虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐的製作方法
2023-05-10 07:49:21 1
本發明涉及一種虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐。
(二)
背景技術：
當利用發動機的套缸循環冷卻水，或者空壓機的循環冷卻水餘熱，來驅動餘熱鍋爐產生水蒸氣時，當其供水溫度85℃，回水溫度65℃時：
1、如果採用滿液式蒸發器產生二次蒸汽，則二次蒸汽的飽和溫度就比回水溫度65℃再低2℃，僅為63℃，為將其引出的水蒸氣壓縮機，排氣量和耗電量必須較大，從而使得項目回收期較長。
2、為進一步提高所產二次蒸汽的飽和溫度，還可設置循環泵以驅動軟化補水在逆流換熱器與汽包之間循環流動，以被套缸循環冷卻水逆流加熱、升膜蒸發，再送至汽包內分離，以確保產生二次蒸汽的飽和溫度，只比供水溫度85℃低3℃，達到82℃，從而同時降低水蒸氣壓縮機的排氣量和耗電量；卻需增加循環泵的投資與電耗，仍使項目回收期較長。
因此上述兩個現有技術方案，由於系統投資與耗電量較大，使其項目投資回收期較長，導致技術難以推廣應用。
(三)
技術實現要素：
本發明目的是：系統集成虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器、汽汽引射器；利用中央垂直虹吸加熱管簇形成的虹吸循環替代循環泵驅動軟化補水回收餘熱，以節省循環泵投資與電耗；虹吸循環與管道外壓共同驅動軟化補水的逆流加熱、升膜蒸發，提供蒸發熱量產生二次蒸汽， 以節省水源熱泵投資與電耗；利用蒸汽管網餘壓驅動汽汽引射器熱壓縮二次蒸汽，實現蒸汽倍增功能，以節省水蒸氣壓縮機投資與電耗，實現餘熱蒸汽鍋爐。
按照附圖1所示的虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐，其由1-虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器；1-1-餘熱介質進口；1-2-分流腔；1-3-中央垂直虹吸加熱管簇；1-4-匯流腔；1-5-餘熱介質出口；1-6-軟化補水進口；1-7-二次蒸汽出口；2-餘熱介質；3-液位開關；4-軟化補水流量調節閥；5-水蒸氣壓縮機；6-壓力開關；7-溫度開關；8-高壓蒸汽組成，其特徵在於：
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程的頂部餘熱介質進口1-1、頂部分流腔1-2、中部中央垂直虹吸加熱管簇1-3內側、底部匯流腔1-4、底部餘熱介質出口1-5，組成餘熱介質放熱迴路；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程的底部軟化補水進口1-6、中部中央垂直虹吸加熱管簇1-3外側、頂部二次蒸汽出口1-7，組成軟化補水的虹吸循環逆流加熱升膜蒸發迴路；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程上部內壁設置液位開關3，依據軟化補水水位信號閉環控制軟化補水流量調節閥4的開度，而軟化補水流量調節閥4的出口通過管道連接虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程底部軟化補水進口1-6，組成軟化補水流量調節迴路；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程頂部二次蒸汽出口1-7通過管道連接水蒸氣壓縮機5，組成二次蒸汽壓縮迴路；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程頂部內壁設置壓力開關6；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程的頂部分流腔1-2頂部內壁設置溫度開關7；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程的底部匯流腔1-4底部內壁 設置溫度開關7；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程上部內壁設置溫度開關7。
中央垂直虹吸加熱管簇1-3為垂直布置、圓柱外包面的管簇，虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1的外殼為垂直布置、圓柱面；上述圓柱外包面與圓柱面之間的圓環柱空間設為虹吸下降通道，而圓柱外包面之內與管簇壁面之外的空間設為虹吸上升通道；虹吸下降通道與虹吸上升通道的流通面積大致相等。
水蒸氣壓縮機5為熱壓縮式汽汽引射器，高壓蒸汽8流經其進汽口並由噴嘴高速噴出，所形成的負壓通過其引射口引射虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程頂部產生的二次蒸汽，並混合、擴壓成為中壓、高溫水蒸氣，經其出汽口流出。
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1是液態餘熱介質2與軟化補水的換熱器，或是氣態餘熱介質2與軟化補水的換熱器。
本發明的工作原理結合附圖1說明如下：
1、機械壓縮輸出蒸汽的虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐：
餘熱介質2從上至下流經餘熱介質進口1-1、分流腔1-2、中央垂直虹吸加熱管簇1-3內側、匯流腔1-4、餘熱介質出口1-5，以提供餘熱熱量；通過分流腔1-2與匯流腔1-4的溫度開關7之間的差值，以控制餘熱介質2的流量。
液位開關3通過軟化補水流量調節閥4控制軟化補水從下至上流經軟化補水進口1-6、中央垂直虹吸加熱管簇1-3外側、二次蒸汽出口1-7，其中的軟化補水在軟化補水進口1-6處受管道外壓作用而直接流至中央垂直虹吸加熱管簇1-3的底部外側，然後以逆流方式被加熱升溫而升膜蒸發，提供蒸發潛熱產生二次蒸汽；在中央垂直虹吸加熱管簇1-3與虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1的外殼之間，則由於軟化補 水的溫度較低、比重較大，而受重力作用下沉，從而形成虹吸循環。所產生的二次蒸汽被水蒸氣壓縮機5壓縮、輸出；而殼程頂部的壓力開關6和溫度開關7共同控制水蒸氣壓縮機5的流量。
2、熱壓縮輸出蒸汽的虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐：
餘熱介質2從上至下流經餘熱介質進口1-1、分流腔1-2、中央垂直虹吸加熱管簇1-3內側、匯流腔1-4、餘熱介質出口1-5，以提供餘熱熱量；通過分流腔1-2與匯流腔1-4的溫度開關7之間的差值，以控制餘熱介質2的流量。
液位開關3通過軟化補水流量調節閥4控制軟化補水從下至上流經軟化補水進口1-6、中央垂直虹吸加熱管簇1-3外側、二次蒸汽出口1-7，其中的軟化補水在軟化補水進口1-6處受管道外壓作用而直接流至中央垂直虹吸加熱管簇1-3的底部外側，然後以逆流方式被加熱升溫而升膜蒸發，提供蒸發潛熱產生二次蒸汽；在中央垂直虹吸加熱管簇1-3與虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1的外殼之間，則由於軟化補水的溫度較低、比重較大，而受重力作用下沉，從而形成驅動強化傳熱的虹吸循環。所產生的二次蒸汽被水蒸氣壓縮機5壓縮、輸出；而殼程頂部的壓力開關6和溫度開關7共同控制水蒸氣壓縮機5的流量。所產生的n份二次蒸汽在熱壓縮式汽汽引射器5中，由流經其中的1份高壓蒸汽8引射後擴壓，以調製成為n+1份中壓蒸汽，以通過熱壓縮方式輸出。
因此與現有技術相比較，本發明特點如下：
(1)系統集成虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器、汽汽引射器，而無需電耗；
(2)利用中央垂直虹吸加熱管簇形成的虹吸循環，替代循環泵來驅動軟化補水循環回收餘熱，以節省循環泵投資與電耗；
(3)虹吸循環與管道外壓，共同驅動軟化補水的逆流加熱、升膜蒸發，提供蒸發潛熱產生二次蒸汽，以節省水源熱泵投資與電耗；
(4)利用蒸汽管網餘壓驅動汽汽引射器熱壓縮二次蒸汽，實現1份高壓蒸汽調製出n+1份中壓蒸汽的蒸汽倍增功能，以節省水蒸氣壓縮機投資與電耗，實現餘熱蒸汽鍋爐。
因此與現有技術相比較，本發明技術優勢如下：系統集成虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器、汽汽引射器，而無需耗電；利用中央垂直虹吸加熱管簇形成的虹吸循環，替代循環泵來驅動軟化補水循環回收餘熱，以節省循環泵投資與電耗；虹吸循環與管道外壓，共同驅動軟化補水的逆流加熱、升膜蒸發，提供蒸發潛熱產生二次蒸汽，以節省水源熱泵投資與電耗；利用蒸汽管網餘壓驅動汽汽引射器熱壓縮二次蒸汽，實現1份高壓蒸汽調製出n+1份中壓蒸汽的蒸汽倍增功能，以節省水蒸氣壓縮機投資與電耗，實現餘熱蒸汽鍋爐。
(四)附圖說明
附圖1為本發明機械壓縮輸出蒸汽的系統流程圖。
附圖2為本發明熱壓縮輸出蒸汽的系統流程圖。
如附圖1所示的虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐，其中：1-虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器；1-1-餘熱介質進口；1-2-分流腔；1-3-中央垂直虹吸加熱管簇；1-4-匯流腔；1-5-餘熱介質出口；1-6-軟化補水進口；1-7-二次蒸汽出口；2-餘熱介質；3-液位開關；4-軟化補水流量調節閥；5-水蒸氣壓縮機；6-壓力開關；7-溫度開關；8-高壓蒸汽。
(五)具體實施方式
本發明提出的虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐實施例如附圖2所示，現說明如下：其由余熱回收量208kW、垂直設置、碳鋼的虹吸循環 逆流加熱升膜蒸發器1；直徑200mm/壁厚2.5mm的不鏽鋼管餘熱介質進口1-1；直徑500mm/高度250mm的半球形分流腔1-2；外包直徑300mm/高度2500mm/管徑19mm的圓柱形中央垂直虹吸加熱管簇1-3；直徑500mm/高度250mm的半球形匯流腔1-4；直徑200mm/壁厚2.5mm的不鏽鋼管餘熱介質出口1-5；直徑20mm/壁厚1.5mm/長度200mm的不鏽鋼管軟化補水進口1-6；直徑300mm/壁厚2.5mm的不鏽鋼管二次蒸汽出口1-7；進口溫度85℃、出口溫度65℃、流量200L/min的套缸冷卻循環水2；高度500mm的液位開關3；接口直徑20mm/壁厚1.5mm的不鏽鋼軟化補水流量調節閥4；絕壓1bar、流量0.3t/h的二次蒸汽、絕壓3bar、流量1.3t/h的混合蒸汽之熱壓縮式汽汽引射器5；0.5bar-2.0bar的壓力開關6；0℃-100℃的溫度開關7；絕壓11bar、流量1t/h的高壓蒸汽8組成，其特徵在於：
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程的頂部餘熱介質進口1-1、頂部分流腔1-2、中部中央垂直虹吸加熱管簇1-3內側、底部匯流腔1-4、底部餘熱介質出口1-5，組成餘熱介質放熱迴路；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程的底部軟化補水進口1-6、中部中央垂直虹吸加熱管簇1-3外側、頂部二次蒸汽出口1-7，組成軟化補水的虹吸循環逆流加熱升膜蒸發迴路；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程上部內壁設置液位開關3，依據軟化補水水位信號閉環控制軟化補水流量調節閥4的開度，而軟化補水流量調節閥4的出口通過管道連接虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程底部軟化補水進口1-6，組成軟化補水流量調節迴路；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程頂部二次蒸汽出口1-7通過管道連接水蒸氣壓縮機5，組成二次蒸汽壓縮迴路；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程頂部內壁設置壓力開關6；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程的頂部分流腔1-2頂部內壁設置溫度開關7；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程的底部匯流腔1-4底部內壁設置溫度開關7；
虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程上部內壁設置溫度開關7。
中央垂直虹吸加熱管簇1-3為垂直布置、圓柱外包面的管簇，虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1的外殼為垂直布置、圓柱面；上述圓柱外包面與圓柱面之間的圓環柱空間設為虹吸下降通道，而圓柱外包面之內與管簇壁面之外的空間設為虹吸上升通道；虹吸下降通道與虹吸上升通道的流通面積大致相等。
高壓蒸汽8流經其進汽口並由噴嘴高速噴出，所形成的負壓通過其引射口引射虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程頂部產生的二次蒸汽，並混合、擴壓成為中壓、高溫水蒸氣，經其出汽口流出。
本發明實施例中，進口溫度85℃、流量200L/min的套缸冷卻循環水2從上至下流經餘熱介質進口1-1、分流腔1-2、中央垂直虹吸加熱管簇1-3內側、匯流腔1-4、餘熱介質出口1-5，以提供208kW餘熱熱量；通過分流腔1-2與匯流腔1-4的溫度開關7之間的差值，控制餘熱介質2的流量。液位開關3通過軟化補水流量調節閥4控制溫度20℃、流量0.3t/h的軟化補水從下至上流經軟化補水進口1-6、中央垂直虹吸加熱管簇1-3外側、二次蒸汽出口1-7，其中的軟化補水在軟化補水進口1-6處受管道外壓作用而直接流至中央垂直虹吸加熱管簇1-3的底部外側，然後以逆流方式被加熱升溫而升膜蒸發，產生溫度80℃、流量0.3t/h的二次蒸汽；在中央垂直虹吸加熱管簇1-3與虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1的外殼之間，則由於軟化補水的溫度較低、比重較大，而受重力作用下沉，從而形成驅動強化傳熱的虹吸循環。 所產生的二次蒸汽被水蒸氣壓縮機5壓縮、輸出；而殼程頂部的壓力開關6和溫度開關7共同控制水蒸氣壓縮機5的流量。所產生的絕壓1bar、流量0.3t/h的二次蒸汽在熱壓縮式汽汽引射器5中，由流經其中的絕壓11bar、流量1t/h高壓蒸汽8引射後擴壓，以調製成為絕壓3bar、流量1.3t/h的混合中壓蒸汽，以通過熱壓縮方式輸出。