CN211716524U - 一种余热蒸汽发生器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种余热蒸汽发生器，包括烟道，一级导热管，一级导热管的一端位于烟道内，且靠近烟道入口，一级导热管内部填充冷凝剂；一级汽包，一级汽包连接一级导热管的另一端；以及蒸汽输送管，连接在一级汽包上。本实用新型实现了尾气热能的回收利用，结构简单，成本低廉，且运行过程安全高效。

Description

一种余热蒸汽发生器

技术领域

本实用新型涉及热能回收领域，具体地说，涉及一种余热蒸汽发生器。

背景技术

目前，柴油机做功后排出的尾气，仍具有比较高的温度，一般在540℃左右。参考公开的研究成果，柴油机输出的机械功约占柴油燃烧热能的45％左右，排放的尾气热能占有柴油燃烧热能的40％左右，其余为传动摩擦功耗以及缸体发热。高温尾气可以烧红排气管，可见其热能之高。国内外的研究成果显示，有效利用尾气的热能，可以提高柴油机组的热效率达10％左右。由此可见，如何实现尾气热能的回收利用已经成为节能环保这项工作中必不可少的一个重要环节。

实用新型内容

为解决上述问题，本实用新型提供了一种余热蒸汽发生器，该余热蒸汽发生器极大的解决了现有技术中存在的问题，即实现了尾气热能的回收利用。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种余热蒸汽发生器，包括烟道，提供烟气流通的通道；所述余热蒸汽发生器还包括一级导热管，其一端位于所述烟道内，且靠近烟道入口，所述一级导热管内部填充冷凝剂；一级汽包，所述一级汽包连接所述一级导热管的另一端；以及蒸汽输送管，所述蒸汽输送管连接在所述一级汽包上。

优选地，所述余热蒸汽发生器还包括二级导热管，其一端位于所述烟道内，且按照烟气流向，所述二级导热管位于所述一级导热管后方，所述二级导热管内部填充冷凝剂；二级汽包，所述二级汽包连接所述二级导热管的另一端；蒸汽连接管，所述蒸汽连接管连接所述一级汽包和所述二级汽包。

优选地，所述余热蒸汽发生器还包括水冷壁，所述水冷壁排列在所述烟道的内侧壁上，所述水冷壁的内部通入冷却水，其出口和入口均接入所述二级汽包。

优选地，所述余热蒸汽发生器还包括冷却吸收装置，所述冷却吸收装置设置在所述烟道的出口端，所述冷却吸收装置设置有入口和出口。

优选地，所述余热蒸汽发生器还包括除尘系统，所述除尘系统设置在所述烟道内。

优选地，所述一级导热管和所述二级导热管均为重力热管。

优选地，所述一级汽包上设置有压力表和安全阀。

优选地，所述二级汽包上还设置有给水管、排污管和加药管。

优选地，所述二级汽包上还设置有给水管和排污管。

优选地，所述二级汽包上还设置有给水管和加药管。

优选地，所述二级汽包上设置有压力表、安全阀以及水位计。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)本实用新型利用热量交换原理，通过在烟道内设置一级导热管、二级导热管，以及冷却吸收装置的方式来实现对柴油机尾气热能的多级回收，从而达到减少柴油机尾气热能浪费的目的。

(2)本实用新型通过在烟道内侧壁上设置内部通有冷却水的水冷壁来进一步实现对柴油机尾气热能的回收，同时水冷壁能够保护烟道侧壁不受高温尾气炙烤，使得水冷壁在减少尾气热能浪费的同时也延长了烟道的使用寿命。

(3)余热蒸汽发生器属于压力容器，通过在一级汽包和二级汽包上设置压力表以及安全阀来实现保证整个余热蒸汽发生器运行的安全性。

(4)本实用新型结构简单，装置的核心部件，即重力热管易于获取，因此成本低廉，经济效益良好。

附图说明

图1为本实用新型实施例1的结构示意图；

图2为本实用新型实施例2的结构示意图；

图3为本实用新型实施例3的结构示意图；

图4为本实用新型实施例4的结构示意图；

其中，

表示烟气或者蒸汽流向、1-烟道、2-一级导热管、3-一级汽包、4-蒸汽输送管、5-二级导热管、6-二级汽包、7-蒸汽连接管、8-水冷壁、 9-冷却吸收装置、10-除尘系统、61-给水管、62-排污管、63-加药管。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1：

如图1所示，余热蒸汽发生器包括烟道1、一级导热管2、一级汽包3以及蒸汽输送管4。一级导热管2安装在烟道1靠近入口端的一侧，一级导热管2 的另一端连接一级汽包3，一级汽包3上连接蒸汽输送管4，此处的蒸汽输送管 4用于将一级汽包3中生成的热量传输给发电系统。

由于一级导热管2的安装位置相对烟道1较为靠前，导热管内部的冷凝剂吸收烟气中热量后气化，然后从导热管底部流向顶部。位于导热管顶部的一级汽包3，吸收气化后的冷凝剂的热量产生过热蒸汽，释放热量后冷凝剂恢复到液体状态，在自身重力的作用下掉落至导热管底部。一级导热管2靠近烟道1 入口的位置，此处烟气温度较高，热量较多，冷凝剂气化时吸收的热量多，冷凝时释放的热量相对也较多，因此一级汽包3内部产生的蒸汽为过热蒸汽，故一级汽包3称过热汽包。故一级导热管2也称为过热导热管。

实施例2：

如图2所示，余热蒸汽发生器包括烟道1、一级导热管2、一级汽包3、蒸汽输送管4、二级导热管5、二级汽包6以及蒸汽连接管7。一级导热管2安装在烟道1靠近入口端的一侧，一级导热管2的另一端连接一级汽包3，一级汽包3上连接蒸汽输送管4，此处的蒸汽输送管4用于将一级汽包3中生成的热量传输给发电系统。二级导热管5的一端安装在烟道1内，且按照烟气流向，二级导热管5位于一级导热管2的后方，二级导热管5的另一端连接在二级汽包6上，蒸汽连接管7连接在一级汽包3和二级汽包6之间，用于将二级汽包 6中生成的饱和蒸汽输送到一级汽包3中去。

由于一级导热管2的安装位置相对烟道1较为靠前，导热管内部的冷凝剂吸收烟气中热量后气化，然后从导热管底部流向顶部。位于导热管顶部的一级汽包3，吸收气化后的冷凝剂的热量产生过热蒸汽，释放热量后冷凝剂恢复到液体状态，在自身重力的作用下掉落至导热管底部。一级导热管2靠近烟道1 入口的位置，此处烟气温度较高，热量较多，冷凝剂气化时吸收的热量多，冷凝时释放的热量相对也较多，因此一级汽包3内部产生的蒸汽为过热蒸汽，故一级汽包3称过热汽包。故一级导热管2也称为过热导热管。

二级导热管5安装在烟道1相对较后位置，吸收的是烟气中较少的热量，在通过二级导热管5自身内部的冷凝剂进行传热时，释放的热量较少，生成的是饱和蒸汽，故二级导热管5也称蒸发导热管。二级汽包6内部产生的蒸汽为饱和蒸汽，故二级汽包6也称为蒸发汽包。

实施例3：

如图3所示，余热蒸汽发生器包括烟道1、一级导热管2、一级汽包3、蒸汽输送管4、二级导热管5、二级汽包6、蒸汽连接管7、水冷壁8、冷却吸收装置9以及除尘系统10。其中的冷却吸收装置9具体为水冷吸收装置，除尘系统10具体为除尘滤网。一级导热管2安装在烟道1靠近入口端的一侧，一级导热管2的另一端连接一级汽包3，一级汽包3上连接蒸汽输送管4，此处的蒸汽输送管4用于将一级汽包3中生成的热量传输给发电系统。二级导热管5的一端安装在烟道1内，且按照烟气流向，二级导热管5位于一级导热管2的后方，二级导热管5的另一端连接在二级汽包6上，蒸汽连接管7连接在一级汽包3和二级汽包6之间，用于将二级汽包6中生成的饱和蒸汽输送到一级汽包 3中去。

水冷吸收装置设置在烟道1的出口端，水冷吸收装置上设置有与循环冷却水连接的入口和出口。水冷吸收装置设置在此处的目的是为了能够进一步回收柴油机排出烟气的余热。水冷壁8排列在烟道1的内侧壁上，其出口和入口均接入二级汽包6中。水冷壁8为紧密排列的钢管机构，其中通入冷却水，设置在此处是为了使得烟道1的管壁不被经过的高温烟气炙烤，从而延长烟道1的使用寿命。从烟气流向划分，烟气先到达的一侧称为前侧，烟气后到达的一侧称为后侧，则除尘滤网总共包括三部分，分别是设置在一级导热管2的前侧的一级滤网、二级导热管5前侧的二级滤网，以及环绕烟道1的内侧壁设置，且用于隔离烟气与水冷壁8的三级滤网，此处设置的一、二、三级滤网分别是为了防止烟尘颗粒在流经烟道1的途中附着在一级导热管2、二级导热管5以及水冷壁8上，以解决该余热蒸汽发生装置在经过长时间使用后导致的传热效率降低的问题。

由于一级导热管2的安装位置相对烟道1较为靠前，导热管内部的冷凝剂吸收烟气中热量后气化，然后从导热管底部流向顶部。位于导热管顶部的一级汽包3，吸收气化后的冷凝剂的热量产生过热蒸汽，释放热量后冷凝剂恢复到液体状态，在自身重力的作用下掉落至导热管底部。一级导热管2靠近烟道1 入口的位置，此处烟气温度较高，热量较多，冷凝剂气化时吸收的热量多，冷凝时释放的热量相对也较多，因此一级汽包3内部产生的蒸汽为过热蒸汽，故一级汽包3称过热汽包。故一级导热管2也称为过热导热管。

二级导热管5安装在烟道1相对较后位置，吸收的是烟气中较少的热量，在通过二级导热管5自身内部的冷凝剂进行传热时，释放的热量较少，生成的是饱和蒸汽，故二级导热管5也称蒸发导热管。二级汽包6内部产生的蒸汽为饱和蒸汽，故二级汽包6也称为蒸发汽包。

实施例4：

如图4所示，余热蒸汽发生器包括烟道1、一级导热管2、一级汽包3、蒸汽输送管4、二级导热管5、二级汽包6、蒸汽连接管7、水冷壁8、冷却吸收装置9、除尘系统10、给水管61、排污管62、加药管63、压力表、安全阀以及水位计。其中的冷却吸收装置9具体为水冷吸收装置，除尘系统10具体为除尘滤网。

一级导热管2安装在烟道1靠近入口端的一侧，一级导热管2的另一端连接一级汽包3，一级汽包3上设置有用于监测气体压力指数的压力表和在一级汽包3的内部压力指数出现异常时用于保护整个装置的安全阀，一级汽包3连接蒸汽输送管4，此处的蒸汽输送管4用于将一级汽包3中生成的热量传输给发电系统。二级导热管5的一端安装在烟道1内，且按照烟气流向，二级导热管5位于一级导热管2的后方，二级导热管5的另一端连接在二级汽包6上，二级汽包6上也设置有用于监测气体压力指数的压力表和在二级汽包6内部压力指数出现异常时用于保护整个装置的安全阀，二级汽包6上还连接有用于给二级汽包6中进行水源补充的给水管61和用于监测水位的水位计。此外，二级汽包6上还连接有排污管62和加药管63，用于确保使用过程中水质的正常。蒸汽连接管7连接在一级汽包3和二级汽包6之间，用于将二级汽包6中生成的饱和蒸汽输送到一级汽包3中去。

水冷吸收装置设置在烟道1的出口端，水冷吸收装置上设置有与循环冷却水连接的入口和出口。水冷吸收装置设置在此处的目的是为了能够进一步回收柴油机排出烟气的余热。水冷壁8排列在烟道1的内侧壁上，其出口和入口均接入二级汽包6中。水冷壁8为紧密排列的钢管机构，其中通入冷却水，设置在此处是为了使得烟道1的管壁不被经过的高温烟气炙烤，从而延长烟道1的使用寿命。从烟气流向划分，烟气先到达的一侧称为前侧，烟气后到达的一侧称为后侧，则除尘滤网总共包括三部分，分别是设置在一级导热管2的前侧的一级滤网、二级导热管5前侧的二级滤网，以及环绕烟道1的内侧壁设置，且用于隔离烟气与水冷壁8的三级滤网，此处设置的一、二、三级滤网分别是为了防止烟尘颗粒在流经烟道1的途中附着在一级导热管2、二级导热管5以及水冷壁8上，以解决该余热蒸汽发生装置在经过长时间使用后导致的传热效率降低的问题。

由于一级导热管2的安装位置相对烟道1较为靠前，导热管内部的冷凝剂吸收烟气中热量后气化，然后从导热管底部流向顶部。位于导热管顶部的一级汽包3，吸收气化后的冷凝剂的热量产生过热蒸汽，释放热量后冷凝剂恢复到液体状态，在自身重力的作用下掉落至导热管底部。一级导热管2靠近烟道1 入口的位置，此处烟气温度较高，热量较多，冷凝剂气化时吸收的热量多，冷凝时释放的热量相对也较多，因此一级汽包3内部产生的蒸汽为过热蒸汽，故一级汽包3称过热汽包。故一级导热管2也称为过热导热管。

二级导热管5安装在烟道1相对较后位置，吸收的是烟气中较少的热量，在通过二级导热管5自身内部的冷凝剂进行传热时，释放的热量较少，生成的是饱和蒸汽，故二级导热管5也称蒸发导热管。二级汽包6内部产生的蒸汽为饱和蒸汽，故二级汽包6也称为蒸发汽包。

以上所有实施例中的过热导热管和蒸发导热管均可以采用中温(200～ 600℃)重力热管，且上述所有实施例中的水冷吸收装置还可以用风冷吸收装置或者其他具有冷却吸收作用的装置等同替换，上述所有发电系统也可以被其他能够利用柴油机尾气热量的系统或装置等同替换。

结合以上实施例，阐述本实用新型的工作原理，具体如下：

当高温烟气进入烟道1后，热管内的冷凝剂受热后发生相变汽化变成气态，从而带走烟气中的热量降低排烟温度，冷凝剂从蒸发端到冷凝端是在微压力差下实现的，冷凝端的气态工质通过壁面与管外水进行热交换从而加热管外水，释放热量后变为液态，在重力作用下回流到蒸发端完成一次循环，不断吸收汽化，完成热循环，实现热量在冷热源间的传递。热管因其具有热流密度可变性，适应输入热量的大范围变化，因此灵活高效的解决了热传递问题。

从柴油机排放出来的高温尾气进入烟道导向装置后有两路出口，一路通过烟道1进入余热蒸汽发生器，另一路则进入旁路烟囱排入大气。每路通道上都装有挡板，烟道1上的挡板称为主挡板，旁路烟囱上的挡板称为旁路挡板，各挡板配合使用。柴油机工作而余热蒸汽发生器不工作时，要开启旁路挡板，关闭主挡板；柴油机与余热发生器同时工作时，要关闭旁路挡板，开启主挡板；当需要调节余热蒸汽发生器的产汽量时，主挡板和旁路挡板可以部分开启。通常情况下，柴油机启动时，余热蒸汽发生器不工作，只有当柴油机进入额速状态后，余热发生器才开始工作。

烟道1通常比尾气排管直径更大，确保较小的风阻，同时还要满足柴油机设定的排气背压。柴油机的排气背压是指发动机排气的阻力压力。排气背压对发动机综合性能有非常大的影响。一般情况下，排气背压变大直接导致发动机燃油消耗率上升，发动机经济性能恶化，与此同时发动机动力性也变差，尾气排放质量也会由于缸内燃烧的不充分加剧恶化。排气背压太小又会造成排气不流畅，同样会使柴油机组效率降低。故为了满足机组对排气背压的要求，需要综合考虑烟道1的径向和轴向尺寸以及内部热管的排列数量与密度。

过热导热管安装在烟道1相对较前位置，目的是吸收较高温度的余热，然后通过翅片强化进行传热，将高温余热导入过热汽包，产生过热蒸汽。过热导热管垂直于烟道1排列，其上端伸入过热汽包。

过热汽包将饱和蒸汽继续加温生成过热蒸汽，用于驱动发电系统中汽轮机的运转。过热蒸汽是在饱和蒸汽的基础上进行再加热，即二次加热才能产生的蒸汽。过热汽包中没有液态水存在，当有水存在时，是产生不了过热蒸汽的，因为水会吸收热量产生更多的蒸汽。

蒸发导热管安装在烟道1相对较后位置，目的是吸收较低温度的余热，然后通过翅片强化进行传热，将较低温度的余热通过蒸发导热管导入蒸发汽包，生成饱和蒸汽。蒸发导热管也垂直于烟道1排列，其上端伸入蒸发汽包。

水冷壁8为钢管结构，其紧密排列在烟道1的内侧壁上，出口和入口均接入蒸发汽包，内部通冷却水，目的是保护烟道1侧壁不受高温尾气的炙烤。由于水温最高可以达到100℃，因此烟道1的侧壁温度不会超过100℃。管内冷却水由于热胀冷缩的原理实现上下自动循环，热水上升到蒸发汽包实现汽水分离，温度较低的水下降到水冷壁8的下端再次受热上升，不断循环。

在蒸发汽包里，循环水直接沸腾，生成饱和蒸汽，同时水冷壁8也生成蒸汽，饱和蒸汽通过蒸汽连接管7输出后进入过热汽包再加温。蒸发汽包为1Mpa 左右的压力容器，有监测压力表以及安全阀，此外还有水位计以及给水管确保正常水位。为保证水质，还要有加药管。在正常运行中，排污管持续排除污水。饱和蒸汽的温度、压力以及密度是一一对应的，一个大气压下的蒸汽温度就是100℃。如果需要更高温度的蒸汽，只需提高蒸汽的压力。

经过两级吸收环节，此时流经烟道1的尾气温度已经很低了，随后低温尾气进入冷却吸收装置9，继续降温，最后烟气通过烟道1的出口端排出。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种余热蒸汽发生器，包括烟道(1)，其特征在于，所述余热蒸汽发生器还包括

一级导热管(2)，其一端位于所述烟道(1)内，且靠近烟道(1)入口，所述一级导热管(2)内部填充冷凝剂；

一级汽包(3)，连接所述一级导热管(2)的另一端；及

蒸汽输送管(4)，连接在所述一级汽包(3)上。

2.如权利要求1所述的一种余热蒸汽发生器，其特征在于，所述余热蒸汽发生器还包括

二级导热管(5)，其一端位于所述烟道(1)内，且按照烟气流向，所述二级导热管(5)位于所述一级导热管(2)后方，所述二级导热管(5)内部填充冷凝剂；

二级汽包(6)，连接所述二级导热管(5)的另一端；

蒸汽连接管(7)，连接所述一级汽包(3)和所述二级汽包(6)。

3.如权利要求2所述的一种余热蒸汽发生器，其特征在于，所述余热蒸汽发生器还包括

水冷壁(8)，排列在所述烟道(1)的内侧壁上，所述水冷壁(8)的内部通入冷却水，其出口和入口均接入所述二级汽包(6)。

4.如权利要求1或2所述的一种余热蒸汽发生器，其特征在于，所述余热蒸汽发生器还包括

冷却吸收装置(9)，设置在所述烟道(1)的出口端，所述冷却吸收装置(9)设置有入口和出口。

5.如权利要求1或2所述的一种余热蒸汽发生器，其特征在于，所述余热蒸汽发生器还包括除尘系统(10)，所述除尘系统(10)设置在所述烟道(1)内。

6.如权利要求2所述的一种余热蒸汽发生器，其特征在于，所述一级导热管(2)和所述二级导热管(5)均为重力热管。

7.如权利要求1或2所述的一种余热蒸汽发生器，其特征在于，所述一级汽包(3)上设置有压力表和安全阀。

8.如权利要求2所述的一种余热蒸汽发生器，其特征在于，所述二级汽包(6)上还设置有给水管(61)、排污管(62)和加药管(63)；或所述二级汽包(6)上还设置有给水管(61)和排污管(62)；或所述二级汽包(6)上还设置有给水管(61)和加药管(63)。

9.如权利要求2所述的一种余热蒸汽发生器，其特征在于，所述二级汽包(6)上设置有压力表、安全阀以及水位计。

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