CN1234104A - 输出可调的废热锅炉 - Google Patents

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Abstract

一种输出可变、自然循环工作的废热锅炉。汽/水缸筒为蒸汽和给水的储存容器。废气均流过对流部分,气流高速流动可自动清洁热交换表面。通过对流部分中水位和水量依据液体和气体的热交换特性差来控制蒸汽的产生。汽/水缸筒通过排水管与对流部分下端相连,其中的连续可调或开/关调节型阀控制水位。单独的控制线路控制汽/水缸筒中的给水位置。用不同的给水管道和导流板装置来加热给水及冷凝蒸汽。

Description

输出可调的废热锅炉
本发明涉及一种锅炉，特别是一种回收利用由柴油机或同类发动机产生的废气热量的蒸汽锅炉，利用回收的热量来调节上述锅炉的能量。废气锅炉由蒸汽/水缸筒和一个对流部分构成，通常为水-管结构，用以回收热量。管道可以是光滑的或凸纹状的，这些管道通常水平或竖直布置。水/蒸汽缸用作为被送入对流部分的液体和其中产生的蒸汽的存储容器。此外，废气锅炉包括一个支架、一个绝热室、废气的输入和输出开口、必要的阀件、管道、可能用到的收集管、泵、控制装置、安全装置和控制板。所用水在输送入锅炉之前利用锅炉水处理设备和化学物质进行处理。
废气锅炉通常用于船只上和柴油发电厂中，在这些地方废气锅炉的工作可靠性是非常重要的。部分是因为这个原因，现今所用的系统在其技术方面看起来有些太简单且有些过时了。此外，特别对于船只来说，即使为了海运安全的原因，分类制度(Classification institutions)通过对新构造进行运行测试来广泛地、严密地控制所用的系统。在工作不畅、功率不足及运行困难的情况下，在工作可靠性的方面对调节和其他功能来说，简单解决方法证明是最好的。在利用柴油机或类似物产生的蒸汽的废气锅炉中，能量的调节通常是将部分废气分流出锅炉即所谓的分流调节，或利用冷却物质如水、空气或类似物来冷凝过量蒸汽，即所谓的冷凝调节。根据其工况，锅炉通常分为自由循环锅炉和强制循环锅炉。在自由循环锅炉中，循环是通过重力和温度差来进行的，而在强制循环锅炉中循环是通过泵或相应的装置来进行的。在强制循环锅炉中通常在泵的压力侧安装节流阀用来进行能量调节，称为节流调节。
分流调节必需为废气锅炉建造一个分流通道，因为这种布置还需要控制废气流进入废气锅炉及对其进行分流的调节闸门，因此作为一种构造实行起来很困难且造价较贵。为使调节性能良好，调节闸门应是双重作用的，也就是说，它既调节蒸汽进入锅炉又调节蒸汽进入分流管道。利用两个单独的调节闸门是一种比较贵的选择。在实际应用中，经常选择安装一个调节闸门同时耗费一些调节性能和流动阻力。调节闸门不得不在较热的情况下及有污染的情况下运行，这样就降低了工作可靠性。如果锅炉的分流气流增加，对流部分中废气的流速就会减小。随之而来的是废气烟灰、油和其他固体物质就会黏附到对流部分的表面上；这样就减弱了热量交换，最坏情况会引起火灾。
在冷凝调节系统中不需要废气分流通道或调节闸门。相反，为了排放来自废气锅炉的过量蒸汽需要冷凝器、水和蒸汽管道、泵和/或鼓风机、控制阀和调节器。冷凝器可以为水冷式或空气冷却式。
除了投资的费用之外，在冷凝调节系统中还存在泵和/或鼓风机运行的费用，除此之外，在某些情况下冷却水可能很贵或温暖的气候需要增加空气冷却器的热交换表面及鼓风机的效率。在恒定能量下运行也增加了锅炉水的处理费用及设备尺寸。冷凝调节系统的一个良好特征在于废气在对流部分中有很高的流速，这样可减少污染。
在强制循环废气锅炉中，管道经常布置在一个水平面上，不同水平面上的管道通过弯曲的管道部分相连，循环就从一个平面到另一个平面。因此为得到强制循环的高流速就需要足够长的管道，这样就有时间进行汽化作用。强制循环废气锅炉也可相互连接，这样一个锅炉中的管道就可与另一锅炉中同水平高度上的管道连接在一起。在节流阀调节的废气锅炉中，为减少锅炉的功率，减少了汽流流速。当流速减小到足够小时，水就会滞留在水平放置的管道的底部，水被蒸干后就形成了炉垢。在某些情况下这些炉垢会形成独立的蒸汽室，当这些蒸汽室被消除时会损坏锅炉。强制循环废气锅炉在蒸干后启动时，会产生强烈的热冲击，这样就会产生很高的热应力而使锅炉变形。
专利公开号为FI NO.64978的芬兰专利文件披露一种废气锅炉，其中对流部分的热交换表面是由平滑管道制成的盘管构成。锅炉为圆柱形，对流部分的烟道从上面看及从下面看均为圆环形。最内盘管内侧的遗留空间用作分流通道并将消声器装置于其中。调整闸门位于分流通道的顶上，当该闸门关闭时，所有的废气将流入对流部分。当调节闸门开启时，只有部分废气流流经对流部分。平滑管道结构减少了污染。根据芬兰专利所公开的结构，调节范围不能达到0～100％。由于管道平滑，锅炉的热表面较小，在高功率级情况下锅炉将很重。它最适合于高废气温度，即适合于高速柴油发动机。
根据本申请文件，本发明的一个目的为提供一种结构简单且运行可靠的自动调节废气锅炉，该锅炉不包括运动部件。根据本申请，在自动调节废气锅炉中不需要带调节闸门的废气分流管道。根据本发明，因为自动调节废气锅炉产生的蒸汽量不超过消耗量，因此，不需要用于排放过量蒸汽的冷凝器及其辅助装置。根据本发明的自动调节废气锅炉自由运行，即进行自然循环，在这种情况下不需要单独的循环泵。全部的废气都流过对流部分，这样就保证了尽可能的自动清洁。
本发明的自动调节废气锅炉是通过调节对流部分中水的位置来调节蒸汽量。这就可通过根据液相和气相热传递性能差来进行调节。钢质锅炉结构可承受废气锅炉在水被蒸干情况下的运行，因为废气的最高温度大约为350℃。
更加清楚的是，本发明的自动调节废气锅炉的特征在于下面权利要求中所叙述的特征条款。
在自动调节废气锅炉中，最好为竖直布置的管道中的水位是通过至少一个可控阀来调节的，所述可控阀与蒸汽/水缸筒的一个或多个下水管道相连。在自动调节废气锅炉中，形成在对流部分的任何过热蒸汽都由通过蒸汽导流板输入的水进行冷却，即输入的水借助多孔管和/或凸纹管指向导流板内侧区域，将蒸汽输送至水面或水下来冷却。自动调节废气锅炉的蒸汽/水缸筒中水位调整至一恒定位置高度或在上限和下限之间变化。水位的调节可通过单独的控制线路来进行。用阀来调节对流部分中的水位是通过压力、温度和/或流量或主蒸汽管路的数量或蒸汽/水缸筒的数量来控制的。对流部分可由平滑管道或凸纹管道构成；也可以是片状结构或上述结构的组合。多个废气锅炉可连接到一个公用蒸汽/水缸筒上，以使给水泵的数量和水位调节达到最小。将蒸汽/水缸筒升高到一个较高的位置可提高静压力及加速调节。流过自动调节废气锅炉中废气在整个对流部分中流动。
本发明具有非常显著的优点。
自动调节废气锅炉的调节实际上是非常安全的，该锅炉同样适合应用于海洋和丛林中。所需备件，如恒压器和温度表在世界范围内随处可得。自动调节废气锅炉同样也简单地适用于手控。因为不需要冷凝器和分流管道，因此减少了投资费用和运行费用。通过设计得到最大流速的废气锅炉可提高自动调节废气锅炉的有效性，在这种情况下对流部分表面的自动清洁可最好而流速几乎保持恒定。通过利用竖直管路结构可减少炉垢的形成，如果小心的运行、仔细的操作可基本完全消除炉垢的形成。对下面缸体和自由循环锅炉可安排喷吹，这样可提高自动调节废气锅炉的有效性和使用寿命。
附图简介
下面借助附图详细描述本发明。
图1为自动调节废气锅炉的一个实施例的正视图。
图2为图1中所示的自动调节废气锅炉的侧视图，局部剖开。
图3为将多个废气锅炉连接到一个公用蒸汽/水缸筒上的示意图。
实施例
在图1和图2中，自动调节废气锅炉的给水和蒸汽的储存容器为蒸汽/水缸筒2。给水流3来自水处理装置并由阀4来调节。管道5将给水输送至蒸汽/水缸筒2中的分配管6。设计分配管6的目的是尽可能有利于蒸汽7和水8之间的热交换。蒸汽/水缸筒2中给水水位9通过调节器10来调节，例如，通过电线22将电信号传送至阀4或传送至给水管道。该项调节应是连续进行或在上限和下限间调节。通过一个可观察长颈管11可看到水的位置9。自动调节废气锅炉1产生的蒸汽流12由主蒸汽阀13调节，该阀安装在与蒸汽/水缸筒2相连的主蒸汽管14上。自动调节废气锅炉1的安全装置包括安全阀15，该阀可从锅炉中释放过大的压力；负压防护器16，该装置可在冷却时防止在锅炉中形成负压；安全装置还包括压力计17，该压力计用来指示锅炉中的压力。
在蒸汽/水缸筒2的缸壁18的下部连接有下水管19，在下水管上安装有调节阀20。恒压器21用来测量蒸汽/水缸筒2中的压力以控制这些调节阀20，例如，通过线23来传输电信号，或阀20也可自驱动，即由蒸汽7的压力、温度等因素来直接控制。
下水管19与下缸筒40相连，下缸筒40将给水8分配给对流部分41的下部分配管42，竖直管43与该管相连。热量交换由竖直管43来进行，为了提高其热交换性能，管43可是光滑管或凸纹管44。对流部分41的管道也可用片结构来替代。竖直管43的上端与上部收集管45相连，收集管45将蒸汽7送入蒸汽/水缸筒2，收集管的另一端与缸壁18相连。蒸汽7经由开口46进入蒸汽/水缸筒，蒸汽7由导流板47导引来加热分配管6中的给水8和/或用给水8来冷却过热蒸汽7。对流部分41中的水位48确定了自动调节废气锅炉1的能量。
自动调节废气锅炉1的对流部分41可由其上部分悬挂于支架50上，蒸汽/水缸筒2可连接到对流部分41上，例如，通过支撑部51来连接。废气流52经由进口53和出口54穿过整个对流部分41。利用法兰盘55和56将自动调节废气锅炉1连接到柴油发动机的排气管上。与法兰盘55和56相连的缸筒57和58或类似物通过锥形筒59和60连接到支架50上。自动调节废气锅炉的外部表面(50,57,58,59,60)通常都是热绝缘的，这是为了节省能量及为了职业安全的原因而降低表面温度。
图3所示为三个独立的自动调节废气锅炉1连接到一个公用蒸汽/水缸筒2上的实施例示意图。箭头24指示蒸汽7的流动方向。从独立的废气锅炉1伸出的蒸汽管道25或上部收集管45与蒸汽连接管26相连并延伸至蒸汽/水缸筒2。当然，也可利用其他类型的蒸汽7收集管道系统或自动调节废气锅炉1通过上部收集管道45与蒸汽/水缸筒2相连接或直接相连接。在图3所示的实施例中，蒸汽连接管26从上面穿过缸壁18进入蒸汽/水缸筒2，它与多孔蒸汽分配管27相连，多孔蒸汽分配管27部分或全部位于给水8的表面9之下。因此，给水8就被加热而过热蒸汽7在水中饱和。蒸汽喷嘴29通过孔28喷出蒸汽，有效地与给水8混合。水位调节器10经由线路30来控制供水管5中的泵31。在该实施例中，管道5直接进入蒸汽/水缸筒2。下水管32的上端连接到蒸汽/水缸筒2的缸壁18的下部，其下端连接到歧管33上，独立的废气锅炉1的下水管19也连接到歧管33上。对流部分41中的水位高度及独立锅炉1中的水位高度由阀20来调节。给水8向自动调节废气锅炉的流动由箭头34指示。
本发明的自动调节废气锅炉的工作情况如下。不以任何方式调节来自柴油发动机或类似物的废气流52；该气流完全通过对流部分41，由于其较高流速而能保持热交换表面清洁。在对流部分41的竖直管43中，要被汽化的液体在其内部而废气在其外部。为了提高热交换程度，管道在气流侧通常是凸纹状的。当主蒸汽管14的阀13手控开启或由使用目标控制开启时，蒸汽/水缸筒2中的压力和温度降低，阀20在恒压器21、恒温器的控制下开启或直接在蒸汽7的压力、温度或其他因素的控制下开启，于是给水8在重力的作用下经由下水管19流入对流部分41，这样就会升高水位高度48。因为水和水-汽混合物的传热能力明显高于蒸汽的传热能力，因此生成的蒸汽7增加。因为在低能量下水位48低及过热表面增大，因此，废气锅炉运行的功率愈低水表面48之上的蒸汽愈过热。根据蒸汽应用的目的，阀20可作为连续工作件或开关器件来调节，这样就可确定调节的速度和精确度。调节的速度可通过增加下水管的数量和/或直径来提高。另外，如图3所示，通过将蒸汽/水缸筒2升高到一个较高的位置可增加给水8的静压力，从而可提高能量调节速度。通过连续调节或在上限和下限之间进行控制，也可调节蒸汽/水缸筒2中给水8的位置9。给水水位9的调节也可完全独立地通过控制泵31和/或阀4的运行来进行。为使自动调节废气锅炉1稳定运行，将过热蒸汽的热量输送至给水中是很重要的。给水8的表面9在一定程度上可作为热交换表面，但这是不够的。因此通过利用多孔管系统和凸纹管系统或通过将蒸汽7引导至给水表面9上或其表面下来提高热交换效率。热交换效率也可通过利用不同的蒸汽或水喷嘴来提高。
蒸汽/水缸筒中水位9的调节可防止水的过量注入。当自动调节废气锅炉在零功率下运行时，给水8只滞留在下缸筒40的底部，在此处可进行排除水流。由于对水表面9的调节，蒸汽/水缸筒2中的表面喷吹也可较容易解决。
当前申请的本发明并不仅限于上述结构和实施例。例如，对流部分41的结构可根据所取得的管子而改变。凸肋可以螺旋式布置或纵向布置。可利用上收集管和下分配管的不同组合，或它们也可完全省略。蒸汽/水缸筒2可为另外一种形状或采取不同的布置方式。此外，由部分过热蒸汽7对给水的加热可通过多种途径来实现。对本领域的技术人员来说，本发明的思路中的多种控制装置和操作装置的用途也是很清楚的。

Claims (10)

1．一种从柴油发动机或类似物中回收热量的自动调节废气锅炉，它具有：
一个作为水和蒸汽存储空间的蒸汽/水缸筒(2)；一个作为汽化装置的对流部分(41)，该对流部分安装于蒸汽/水缸筒(2)和下部缸筒(40)或类似物之间的垂直定位部分并与它们连接在一起；在蒸汽/水缸筒(2)和下部缸(40)或类似物之间至少利用一个下水管(19)相连，其特征在于，利用至少一个阀(20)或相应装置来调节安装在蒸汽/水缸筒(2)和下部缸筒(40)之间的对流部分(41)中的水量(8)及水位高度(48)，或类似因素，最好将阀或相应装置装于下水管(19)的下部；对流部分(4¨中的最好为竖直布置的管道(43)部分注入水(8)，通过调节对流部分(41)中的水位高度(48)来调节废气锅炉的功率，而水位高度(48)是由阀(20)根据水、水-蒸汽混合物和蒸汽的不同传热特性来调节的。
2．根据权利要求1的自动调节废气锅炉，其特征在于，阀(20)是连续调节和/或是开/关调节型。
3．根据权利要求1-2的自动调节废气锅炉，其特征在于，将对流部分(41)蒸汽/水缸筒(2)相连的管道(26)或管道(45)在某一点穿过蒸汽/水缸筒(2)的壁(18)，该点在蒸汽/水缸筒(2)中所允许的最高水位(9)之上。
4．根据权利要求1-3的自动调节废气锅炉，其特征在于：在蒸汽/水缸筒(2)的内部安装有平滑或凸纹的多孔分配管(6)，为了将在对流部分(41)中过热的蒸汽(7)冷凝并加热给水(8)，该分配管处于蒸汽/水缸筒(2)的缸壁(18)内的蒸汽开口(46)之前、调节闸门(47)之后。
5．根据权利要求1-3的自动调节废气锅炉，其特征在于，多孔蒸汽(7)分配管(27)安装在蒸汽/水缸筒(2)中，为了冷凝在对流部分(41)中过热的蒸汽及加热给水(8)，该多孔蒸汽(7)分配管应部分或全部地置于水位高度(9)下。
6．根据权利要求1-5的自动调节废气锅炉，其特征在于，通过利用一个独立的、单独控制线路来连续调节蒸汽/水缸筒(2)中的水位高度(9)，或在调节上限和调节下限之间利用独立的、单独控制线路来调节水位高度(9)。
7．根据权利要求1-6的自动调节废气锅炉，其特征在于，阀(20)受蒸汽(7)的压力、温度、流速或相应的可测量控制，以便调节对流部分(41)中的水位(48)。
8．根据权利要求1-7的自动调节废气锅炉，其特征在于，对流部分(41)的管道(43)为凸纹管和/或平滑管，或管道可由片结构所代替。
9．根据权利要求1-8的自动调节废气锅炉，其特征在于：废气流穿过自动调节废气锅炉(1)并完全穿过对流部分(41)。
10．根据权利要求1-9的自动调节废气锅炉，其特征在于，在单独可调废气锅炉(1)运行的控制下多个可调废气锅炉(1)可连接到公用蒸汽/水缸筒(2)上。
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