本發(fā)明是委托高校進(jìn)行研發(fā)的項(xiàng)目。本發(fā)明屬于蒸汽發(fā)生領(lǐng)域，尤其涉及一種蒸汽鍋爐，屬于ipc分類號(hào)f22領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

從爐中接受熱量、并使流體從低位流到高位的回路稱之為“上升回路”，而接受熱量、并使流體從高位流到低位的回路稱之為“下降回路”。一個(gè)回路由一根管子或一組管子組成，這組管子從一個(gè)公共點(diǎn)，如聯(lián)箱或蒸汽鍋筒引出，終止于同樣為聯(lián)箱或鍋筒這樣的公共點(diǎn)。

在大多數(shù)自然循環(huán)鍋爐設(shè)計(jì)中，構(gòu)成蒸發(fā)部分的受熱管一般供流體向上流動(dòng)，但在多鍋筒鍋爐中，蒸發(fā)管束的下降受熱管則不然。在這種類型的鍋爐中，下降受熱管提供爐內(nèi)和蒸發(fā)管束部分的上升管的全部循環(huán)流量。

一方面，上升管的流體在向上過程中，一般是汽液兩相流，從而使得上升管內(nèi)的流體是汽液混合物，汽液兩相流的存在使得影響了上升管吸熱的效率。

另一方面，從上升管出口到上鍋筒這一段，因?yàn)檫@一段的空間突然變大，空間的變化會(huì)導(dǎo)致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會(huì)導(dǎo)致聚集的汽相（汽團(tuán)）從上升管位置進(jìn)入上鍋筒，由于氣（汽）液密度差，氣團(tuán)離開接管位置將迅速向上運(yùn)動(dòng)，而氣團(tuán)原空間位置被氣團(tuán)推離壁面的液體同時(shí)也將迅速回彈并撞擊壁面，形成撞擊現(xiàn)象。氣（汽）液相越不連續(xù)，氣團(tuán)聚集越大，撞擊能量越大。撞擊現(xiàn)象會(huì)造成較大的噪聲震動(dòng)和機(jī)械沖擊，對(duì)設(shè)備造成破壞。

針對(duì)上述問題，本發(fā)明在前面發(fā)明的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，提供了一種新的蒸汽鍋爐，從而解決上升管吸熱效率低的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新的蒸汽鍋爐，從而解決前面出現(xiàn)的技術(shù)問題。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種蒸汽鍋爐，包括上鍋筒和下鍋筒和連接在上鍋筒和下鍋筒之間的上升管和下降管；所述上升管內(nèi)設(shè)置穩(wěn)流裝置，所述穩(wěn)流裝置包括芯體和外殼，所述芯體設(shè)置在外殼中，所述外殼與上升管內(nèi)壁連接固定，所述芯體是由若干數(shù)量的管子鄰接在一起組合而成。

作為優(yōu)選，相鄰管子通過焊接連接在一起。

作為優(yōu)選，相鄰管子之間設(shè)置小孔實(shí)現(xiàn)貫通。

作為優(yōu)選，上升管內(nèi)設(shè)置多個(gè)穩(wěn)流裝置，距離上升管入口的距離為h，相鄰穩(wěn)流裝置之間的間距為s，s=f1(h)，滿足如下要求：

s’<0,s”>0。

作為優(yōu)選，上升管內(nèi)設(shè)置多個(gè)穩(wěn)流裝置，距離上升管入口的距離為h，穩(wěn)流裝置的長(zhǎng)度為c，c=f2(h)，滿足如下要求：

c’>0,c”>0。

作為優(yōu)選，上升管內(nèi)設(shè)置多個(gè)穩(wěn)流裝置，距離上升管入口的距離為h，穩(wěn)流裝置的管子直徑為d，d=f3(h)，滿足如下要求：

d’<0,d”>0。

作為優(yōu)選，所述上升管內(nèi)壁設(shè)置凹槽，所述穩(wěn)流裝置的外殼設(shè)置在凹槽內(nèi)，所述外殼的內(nèi)壁與上升管的內(nèi)壁對(duì)齊。

作為優(yōu)選，上升管為多段結(jié)構(gòu)焊接而成，多段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置穩(wěn)流裝置。

作為優(yōu)選，相鄰穩(wěn)流裝置之間的間距為s，穩(wěn)流裝置的長(zhǎng)度為c，上升管的外徑為w，穩(wěn)流裝置的管子直徑為d，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/d)；其中l(wèi)n是對(duì)數(shù)函數(shù)，a,b是參數(shù)，其中4.8<a<5.8,1.4<b<2.0；

其中穩(wěn)流裝置的間距是以相鄰穩(wěn)流裝置相對(duì)的兩端之間的距離；

34<w<58mm；

7<d<12mm;

19<c<27mm；

50<s<70mm。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點(diǎn)：

1）本發(fā)明在上升管內(nèi)設(shè)置多管式穩(wěn)流裝置，通過多管式穩(wěn)流裝置將兩相流體分離成液相和汽相，將液相分割成小液團(tuán)，將汽相分割成小氣泡，促使汽相順暢流動(dòng)，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果，提高換熱效果。

2）本發(fā)明通過設(shè)置多管式穩(wěn)流裝置，相當(dāng)于在上升管內(nèi)增加了內(nèi)翅片，強(qiáng)化了換熱，提高了換熱效果。

3）本發(fā)明因?yàn)閷⑵簝上嘣谏仙艿恼麄€(gè)橫截面位置上進(jìn)行了分割，避免了僅僅上升管內(nèi)壁面進(jìn)行分割，從而在整個(gè)上升管截面上實(shí)現(xiàn)擴(kuò)大汽液界面以及汽相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強(qiáng)擾動(dòng)，降低了噪音和震動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱。

4）本發(fā)明通過在上升管高度方向上設(shè)置相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離、穩(wěn)流裝置的長(zhǎng)度、管子的外徑等參數(shù)大小的規(guī)律變化，從而進(jìn)一步達(dá)到穩(wěn)流效果，降低噪音，提高換熱效果。

5）本發(fā)明通過對(duì)多管式穩(wěn)流裝置各個(gè)參數(shù)的變化導(dǎo)致的換熱規(guī)律進(jìn)行了廣泛的研究，在滿足流動(dòng)阻力情況下，實(shí)現(xiàn)減振降噪的效果的最佳關(guān)系式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的蒸汽鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的蒸汽鍋爐結(jié)構(gòu)另一個(gè)實(shí)施例示意圖；

圖3本發(fā)明穩(wěn)流裝置橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明穩(wěn)流裝置在上升管內(nèi)布置示意圖；

圖5是是本發(fā)明穩(wěn)流裝置在上升管內(nèi)布置的另一個(gè)示意圖。

圖中：1、上鍋筒，2、下鍋筒，3、上升管，4、穩(wěn)流裝置，41外殼，42管子，5、下降管，6下降管，7下鍋筒，8上升管，9上升管，10爐膛燃燒室，11出口聯(lián)箱，12煙道。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式做詳細(xì)的說明。

本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

如圖1所述的一種蒸汽鍋爐，包括上鍋筒1和下鍋筒2，所述上升管3和下降管5連接上鍋筒1和下鍋筒2。水從上鍋筒1進(jìn)入下降管5內(nèi)。水在下降管中向下流動(dòng)，并被收集在下鍋筒2中。鍋爐的上升管3由爐膛燃燒室10中燃料的燃燒來加熱。由上升管3吸收的熱量使管內(nèi)的液體沸騰，由此生成水和汽的兩相混合物。上升管3中的兩相混合物到達(dá)上鍋筒1。從上鍋筒1中的供水管（未示出）放出的過冷水和從分離裝置中放出的飽和液體混合在一起形成過冷液體，過冷液體流出上鍋筒1進(jìn)入下降管5，按照這樣的流程就完成了一個(gè)流動(dòng)循環(huán)。

進(jìn)一步如圖2所述的另一種實(shí)施例的蒸汽鍋爐，包括上鍋筒1和下鍋筒2，所述上升管3和下降管5連接上鍋筒1和下鍋筒2。水從上鍋筒1進(jìn)入爐內(nèi)排煙道12中受熱蒸發(fā)管束的下降管5內(nèi)。水在下降管中向下流動(dòng)，并被收集在下鍋筒2中。由于下降管5吸收了熱量，所以進(jìn)到下鍋筒2中的水的溫度升高。根據(jù)所吸收熱量的多少，下鍋筒2中的水可以是過冷的或者飽和的。離開下鍋筒2的流體（一般汽水混合物）一部分向上流入蒸發(fā)管束的上升管3中。向上流入上升管3的液體吸熱并進(jìn)入上鍋筒1。

離開下鍋筒2的流體一部分通過下降管6到達(dá)爐膛下鍋筒7。進(jìn)到一個(gè)下鍋筒7的液體分布到與該下鍋筒7相連的各爐管8中。爐管由爐膛燃燒室10中燃料的燃燒來加熱。由爐管8吸收的熱量使?fàn)t管8中的液體沸騰，由此生成水和汽的兩相混合物。爐管8中的兩相混合物或者通過與上鍋筒1直接連接的爐管8到達(dá)上鍋筒1，此時(shí)的爐管8也就是上升管，或者在下鍋筒7與上鍋筒1至今設(shè)置出口聯(lián)箱11，通過中間上升管9將兩相混合物從爐膛回路的出口聯(lián)箱11傳送到上鍋筒1。上鍋筒1內(nèi)的內(nèi)部分離裝置將兩相混合物分開而成汽和水。從上鍋筒1中的供水管（未示出）放出的過冷水和從分離裝置中放出的飽和液體混合在一起形成過冷液體，過冷液體流出上鍋筒1進(jìn)入下降管5，按照這樣的流程就完成了一個(gè)流動(dòng)循環(huán)。

對(duì)于蒸汽鍋爐的蒸發(fā)管束、選定的受到燃燒氣流沖刷的爐膛爐壁和對(duì)流爐壁來說，要求保證一個(gè)臨界輸入熱量，以使流體在管束和對(duì)流爐壁回路中所有的管子內(nèi)充分向上環(huán)流而又不致產(chǎn)生流動(dòng)的不穩(wěn)定性。

所述上升管3和/或上升管8和/或上升管9內(nèi)設(shè)置穩(wěn)流裝置4，所述穩(wěn)流裝置4如圖3所示，包括芯體42和外殼41，所述芯體42設(shè)置在外殼41中，所述外殼41與上升管3內(nèi)壁連接固定，所述芯體是由若干數(shù)量的管子42鄰接在一起組合而成。

本發(fā)明在上升管內(nèi)設(shè)置多管式穩(wěn)流裝置，通過多管式穩(wěn)流裝置將兩相流體中的液相和汽相進(jìn)行分離，將液相分割成小液團(tuán)，將汽相分割成小氣泡，避免液相和汽相的完全分開，促使液相汽相順暢流動(dòng)，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果。

后面所提及的上升管，都是上升管3、上升管8和上升管9中的至少一個(gè)。

本發(fā)明通過設(shè)置多管式穩(wěn)流裝置，相當(dāng)于在上升管3內(nèi)增加了內(nèi)翅片，強(qiáng)化了換熱，提高了換熱效果。

本發(fā)明因?yàn)閷⑵簝上嘣谏仙?的所有橫截面位置進(jìn)行了分割，從而在整個(gè)上升管截面上實(shí)現(xiàn)汽液界面以及汽相邊界層的分割與冷卻壁面的接觸面積并增強(qiáng)擾動(dòng)，大大的降低了噪音和震動(dòng)，強(qiáng)化了傳熱。

作為優(yōu)選，通過在外殼42和最外層管子41之間的空間43內(nèi)設(shè)置嵌入物，保證管子之間緊密連接，同時(shí)保證管子41固定在外殼42中。

作為優(yōu)選，相鄰的管子41通過焊接連接在一起。通過焊接方式連接在一起，保證了管子41之間的連接牢固。

作為優(yōu)選，相鄰管子41之間設(shè)置小孔實(shí)現(xiàn)貫通。通過設(shè)置小孔，可以保證相鄰的管子之間互相連通，能夠均勻管子之間的壓力，使得高壓流道的流體流向低壓，同時(shí)也可以在流體流動(dòng)的同時(shí)進(jìn)一步分隔液相和汽相，有利于進(jìn)一步穩(wěn)定兩相流動(dòng)。

作為優(yōu)選，沿著上升管3內(nèi)流體的流動(dòng)方向（即圖3的高度方向），上升管3內(nèi)設(shè)置多個(gè)穩(wěn)流裝置4，從上升管的入口到上升管的出口，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短。設(shè)距離上升管入口的距離為h，相鄰穩(wěn)流裝置之間的間距為s，s=f1(h)，即s是以距離h為變量的函數(shù)，s’是s的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

s’<0;

主要原因是因?yàn)樯仙軆?nèi)的汽體在上升過程中會(huì)攜帶者液體，在上升過程中，上升管不斷的受熱，導(dǎo)致氣液兩相流中的汽體越來越多，因?yàn)槠簝上嗔髦械钠嘣絹碓蕉?，上升管?nèi)的換熱能力會(huì)隨著汽相增多而相對(duì)減弱，震動(dòng)及其噪音也會(huì)隨著汽相增加而不斷的增加。因此需要設(shè)置的相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短。

此外，從上升管8出口到出口集管11這一段，還有從上升管9和3到上鍋筒1這一段，因?yàn)檫@一段的空間突然變大，空間的變化會(huì)導(dǎo)致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會(huì)導(dǎo)致聚集的汽相（汽團(tuán)）從上升管位置進(jìn)入冷凝集管，由于氣（汽）液密度差，氣團(tuán)離開接管位置將迅速向上運(yùn)動(dòng)，而氣團(tuán)原空間位置被氣團(tuán)推離壁面的液體同時(shí)也將迅速回彈并撞擊壁面，形成撞擊現(xiàn)象。氣（汽）液相越不連續(xù)，氣團(tuán)聚集越大，水錘能量越大。撞擊現(xiàn)象會(huì)造成較大的噪聲震動(dòng)和機(jī)械沖擊，對(duì)設(shè)備造成破壞。因此為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，此時(shí)設(shè)置的相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短，從而不斷的在流體輸送過程中分隔氣相和液相，從而最大程度上減少震動(dòng)和噪音。

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過上述的設(shè)置，既可以最大程度上減少震動(dòng)和噪音，同時(shí)可以提高換熱效果。

進(jìn)一步優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短的幅度不斷增加。即s”是s的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

s”>0;

通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，通過如此設(shè)置，能夠進(jìn)一步降低9％左右的震動(dòng)和噪音，同時(shí)提高7％左右的換熱效果。

作為優(yōu)選，每個(gè)穩(wěn)流裝置4的長(zhǎng)度保持不變。

作為優(yōu)選，除了相鄰的穩(wěn)流裝置4之間的距離外，穩(wěn)流裝置其它的參數(shù)（例如長(zhǎng)度、管徑等）保持不變。

作為優(yōu)選，沿著上升管內(nèi)流體的流動(dòng)方向（流體向上部方向流動(dòng)），上升管內(nèi)設(shè)置多個(gè)穩(wěn)流裝置5，從上升管的入口到上升管的出口，穩(wěn)流裝置5的長(zhǎng)度越來越長(zhǎng)。即穩(wěn)流裝置的長(zhǎng)度為c，c=f2(x)，c’是c的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

c’>0;

進(jìn)一步優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，穩(wěn)流裝置的長(zhǎng)度越來越長(zhǎng)的幅度不斷增加。即c”是c的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

c”>0;

具體理由如相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了穩(wěn)流裝置的長(zhǎng)度外，穩(wěn)流裝置其它的參數(shù)（例如相鄰的間距、管徑等）保持不變。

作為優(yōu)選，沿著上升管內(nèi)流體的流動(dòng)方向（即沿著上升管延伸方向），上升管內(nèi)設(shè)置多個(gè)穩(wěn)流裝置，從上升管的入口到上升管的出口，不同穩(wěn)流裝置5內(nèi)的管子51的直徑越來越小。即穩(wěn)流裝置的管子直徑為d，d=f3(x)，d’是d的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

d’<0;

作為優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，穩(wěn)流裝置的管子直徑越來越小的幅度不斷增加。即

d”是d的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

d”>0。

具體理由如相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，穩(wěn)流裝置的長(zhǎng)度和相鄰穩(wěn)流裝置的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了穩(wěn)流裝置的管子直徑外，穩(wěn)流裝置其它的參數(shù)（例如長(zhǎng)度、相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離等）保持不變。

進(jìn)一步優(yōu)選，如圖4所示，所述上升管內(nèi)部設(shè)置凹槽，所述穩(wěn)流裝置4的外殼42設(shè)置在凹槽內(nèi)。

作為優(yōu)選，外殼42的內(nèi)壁與上升管的內(nèi)壁對(duì)齊。通過對(duì)齊，使得上升管內(nèi)壁面表面上達(dá)到在同一個(gè)平面上，保證表面的光滑。

作為優(yōu)選，外殼42的厚度小于凹槽的深度，這樣可以使得上升管內(nèi)壁面形成凹槽，從而進(jìn)行強(qiáng)化傳熱。

進(jìn)一步優(yōu)選，如圖5所示，上升管為多段結(jié)構(gòu)焊接而成，多段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置穩(wěn)流裝置4。這種方式使得設(shè)置穩(wěn)流裝置的上升管的制造簡(jiǎn)單，成本降低。

通過分析以及實(shí)驗(yàn)得知，穩(wěn)流裝置之間的間距不能過大，過大的話導(dǎo)致減震降噪的效果不好，同時(shí)也不能過小，過小的話導(dǎo)致阻力過大，同理，管子的外徑也不能過大或者過小，也會(huì)導(dǎo)致減震降噪的效果不好或者阻力過大，因此本發(fā)明通過大量的實(shí)驗(yàn)，在優(yōu)先滿足正常的流動(dòng)阻力（總承壓為2.5mpa以下，或者單根上升管的沿程阻力小于等于5pa/m）的情況下，使得減震降噪達(dá)到最優(yōu)化，整理了各個(gè)參數(shù)最佳的關(guān)系。

相鄰穩(wěn)流裝置之間的間距為s，穩(wěn)流裝置的長(zhǎng)度為c，上升管的外徑為w，穩(wěn)流裝置的管子外徑為d，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/d)；其中l(wèi)n是對(duì)數(shù)函數(shù)，a,b是參數(shù)，其中4.8<a<5.8,1.4<b<2.0；進(jìn)一步優(yōu)選5.1<a<5.5，1.6<b<1.8；

其中穩(wěn)流裝置的間距s是以相鄰穩(wěn)流裝置相對(duì)的兩端之間的距離；即前面穩(wěn)流裝置的尾端與后面穩(wěn)流裝置的前端之間的距離。具體參見圖5的標(biāo)識(shí)。

34mm<w<58mm；

7mm<d<12mm;

19mm<c<27mm；

50mm<s<70mm。

作為優(yōu)選，上升管長(zhǎng)度l為3000－8500mm之間。進(jìn)一步優(yōu)選，4500－5500mm之間。

進(jìn)一步優(yōu)選，40mm<w<50mm；

9mm<d<10mm;

22mm<c<25mm；

55mm<s<60mm。

通過上述公式的最佳的幾何尺度的優(yōu)選，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足正常的流動(dòng)阻力條件下，減震降噪達(dá)到最佳效果。

進(jìn)一步優(yōu)選，隨著w/d的增加，a不斷減小，b不斷的增加。

進(jìn)一步優(yōu)選，a=5.31，b＝1.75。

對(duì)于其他的參數(shù)，例如管壁、殼體壁厚等參數(shù)按照正常的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置即可。

作為優(yōu)選，管子41在穩(wěn)流裝置4的整個(gè)長(zhǎng)度方向延伸。即管子41的長(zhǎng)度等于穩(wěn)流裝置5的長(zhǎng)度。

作為優(yōu)選，所述蒸發(fā)集管1的管徑小于冷凝集管2的管徑。

蒸發(fā)集管的內(nèi)徑為r1，冷凝集管的內(nèi)徑為r2，作為優(yōu)選則0.45<r1/r2<0.88。

通過上述設(shè)置，可以進(jìn)一步強(qiáng)化傳熱，能夠提高7％以上的換熱效率。

作為優(yōu)選，在上升管與水平面形成的夾角為a情況下，可以增加修正系數(shù)c對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，即

c*s/c＝a-b*ln(w/d)；c=1/sin(a)^d，其中0.09<d<0.11，優(yōu)選d=0.10。

20°<a<80°，優(yōu)選為40－60°。

雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動(dòng)與修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準(zhǔn)。