專利名稱：一種蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件以及由其制作的余熱鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于傳熱技術(shù)領(lǐng)域，蒸發(fā)元件為蒸汽鍋爐的核心部件，可廣泛用于余熱回收系統(tǒng)。
(ニ)背景技術(shù)最常使用的自然對流水管鍋爐，最主要部件是垂直排列的蒸發(fā)管，另外配置汽、水分離器(俗稱汽包)、爐外循環(huán)管，汽、水分離器中鍋爐水沿外循環(huán)管從蒸發(fā)管下部進(jìn)入，在 蒸發(fā)管蒸發(fā)為蒸汽，并夾帶飽和水靠重度差向上流進(jìn)汽、水分離器，進(jìn)行汽、水分離。蒸汽由汽、水分離器靠壓カ送出，分離下來的飽和水與送入汽、水分離器的補(bǔ)充水混合，靠自重沿外循環(huán)管再送入蒸發(fā)管，如此往復(fù)循環(huán)，維持鍋爐連續(xù)產(chǎn)生蒸汽。這種自然對流水管鍋爐技術(shù)成熟，運(yùn)行可靠，但存在以下方面不足其ー是各蒸發(fā)水管所處部位不同、長度不同、阻力不同，管殼溫度差異大，難以嚴(yán)格控制溫度。其ニ是系統(tǒng)較復(fù)雜，鋼材用量大，有效傳熱面積較小。其三是主體蒸發(fā)管、循環(huán)管等部件只能現(xiàn)場制作，質(zhì)量難以保證。其四是制作安裝和使用狀態(tài)溫差大，熱應(yīng)力難以避免和消除，由此降低了強(qiáng)度且增加了應(yīng)カ腐蝕。近年來發(fā)展的熱管技術(shù)受到普遍關(guān)注，進(jìn)而被應(yīng)用到許多傳熱領(lǐng)域。熱管實(shí)質(zhì)上是內(nèi)存能蒸發(fā)介質(zhì)高真空的密封管件。從作用來看它是ー個傳熱中間體，原來的傳熱設(shè)備中，高溫介質(zhì)的熱是通過管壁直接傳給低溫介質(zhì)，有了熱管技術(shù)，高溫介質(zhì)首先把熱量傳給熱管蒸發(fā)段，熱管中間介質(zhì)蒸發(fā)帶走熱量，汽相流到熱管冷凝段，把熱量通過管壁傳給低溫介質(zhì)，自身冷凝又回到蒸發(fā)段，如此反復(fù)循環(huán)。高溫介質(zhì)將熱量傳給低溫介質(zhì)，雖然經(jīng)過熱管這一中間環(huán)節(jié)，因?yàn)闊峁軆?nèi)部傳熱是蒸發(fā)和冷凝傳熱，傳熱系數(shù)非常大，中間介質(zhì)蒸發(fā)和冷凝過程損失的熱動力，即損失的溫差非常小，這就是熱管一大特性，優(yōu)良的等溫性，利用很小的溫差損失進(jìn)行熱量傳遞，具有很多優(yōu)勢。首先將熱、冷介質(zhì)傳熱，用熱管將其放到不同區(qū)間進(jìn)行，在ー些特定場合，能發(fā)揮不可替代作用。如用在放熱反應(yīng)的等溫反應(yīng)器，它能順利把反應(yīng)熱取走，保證化學(xué)反應(yīng)在恒溫下進(jìn)行。另外它可以成為標(biāo)準(zhǔn)件，在專業(yè)企業(yè)由專門技術(shù)加工，質(zhì)量易保證。在現(xiàn)場組裝簡單方便，因?yàn)闊峁苤挥幸欢撕蛡鳠岵考B接不會產(chǎn)生熱應(yīng)力，也不存在應(yīng)カ腐蝕。熱管還有ー個優(yōu)勢是恒溫特性，也就是溫度的可控性，在熱負(fù)荷變化時，其溫度可保持不變，這對于防止露點(diǎn)腐蝕的低壓余熱鍋爐來說尤為重要。近年來熱管鍋爐也開始被采用，能有效避免露點(diǎn)腐蝕問題，但也暴露一些問題首先是熱管部件構(gòu)造復(fù)雜，制造難度大，熱管畢竟是傳熱中間體，其內(nèi)部中間介質(zhì)蒸發(fā)和冷凝過程溫差雖小，但仍會損失一定溫差，熱管有蒸發(fā)和冷凝兩個過程，有兩個傳熱面，所需傳熱面較大，材料用量也較多。

發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，所要解決的技術(shù)問題為提供ー種結(jié)構(gòu)簡單，不需中間傳熱介質(zhì)，傳熱效率高的蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件以及由其制作的余熱鍋爐。為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為ー種蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件，包括蒸發(fā)管，汽、水分離器和輸水芯，汽、水分離器的頂部設(shè)置有蒸汽出口，汽、水分離器的下部設(shè)置有鍋爐水入ロ，汽、水分離器的底部與蒸發(fā)管連接，輸水芯套裝在蒸發(fā)管內(nèi)部，且輸水芯的頂部伸入汽、水分離器中；所述蒸發(fā)管的結(jié)構(gòu)為管殼的外部設(shè)置有管殼外翅板，堵板位于管殼的底部；所述管殼外翅板為多個圓環(huán)，或?yàn)椹`個螺旋形翅板。所述的輸水芯為管狀。所述的輸水芯由網(wǎng)狀材料制作，或由多孔結(jié)構(gòu)的材料制作。一種由蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件制成的余熱鍋爐，所述蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件中汽、水分離器底部連接的蒸發(fā)管為多束，且所有蒸發(fā)管均位于鍋爐爐膛內(nèi)，汽、水分離器位于鍋爐爐膛的上方；所述鍋爐爐膛上設(shè)置有高溫氣入口和低溫氣出ロ。一種由蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件制成的余熱鍋爐，所述的蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件為多個且并列設(shè)置，每個蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件中汽、水分離器底部連接的蒸發(fā)管均為多束；所有蒸發(fā)管均位于鍋爐爐膛內(nèi)，所有汽、水分離器均位于鍋爐爐膛的上方；所述鍋爐爐膛上設(shè)置有高溫氣入口和低溫氣出口；汽包位于汽、水分離器的上方，汽包的頂部設(shè)置有蒸汽輸出口，汽包的中下部設(shè)置有供水口，汽包的下部設(shè)置有循環(huán)水出口，汽包的中部設(shè)置有與汽、水分離器數(shù)量相同的蒸汽入口，所述循環(huán)水出口與汽、水分離器上的鍋爐水入口相連，每個蒸汽入口均與一個汽、水分離器的蒸汽出口通過蒸汽入ロ管法蘭連接。本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果。這種蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件與熱管鍋爐相比，結(jié)構(gòu)簡單、減少制造難度，不需中間傳熱介質(zhì)，不損耗傳熱溫差，不需傳熱所需要的冷凝面，鋼材用量更少，傳熱效率更高。

圖I :蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件立面剖視圖；圖2 :由蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件制成的ー種余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3 :由蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件制成的另ー種余熱鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖；圖中I蒸發(fā)管；1-1管殼；1-2堵板；1-3管殼外翅板；2汽、水分尚器；2-1汽、水分離器殼壁'2-2鍋爐水入ロ ；2-3蒸汽出ロ ；3輸水芯；3-1入水ロ ；3-2出水ロ；4汽包；4_1供水口 ；4-2蒸汽輸出口 ；4-3循環(huán)水出口 ；4-4蒸汽入口 ；4-5蒸汽入口管法蘭；5鍋爐爐膛；5-1爐膛周壁；5-2高溫氣入口 ；5-3低溫氣出ロ。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型ー種蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件，包括蒸發(fā)管1，汽、水分離器2和輸水芯3,汽、水分尚器2的頂部設(shè)置有蒸汽出ロ 2-3,汽、水分尚器殼壁2-1下部設(shè)置有鍋爐水入口 2-2，汽、水分離器殼壁2-1底部與蒸發(fā)管I連接，輸水芯3套裝在蒸發(fā)管I內(nèi)部，且輸水芯3的頂部伸入汽、水分離器2中；所述蒸發(fā)管I的結(jié)構(gòu)為管殼1-1的外部設(shè)置有管殼外翅板1-3,堵板1-2位于管殼1-1的底部；所述管殼外翅板1-3為多個圓環(huán)，或?yàn)椹`個螺旋形翅板。所述的輸水芯3為管狀。、[0021]所述的輸水芯3由網(wǎng)狀材料制作，或由多孔結(jié)構(gòu)的材料制作。如圖2所示，由多束蒸發(fā)管I、汽、水分離器2和鍋爐爐膛5組成完整的余熱鍋爐示意圖，所有蒸發(fā)管I均在爐膛周壁5-1內(nèi)。汽、水分離器2在蒸發(fā)管I的上方并與各蒸發(fā)管I上端開ロ相接，汽、水分離器2在鍋爐爐膛5上面且處于外部，輸水芯3處于每個蒸發(fā)管I內(nèi)部，由靠近堵板1-2處延伸至汽、水分離器2的下部，因蒸發(fā)管I、汽、水分離器2均未繪剖面，故輸水芯3未在圖2中表示出來，可參考圖I。該鍋爐工作狀態(tài)是這樣的高溫氣從高溫氣入口 5-2進(jìn)入鍋爐爐膛5，和蒸發(fā)管I接觸，通過管殼1-1和管殼外翅板1-3將熱量傳給蒸發(fā)管1，氣體溫度下降成為低溫氣，余熱得到回收，并從低溫氣出口 5-3離開鍋爐爐膛5。接收熱量的蒸發(fā)管I將熱量通過管殼1-1傳給內(nèi)部飽和水，將其部分蒸發(fā)，蒸汽上升至汽、水分離器2中。汽、水分離器2由汽、水分離器殼壁2-1、鍋爐水入口 2-2和蒸汽出ロ 2-3組成，因截面突然擴(kuò)大減速，汽、水分離，蒸汽由蒸汽出口 2-3輸出，分離下來的飽和鍋爐水處于汽、水分離器2的下部。飽和鍋爐水由輸水芯3的入水ロ 3-1進(jìn)入輸水芯3中，通過毛細(xì)管作用或重度差作用，進(jìn)行輸送，由輸水芯3的出水ロ 3-2排至蒸發(fā)管I的下端， 受熱蒸發(fā)的蒸汽連同飽和水上升至汽、水分離器2中，如此循環(huán)不止，蒸發(fā)消耗了的鍋爐水由鍋爐水入口 2-2連續(xù)補(bǔ)充至汽、水分離器2內(nèi)。這種余熱鍋爐中，由多束蒸發(fā)管I、汽、水分離器2和鍋爐爐膛5組成完整的余熱鍋爐，雖然結(jié)構(gòu)簡單，但對于產(chǎn)汽量較大的鍋爐，不便于整體運(yùn)輸，像汽、水分離器2下方的汽、水分離器殼壁2-2與各蒸發(fā)管I上端開ロ相接處，必需在施工現(xiàn)場焊接施工。如圖3所示，在鍋爐中由多組汽、水分離器2與蒸發(fā)管I管束組成的多個單元，這種由汽、水分離器2與蒸發(fā)管I管束組成的単元與鍋爐爐膛5、汽包4組成ー個完整的余熱鍋爐。所有蒸發(fā)管I均在爐膛周壁5-1內(nèi)，各個汽、水分離器2仍在蒸發(fā)管I上方，汽、水分離器2在鍋爐爐膛5上面且處于外部，輸水芯3處于每個蒸發(fā)管I內(nèi)部，由靠近堵板1-2處延伸至汽、水分離器2的下部，因蒸發(fā)管I、汽、水分離器2均未繪剖面，故輸水芯3未在圖3中表示出來，可參考圖I。在各個汽、水分離器2的上部新增ー個汽包4，鍋爐水供水口 4-1位于汽包4中下部，蒸汽輸出ロ 4-2在汽包上部，循環(huán)水出ロ 4-3在汽包4的下部，并通過管道與汽、水分離器2的鍋爐水入口 2-2相連接，蒸汽入口 4-4位于汽包4的中部側(cè)面，與汽、水分離器2的蒸汽出ロ管2-3相通，并用蒸汽入口管法蘭4-5相連接。圖3中表示的由蒸發(fā)管I、汽、水分離器2、輸水芯3(圖中內(nèi)含，未展示出來，參考圖I)、汽包4、鍋爐爐膛5組成的余熱鍋爐工作狀態(tài)是這樣的高溫氣從高溫氣入口 5-2進(jìn)入鍋爐爐膛5，和蒸發(fā)管I接觸，通過管殼1-1和管殼外翅板1-3將熱量傳給蒸發(fā)管I，其本身溫度下降成為低溫氣，余熱得到回收，從低溫氣出ロ 5-3離開鍋爐爐膛5，接收熱量的蒸發(fā)管I將熱量通過管殼1-1傳給內(nèi)部飽和水，將其部分蒸發(fā)，蒸汽上升至汽、水分離器2中。水分離器2由汽、水分離器殼壁2-1、鍋爐水入口 2-2和蒸汽出口 2-3組成。因截面擴(kuò)大減速，汽、水分離，蒸汽由蒸汽出口管2-3上升至汽包蒸汽入ロ 4-4進(jìn)入汽包4中。在汽、水分離器2中分離下來的飽和鍋爐水處于汽、水分離器2的下部，飽和鍋爐水由輸水芯3的入水ロ 3-1進(jìn)入輸水芯3中，通過毛細(xì)管作用或重度差作用進(jìn)行輸送，由輸水芯3的出水ロ 3-2排至蒸發(fā)管I的下端，受熱蒸發(fā)蒸汽連同飽和水一面上升一面蒸發(fā)，最終至汽、水分離器2中，如此循環(huán)不止。來至各汽、水分離器2的蒸汽匯集至汽包4中，其中所含水得到進(jìn)ー步分離，蒸汽由蒸汽輸出口4-2輸出，鍋爐補(bǔ)給水由供水口 4-1補(bǔ)入汽包4中，與分離水混合后經(jīng)各循環(huán)水出ロ 4-3靠重力送至汽、水分離器2的鍋爐水入口 2-2，進(jìn)入汽、水分離器2內(nèi)，作為蒸發(fā)水的補(bǔ)充水。該鍋爐的各個由汽、水分離器2與蒸發(fā)管I管束組成的単元體，由專業(yè)廠家制造，到施工現(xiàn)場后通過蒸汽入口管法蘭4-5分別與汽包4連接組裝。圖3所示的余熱鍋爐，用于焦?fàn)t煙氣余熱回收，可將煙氣溫度由280°C下降至170°C，每萬標(biāo)方的煙氣可產(chǎn)0. 6MPa低壓蒸汽約0. 6噸。由增加引風(fēng)機(jī)電耗約10 20KW.h，能量回收率達(dá)95%以上，從經(jīng)濟(jì)效益方面計算，比熱管余熱鍋爐投資更低，約半年可回收投資。
權(quán)利要求1.ー種蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件，包括蒸發(fā)管(I)，汽、水分離器(2)和輸水芯(3)，其特征在于汽、水分離器(2)的頂部設(shè)置有蒸汽出口(2-3)，汽、水分離器(2)的下部設(shè)置有鍋爐水入口(2-2)，汽、水分離器(2)的底部與蒸發(fā)管(I)連接，輸水芯(3)套裝在蒸發(fā)管(I)內(nèi)部，且輸水芯(3)的頂部伸入汽、水分離器(2)中； 所述蒸發(fā)管(I)的結(jié)構(gòu)為管殼(1-1)的外部設(shè)置有管殼外翅板(1-3)，堵板(1-2)位于管殼(1-1)的底部；所述管殼外翅板(1-3)為多個圓環(huán)，或?yàn)椹`個螺旋形翅板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件，其特征在干所述的輸水芯(3)為管狀。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件，其特征在干所述的輸水芯(3)由網(wǎng)狀材料制作，或由多孔結(jié)構(gòu)的材料制作。
4.一種由權(quán)利要求I所述的蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件制成的余熱鍋爐，其特征在于所述蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件中汽、水分離器(2)底部連接的蒸發(fā)管(I)為多束，且所有蒸發(fā)管(I)均位于鍋爐爐膛(5)內(nèi)，汽、水分離器(2)位于鍋爐爐膛(5)的上方；所述鍋爐爐膛(5)上設(shè)置有高溫氣入口(5-2)和低溫氣出口(5-3)。
5.一種由權(quán)利要求I所述的蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件制成的余熱鍋爐，其特征在于所述的蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件為多個且并列設(shè)置，每個蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件中汽、水分離器(2)底部連接的蒸發(fā)管(I)均為多束；所有蒸發(fā)管(I)均位于鍋爐爐膛(5)內(nèi)，所有汽、水分離器(2)均位于鍋爐爐膛(5)的上方；所述鍋爐爐膛(5)上設(shè)置有高溫氣入口(5-2)和低溫氣出口(5-3)； 汽包⑷位于汽、水分離器⑵的上方，汽包⑷的頂部設(shè)置有蒸汽輸出口(4-2)，汽包(4)的中下部設(shè)置有供水口(4-1)，汽包(4)的下部設(shè)置有循環(huán)水出口(4-3)，汽包(4)的中部設(shè)置有與汽、水分離器(2)數(shù)量相同的蒸汽入口(4-4)，所述循環(huán)水出口(4-3)與汽、水分離器(2)上的鍋爐水入口(2-2)相連，每個蒸汽入口(4-4)均與ー個汽、水分離器(2)的蒸汽出口(2-3)通過蒸汽入口管法蘭(4-5)連接。
專利摘要本實(shí)用新型一種蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件以及由其制作的余熱鍋爐，屬于傳熱技術(shù)領(lǐng)域；要解決的問題是提供一種結(jié)構(gòu)簡單，不需中間傳熱介質(zhì)，傳熱效率高的蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件以及由其制作的余熱鍋爐；采用的技術(shù)方案為一種蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件，汽、水分離器的頂部設(shè)置有蒸汽出口，汽、水分離器的下部設(shè)置有鍋爐水入口，汽、水分離器的底部與蒸發(fā)管連接，輸水芯套裝在蒸發(fā)管內(nèi)部，且輸水芯的頂部伸入汽、水分離器中；一種余熱鍋爐，所述蒸汽鍋爐蒸發(fā)元件中汽、水分離器底部連接的蒸發(fā)管為多束，且所有蒸發(fā)管均位于鍋爐爐膛內(nèi)，汽、水分離器位于鍋爐爐膛的上方；所述鍋爐爐膛上設(shè)置有高溫氣入口和低溫氣出口；本實(shí)用新型特別適用于焦?fàn)t煙氣余熱回收。
文檔編號F22B37/00GK202403253SQ20112031082
公開日2012年8月29日 申請日期2011年8月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月25日
發(fā)明者楊以威, 楊立, 竇小琳 申請人:楊立