管內虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐的製作方法
2023-05-19 23:46:11
本發明涉及一種利用各種形式餘熱直接產生水蒸汽的管內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空壓機的循環冷卻潤滑油等工業餘熱，來驅動餘熱鍋爐產生水蒸汽時：
1、為提高所產水蒸汽的飽和壓力，可設置循環泵驅動軟化補水在逆流換熱器與汽包之間循環流動，以利用套缸循環冷卻水逆流加熱補充軟化水，使其升膜蒸發後再送至汽包內分離；不僅需要換熱器、汽包、循環泵等多臺設備投資，而且需要增加電耗，從而延長項目回收期。
2、許多高粘度的餘熱介質如潤滑油等，在管殼換熱器中不可流經管內側，否則其換熱效果奇差，難以實現有效熱回收。
因此針對上述兩種情況，決定了工業餘熱回收市場，需要一種設備簡化、無需耗電、傳熱強化、直接產生水蒸汽的餘熱蒸汽鍋爐。
(三)
技術實現要素：
本發明目的是：系統集成管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器、汽汽引射器；利用圓環分布垂直加熱管簇內側的升膜蒸發，與中央圓柱下降通道所形成的最佳虹吸循環，強化傳熱以及防結垢；同時也方便管簇內側的機械清洗；實現圓環分布垂直加熱管簇外側的垂直衝刷，以強化潤滑油等高粘度餘熱介質的傳熱過程；利用蒸汽管網餘壓驅動汽汽引射器熱壓縮水蒸汽，實現高效、簡單的餘熱蒸汽鍋爐。
按照附圖1所示的管內虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐，其由1-管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器；1-1-餘熱介質進口；1-2-分離腔；1-3-圓環分布垂直虹吸加熱管簇；1-4-分流腔；1-5-餘熱介質出口；1-6-軟化補水進口；1-7-水蒸汽出口；2-餘熱介質；3-液位開關；4-軟化補水流量調節閥；5-水蒸汽壓縮機；6-壓力開關；7-溫度開關；8-高壓水蒸汽組成，其特徵在於：
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程的頂部餘熱介質進口1-1、中部圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側、底部餘熱介質出口1-5，組成餘熱介質放熱迴路；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程的底部軟化補水進口1-6、底部分流腔1-4、中部圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3內側、頂部分離腔1-2、頂部水蒸汽出口1-7，組成軟化補水的管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發迴路，其中圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3為圓環分布、垂直設置的管簇，中央設置一個圓柱空間虹吸下降通道，而管簇內壁的多個圓柱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；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1的外殼為垂直設置的圓柱面；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管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管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程底部軟化補水進口1-6，組成軟化補水流量調節迴路；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程頂部水蒸汽出口1-7通過管道連接水蒸汽壓縮機5，組成水蒸汽壓縮迴路；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程頂部分離腔1-2內壁設置壓力開關6和溫度開關7各一隻，底部分流腔1-4內壁設置溫度開 關7一隻；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程的上部內壁和下部內壁各設置一隻溫度開關7。
水蒸汽壓縮機5為熱壓縮式汽汽引射器形式的水蒸汽壓縮機5，高壓水蒸汽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管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程頂部產生的水蒸汽，並混合、擴壓成為中壓、高溫水蒸汽，經其出汽口流出。
管內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，或是廢蒸汽餘熱介質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管內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、圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側、餘熱介質出口1-5，以提供餘熱熱量；通過管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程上部內壁和下部內壁各設置一隻溫度開關7之間差值，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、分流腔1-4、圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3內側、分離腔1-2、水蒸汽出口1-7，然後以逆流方式被加熱升溫而升膜蒸發、比重減小，而在中央圓柱虹吸下降通道中，由於軟化補水的溫度較低、比重較大，因此受重力作用下沉，從而形成驅動強化傳熱的虹吸循環。所產生的水蒸汽被水蒸汽壓縮機5壓縮、輸出；而管程頂部分離腔1-2內壁設置的壓力開關6和溫度開關7共同控制水蒸汽壓縮機5的流量。
2、熱壓縮輸出蒸汽的管內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、圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側、餘熱介質出口1-5，以提供餘熱熱量；通過管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程上部內壁和下部內壁各設置一隻溫度開關7之間差值，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、分流腔1-4、圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3內側、分離腔1-2、水蒸汽出口1-7，然後以逆流方式被加熱升溫而升膜蒸發、比重減小，而在中央圓柱虹吸下降通道中，由於軟化補水的溫度較低、比重較大，因此受重力作用下沉，從而形成驅動強化傳熱的虹吸循環。所產生的水蒸汽被水蒸汽壓縮機5壓縮、輸出；而管程頂部分離腔1-2內壁設置的壓力開關6和溫度開關7共同控制熱壓縮式汽汽引射器5的流量。所產生的n份水蒸汽在熱壓縮式汽汽引射器5中，由流經其中的1份高壓水蒸汽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，本發明技術優勢如下：
(1)系統集成管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器、汽汽引射器；
(2)利用圓環分布垂直加熱管簇內側的升膜蒸發，與中央圓柱下降通道所形成的最佳虹吸循環，強化傳熱以及防結垢；替代循環泵驅動軟化補水的逆流加熱、升膜蒸發，節省循環泵投資與電耗；同時也方便管簇內側的機械清洗；
(3)實現圓環分布垂直加熱管簇外側的垂直衝刷，以強化潤滑油等高粘度餘熱介質的傳熱過程；
(4)利用蒸汽管網餘壓驅動汽汽引射器熱壓縮水蒸汽，實現1份高壓水蒸汽調製出n+1份中壓蒸汽的蒸汽倍增功能，以節省水蒸汽壓縮機投資與電耗，實現高效、簡單的餘熱蒸汽鍋爐。
因此與現有技術相比較，本發明技術優勢如下：系統集成管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器、汽汽引射器；利用圓環分布垂直加熱管簇內側的升膜蒸發，與中央圓柱下降通道所形成的最佳虹吸循環，強化傳熱以及防結垢；同時也方便管簇內側的機械清洗；實現圓環分布垂直加熱管簇外側的垂直衝刷，以強化潤滑油等高粘度餘熱介質的傳熱過程；利用蒸汽管網餘壓驅動汽汽引射器熱壓縮水蒸汽，實現高效、簡單的餘熱蒸汽鍋爐。
(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所示的管內虹吸循環逆流加熱餘熱蒸汽鍋爐，其中：1-管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器；1-1-餘熱介質進口；1-2-分離腔；1-3-圓環分布垂直虹吸加熱管簇；1-4-分流腔；1-5-餘熱介質出口；1-6-軟化補水進口；1-7-水蒸汽出口；2-餘熱介質；3-液位開關；4-軟化補水流量調節閥；5-水蒸汽壓縮機；6-壓力開關；7-溫度開關；8-高壓水蒸汽。
(五)具體實施方式
本發明提出的管內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、碳鋼的管內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700mm/高度500mm的半球形分離腔1-2；內環直徑400mm/高度1500mm/管徑19mm的圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3；直徑700mm/高度250mm的半球形分流腔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200mm/壁厚2.5mm的不鏽鋼管水蒸汽 出口1-7；進口溫度85℃、出口溫度65℃、流量200L/min的套缸冷卻潤滑油2；高度300mm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的水蒸汽、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℃-120℃的溫度開關7；絕壓11bar、流量1t/h的高壓水蒸汽8組成，其特徵在於：
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程的頂部餘熱介質進口1-1、中部圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側、底部餘熱介質出口1-5，組成餘熱介質放熱迴路；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程的底部軟化補水進口1-6、底部分流腔1-4、中部圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3內側、頂部分離腔1-2、頂部水蒸汽出口1-7，組成軟化補水的管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發迴路，其中圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3為圓環分布、垂直設置的管簇，中央設置一個圓柱空間虹吸下降通道，而管簇內壁的多個圓柱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；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1的外殼為垂直設置的圓柱面；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管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管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程底部軟化補水進口1-6，組成軟化補水流量調節迴路；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程頂部水蒸汽出口1-7通過管道連接水蒸汽壓縮機5，組成水蒸汽壓縮迴路；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程頂部分離腔1-2內壁設置壓力開關6和溫度開關7各一隻，底部分流腔1-4內壁設置溫度開 關7一隻；
管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程的上部內壁和下部內壁各設置一隻溫度開關7。
水蒸汽壓縮機5為熱壓縮式汽汽引射器5，高壓水蒸汽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管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1管程頂部產生的水蒸汽，並混合、擴壓成為中壓、高溫水蒸汽，經其出汽口流出。
管內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，或是廢蒸汽2與軟化補水的換熱器。
本發明實施例中，進口溫度85℃、流量200L/min的套缸冷卻潤滑油2從上至下流經餘熱介質進口1-1、圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側、餘熱介質出口1-5，以提供208kW餘熱熱量；通過管內虹吸循環逆流加熱升膜蒸發器1殼程上部內壁和下部內壁各設置一隻溫度開關7之間差值，以控制套缸冷卻潤滑油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、分流腔1-4、圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3內側、分離腔1-2、水蒸汽出口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分流腔1-4、圓環分布垂直虹吸加熱管簇1-3內側，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的水蒸汽，其溫度較高、比重減小；而在中央圓柱虹吸下降通道中，則由於軟化補水的溫度較低、比重較大，因此受重力作用下沉，從而形成驅動強化傳熱的虹吸循環。所產生的水蒸汽被熱壓縮式汽汽引射器5壓縮、輸出；而管程頂部分離腔1-2內壁設置的壓力開關6和溫度開關7共同控制水蒸汽壓縮機5的流量。所產生的絕壓1bar、流量0.3t/h的水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高壓水蒸汽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。