CN209763040U - 一种球形蒸汽蓄热器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种球形蒸汽蓄热器，包括球形罐体，球形罐体上设有充热装置，球形罐体顶部设有出汽管，充热装置包括蒸汽主管和多根蒸汽喷管，蒸汽主管穿设于球形罐体上，各蒸汽喷管均布置于球形罐体内且均与蒸汽主管连通，每根蒸汽喷管上开设有多个蒸汽喷孔。本实用新型提供的蒸汽蓄热器，蒸汽喷管直接采用小孔喷射，没有复杂的循环筒，蒸汽喷射均匀，加热效率高。与卧式圆筒形蓄热器相比，同等容积情况下，本实施例提供的球形蒸汽蓄热器占地面积小，换言之，在同等占地面积下，增加了可用蓄热容积，可减少复杂的蓄热器附属系统。

Description

一种球形蒸汽蓄热器

技术领域

本实用新型属于蒸汽利用技术领域，具体涉及一种球形蒸汽蓄热器。

背景技术

蒸汽蓄热器是一种用于存储蒸汽的容器，它利用水的相变来存储和释放蒸汽。蒸汽蓄热器一般用于平衡产汽或用汽设备的蒸汽流量波动：当用汽设备负荷减小，锅炉生产的多余蒸汽储存于蓄热器内，当用汽设备负荷增大超过锅炉供汽量时，蓄热器进行放热，补充锅炉供汽不足，满足设备用汽。

目前普遍应用的蒸汽蓄热器大部分为卧式圆筒形蓄热器，采用的充热结构由蒸汽分配管和若干喷嘴组组成，每组喷嘴包括一个循环筒和多个喷嘴，充热效果一般，且循环筒容易松动脱落。另外，由于受到加工、运输条件的限制，圆筒形的蒸汽蓄热器的直径一般不超过3.5m，容积通常也不超过250m³。许多大型企业为满足生产需求，只能采取并联多台圆筒形蓄热器的使用方式，以便扩大蓄热容积获得更大的蓄热量。多台圆筒形蓄热器并联使用也带来诸如：系统复杂、附件繁多、设备技资高且重复、占地面积大、检修维护量大等。例如某钢厂转炉炼钢车间建设有6座150t转炉，为利用回收蒸汽而设置了10台容量为150m³圆筒形蓄热器。由于每台蓄热器均设有进汽加热系统、放热排汽系统、补水系统、排水系统、蒸汽放散系统等辅助系统，多台蓄热器导致辅助系统数量非常庞杂，维护检修工作量和硬件成本高，此外，更为重要的是10台150m³卧式圆筒形蓄热器占地面积达到了2400m²，占用了大量宝贵土地资源。

实用新型内容

本实用新型实施例涉及一种球形蒸汽蓄热器，至少可解决现有技术的部分缺陷。

本实用新型实施例涉及一种球形蒸汽蓄热器，包括球形罐体，所述球形罐体上设有充热装置，所述球形罐体顶部设有出汽管，所述充热装置包括蒸汽主管和多根蒸汽喷管，所述蒸汽主管穿设于所述球形罐体上，各所述蒸汽喷管均布置于所述球形罐体内且均与所述蒸汽主管连通，每根所述蒸汽喷管上开设有多个蒸汽喷孔。

作为实施例之一，各所述蒸汽喷管的轴线均平行于水平向，各所述蒸汽喷孔均开设于所述蒸汽喷管的上部。

作为实施例之一，各所述蒸汽喷孔的中心线与竖直平面的夹角在22°～60°范围内。

作为实施例之一，每根所述蒸汽喷管上开设有两列喷孔列，两列喷孔列相对于该蒸汽喷管的竖直对称平面对称布置，每列喷孔列包括沿该蒸汽喷管轴向间隔排列的多个所述蒸汽喷孔。

作为实施例之一，所述蒸汽喷孔的直径在5～12mm范围内。

作为实施例之一，各所述蒸汽喷管的封闭端与所述球形罐体的内壁之间的间距在20～100mm范围内。

作为实施例之一，各所述蒸汽喷管在所述球形罐体内呈多层分布并形成多层充热层，且每层蒸汽喷管都通过支架承托。

作为实施例之一，所述支架一端焊接固定于所述球形罐体上，另一端搁置在设于所述球形罐体内壁上的支座上且形成为热膨胀自由端。

作为实施例之一，每层所述充热层设有两根蒸汽支管，各所述蒸汽支管均与所述蒸汽主管连通，每层充热层的各所述蒸汽喷管分别垂直安设在两所述蒸汽支管上构成钉耙状结构且两钉耙状结构的耙齿相互背离。

作为实施例之一，所述球形罐体内设有液位计，所述球形罐体底部设有放水管，且于所述放水管上设有与所述液位计联锁控制的放水阀。

本实用新型实施例至少具有如下有益效果：

本实用新型提供的蒸汽蓄热器，蒸汽喷管直接采用小孔喷射，没有复杂的循环筒，蒸汽喷射均匀，加热效率高。与卧式圆筒形蓄热器相比，同等容积情况下，本实施例提供的球形蒸汽蓄热器占地面积小，换言之，在同等占地面积下，增加了可用蓄热容积，可减少复杂的蓄热器附属系统。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本实用新型实施例提供的球形蒸汽蓄热器的结构示意图；

图2为图1沿A-A的剖视图；

图3为图2中I部分的放大结构示意图；

图4为图1沿B-B的剖视图；

图5为本实用新型实施例二提供的球形蒸汽蓄热器的结构示意图；

图6为图5沿C-C的剖视图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

实施例一

如图1-图4，本实用新型实施例提供一种球形蒸汽蓄热器，包括球形罐体1，所述球形罐体1上设有充热装置，所述球形罐体1顶部设有出汽管15，所述充热装置包括蒸汽主管7和多根蒸汽喷管3，所述蒸汽主管7穿设于所述球形罐体1上，各所述蒸汽喷管3均布置于所述球形罐体1内且均与所述蒸汽主管7连通，每根所述蒸汽喷管3上开设有多个蒸汽喷孔301。

其中，上述蒸汽主管7设于球形罐体1底部，其伸入至球形罐体1内且与各蒸汽喷管3连接；其轴向优选为是竖向。蒸汽喷管3可以与蒸汽主管7直接连接，例如，该蒸汽主管7在其顶端呈放射状形成有多个分支而与各蒸汽喷管3对接；在另外的实施例中，蒸汽喷管3与蒸汽主管7为间接连接，例如，蒸汽主管7连接有蒸汽分配管，各蒸汽喷管3与该蒸汽分配管连接。

本实施例提供的蒸汽蓄热器，蒸汽喷管3直接采用小孔喷射，没有复杂的循环筒，蒸汽喷射均匀，加热效率高。与卧式圆筒形蓄热器相比，同等容积情况下，本实施例提供的球形蒸汽蓄热器占地面积小，换言之，在同等占地面积下，增加了可用蓄热容积，可减少复杂的蓄热器附属系统。

以下对上述的蒸汽喷孔301的设计结构进行优化：

如图3，各所述蒸汽喷管3的轴线均平行于水平向，各所述蒸汽喷孔301均开设于所述蒸汽喷管3的上部。一方面，从蒸汽喷管3喷射出的汽水混合物可快速地上升至水面，而水流可在自重作用下自动向下补充，另一方面，便于维护人员观察蒸汽喷孔301状况以及对蒸汽喷孔301进行维护，避免蒸汽喷孔301堵塞等。

进一步地，如图3，各所述蒸汽喷孔301的中心线与竖直平面的夹角在22°～60°范围内，进一步优选为设计在25°～45°范围内；也即各蒸汽喷孔301是沿斜向上的方向喷射的，所获得的充热效果及效率尤佳，本实施例中，该夹角最佳值为35°。

进一步地，如图3，每根所述蒸汽喷管3上开设有两列喷孔列，两列喷孔列相对于该蒸汽喷管3的竖直对称平面对称布置，每列喷孔列包括沿该蒸汽喷管3轴向间隔排列的多个所述蒸汽喷孔301。一方面，喷孔成列布置，便于在罐体1内形成较稳定的水流循环方向，保证对球形罐体1内的水的加热升温效果；另一方面，两列喷孔列对称布置，可在蒸汽喷管3两侧分别形成水流循环，提高蒸汽充热效率及效果，且保证球形罐体1内的温度场均匀性。

上述的蒸汽喷孔301的直径可根据具体充热压力参数确定，本实施例中，蒸汽喷孔301的直径优选为在Φ5～Φ12mm范围内。每列喷孔列中，相邻两蒸汽喷孔301之间的间距优选为在30～120mm范围内，可获得较好的充热效果。

进一步优化上述充热装置的结构，如上所述的，蒸汽主管7优选为是通过蒸汽分配管与各蒸汽喷管3连接的；如图1和图4，设置多根蒸汽支管2，蒸汽支管2与蒸汽主管7连通(例如通过三通阀连通)，每根蒸汽支管2上连接有多根蒸汽喷管3。优选地结构是：如图1，各所述蒸汽喷管3在所述球形罐体1内呈多层分布，并形成多层充热层，即每层充热层都有蒸汽喷管3进行蒸汽喷射工作；每层蒸汽喷管3都通过支架4承托。采用多层充热层的结构，可迅速地将球形罐体1内的水加热升温，从而高效迅速地完成蓄热器充热过程。

上述支架4用于支撑和固定各蒸汽喷管3，保证蒸汽喷管3工作的稳定性和可靠性，以及支撑上述的蒸汽支管2；进一步地，所述支架4一端焊接固定于所述球形罐体1上，另一端搁置在设于所述球形罐体1内壁上的支座19上且形成为热膨胀自由端，可以避免支架4因受热膨胀而导致变形的问题。

作为优选的实施方式，如图4，每层所述充热层设有两根蒸汽支管2，各所述蒸汽支管2均与所述蒸汽主管7连通，每层充热层的各所述蒸汽喷管3分别垂直安设在两所述蒸汽支管2上构成钉耙状结构且两钉耙状结构的耙齿相互背离。其中，各蒸汽支管2轴线相互平行，各蒸汽喷管3轴线相互平行且垂直于对应的蒸汽支管2；每层的两根蒸汽支管2之间间隔布置，且两根蒸汽支管2上连接的蒸汽喷管3的数量相同。基于上述结构，可以快速地将球形罐体1内的水加热升温，且保证充热的均匀性。

各蒸汽喷管3的一端开口，作为高压蒸汽入口，另一端封闭，保证蒸汽从各蒸汽喷孔301喷出。进一步优选地，各所述蒸汽喷管3的封闭端与所述球形罐体1的内壁之间的间距在20～100mm范围内。

进一步优化上述球形蒸汽蓄热器的结构，所述球形罐体1内设有液位计16，所述球形罐体1底部设有放水管8，且于所述放水管8上设有与所述液位计16联锁控制的放水阀。当球形罐体1内液位高于最高设计液位时，可打开放水阀排出多余的水。另外，该球形罐体1底部还设有进水管5，该进水管5上同样设有控制阀，该控制阀也可与上述液位计16联锁控制，当球形罐体1内液位低于最低设计液位时，可通过进水管5向球形罐体1内注水；注入的水可为常温水(～20℃)。上述涉及的联锁控制为常规自动控制方式，无需另外编程，是本领域技术人员易于实现的。

另外，如图1，上述球形罐体1上还设有上人孔14、泄压管12、排汽管13、下人孔6、排污管9等，保证该球形蒸汽蓄热器的正常可靠运行。这是蓄热器的常规配置，此处不作赘述。

进一步地，如图1，上述球形罐体1通过多根支柱10支撑，支柱10与球形罐体1外壁焊接。支柱10之间设有拉杆11，用以加固整体结构防震，支柱10底部焊接有钢板18，以便支承蓄热器整体重量，并减少球形罐体1受热膨胀时支柱10与地面基础之间的摩擦力。

上述球形蒸汽蓄热器的运行过程大致如下：

首先，打开进水管5，往球形罐体1内注入常温水(～20℃)至最低设计水位，然后关闭进水管5，打开蒸汽主管7，高压蒸汽(3.82MPa，248℃)通过蒸汽主管7进入各层蒸汽支管2，然后进入每根蒸汽喷管3，高压蒸汽从蒸汽喷管3上的蒸汽喷孔301喷射出来，喷射出来的蒸汽在水里面形成高速射流并在蒸汽喷管3附近形成瞬时低压，附近的水就会因为压差围绕蒸汽喷管3快速循环流动，而喷入水里的高压蒸汽会与周围的水迅速混合，从而快速地提升水的温度，达到高效加热的目的。当球形罐体1内的水被加热到与蒸汽温度相同时，即水温达到248℃时，球形罐体1内的水位将达到最高水位，压力也将达到该温度下的饱和压力3.82MPa，此时蓄热器充热完成。当用户需要低压蒸汽时，打开出汽管15，球形罐体1内的高温水将因压力降低而闪蒸形成低压蒸汽，并通过水滴分离装置17去除蒸汽中携带液态水滴，然后通过出汽管15送至用户。当球形罐体1内压力超过允许设计压力时，泄压管12上的安全阀将会自动开启，将球形罐体1内的蒸汽放散到大气以降低压力，同时还可人工打开排汽管上的阀门放散蒸汽降低压力。

实施例二

本实施例提供一种球形蒸汽蓄热器，在上述实施例一所提供的球形蒸汽蓄热器的基础上进行改进。

如图5和图6，该球形蒸汽蓄热器包括球形罐体1，球形罐体1上设有进水管5和充热装置，球形罐体1顶部设有第一出汽管20、第二出汽管23和低压进汽管21，球形罐体1内设有用于与罐内高温水换热的换热单元，第一出汽管20出口端通过调压阀组22与低压进汽管21入口端连通，低压进汽管21和第二出汽管23分别与换热单元的入出口连接。

其中，本实施例中，对于用于炼钢厂的RH或VD精炼系统的真空泵使用要求，上述调压阀组22的高压端与第一出汽管20连接，调压阀组22的低压端与低压进汽管21连接，即该调压阀组22进行减压操作。调压阀组22为现有设备，可由市面购得，其具体结构此处不作赘述。

本实施例提供的球形蒸汽蓄热器，通过设置调压阀组22、低压进汽管21以及换热单元，在将出口蒸汽调压至所需压力，再将调压后的蒸汽返回至球形罐体1内与罐体1内蒸汽进行换热，可获得过热蒸汽，适用于炼钢厂的RH或VD精炼系统的真空泵使用，该球形蒸汽蓄热器的结构简单、易于制造且安装方便。

易于理解地，上述的换热单元为间接换热设备，如图5和图6，优选为采用管式换热结构，即换热单元为换热管24，在球形罐体1内易于布置及安装。

上述换热管24可以是光管也可以是翅片管，优选为是翅片管，换热效果较佳。

上述换热管24在球形罐体1内可蛇形布置或采用其它布置形式，本实施例中，优选为采用蛇形布置方式，在有限的空间内可以增大换热面积及延长蒸汽的换热行程，从而提高换热效果。

上述换热管24可以为单层结构也可以为多层结构，单层结构即该换热管24在同一水平面内蛇形弯曲，多层结构即包括多个上述的单层结构，相邻两个单层结构中，上层结构的出口端与下层结构的入口端连通，最上层结构的入口端与上述低压进汽管21连接，最下层结构的出口端与上述第二出汽管23连接。本实施例中，采用多层结构的换热管24，换热效果更好，即换热管24在球形罐体1内自上而下依次盘弯成多层蛇形层。

进一步优选地，换热管24通过支架25支承布置在球形罐体1内。该支架25优选为一端焊接在球形罐体1内壁上，另一端搁置在设于球形罐体1内壁上的支座上且形成为热膨胀自由端，可以避免支架25因受热膨胀而导致变形的问题。

进一步优选地，如图5，换热单元连接有疏水管26，疏水管26延伸至穿出球形罐体1底部，该疏水管26可将换热单元内的液态水分排出，防止发生水击情况。易于理解地，对于上述换热管24式的换热单元，该疏水管26连接于换热管24的最低点。

接续上述球形蒸汽蓄热器的结构，如图5，第一出汽管20入口处设有气液分离单元17，该气液分离单元17可采用本领域常用的水滴分离装置17即可，具体结构此处不作赘述。

本实施例提供的球形蓄热器，罐体1上没有大的开孔，有效地提高了球形蓄热器运行的安全性。

以用于炼钢厂的RH或VD精炼系统的真空泵为例，上述球形蒸汽蓄热器的工作过程大致如下：

20℃的常温水通过球形罐体1底部的进水管5进入球形罐体1内部，球形罐体1内部的水位上升到最低水位时停止进水，来自转炉汽包的高压饱和蒸汽(3.2MPa，238℃)通过球形罐体1下部的高压进汽管10进入各蒸汽喷管3内，在球形罐体1内部的低温水内部喷射高压高温蒸汽与常温水混合将水加热至238℃的高温水，同时球形罐体1内部的压力上升到3.2MPa，球形罐体1内水位上升至最高水位，蓄热器充热完成。当用户需要过热蒸汽时，打开调压阀组22，球形罐体1上部高压蒸汽及高温水闪蒸的蒸汽(3.2MPa，238℃)通过水滴分离装置17分离出蒸汽中的液态水滴，然后通过第一出汽管20进入调压阀组22减压至1.0MPa(压力下饱和温度180℃)，蒸汽温度下降为191℃，蒸汽过热度为11℃，然后减压后的低压蒸通过低压进汽管21进入蛇形布置的换热管24，在换热管24内部通过与球形罐体1内的高温水(3.2MPa，238℃)换热，低压蒸汽被加热到～200℃，低压蒸汽过热度为20℃，过热的低压蒸汽(1.0MPa，200℃)通过第二出汽管23送往用户。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种球形蒸汽蓄热器，包括球形罐体，所述球形罐体上设有充热装置，所述球形罐体顶部设有出汽管，其特征在于：所述充热装置包括蒸汽主管和多根蒸汽喷管，所述蒸汽主管穿设于所述球形罐体上，各所述蒸汽喷管均布置于所述球形罐体内且均与所述蒸汽主管连通，每根所述蒸汽喷管上开设有多个蒸汽喷孔。

2.如权利要求1所述的球形蒸汽蓄热器，其特征在于：各所述蒸汽喷管的轴线均平行于水平向，各所述蒸汽喷孔均开设于所述蒸汽喷管的上部。

3.如权利要求2所述的球形蒸汽蓄热器，其特征在于：各所述蒸汽喷孔的中心线与竖直平面的夹角在22°～60°范围内。

4.如权利要求2或3所述的球形蒸汽蓄热器，其特征在于：每根所述蒸汽喷管上开设有两列喷孔列，两列喷孔列相对于该蒸汽喷管的竖直对称平面对称布置，每列喷孔列包括沿该蒸汽喷管轴向间隔排列的多个所述蒸汽喷孔。

5.如权利要求1所述的球形蒸汽蓄热器，其特征在于：所述蒸汽喷孔的直径在5～12mm范围内。

6.如权利要求1或2所述的球形蒸汽蓄热器，其特征在于：各所述蒸汽喷管的封闭端与所述球形罐体的内壁之间的间距在20～100mm范围内。

7.如权利要求1或2所述的球形蒸汽蓄热器，其特征在于：各所述蒸汽喷管在所述球形罐体内呈多层分布并形成多层充热层，且每层蒸汽喷管都通过支架承托。

8.如权利要求7所述的球形蒸汽蓄热器，其特征在于：所述支架一端焊接固定于所述球形罐体上，另一端搁置在设于所述球形罐体内壁上的支座上且形成为热膨胀自由端。

9.如权利要求7所述的球形蒸汽蓄热器，其特征在于：每层所述充热层设有两根蒸汽支管，各所述蒸汽支管均与所述蒸汽主管连通，每层充热层的各所述蒸汽喷管分别垂直安设在两所述蒸汽支管上构成钉耙状结构且两钉耙状结构的耙齿相互背离。

10.如权利要求1所述的球形蒸汽蓄热器，其特征在于：所述球形罐体内设有液位计，所述球形罐体底部设有放水管，且于所述放水管上设有与所述液位计联锁控制的放水阀。