CN1651818A - 干式雾化蒸汽发生方法、系统及发电系统 - Google Patents
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Abstract
一种干式雾化蒸汽发生方法、系统及发电系统，其中方法、系统包括用来产生过热蒸汽的汽包、向汽包提供的饱和雾化水、以及雾化水的产生、加热方式和加热过程。本方法基于干式雾化运动换热的原理，对汽包和进水管加热，同时向汽包内喷射饱和雾化水，这样就最大限度的利用了热量，大大缩短了水加热转换蒸汽的时间，提高了热能利用率，所以节能效果显著。此外，在火力发电中使用本锅炉，是对火力发电的重大改进，具有显著的经济效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及水快速加热变成蒸汽的方法，以及实现该方法所需的系统，还包括本方法和系统在发电中的具体应用；主要是指一种干式雾化蒸汽发生方法、系统及发电系统。本发明适用于以蒸汽作为动力，或以蒸汽作为能源转换成其它形式动力的一切领域。
背景技术
把水加热变成水蒸汽，并作为动力加以利用，这是获取蒸汽的通常目的，但用传统方法将水加热变成水蒸汽要消耗大量的能源。这主要是由于水在加热时处于静止状态；如果将水经高压雾化后，进入换热器换热，它的换热速度、换热效率会大大提高。蒸汽具有广泛的用途，例如用蒸汽推动汽轮机转动并带动发电机发电，就是很好的例子。但将锅炉中的水加热成蒸汽的过程却消耗了大量能源(如煤、石油、天然气等)，长期以来，这一问题没有得到很好地解决。在已知公告号为CN2466511Y、CN2484477Y的中国实用新型专利说明书中公开了有关直流蒸汽锅炉的相关技术和结构，主要是在原有的结构上给锅炉另配了一个汽包，以便汽水分离，提高蒸汽的干度，改善蒸汽的品质；同时对自动控制系统进行了改进，但还是没有根本改变锅炉换热的现状。
发明内容
本发明的目的旨在解决现有蒸汽发生技术存在的不足，以大幅度提高能源转换的利用率而提出一种干式雾化蒸汽发生方法、系统及发电系统。
实现本发明的方法是：
设置有用于加热水蒸汽的汽包；
设置有用于加热雾化水的进水管；
雾化水经进水管被加热汽化后进入汽包；
向进水管喷射雾化水；
对汽包干式加热；
对进水管加热；
汽包排放蒸汽。
该方法还包括：
所述雾化水经螺旋盘管加热成饱和蒸汽后进入汽包。
所述雾化水经1次或1次以上加热。
所述汽包经热源加热；所述进水管经热源的热烟气加热。
所述进入汽包的饱和蒸汽经加热后为过热蒸汽排出。以及
所述经汽包加热后排出的过热蒸汽再经混入雾化水后排出。
实现本发明的系统是：所述系统包括包括1)锅炉、2)进水加压雾化系统、3)加热装置、4)控制装置，5)蒸汽温度、湿度调节执行装置。
其主要结构是设有一锅炉，该锅炉包括炉体、汽包、上水管、喷水嘴、燃烧室；其中汽包设在炉体的内部，蒸汽汽包的下面是燃烧室，蒸汽汽包的外围设有进水螺旋盘管，该进水管的一端是入水口，该入水口设有可调节流量的喷水嘴，进水管另一端接汽包；在汽包上还设有蒸汽排放管；燃烧室对汽包加热，热烟对进水螺旋盘管加热。
该系统还包括：
所述进水螺旋盘管分为内盘管和外盘管或多层盘管，每层螺旋管的管与管之间密接，每层盘管之间有间隙；其中外层盘管的下端长于内层盘管的下端，内外层盘管的下端通过三通接排水管；在汽包与内层盘管之间设有衬套，该衬套的上端与汽包封接，其下端与内层盘管密接。
所述喷水嘴包括喷嘴外套和喷嘴回流装置，其中喷嘴外套的内腔装有喷嘴，喷嘴的前端设有喷雾孔，喷嘴的内孔装有旋流芯，旋流芯的圆周设有进水道，其前端圆弧面上均匀分布有螺旋槽，该螺旋槽与喷雾孔相通，喷嘴后端有回流衬套及调压弹簧。
所述控制装置包括电源电路、液位检测电路、温度检测电路、干湿度检测电路、压力检测电路、驱动电路、燃烧检测检测电路，以及与上述电路连接的CPU中央处理器；给上述电路提供信号的液位传感器、温度传感器、干湿度传感器、压力传感器和燃烧检测传感器。
所述蒸汽排放管连接有喷水嘴。
实现本发明的发电系统是：用上述锅炉，该锅炉所产生的过热蒸汽推动汽轮机转动并通过汽轮机带动发电机发电；使用过的过热蒸汽经冷凝器冷却成水后再送至锅炉重复使用。
本发明有益效果是：将传统的静态加热方式改为现在的运动型射流加热方式，由于喷射进螺旋盘管内的水温总是常温，能迅速地与盘管进行热交换，因此，本发明的这种加热方法可提高热效率30~50％；其能源转换率高，节能效果显著。从附图5与图6对比可以看出，在达到相同温度175度等量蒸汽的情况下，用本发明动态干式换热法只需3分钟，用传统的普通静态液相换热则要用60分钟才可达到相同温度。此外，本技术如果应用在火力发电方面，是对火力发电的重大改进，具有显著的经济效益和社会效益。
附图说明
图1是本发明的锅炉示意图，其中1入水口、2炉体、3排烟口、4蒸汽排放管、5密封耐火层、6支架、7蒸汽汽包、8进水管挂架、9燃烧室、10排水管、11内层进水管、12外层进水管、13烟道、14衬套。
图2是本发明的控制电路方框图。
图3是本发明的发电系统示意图，其中20锅炉、21汽轮机、22发电机、23冷凝器、24给水泵。
图4是本发明的锅炉系统示意图，其中30安全阀、31排汽管、32喷水嘴、33单向阀、34流量调节阀、35水泵、36过滤器、37强磁除垢给水器、38水箱、39水位探头。
图5是普通静态液相换热温度/时间示意图；
图6是本发明动态干式换热温度/时间示意图。
具体实施方式：
下面结合附图对本发明的结构及工作原理做进一步说明：
本发明包括方法、实现该方法的系统，以及发电系统，其中方法部分主要是指蒸汽发生方法；系统部分主要是指蒸汽发生系统；发电系统主要是指本锅炉在火力发电系统中的应用。在蒸汽发生方法中包括用来产生过热蒸汽的汽包、向汽包提供的饱和蒸汽、以及饱和蒸汽的产生、加热方式和加热过程。本方法改变了传统的给水方式和换热方式，即向汽包内供给的不是水，而是经加热汽化的饱和雾化水(水雾)，这种饱和雾化水是通过向进水管喷入雾化水并经过加热实现的。在向汽包提供饱和雾化水前，汽包基本无水或只有少量的水，所以称为干式加热。另外，本方法改变了传统的蒸汽产生方式，传统蒸汽产生方式都是在一个体积很大的锅炉里面预先充入大量的水，水的上面还要有足够的空间来储存蒸汽，然后把水加热使之逐步转变成蒸汽。传统方式所用的锅炉及配套设施要占用很大的面积，要使用大量的钢材，而且输出的饱和蒸汽不稳定，最主要的是热效率低，所以要消耗大量的能源，造成高成本、低效能。本发明的特点是在锅炉内设置一汽包和螺旋盘管，不需要装水，只需要在汽包内有很少的一点水，所以不用占用很大的空间；另外，向螺旋盘管里充入的不是液态水，而是雾化水；再有就是换热方式有很大的改变，即热源对汽包加热，同时热源的烟气(余热)对螺旋盘管加热；这样就能迅速把进入盘管里的雾化水加热成饱和蒸汽，在经汽包加热成过热蒸汽后排出。这种加热方式与加热空气的方式很相似(一般每立方米空气上升1度，约消耗0.24个大卡·小时)，同时能充分利用热源和热烟气对雾化水进行多次加热，所以能节省能源，大大提高热效率。上述结论可以通过已给出的加热水和空气所消耗的热能数值明显看出，此外本发明向盘管提供的雾化水经受热会迅速膨胀，会以射流的形式运动，所以热效率比传统方式大大提高。由于在盘管里受热的不是静态水而是快速运动的蒸汽。本发明最终产生的是过热蒸汽，所以具有很好的稳定性。
具体方法是，加热源可以是煤、石油、天然气等物质，火焰首先对汽包(过热蒸汽发生装置)进行加热，此时汽包内只有少量的水(以往的方法一般要在锅炉内装有大量的水，所以加热就需要大量的能源和时间，这是一个主要的区别)，热源对汽包加热后的余热(热烟)不是直接排放掉，而是经过对进水管进行加热后再排放，这样就达到了对进水管中的雾化水进行加热的目的，实现了对热烟的再利用，达到了节能的目的。为了增加进水管的受热面积和受热时间，把进水管制成螺旋状(螺旋盘管)，并且按内外两层或多层排列(可根据需要确定排列的层数)，每两层中间是间隙，该间隙就是走热烟的烟道，所以当热烟经过时对内外层螺旋管内的雾化水进行了重复加热，加之水在进入盘管时呈水雾状喷射，所以雾化水在水管内很容易被快速加热汽化成饱和蒸汽，然后再经汽包加热后可完全汽化为过热蒸汽。用这种方法产生的蒸汽，通过调控即可实现低温低压，又能实现高温高压，完全可以满足发电及其它工作的要求。我们可以把这种加热方法称为“运动型热交换法”，而把老方法称为“静止型热交换法”；运动型热交换法就是雾化水经喷嘴呈螺旋状高速喷射到管道中并在运动中受热膨胀汽化，而静止型热交换法指水静止不动。
按上述原理制作锅炉(如图1所示)，这种锅炉包括炉体2，在炉体2内是汽包7，汽包7的下面是燃烧室9，汽包7的周围是进水管11、12，进水管呈螺旋状盘在汽包7的周围，每层螺旋管的管与管之间紧贴合在一起，其形状就象被压实的弹簧一样；进水管可设置多层，其中外层管的下端比里层管的下端长出一截，每两层管之间形成间隙即为烟道13，内外层管的下端通过三通接排水管10；进水管的入水口安装喷水嘴(该喷嘴为公知技术，如喷油嘴)32，进水管的出口在汽包7里，汽包7上还安装有过热蒸汽排放管4，排放管4的出口在炉体2的外面，其上可通过一三通接喷水嘴32(可调节过热蒸汽的干湿度，以满足不同的需要)；在汽包7与进水管之间是衬套14，该衬套的上端通过密封耐火层5与汽包封接在一起，其下端接进水管。在过热蒸汽排放管4处可连接温度、干湿度、压力等探头，用以向控制电路传递相关信号，并实现自动控制。
锅炉的工作方式：基于干式换热的原理，对汽包加热的同时向汽包内喷射饱和雾化水，由于在汽包与衬套之间有密封隔热层，燃烧后的热烟气只能沿衬套壁向下进入内外层盘管之间的烟道，然后再经排烟口排出。这样就最大限度的利用了热量，大大缩短了水加热转换蒸汽的时间。汽包内的过热水蒸汽由出汽管排出即为高温高压的过热蒸汽(温度可达几百度以上)。如果需要调节汽包排出过热蒸汽的湿度，可在过热蒸汽中通过喷嘴加入适量的雾化水混合使用。
按上述方法制作的系统(如图4所示)，该系统包括锅炉20、安全阀30、排汽管31、喷水嘴32、单向阀33、流量调节阀34、水泵35、过滤器36、强磁除垢给水器37、水箱38和水位探头39等。水箱38的水经水泵35并经单向阀33向进水管供雾化水。
实施例：图3所示为本发明的实施例之一，表示本发明的锅炉及系统在火力发电中的具体应用。在实际使用中，只是用本发明的锅炉取代原来的蒸汽锅炉，其它设备都不变。
另外，本发明除用于发电外，还可用于其它需要蒸汽的领域。如用蒸汽洗车，或清洗设备及建筑物或作为动力直接输出。
Claims (12)
1.一种干式雾化蒸汽发生方法，其特征是包括
设置有用于加热水蒸汽的汽包；
设置有用于加热雾化水的进水管；
雾化水经进水管被加热汽化后进入汽包；
向进水管喷射雾化水；
对汽包干式加热；
对进水管加热；
汽包排放蒸汽。
2.如权利要求1所述的干式雾化蒸汽发生方法，其特征是所述雾化水经螺旋盘管加热成饱和蒸汽后进入汽包。
3.如权利要求1所述的干式雾化蒸汽发生方法，其特征是所述雾化水经1次或1次以上加热。
4.如权利要求1所述的干式雾化蒸汽发生方法，其特征是所述汽包经热源加热；所述进水管经热源的热烟气加热。
5.如权利要求1所述的干式雾化蒸汽发生方法，其特征是所述进入汽包的饱和蒸汽经加热后为过热蒸汽排出。
6.如权利要求1或5所述的干式雾化蒸汽发生方法，其特征是所述经汽包加热后排出的过热蒸汽再经混入雾化水后排出。
7.如权利要求1所述的干式雾化蒸汽发生方法的系统，包括锅炉、上水系统、加热装置、控制装置，其特征是包括
设有一锅炉，该锅炉包括炉体、汽包、上水管、喷水嘴、燃烧室；其中汽包设在炉体的内部，蒸汽汽包的下面是燃烧室，蒸汽汽包的外围设有进水螺旋盘管，该进水管的一端是入水口，该入水口设有喷水嘴，进水管另一端接汽包；在汽包上还设有蒸汽排放管；燃烧室对汽包加热，热烟对进水螺旋盘管加热。
8.如权利要求7所述的干式雾化蒸汽发生系统，其特征是
所述进水螺旋盘管分为内盘管和外盘管或多层盘管，每层螺旋管的管与管之间密接，每层盘管之间有间隙；其中外层盘管的下端长于内层盘管的下端，内外层盘管的下端通过三通接排水管；在汽包与内层盘管之间设有衬套，该衬套的上端与汽包封接，其下端与内层盘管密接。
9.如权利要求7所述的干式雾化蒸汽发生系统，其特征是
所述喷水嘴包括喷嘴外套和喷嘴回流装置，其中喷嘴外套的内腔装有喷嘴，喷嘴的前端设有喷雾孔，喷嘴的内孔装有旋流芯，旋流芯的圆周设有进水道，其前端圆弧面上均匀分布有螺旋槽，该螺旋槽与喷雾孔相通，喷嘴后端有回流衬套及调压弹簧。
10.如权利要求7所述的干式雾化蒸汽发生系统，其特征是
所述控制装置包括电源电路、液位检测电路、温度检测电路、干湿度检测电路、压力检测电路、驱动电路、燃烧检测电路，以及与上述电路连接的CPU中央处理器；和
给上述电路提供信号的液位传感器、温度传感器、干湿度传感器、压力传感器和燃烧检测传感器。
11.如权利要求7所述的干式雾化蒸汽发生系统，其特征是
所述过热蒸汽排放管连接有喷水嘴。
12.如权利要求7所述的干式雾化蒸汽发生系统的发电系统，其特征是
所述发电系统包括权利要求7所述的锅炉，该锅炉产生的过热蒸汽推动汽轮机转动并通过汽轮机带动发电机发电；使用过的过热蒸汽经冷凝器冷却成水后再送至锅炉重复使用。
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