专利名称：一种蒸汽锅炉蒸发元件以及由其制作的余热锅炉的制作方法
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。
(ニ)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、水分离器靠压カ送出，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，維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ー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。其ニ是系统较复杂，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，由此降低了強度且增加了应カ腐蚀。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。从作用来看它是ー个传热中间体，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，在ー些特定场合，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，也不存在应カ腐蚀。热管还有ー个优势是恒温特性，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。
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ー种结构简单，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ー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ロ，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，或为ー个螺旋形翅板。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ロ。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ロ管法兰连接。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、減少制造难度，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。
图I :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ー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ー种余热锅炉的结构示意图；图中I蒸发管；1-1管壳；1-2堵板；1-3管壳外翅板；2汽、水分尚器；2-1汽、水分离器壳壁'2-2锅炉水入ロ ；2-3蒸汽出ロ ；3输水芯；3-1入水ロ ；3-2出水ロ；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低温气出ロ。
具体实施方式
如图I所示，本实用新型ー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、水分尚器2的顶部设置有蒸汽出ロ 2-3,汽、水分尚器壳壁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I连接，输水芯3套装在蒸发管I内部，且输水芯3的顶部伸入汽、水分离器2中；所述蒸发管I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，或为ー个螺旋形翅板。所述的输水芯3为管状。、[0021]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I、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I均在炉膛周壁5-1内。汽、水分离器2在蒸发管I的上方并与各蒸发管I上端开ロ相接，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I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I、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，可參考图I。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I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I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和蒸汽出ロ 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的入水ロ 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的出水ロ 3-2排至蒸发管I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I、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I上端开ロ相接处，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I管束组成的多个单元，这种由汽、水分离器2与蒸发管I管束组成的単元与锅炉炉膛5、汽包4组成ー个完整的余热锅炉。所有蒸发管I均在炉膛周壁5-1内，各个汽、水分离器2仍在蒸发管I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I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I、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，可參考图I。在各个汽、水分离器2的上部新增ー个汽包4，锅炉水供水口 4-1位于汽包4中下部，蒸汽输出ロ 4-2在汽包上部，循环水出ロ 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的蒸汽出ロ管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I、汽、水分离器2、输水芯3(图中内含，未展示出来，參考图I)、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I接触，通过管壳1-1和管壳外翅板1-3将热量传给蒸发管I，其本身温度下降成为低温气，余热得到回收，从低温气出ロ 5-3离开锅炉炉膛5，接收热量的蒸发管I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上升至汽包蒸汽入ロ 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的入水ロ 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的出水ロ 3-2排至蒸发管I的下端，受热蒸发蒸汽连同饱和水一面上升一面蒸发，最終至汽、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，其中所含水得到进ー步分离，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ロ 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I管束组成的単元体，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°C下降至170°C，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。
权利要求1.ー种蒸汽锅炉蒸发元件，包括蒸发管(I)，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(I)连接，输水芯(3)套装在蒸发管(I)内部，且输水芯(3)的顶部伸入汽、水分离器(2)中； 所述蒸发管(I)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，或为ー个螺旋形翅板。
2.根据权利要求I所述的ー种蒸汽锅炉蒸发元件，其特征在干所述的输水芯(3)为管状。
3.根据权利要求I所述的ー种蒸汽锅炉蒸发元件，其特征在干所述的输水芯(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I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(I)为多束，且所有蒸发管(I)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I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(I)均为多束；所有蒸发管(I)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⑷位于汽、水分离器⑵的上方，汽包⑷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)均与ー个汽、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。
专利摘要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。
文档编号F22B37/00GK202403253SQ20112031082
公开日2012年8月29日 申请日期2011年8月25日 优先权日2011年8月25日
发明者杨以威, 杨立, 窦小琳 申请人:杨立