一种热管式蒸汽发生器的制作方法

本发明涉及蒸汽发生装置，特别是一种热管式蒸汽发生器。

背景技术：

市场上的蒸汽发生器普遍存在故障率高、使用寿命短等问题，而引起这两个问题的主要原因为蒸汽发生器水容量小，水位很难控制稳定，频繁假信号干扰造成电器误报警；传统蒸汽发生器对水质要求高、容易因为水垢问题引起蒸汽发生器产生不可修复的故障。

例如公开号为cn202149475u的中国专利公布了一种热管式蒸汽发生器，包括蒸汽发生室、燃烧室，其中，蒸汽发生室内设有热管，热管的受热端伸入燃烧室内。该申请存在以下问题：为了防止燃烧室干烧，该申请虽然采用防干烧传感器监测并向中央控制器反馈蒸汽发生室内的水位情况，但是水位控制过程较为复杂；该申请通过防垢镁棒防止蒸汽发生室内形成水垢，但是安装镁棒的作用主要用来防腐蚀，除水垢的效果并不明显，因此该申请蒸汽发生器仍存在水垢问题，水垢将缩短设备使用寿命；该申请对排放的烟气没有进行处理，导致排放烟气无法达到低氮标准；该申请中热管式蒸汽发生器的体积较大，内部结构较为复杂，难以在市面上推广。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决传统热管式蒸汽发生器水位控制难、易产生水垢、排放烟气中nox含量高以及热管式蒸汽发生器体积较大的问题，提供了一种热管式蒸汽发生器。

为实现上述技术目的，本发明采用以下技术方案：

一种热管式蒸汽发生器，包括锅炉、发生器、燃烧器，所述燃烧器的燃烧端伸进所述锅炉的炉膛内，所述锅炉与所述发生器相连，所述发生器内设有热管，所述热管外形成一次侧通道，所述热管内形成二次侧通道，所述一次侧通道内的介质与所述二次侧通道内的介质进行热量交换，所述锅炉与所述发生器的一次侧通道连接形成一次侧循环回路，所述一次侧循环回路真空密闭，所述一次侧通道的最低液面高度高于所述锅炉的最高液面高度。

进一步地，所述锅炉包括蒸汽出口和进水口，所述发生器包括一次侧进口，一次侧出口、二次侧进口和二次侧出口，所述蒸汽出口通过蒸汽管与所述发生器的一次侧进口连通，所述一次侧出口通过冷凝管与所述进水口连通，所述二次侧进口通过所述热管与所述二次侧出口连通。

进一步地，所述炉膛的一侧为炉体，所述炉体的下方设有第一集水室，所述第一集水室连通所述锅炉的进水口，所述炉体上方设有第二集水室，所述第二集水室连通所述锅炉的蒸汽出口。

进一步地，所述炉体内设有换热管道，所述第一集水室通过所述换热管道与所述第二集水室连通，所述炉体内还设有第一烟气出口，高温烟气通过所述换热管道后从所述第一烟气出口排出。

进一步地，所述炉体内设有换热套管，所述换热套管由内管与外管构成，所述内管为烟气余热通道，所述内管与所述外管之间为水流通道，所述烟气余热通道与所述炉体尾部连通，所述炉体内的高温烟气与烟气余热通道内的烟气共同加热水流通道内的水。

进一步地，所述第一集水室的下方设有第一集烟室，所述炉体的尾部与所述第一集烟室连通，高温烟气穿过所述换热套管后，由炉体的尾部进入所述第一集烟室，所述第二集水室的上方设有第二集烟室，所述第一集烟室通过所述烟气余热通道与所述第二集烟室连通。

进一步地，所述第二集烟室设有第二烟气出口，烟气在所述内管换热完成后从所述第二烟气出口排出。

进一步地，所述第一集水室通过所述水流通道与所述第二集水室连通。

进一步地，还包括控制器，所述发生器为一个或多个，控制器控制每个所述发生器的出口压力。

进一步地，所述热管材质为不锈钢或钛合金。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

一、利用一次侧通道内液面与锅炉液面之间的高差，保证在一次侧循环回路中，发生器内的水溶液能够在没有水泵提供动力的情况下，仍可以回到锅炉内，从而避免外界氧化气体吸入一次侧水循环回路，延长锅炉的使用寿命；同时，通过将一次侧循环设置为真空密闭，一次侧循环水在使用过程中不会增加也不会减少，无需进行水位控制；

二、一次侧循环水始终是同一个水在发生蒸发冷凝物理变化，水质不会发生任何变化，锅炉内不会结垢，延长锅炉使用寿命；

三、对燃烧气体首先进行降温处理，能有效减少混合气体燃烧后生成的nox含量；

四、通过将锅炉与发生器集成一体设置，能够减小热管式蒸汽发生器的体积，并且减小水容量，因此无爆炸风险。

附图说明

图1为本发明实施例一的热管式蒸汽发生器结构图；

图2为图1炉膛与炉体内管道结构图；

图3为本发明实施例一含有多个发生器结构图；

图4为本发明实施例二的热管式蒸汽发生器结构图；

图5为图4炉膛与炉体内套管结构图；

图6为本发明实施例二含有多个发生器结构图。

图中：1-锅炉，11-炉膛，12-蒸汽出口，13-进水口，120-炉体，141-降温管道，1411-第一管道缝隙，142-稳焰管道，1421-第二管道缝隙，143-换热管道，151-降温套管，1511-第一套管缝隙，152-稳焰套管，1521-第二套管缝隙，153-换热套管，154-内管，155-外管，16-第一集水室，17-第二集水室，18-第一集烟室，19-第二集烟室，2-发生器，21-热管，22-一次侧进口，23-一次侧出口，24-二次侧进口，25-二次侧出口，3-燃烧器，4-蒸汽管，5-冷凝管，6-第一烟气出口，7-第二烟气出口。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步描述说明。

实施例一

本实施例提供一种热管式蒸汽发生器，如图1所示，包括锅炉1、发生器2、燃烧器3，燃烧器3的燃烧端伸进锅炉1的炉膛11内，锅炉1与发生器2相连，发生器2内设有热管21，热管21外形成一次侧通道，热管21内形成二次侧通道，一次侧通道内的介质与二次侧通道内的介质进行热量交换。锅炉1与发生器2的一次侧通道连接形成一次侧循环回路，一次侧循环回路真空密闭。一次侧通道的最低液面高度高于锅炉1的最高液面高度。

利用一次侧通道内液面与锅炉1液面之间的高差，保证在一次侧循环回路中，发生器2内的水溶液能够在没有水泵提供动力的情况下，仍可以回到锅炉1内。一次侧循环回路不设置循环泵，能够避免外界氧化气体通过循环泵吸入循环回路中。与现有技术相比，本实施例中一次侧循环回路不设置循环水泵，因此能够完全避免氧化性气体的进入，保证一次侧循环回路的真空度，从而防止氧化性气体对锅炉1造成氧化腐蚀，延长锅炉1使用寿命。

热管21外的介质为锅炉1内的水或以水为主体的复合溶液形成的水蒸汽。热管21内的介质为无任何要求的水，可以是洁净的蒸馏水、也可以是硬度较高的地下水。一次侧通道内的介质与二次侧通道内的介质相互隔离的同时又进行热量交换，一次侧通道内的介质把燃烧器3释放的热量间接的传递给二次侧通道内的介质。

锅炉1包括蒸汽出口12和进水口13，发生器2包括一次侧进口22，一次侧出口23、二次侧进口24和二次侧出口25。蒸汽出口12通过蒸汽管4与发生器2的一次侧进口22连通，一次侧出口23通过冷凝管5与进水口13连通，二次侧进口24通过热管21与二次侧出口25连通。

炉膛11的一侧为炉体120，炉体120的下方设有第一集水室16，第一集水室16连通锅炉1的进水口13。炉体120上方设有第二集水室17，第二集水室17连通锅炉1的蒸汽出口12。冷凝水经进水口13回到第一集水室16内，第一集水室16与第二集水室17连通，第二集水室17与蒸汽出口12连通。

如图2所示，炉体120内还设有换热管道143，第一集水室16通过换热管道143与第二集水室17连通。炉体120内还设有第一烟气出口6，高温烟气通过换热管道143后从第一烟气出口6排出。

一次侧循环回路循环过程如下：集水室内的水被燃烧器3加热后变成蒸汽，蒸汽在第二集水室17内，经蒸汽出口12、蒸汽管4、一次侧进口22，进入发生器2内。蒸汽在发生器2内放热后冷凝。冷凝后的水经一次侧出口23、冷凝管5、进水口13重新回到锅炉1内的第一集水室16。第一集水室16与第二集水室17连通。集水室吸收燃烧器3释放的热量重新变成水蒸气，接着不断重复上述循环过程。热管21内介质流动过程如下：二次侧流体由发生器2的二次侧进口24进入热管21，吸收一次侧水蒸气的热量(潜热+显热)后变成蒸汽，蒸汽经二次侧出口25排出。

一次侧循环回路内水始终是同一个水发生蒸发冷凝物理变化，水质不会发生任何改变，因此锅炉1和发生器2内的热管21外部不会发生结水垢等不可修复的故障。热管21内的水即使产生水垢也不会影响锅炉1的设计寿命，只需拆卸热管21，对热管21做简单的清理维护，热管21就能恢复到设计时的换热效率。发生器2采用热管21结构，水容量小，没有爆炸风险。一次侧循环回路中，液面高度无水位控制，因为一次侧水在发生器2第一次使用前加装完毕，在使用过程中水不会增加也不会减少，实际运行不需要水位控制，只需要对一次侧循环回路的水有泄漏保护既可。二次侧缺水对发生器2没有安全隐患，降低了二次侧对水位的要求，减少了故障率。

为降低烟气中的nox，本实施例中燃烧器3为预混燃烧器，燃料在燃烧器3内配比形成均匀的混合气体。除此之外，nox的生成与混合气体燃烧时火焰温度有很大关系，通过在炉膛11内设置降温管道141降低混合气体燃烧过程的火焰温度，进而抑制nox的生成。如图2所示，沿混合气流的流动方向，炉膛11内依次设有降温管道141、稳焰管道142。降温管道141之间形成第一管道缝隙1411，稳焰管道142之间形成第二管道缝隙1421。

燃烧气体通过第一管道缝隙1411和第二管道缝隙1421后形成整体火焰。降温管道141和稳焰管道142内的水吸收火焰热量，有效降低火焰温度，能有效抑制混合气体燃烧过程中生成的nox含量。

炉膛11内的燃烧气体从第一管道缝隙1411流出时形成的压力为p1，从第二管道缝隙1421流出时，形成的压力为p2，p2小于p1,即稳焰管道142气流流出的一侧形成负压，可重新回燃未燃烧的气体，因此炉膛11内的稳焰管道142具有稳定燃烧的作用。

从第二管道缝隙1421出来的燃烧气体进入炉体120内形成高温烟气，高温烟气与炉体120内的换热管道143进一步换热。高温烟气换热完成后，从第一烟气出口6排出，排放烟气含有较低的nox。

实施例二

本实施例提供一种热管式蒸汽发生器，如图4，图5所示。本实施例与实施例一不同之处为炉体120内设有换热套管153以及锅炉1内设有集烟室。

换热套管153由内管154与外管155构成。内管154为烟气余热通道，内管154与外管155之间为水流通道，烟气余热通道与炉体120的尾部连通。炉体120内的高温烟气以及烟气余热通道内的烟气共同加热水流通道内的水，并且充分利用烟气中的余热，保证锅炉1内水溶液的蒸发量。

外管155下端为第一集水室16，上端为第二集水室17。第一集水室16的下方设有第一集烟室18，炉体120的尾部与第一集烟室18连通，高温烟气穿过换热套管153后，由炉体120的尾部进入第一集烟室18。第二集水室17的上方设有第二集烟室19，第一集烟室18通过烟气余热通道与第二集烟室19连通。第二集烟室19设有第二烟气出口7，烟气在内管154换热完成后从第二烟气出口7排出。

本实施例烟气排放过程为：混合气体在炉膛11内燃烧，燃烧气体生成的高温烟气进入炉体120内，并流向炉体120的尾部。高温烟气由从炉体120的尾部进入第一集烟室18，然后经内管154进入第二集烟室19，最后经第二烟气出口7排出。

第一集水室16通过水流通道与第二集水室17连通。一次侧循环回路中，发生器2的冷凝水回到第一集水室16内，水流经水流通道进入第二集水室17，第二集水室17内的水蒸气进入发生器2。位于锅炉1内的水流通道包裹烟气余热通道，最大程度提高烟气与水之间的换热效率。

现有技术中，小容量的锅炉1往往因为换热面积不足而导致水溶液的蒸发量不够。本实施例对排放的烟气热量再利用，将烟气进入换热套管153中与水溶液换热后，再排出。通过换热套管153增大水溶液的换热面积，保证在水溶液较少的情况下，也能产生较大的蒸发量。因此采用换热套管153后，锅炉1内的水容量可降低至30l以下，无爆炸风险，安全稳定。

为降低烟气中的nox，本实施例中燃烧器3为预混燃烧器，燃料在燃烧器3内配比形成均匀的混合气体。除此之外，nox的生成与混合气体的燃烧温度有很大关系，通过炉膛11内设置降温套管151降低混合气体燃烧过程的火焰温度，进而抑制混合气体燃烧过程中nox的生成。本实施例所述炉膛11内的管道可以与实施例一相同或者不同，优选地，本实施例中，将炉膛11内的管道也设置为套管形式，以增加换热效果。如图5所示，沿混合气流的流动方向，炉膛11内依次设有降温套管151、稳焰套管152，其中，降温套管151与稳焰套管152的内部构造同换热套管153。降温套管151之间形成第一套管缝隙1511，稳焰套管152之间形成第二套管缝隙1521。

燃烧气体通过第一套管缝隙1511和第二套管缝隙1521后，气体体积增大，形成整体火焰，降温套管151和稳焰套管152内的水吸收火焰热量，降低火焰温度，抑制混合气体燃烧过程中生成的nox含量。

燃烧气流从第一套管缝隙1511流出时形成的压力为p1，从第二套管缝隙1521流出时，形成的压力为p2，p2小于p1,即稳焰套管152气流流出的一侧形成负压，可重新回燃未燃烧的气体，因此稳焰套管152具有稳定燃烧的作用。从第二套管缝隙1521出来的燃烧气体进入炉体120内形成高温烟气，高温烟气在换热套管153内与水流进行换热。高温烟气换热完成后，从第二烟气出口7排出，排放烟气含有较低的nox。

除此之外，本发明的实施例中，热管式蒸汽发生器还包括控制器，发生器2为一个或多个，控制器控制每个发生器2的出口压力。多个发生器2之间并联，如图3、图6所示。比如实际应用中，蒸汽的用户端同时需要洁净蒸汽与工业蒸汽。但是洁净蒸汽或者工业蒸汽所需的蒸汽压力不同，因此发生器2可以设置为两个，分别输送洁净蒸汽与工业蒸汽。每个发生器2的出口端设有第一压力传感器，用户端设有第二压力传感器，控制器根据一次侧循环回路的燃烧负荷调节第一压力传感器的压力值。第一压力传感器与第二压力传感之间设有减压装置，控制器控制减压装置把第一压力传感器的压力值减小到用户端所需要的压力值，用户所需压力值被第二压力传感监测。

另外，本发明的实施例中，热管21材质可以为不锈钢或钛合金，发生器2内与二次侧介质直接接触的材质均采用不锈钢或钛合金。现代工业中，很多场合对蒸汽的品质要求很高，但蒸汽发生器内材质容易腐蚀，对生成的蒸汽造成污染。不锈钢或钛合金不生锈，耐腐蚀，保证发生器2输送的蒸汽为洁净蒸汽。

本发明的实施例中，通过将锅炉1，发生器2集成为一体，热管式蒸汽发生器结构紧凑，体积较小，水容量小，无爆炸风险，同时具有较高的换热效率和较低的氮氧化物排放量，市场推广潜力较大。

以上对本发明的实施例进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。