CN202403253U - 一种蒸汽锅炉蒸发元件以及由其制作的余热锅炉 - Google Patents

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Abstract

本实用新型一种蒸汽锅炉蒸发元件以及由其制作的余热锅炉,属于传热技术领域;要解决的问题是提供一种结构简单,不需中间传热介质,传热效率高的蒸汽锅炉蒸发元件以及由其制作的余热锅炉;采用的技术方案为:一种蒸汽锅炉蒸发元件,汽、水分离器的顶部设置有蒸汽出口,汽、水分离器的下部设置有锅炉水入口,汽、水分离器的底部与蒸发管连接,输水芯套装在蒸发管内部,且输水芯的顶部伸入汽、水分离器中;一种余热锅炉,所述蒸汽锅炉蒸发元件中汽、水分离器底部连接的蒸发管为多束,且所有蒸发管均位于锅炉炉膛内,汽、水分离器位于锅炉炉膛的上方;所述锅炉炉膛上设置有高温气入口和低温气出口;本实用新型特别适用于焦炉烟气余热回收。

Description

一种蒸汽锅炉蒸发元件以及由其制作的余热锅炉
(一)技术领域:
本实用新型属于传热技术领域,蒸发元件为蒸汽锅炉的核心部件,可广泛用于余热回收系统。 
(二)背景技术:
最常使用的自然对流水管锅炉,最主要部件是垂直排列的蒸发管,另外配置汽、水分离器(俗称汽包)、炉外循环管,汽、水分离器中锅炉水沿外循环管从蒸发管下部进入,在蒸发管蒸发为蒸汽,并夹带饱和水靠重度差向上流进汽、水分离器,进行汽、水分离。蒸汽由汽、水分离器靠压力送出,分离下来的饱和水与送入汽、水分离器的补充水混合,靠自重沿外循环管再送入蒸发管,如此往复循环,维持锅炉连续产生蒸汽。这种自然对流水管锅炉技术成熟,运行可靠,但存在以下方面不足:其一是各蒸发水管所处部位不同、长度不同、阻力不同,管壳温度差异大,难以严格控制温度。其二是系统较复杂,钢材用量大,有效传热面积较小。其三是主体蒸发管、循环管等部件只能现场制作,质量难以保证。其四是制作安装和使用状态温差大,热应力难以避免和消除,由此降低了强度且增加了应力腐蚀。 
近年来发展的热管技术受到普遍关注,进而被应用到许多传热领域。热管实质上是内存能蒸发介质高真空的密封管件。从作用来看它是一个传热中间体,原来的传热设备中,高温介质的热是通过管壁直接传给低温介质,有了热管技术,高温介质首先把热量传给热管蒸发段,热管中间介质蒸发带走热量,汽相 流到热管冷凝段,把热量通过管壁传给低温介质,自身冷凝又回到蒸发段,如此反复循环。高温介质将热量传给低温介质,虽然经过热管这一中间环节,因为热管内部传热是蒸发和冷凝传热,传热系数非常大,中间介质蒸发和冷凝过程损失的热动力,即损失的温差非常小,这就是热管一大特性,优良的等温性,利用很小的温差损失进行热量传递,具有很多优势。首先将热、冷介质传热,用热管将其放到不同区间进行,在一些特定场合,能发挥不可替代作用。如用在放热反应的等温反应器,它能顺利把反应热取走,保证化学反应在恒温下进行。另外它可以成为标准件,在专业企业由专门技术加工,质量易保证。在现场组装简单方便,因为热管只有一端和传热部件连接不会产生热应力,也不存在应力腐蚀。热管还有一个优势是恒温特性,也就是温度的可控性,在热负荷变化时,其温度可保持不变,这对于防止露点腐蚀的低压余热锅炉来说尤为重要。近年来热管锅炉也开始被采用,能有效避免露点腐蚀问题,但也暴露一些问题:首先是热管部件构造复杂,制造难度大,热管毕竟是传热中间体,其内部中间介质蒸发和冷凝过程温差虽小,但仍会损失一定温差,热管有蒸发和冷凝两个过程,有两个传热面,所需传热面较大,材料用量也较多。 
(三)发明内容:
本实用新型克服现有技术的不足,所要解决的技术问题为提供一种结构简单,不需中间传热介质,传热效率高的蒸汽锅炉蒸发元件以及由其制作的余热锅炉。 
为了解决上述技术问题,本实用新型采用的技术方案为:一种蒸汽锅炉蒸发元件,包括蒸发管,汽、水分离器和输水芯,汽、水分离器的顶部设置有蒸汽出口,汽、水分离器的下部设置有锅炉水入口,汽、水分离器的底部与蒸发 管连接,输水芯套装在蒸发管内部,且输水芯的顶部伸入汽、水分离器中; 
所述蒸发管的结构为:管壳的外部设置有管壳外翅板,堵板位于管壳的底部;所述管壳外翅板为多个圆环,或为一个螺旋形翅板。 
所述的输水芯为管状。 
所述的输水芯由网状材料制作,或由多孔结构的材料制作。 
一种由蒸汽锅炉蒸发元件制成的余热锅炉,所述蒸汽锅炉蒸发元件中汽、水分离器底部连接的蒸发管为多束,且所有蒸发管均位于锅炉炉膛内,汽、水分离器位于锅炉炉膛的上方;所述锅炉炉膛上设置有高温气入口和低温气出口。 
一种由蒸汽锅炉蒸发元件制成的余热锅炉,所述的蒸汽锅炉蒸发元件为多个且并列设置,每个蒸汽锅炉蒸发元件中汽、水分离器底部连接的蒸发管均为多束;所有蒸发管均位于锅炉炉膛内,所有汽、水分离器均位于锅炉炉膛的上方;所述锅炉炉膛上设置有高温气入口和低温气出口; 
汽包位于汽、水分离器的上方,汽包的顶部设置有蒸汽输出口,汽包的中下部设置有供水口,汽包的下部设置有循环水出口,汽包的中部设置有与汽、水分离器数量相同的蒸汽入口,所述循环水出口与汽、水分离器上的锅炉水入口相连,每个蒸汽入口均与一个汽、水分离器的蒸汽出口通过蒸汽入口管法兰连接。 
本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果。 
这种蒸汽锅炉蒸发元件与热管锅炉相比,结构简单、减少制造难度,不需中间传热介质,不损耗传热温差,不需传热所需要的冷凝面,钢材用量更少,传热效率更高。 
(四)附图说明
图1:蒸汽锅炉蒸发元件立面剖视图; 
图2:由蒸汽锅炉蒸发元件制成的一种余热锅炉的结构示意图; 
图3:由蒸汽锅炉蒸发元件制成的另一种余热锅炉的结构示意图; 
图中:1蒸发管;1-1管壳;1-2堵板;1-3管壳外翅板;2汽、水分离器;2-1汽、水分离器壳壁;2-2锅炉水入口;2-3蒸汽出口;3输水芯;3-1入水口;3-2出水口;4汽包;4-1供水口;4-2蒸汽输出口;4-3循环水出口;4-4蒸汽入口;4-5蒸汽入口管法兰;5锅炉炉膛;5-1炉膛周壁;5-2高温气入口;5-3低温气出口。 
(五)具体实施方式
如图1所示,本实用新型一种蒸汽锅炉蒸发元件,包括蒸发管1,汽、水分离器2和输水芯3,汽、水分离器2的顶部设置有蒸汽出口2-3,汽、水分离器壳壁2-1下部设置有锅炉水入口2-2,汽、水分离器壳壁2-1底部与蒸发管1连接,输水芯3套装在蒸发管1内部,且输水芯3的顶部伸入汽、水分离器2中; 
所述蒸发管1的结构为:管壳1-1的外部设置有管壳外翅板1-3,堵板1-2位于管壳1-1的底部;所述管壳外翅板1-3为多个圆环,或为一个螺旋形翅板。 
所述的输水芯3为管状。 
所述的输水芯3由网状材料制作,或由多孔结构的材料制作。 
如图2所示,由多束蒸发管1、汽、水分离器2和锅炉炉膛5组成完整的余热锅炉示意图,所有蒸发管1均在炉膛周壁5-1内。汽、水分离器2在蒸发管1的上方并与各蒸发管1上端开口相接,汽、水分离器2在锅炉炉膛5上面且处于外部,输水芯3处于每个蒸发管1内部,由靠近堵板1-2处延伸至汽、水分离器2的下部,因蒸发管1、汽、水分离器2均未绘剖面,故输水芯3未在图2中 表示出来,可参考图1。该锅炉工作状态是这样的:高温气从高温气入口5-2进入锅炉炉膛5,和蒸发管1接触,通过管壳1-1和管壳外翅板1-3将热量传给蒸发管1,气体温度下降成为低温气,余热得到回收,并从低温气出口5-3离开锅炉炉膛5。接收热量的蒸发管1将热量通过管壳1-1传给内部饱和水,将其部分蒸发,蒸汽上升至汽、水分离器2中。汽、水分离器2由汽、水分离器壳壁2-1、锅炉水入口2-2和蒸汽出口2-3组成,因截面突然扩大减速,汽、水分离,蒸汽由蒸汽出口2-3输出,分离下来的饱和锅炉水处于汽、水分离器2的下部。饱和锅炉水由输水芯3的入水口3-1进入输水芯3中,通过毛细管作用或重度差作用,进行输送,由输水芯3的出水口3-2排至蒸发管1的下端,受热蒸发的蒸汽连同饱和水上升至汽、水分离器2中,如此循环不止,蒸发消耗了的锅炉水由锅炉水入口2-2连续补充至汽、水分离器2内。 
这种余热锅炉中,由多束蒸发管1、汽、水分离器2和锅炉炉膛5组成完整的余热锅炉,虽然结构简单,但对于产汽量较大的锅炉,不便于整体运输,像汽、水分离器2下方的汽、水分离器壳壁2-2与各蒸发管1上端开口相接处,必需在施工现场焊接施工。 
如图3所示,在锅炉中由多组汽、水分离器2与蒸发管1管束组成的多个单元,这种由汽、水分离器2与蒸发管1管束组成的单元与锅炉炉膛5、汽包4组成一个完整的余热锅炉。所有蒸发管1均在炉膛周壁5-1内,各个汽、水分离器2仍在蒸发管1上方,汽、水分离器2在锅炉炉膛5上面且处于外部,输水芯3处于每个蒸发管1内部,由靠近堵板1-2处延伸至汽、水分离器2的下部,因蒸发管1、汽、水分离器2均未绘剖面,故输水芯3未在图3中表示出来,可参考图1。在各个汽、水分离器2的上部新增一个汽包4,锅炉水供水口4-1位 于汽包4中下部,蒸汽输出口4-2在汽包上部,循环水出口4-3在汽包4的下部,并通过管道与汽、水分离器2的锅炉水入口2-2相连接,蒸汽入口4-4位于汽包4的中部侧面,与汽、水分离器2的蒸汽出口管2-3相通,并用蒸汽入口管法兰4-5相连接。图3中表示的由蒸发管1、汽、水分离器2、输水芯3(图中内含,未展示出来,参考图1)、汽包4、锅炉炉膛5组成的余热锅炉工作状态是这样的:高温气从高温气入口5-2进入锅炉炉膛5,和蒸发管1接触,通过管壳1-1和管壳外翅板1-3将热量传给蒸发管1,其本身温度下降成为低温气,余热得到回收,从低温气出口5-3离开锅炉炉膛5,接收热量的蒸发管1将热量通过管壳1-1传给内部饱和水,将其部分蒸发,蒸汽上升至汽、水分离器2中。水分离器2由汽、水分离器壳壁2-1、锅炉水入口2-2和蒸汽出口2-3组成。因截面扩大减速,汽、水分离,蒸汽由蒸汽出口管2-3上升至汽包蒸汽入口4-4进入汽包4中。在汽、水分离器2中分离下来的饱和锅炉水处于汽、水分离器2的下部,饱和锅炉水由输水芯3的入水口3-1进入输水芯3中,通过毛细管作用或重度差作用进行输送,由输水芯3的出水口3-2排至蒸发管1的下端,受热蒸发蒸汽连同饱和水一面上升一面蒸发,最终至汽、水分离器2中,如此循环不止。来至各汽、水分离器2的蒸汽汇集至汽包4中,其中所含水得到进一步分离,蒸汽由蒸汽输出口4-2输出,锅炉补给水由供水口4-1补入汽包4中,与分离水混合后经各循环水出口4-3靠重力送至汽、水分离器2的锅炉水入口2-2,进入汽、水分离器2内,作为蒸发水的补充水。该锅炉的各个由汽、水分离器2与蒸发管1管束组成的单元体,由专业厂家制造,到施工现场后通过蒸汽入口管法兰4-5分别与汽包4连接组装。 
图3所示的余热锅炉,用于焦炉烟气余热回收,可将烟气温度由280℃下降 至170℃,每万标方的烟气可产0.6MPa低压蒸汽约0.6吨。由增加引风机电耗约10~20KW.h,能量回收率达95%以上,从经济效益方面计算,比热管余热锅炉投资更低,约半年可回收投资。 

Claims (5)

1.一种蒸汽锅炉蒸发元件,包括蒸发管(1),汽、水分离器(2)和输水芯(3),其特征在于:汽、水分离器(2)的顶部设置有蒸汽出口(2-3),汽、水分离器(2)的下部设置有锅炉水入口(2-2),汽、水分离器(2)的底部与蒸发管(1)连接,输水芯(3)套装在蒸发管(1)内部,且输水芯(3)的顶部伸入汽、水分离器(2)中;
所述蒸发管(1)的结构为:管壳(1-1)的外部设置有管壳外翅板(1-3),堵板(1-2)位于管壳(1-1)的底部;所述管壳外翅板(1-3)为多个圆环,或为一个螺旋形翅板。
2.根据权利要求1所述的一种蒸汽锅炉蒸发元件,其特征在于:所述的输水芯(3)为管状。
3.根据权利要求1所述的一种蒸汽锅炉蒸发元件,其特征在于:所述的输水芯(3)由网状材料制作,或由多孔结构的材料制作。
4.一种由权利要求1所述的蒸汽锅炉蒸发元件制成的余热锅炉,其特征在于:所述蒸汽锅炉蒸发元件中汽、水分离器(2)底部连接的蒸发管(1)为多束,且所有蒸发管(1)均位于锅炉炉膛(5)内,汽、水分离器(2)位于锅炉炉膛(5)的上方;所述锅炉炉膛(5)上设置有高温气入口(5-2)和低温气出口(5-3)。
5.一种由权利要求1所述的蒸汽锅炉蒸发元件制成的余热锅炉,其特征在于:所述的蒸汽锅炉蒸发元件为多个且并列设置,每个蒸汽锅炉蒸发元件中汽、水分离器(2)底部连接的蒸发管(1)均为多束;所有蒸发管(1)均位于锅炉 炉膛(5)内,所有汽、水分离器(2)均位于锅炉炉膛(5)的上方;所述锅炉炉膛(5)上设置有高温气入口(5-2)和低温气出口(5-3);
汽包(4)位于汽、水分离器(2)的上方,汽包(4)的顶部设置有蒸汽输出口(4-2),汽包(4)的中下部设置有供水口(4-1),汽包(4)的下部设置有循环水出口(4-3),汽包(4)的中部设置有与汽、水分离器(2)数量相同的蒸汽入口(4-4),所述循环水出口(4-3)与汽、水分离器(2)上的锅炉水入口(2-2)相连,每个蒸汽入口(4-4)均与一个汽、水分离器(2)的蒸汽出口(2-3)通过蒸汽入口管法兰(4-5)连接。 
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CN114738724A (zh) * 2022-04-29 2022-07-12 泰州市斯迪蒙科技有限公司 一种新型蒸汽发生装置

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