸出的从所述介质出口(40)排放的蒸汽量，以及
还取决于所述蒸汽量来调节通过所述旁通管道(20)的所述排气流。
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