專利名稱：漸緩汽化式高能效直流注汽鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油行業(yè)的注蒸汽熱力開采稠油的專用設(shè)備，特別是涉及一種對(duì)流區(qū)域漸緩汽化原理、煙管水浴預(yù)熱給水原理、低煙溫排放的漸緩汽化式高能效直流注汽鍋爐。
背景技術(shù)：
目前國(guó)內(nèi)外注汽鍋爐的一般原理為軟化水通過(guò)高壓柱塞升壓后進(jìn)入套管式水-水換熱器，使水溫高于煙氣的“露點(diǎn)”溫度(水溫通常為Iio 120°C左右，防止煙氣因低溫而冷凝的酸水腐蝕爐管)，水接著進(jìn)入煙氣對(duì)流區(qū)域吸收熱量，然后再進(jìn)入水-水換熱
器作為熱源加熱給水，經(jīng)換熱后的水最終進(jìn)入輻射區(qū)域繼續(xù)被加熱，汽化成為干度低于80%的飽和蒸汽。注汽鍋爐原理上是一種直流蒸汽鍋爐，其本身具有汽化點(diǎn)不穩(wěn)定、汽化過(guò)程容易傳熱惡化的特點(diǎn)。傳統(tǒng)注汽鍋爐設(shè)計(jì)為，經(jīng)過(guò)套管換熱和對(duì)流換熱后，使水最終在輻射區(qū)域汽化。然而在質(zhì)量流速不變的情況下，輻射區(qū)域傳熱密度過(guò)大，水在急劇汽化時(shí)很容易出現(xiàn)傳熱惡化的現(xiàn)象，穩(wěn)定性極差。原因是輻射區(qū)域位于燃燒火焰的高溫區(qū)，其平均熱負(fù)荷很高，最大熱負(fù)荷可達(dá)qmax=580kW/m3 (西安交大《鍋爐》)，遠(yuǎn)高于對(duì)流區(qū)域的最高熱負(fù)荷。傳統(tǒng)注汽鍋爐的這種原理缺陷，迫使其對(duì)水質(zhì)和燃燒器的火焰輪廓要求極為苛刻，如果運(yùn)行過(guò)程中水質(zhì)不達(dá)標(biāo)或者火焰輪廓稍有變異，極易導(dǎo)致爐管結(jié)垢甚至燎烤爆管等事故的發(fā)生。另一方面，傳統(tǒng)注汽鍋爐由于受其工作原理的限制，排放的煙氣溫度高，大量的熱能隨煙氣排入大氣而損失掉，導(dǎo)致能量浪費(fèi)和環(huán)境污染。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的就是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺陷，提供一種漸緩汽化式高能效直流注汽鍋爐，使水在對(duì)流區(qū)域進(jìn)行漸緩汽化、安全穩(wěn)定性顯著提高，排煙溫度明顯降低、熱效率明顯提高。一種漸緩汽化式高能效直流注汽鍋爐，其技術(shù)方案是主要由四個(gè)模塊和附件組成，所述的四個(gè)模塊包括輻射水冷模塊、漸緩汽化模塊、水管對(duì)流模塊和煙管水浴模塊，附件包括煙 、燃燒機(jī)、高壓水泵、低壓水流程管道、高壓水汽流程管道；所述的輻射水冷模塊采用方形的膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，呈臥式置于鍋爐中央底部，其前端開口與燃燒機(jī)對(duì)接，尾端上方開口與漸緩汽化模塊的底部連接；所述的漸緩汽化模塊設(shè)為方形彎通結(jié)構(gòu)，采用單根光管水平往復(fù)布置成矩形管束，水平方向的前側(cè)開口與水管對(duì)流模塊連接；所述的水管對(duì)流模塊設(shè)為方形直通結(jié)構(gòu)，采用單根翅片管水平往復(fù)布置矩形管束，后側(cè)通過(guò)前煙箱與煙管水浴模塊連接；所述的煙管水浴模塊設(shè)為方形結(jié)構(gòu)，主要由水罐、煙管、前煙箱和后煙箱組成，煙管采用耐酸腐蝕材料，完全浸浴水中換熱，通過(guò)后煙箱與煙囪連接；軟化水通過(guò)低壓水流程管道，進(jìn)入煙管水浴模塊，溫度升至80°C 120°C，煙管水浴模塊出口與高壓水泵相連，水經(jīng)加壓后通過(guò)高壓水汽流程管道進(jìn)入水管對(duì)流模塊，吸收煙氣熱量繼續(xù)升溫，成為高于200°C的熱水，然后進(jìn)入輻射水冷模塊，繼續(xù)加熱升溫至臨近或達(dá)到飽和狀態(tài)，最后進(jìn)入漸緩汽化模塊，與煙氣對(duì)流漸緩換熱，穩(wěn)定的汽化為飽和蒸汽。上述的低壓水流程管道通過(guò)高壓水泵連接到高壓水汽流程管道，高壓水汽流程管道上通過(guò)水流量節(jié)流組件和逆止閥連接到水管對(duì)流模塊入口，在水管對(duì)流模塊對(duì)水進(jìn)行繼續(xù)升溫，水管對(duì)流模塊出口與輻射水冷模塊入口連接，經(jīng)過(guò)輻射水冷模塊加熱，輻射水冷模塊出口與漸緩汽化模塊入口連接，經(jīng)過(guò)漸緩汽化模塊與煙氣對(duì)流漸緩換熱，飽和蒸汽通過(guò)漸緩汽化模塊出口流出。本實(shí)用新型的有益效果是本實(shí)用新型主要采用使水在對(duì)流區(qū)域漸緩汽化，給水預(yù)熱采用煙管水浴式的原理；漸緩汽化模塊成功將水的汽化區(qū)域遷移至傳熱漸緩、穩(wěn)定的
對(duì)流區(qū)域，避開了水在輻射區(qū)域急劇汽化時(shí)容易導(dǎo)致傳熱惡化的原理缺陷，從根本原理上避免了傳熱惡化現(xiàn)象的發(fā)生，極大的降低了爆管幾率，提升了安全穩(wěn)定性能，尤其解決了輻射區(qū)域采用膜式水冷壁結(jié)構(gòu)時(shí)傳熱惡化頻繁的問(wèn)題，解決了超臨界壓力的大比熱區(qū)易發(fā)生傳熱惡化的問(wèn)題，提高最大工作壓力至35MPa ;煙管水浴原理大幅降低了煙氣排放的溫度，淘汰了成本高、笨重、換熱效果差的套管式水-水換熱器，使煙氣排放溫度可低于“露點(diǎn)”溫度，提高了熱能利用率，降低了設(shè)備成本和運(yùn)行成本，節(jié)能降耗利于環(huán)保，獲得良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

圖I是本實(shí)用新型的流程原理圖；圖2是本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型的主體結(jié)構(gòu)右視圖；上圖中1輻射水冷模塊；2漸緩汽化模塊；3水管對(duì)流模塊；4煙管水浴模塊；5煙囪；6燃燒機(jī)；7高壓水泵；8取樣分離器；9檢修人孔；10爐體保溫；11輻射水冷模塊入口； 12輻射水冷模塊出口； 13膜式水冷壁；21漸緩汽化模塊入口 ；22漸緩汽化模塊出口 ；23光管；31水管對(duì)流模塊入口 ；32水管對(duì)流模塊出口； 33翅片管；41煙管水浴模塊入口 ；42煙管水浴模塊出口 ；43水罐；44前煙箱；45后煙箱；46煙管；101給水入口 ；102低壓水流程管道；103水流量節(jié)流組件；104高壓水汽流程管道；105逆止閥；106蒸汽流量節(jié)流組件。
具體實(shí)施方式參照?qǐng)DI、圖2和圖3，本實(shí)用新型提供一種漸緩汽化式高能效直流注汽鍋爐，主要由四個(gè)模塊和附件組成，其中四個(gè)模塊為輻射水冷模塊I、漸緩汽化模塊2、水管對(duì)流模塊3和煙管水浴模塊4 ;附件主要包括煙囪5、燃燒機(jī)6、高壓水泵7、取樣分離器8、檢修人孔9、爐體保溫10、低壓水流程管道102、水流量節(jié)流組件103、高壓水汽流程管道104、逆止閥105、蒸汽流量節(jié)流組件106、儀器儀表和電控系統(tǒng)等。輻射水冷模塊I采用方形的膜式水冷壁13結(jié)構(gòu)，呈臥式置于鍋爐中央底部，其前端開口與燃燒機(jī)6對(duì)接，尾端上方開口與漸緩汽化模塊2的底部連接。漸緩汽化模塊2設(shè)計(jì)為方形彎通結(jié)構(gòu)，采用單根光管23水平往復(fù)布置成矩形管束，水平方向的前側(cè)開口與水管對(duì)流模塊3連接。水管對(duì)流模塊3設(shè)計(jì)為方形直通結(jié)構(gòu)，采用單根翅片管33水平往復(fù)布置矩形管束，后側(cè)通過(guò)前煙箱44與煙管水浴模塊4連接。煙管水浴模塊4設(shè)計(jì)為方形，主要由水罐43、煙管46、前煙箱44和后煙箱45組成，煙管46采用耐酸腐蝕材料，完全浸浴水中換熱，通過(guò)后煙箱45與煙囪5連接。其注汽方法描述如下I、水汽系統(tǒng)壓力為O. 5MPa左右的合格軟化水，供至給水入口 101，通過(guò)低壓水流程管道102，進(jìn)入煙管水浴模塊入口 41，在水罐43中與煙管46中的煙氣換熱，溫度升至80°C 120°C，煙管水浴模塊出口 42與高壓水泵7 (工作溫度120°C )相連，水經(jīng)加壓后進(jìn)入水管對(duì)流模塊入口，在此吸收煙氣熱量繼續(xù)升溫，成為高于200°C的熱水，然后進(jìn)入輻射
水冷模塊入口，繼續(xù)加熱升溫至臨近或達(dá)到飽和狀態(tài)，最后進(jìn)入漸緩汽化模塊入口，與煙氣對(duì)流漸緩換熱，汽化為干度不大于85%的飽和蒸汽。2、煙氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)為煙氣二回程形式，輻射水冷模塊作為燃燒室，在此釋放高熱負(fù)荷的熱量，通過(guò)輻射傳遞給爐管內(nèi)的水；火焰尾部的高溫?zé)煔庀蛏限D(zhuǎn)向90°，經(jīng)過(guò)漸緩汽化模塊，沖刷水平布置的光管管束，煙氣熱量通過(guò)對(duì)流換熱，加熱管內(nèi)的水使其漸緩汽化；然后向前側(cè)轉(zhuǎn)向90°，經(jīng)過(guò)水管對(duì)流模塊，逆流沖刷橫向水平布置的翅片管束進(jìn)行充分換熱；通過(guò)煙箱進(jìn)入煙管水浴模塊的煙管管束，加熱水罐內(nèi)的給水，進(jìn)一步降低煙氣溫度，最后排入大氣。3、控制系統(tǒng)采用嵌入式智能控制系統(tǒng)，主要由PAC程控器、HMI觸摸屏、遠(yuǎn)程工控IPC和電氣輔件組成，為本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的常規(guī)技術(shù)，本文不再詳述。本實(shí)用新型提到的漸緩汽化模塊的工作原理是水與煙氣通過(guò)對(duì)流的方式進(jìn)行換熱，在此過(guò)程中，水被漸緩的加熱汽化；相對(duì)于水在輻射區(qū)域被急劇地加熱汽化，漸緩汽化的方式具有安全、穩(wěn)定、高效、不易傳熱惡化的優(yōu)點(diǎn)。本實(shí)用新型提到的煙管水浴模塊的工作原理是煙氣在煙管中流動(dòng)，煙管完全浸浴在水中進(jìn)行換熱。這種換熱方式具有安全、換熱效果好、熱能利用率高的優(yōu)點(diǎn)；煙管水浴模塊應(yīng)用于注汽鍋爐，則可以將煙氣溫度降至“露點(diǎn)”溫度以下，大幅度降低煙氣排放的溫度，充分利用煙氣余熱，熱效率明顯提高，達(dá)到節(jié)能降耗利于環(huán)保的目的；另外，煙氣排放溫度低于150°C，蒸汽干度有5%的提升，熱能利用效率高。本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)原理輻射水冷模塊采用水平管、膜式水冷壁結(jié)構(gòu)，呈臥式置于鍋爐中央底部，其前端開口與燃燒機(jī)對(duì)接，尾端上方開口與漸緩汽化模塊的底部相連；漸緩汽化模塊設(shè)計(jì)為方形彎通結(jié)構(gòu)，采用單根光管水平往復(fù)管束布置，水平方向的前側(cè)開口與水管對(duì)流模塊相連；水管對(duì)流模塊設(shè)計(jì)為方形直通結(jié)構(gòu)，采用單根翅片管水平往復(fù)管束布置，后側(cè)通過(guò)煙箱與煙管水浴模塊相連；煙管水浴模塊設(shè)計(jì)為方形，主要由水罐、煙管管束及左右兩側(cè)的煙箱組成，煙管采用耐酸腐蝕材料，完全浸浴水中換熱，另一側(cè)通過(guò)煙箱與煙囪連接。本實(shí)用新型可以安裝在拖車、橇座、輪船或海洋平臺(tái)上使用，本實(shí)用新型在拖車、輪船或海洋平臺(tái)上使用時(shí)蒸發(fā)量可超過(guò)20噸每小時(shí)，本實(shí)用新型在橇座上使用時(shí)蒸發(fā)量可超過(guò)100噸每小時(shí)。
權(quán)利要求1.一種漸緩汽化式高能效直流注汽鍋爐，其特征是主要由四個(gè)模塊和附件組成，所述的四個(gè)模塊包括輻射水冷模塊(I)、漸緩汽化模塊(2)、水管對(duì)流模塊(3)和煙管水浴模塊(4)，附件包括煙囪(5)、燃燒機(jī)(6)、高壓水泵(7)、低壓水流程管道(102)、高壓水汽流程管道(104)； 所述的輻射水冷模塊(I)采用方形的膜式水冷壁(13)結(jié)構(gòu)，呈臥式置于鍋爐中央底部，其前端開口與燃燒機(jī)(6)對(duì)接，尾端上方開口與漸緩汽化模塊(2)的底部連接；所述的漸緩汽化模塊(2)設(shè)為方形彎通結(jié)構(gòu)，采用單根光管(23)水平往復(fù)布置成矩形管束，水平方向的前側(cè)開口與水管對(duì)流模塊(3 )連接；所述的水管對(duì)流模塊(3 )設(shè)為方形直通結(jié)構(gòu)，采用單根翅片管(33)水平往復(fù)布置矩形管束，后側(cè)通過(guò)前煙箱(44)與煙管水浴模塊(4)連接；所述的煙管水浴模塊(4)設(shè)為方形結(jié)構(gòu)，主要由水罐(43)、煙管(46)、前煙箱(44)和后煙箱(45)組成，煙管(46)采用耐酸腐蝕材料，完全浸浴水中換熱，通過(guò)后煙箱(45)與煙囪(5)連接； 軟化水通過(guò)低壓水流程管道(102)，進(jìn)入煙管水浴模塊(4)，溫度升至80°C 120°C，煙管水浴模塊出口(42)與高壓水泵(7)相連，水經(jīng)加壓后通過(guò)高壓水汽流程管道(104)進(jìn)入水管對(duì)流模塊(3)，吸收煙氣熱量繼續(xù)升溫，成為高于200°C的熱水，然后進(jìn)入輻射水冷模塊，繼續(xù)加熱升溫至臨近或達(dá)到飽和狀態(tài)，最后進(jìn)入漸緩汽化模塊，與煙氣對(duì)流漸緩換熱，穩(wěn)定的汽化為飽和蒸汽。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的漸緩汽化式高能效直流注汽鍋爐，其特征是所述的低壓水流程管道(102)通過(guò)高壓水泵(7)連接到高壓水汽流程管道(104)，高壓水汽流程管道(104)上通過(guò)水流量節(jié)流組件(103)和逆止閥(105)連接到水管對(duì)流模塊入口(31)，在水管對(duì)流模塊(3)對(duì)水進(jìn)行繼續(xù)升溫，水管對(duì)流模塊出口(32)與輻射水冷模塊入口(11)連接，經(jīng)過(guò)輻射水冷模塊(I)加熱，輻射水冷模塊出口(12)與漸緩汽化模塊入口(21)連接，經(jīng)過(guò)漸緩汽化模塊(2)與煙氣對(duì)流漸緩換熱，飽和蒸汽通過(guò)漸緩汽化模塊出口(22)流出。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種漸緩汽化式高能效直流注汽鍋爐。其技術(shù)方案是主要由四個(gè)模塊和附件組成，所述的四個(gè)模塊包括輻射水冷模塊、漸緩汽化模塊、水管對(duì)流模塊和煙管水浴模塊，所述的輻射水冷模塊呈臥式置于鍋爐中央底部，其前端開口與燃燒機(jī)對(duì)接，尾端上方開口與漸緩汽化模塊的底部連接；所述的漸緩汽化模塊水平方向的前側(cè)開口與水管對(duì)流模塊連接；所述的水管對(duì)流模塊后側(cè)通過(guò)前煙箱與煙管水浴模塊連接；所述的煙管水浴模塊設(shè)為方形結(jié)構(gòu)，通過(guò)后煙箱與煙囪連接；有益效果是從根本原理上避免了傳熱惡化現(xiàn)象的發(fā)生，極大的降低了爆管幾率，提升了安全穩(wěn)定性能，解決了超臨界壓力下大比熱區(qū)易導(dǎo)致傳熱惡化的問(wèn)題，節(jié)能降耗利于環(huán)保。
文檔編號(hào)F22B31/08GK202581257SQ20122017609
公開日2012年12月5日 申請(qǐng)日期2012年4月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月24日
發(fā)明者閆繼超 申請(qǐng)人:閆繼超