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

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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