專利名稱：多用途直流管屏式熱載體鍋爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬一種熱能轉(zhuǎn)換的鍋爐裝置，尤其涉及能實現(xiàn)強(qiáng)制直流流動和橫向沖刷加熱管的熱載體鍋爐。
背景技術(shù)：
目前，公知的電阻式有機(jī)熱載體鍋爐采用鍋殼式本體結(jié)構(gòu)，屬容積式鍋爐。該結(jié)構(gòu)其體內(nèi)的有機(jī)熱載體的流動基本上是自然循環(huán)，流速極低、得不到有效循環(huán)，加熱管外壁邊界層油膜受熱后無法快速冷卻，油膜工作狀態(tài)很差，再加上有機(jī)熱載體(導(dǎo)熱油)的冷卻能力遠(yuǎn)低于水，所以很容易引起熱載體過熱、裂解以及在加熱管外壁積碳、結(jié)焦。由此導(dǎo)致導(dǎo)熱油變質(zhì)報廢，電熱元件得不到應(yīng)有的冷卻使負(fù)荷過載而熔斷，嚴(yán)重時還會引起套管暴裂而引發(fā)大火。此外這種鍋爐的套管布置方式與鍋殼式燃油(氣)鍋爐的煙管的布置方式幾乎一樣，為正三角排列，一旦出現(xiàn)積碳、結(jié)焦極難進(jìn)行清洗。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有的鍋殼式有機(jī)熱載體鍋爐的有機(jī)熱載體流速過低、加熱管得不到可靠冷卻、熱載體易積碳結(jié)焦的不足，本發(fā)明提供一種直流管屏式熱載體鍋爐。該鍋爐采用管屏與多層平環(huán)狀隔板構(gòu)成螺旋狀直流流道，不但實現(xiàn)了熱載體的強(qiáng)制流動循環(huán)和流速的有效控制以及熱載體對傳熱管的橫向沖刷，而且較大地擴(kuò)展了傳熱面積，從而有效避免了前述缺陷的發(fā)生，還實現(xiàn)了多用途化。
本發(fā)明是采用以下方案實現(xiàn)的一種多用途直流管屏式熱載體鍋爐，其特征在于，所述的鍋爐包括圓柱形的內(nèi)筒體2、外筒體5及位于內(nèi)、外筒體間的至少一層管屏，每層管屏由與筒體軸向平行的套管3以及連接相鄰兩套管3的鰭片6焊接圍成圓筒狀管屏，在大于3/4管屏橫截面上，套管3均勻分布排列，在小于1/4管屏橫截面上不設(shè)置套管3，不設(shè)置套管處的鰭片6稱為環(huán)形立板8；將電熱管1套裝于每根套管3內(nèi)，套管3的兩端分別用環(huán)形的上管板4a和下管板4b固定，內(nèi)筒體2和外筒體3將上下管板相連接；在上、下管板之間，沿管屏軸向垂直設(shè)置多層平環(huán)隔板9，每層平環(huán)隔板為大于3/4管屏橫截面的扇形板，沿弧形立板8的弧長為隔板9的缺口，將平環(huán)隔板9的缺口的一端用小于1/4管屏橫截面的扇形連接板7依次與相鄰隔板9的另一端相連接，最上層和最下層的平環(huán)隔板9的缺口端，通過連接板7分別與上、下管板相連，從而由管屏與內(nèi)外筒體、管屏與管屏、以及管屏、筒體與平環(huán)隔板和上下管板形成由內(nèi)至外、沿管屏軸向螺旋環(huán)繞的連續(xù)流道；在下管板4b位于內(nèi)筒體2和最內(nèi)層管屏之間的部位，設(shè)置一介質(zhì)/熱載體進(jìn)口11，在外筒體5上設(shè)置一介質(zhì)/熱載體出口12，由內(nèi)至外按介質(zhì)/熱載體流動方向，在每層流道終端處的弧形立板上開設(shè)一介質(zhì)/熱載體通孔10，使介質(zhì)/熱載體從內(nèi)側(cè)流道流入外側(cè)流道。
上述設(shè)置在外筒體5上的介質(zhì)/熱載體出口12，其位置在筒體5與相鄰管屏所構(gòu)成流道的介質(zhì)/熱載體流動方向的終端處。
上述連接板7為螺旋狀的扇形連接板。
本體采用管屏結(jié)構(gòu)。與現(xiàn)有燃煤鍋爐水冷壁管屏不同，本管屏圍成筒狀。根據(jù)熱功率需要可以布置多個這樣的管屏筒體，兩管端用環(huán)形管板固定，管內(nèi)放置電熱棒作為熱源。根據(jù)熱載體流速、流量要求沿管屏軸向布置多層平環(huán)狀隔板，(套管貫穿每層平環(huán)隔板)，管屏最內(nèi)側(cè)與最外側(cè)用板筒體將兩端管板連接起來。這樣由管屏與管屏(或板筒體)與隔板(或管板)圍成了與管屏軸向垂直的環(huán)狀流道。平環(huán)隔板為大于3/4管屏橫截面的扇形環(huán)板，隔板缺口處不設(shè)置管子，每一隔板缺口兩端用小于1/4管屏橫截面的扇形板(最好是螺旋板)與相鄰的隔板首尾兩兩相連，從而沿管屏軸向形成了若干連續(xù)流道。介質(zhì)由里向外流動(流阻比由外向里流動要小)，在每個流道終端管屏的弧形立板上開孔，所有流道就形成一個串聯(lián)流道。也可根據(jù)需要設(shè)計為并聯(lián)式，并聯(lián)時，上、下管板位于各流道之間處均分別開介質(zhì)入/熱載體口和介質(zhì)/熱載體出口，并分別用聯(lián)箱(管)將其集合為整體(為避免由進(jìn)出口熱載體溫度差致使電熱元件表面負(fù)荷不均，可在鍋爐管路系統(tǒng)設(shè)置閥門轉(zhuǎn)換控制裝置，定期使進(jìn)、出口互換角色)。由此實現(xiàn)了熱載體在流道內(nèi)作與管屏垂直的符合國標(biāo)GB/T17410所規(guī)定的流速的直流流動，連續(xù)橫向沖刷著管屏，接受熱源的輻射放熱和對流換熱。
本發(fā)明特別適合于用作電阻間接加熱式有機(jī)熱載體爐，也可用于以水為工質(zhì)的熱水、蒸汽鍋爐。水作熱載體時，本裝置就是直流熱水鍋爐，而且只要加裝汽水分離器即可作蒸汽鍋爐。本裝置還可采用油、氣加熱，這時內(nèi)筒體就是爐膛(燃燒室)，加熱管就是對流煙管，既可是中心回燃式，也可是二、三回程式。本裝置還可用作省煤器、空氣預(yù)熱器。若熱源不是火焰或電加熱，本裝置就成為換熱器了，只不過這種換熱器形似管殼式換熱器，實質(zhì)上是一種管管強(qiáng)制對流換熱器。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有如下優(yōu)點(diǎn)1、由Q＝KAΔt知對流換熱量Q的大小取決于傳熱系數(shù)K、傳熱推動力Δt和傳熱面積A。這里Δt基本上是一個定值；由于橫向沖刷和變截面流動以及較高的流速，熱載體的流動為充分湍流流動，K為縱向沖刷流動時的兩倍；由于加熱套管之間由鰭片連接成為管屏以及平環(huán)隔板與管屏的連接使傳熱面積有較大擴(kuò)展。于是較大地提高了傳熱量，從而使電熱元件、套管得以快速冷卻，傳熱工況極大改善，也就有效地避免了有機(jī)熱載體的過熱、裂解、積碳、結(jié)焦和電熱元件表面負(fù)荷過載而熔斷。
2、可通過增減平環(huán)隔板的數(shù)量調(diào)整隔板的間距來控制流體介質(zhì)的流量與流速。
3、由于橫向沖刷和變截面強(qiáng)制直流流動，也極大地方便了鍋爐的清洗和維護(hù)。
4、該鍋爐為筒狀結(jié)構(gòu)，可承壓使用，對抽吸式和注入式系統(tǒng)均適用。
5、該鍋爐可立式或臥式放置，以立式為佳。
6、該鍋爐可根據(jù)熱功率需要增減管屏的數(shù)量和長度，也可分別從單頭或兩頭加裝電熱管。
7、該鍋爐各流道可串聯(lián)也可并聯(lián)。
8、為避免由進(jìn)出口熱載體溫度差致使電熱元件表面負(fù)荷不均，可在鍋爐管路系統(tǒng)設(shè)置閥門轉(zhuǎn)換控制裝置，定期使進(jìn)、出口互相轉(zhuǎn)換。
9、多用途本發(fā)明除了可用作電阻間接加熱式有機(jī)熱載體爐外，也可用于以水為工質(zhì)的熱水、蒸汽鍋爐，還可用作省煤器、空氣預(yù)熱器；若管內(nèi)不采用火焰或電加熱而是流體介質(zhì)，本裝置就可用作換熱器。


圖1是多用途直流管屏式熱載體鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是多用途直流管屏式熱載體鍋爐的D-D剖面示意圖。
圖中1.電熱管，2.內(nèi)筒體，3.套管，4a.上管板，4b.下管板，5.外筒體，6.鰭片，7.連接板，8.弧形立板，9.隔板，10.介質(zhì)/熱載體通孔(介質(zhì)/熱載體從內(nèi)側(cè)流道進(jìn)入外側(cè)流道)，11.介質(zhì)/熱載體進(jìn)口，12.介質(zhì)/熱載體出口。
具體實施例方式
以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
參照附圖1、2，鍋爐本體外形呈圓柱體，形似鍋殼鍋爐，但實質(zhì)屬管式直流鍋爐。本體采用管屏結(jié)構(gòu)，管屏由套管3和鰭片6在鍋爐制造過程中焊接而成。兩管端用環(huán)形管板4固定，管內(nèi)放置電熱管(棒)1作為熱源。兩管板4a和4b內(nèi)外圈分別用內(nèi)筒體2、外筒體5連接起來，根據(jù)熱載體流速、流量要求，沿管屏軸向布置多層平環(huán)狀隔板9，并用連接板7依次將隔板9相鄰層兩端首尾相接。于是由管屏、內(nèi)筒體2、外筒體5、隔板9與管板4圍成了與管屏軸向垂直的若干連續(xù)螺旋環(huán)狀流道。管屏數(shù)不同，流道數(shù)量也不同。本實施例分別由內(nèi)筒體2與內(nèi)管屏、內(nèi)管屏與外管屏、外管屏與外筒體5構(gòu)成內(nèi)中外三個流道。根據(jù)需要可將這些流道設(shè)計成串聯(lián)或并聯(lián)式。本實施例為串聯(lián)式，介質(zhì)由位于下管板上的介質(zhì)(熱載體)進(jìn)口11進(jìn)入第一流道(內(nèi)側(cè)流道)，在該流道作逆時針螺旋上升流動，接受電熱棒1的輻射與對流放熱，流至最頂層，該層終端弧形立板8上開一介質(zhì)通孔10使第一與第二流道連通，介質(zhì)/熱載體經(jīng)此孔10流入第二流道(中間流道)，在該流道作順時針螺旋下降流動，受熱后流至最下層，同樣在該層終端弧形立板8上也開一通孔10使第二與第三流道連通，介質(zhì)/熱載體經(jīng)此介質(zhì)/熱載體通孔10流入第三流道(外側(cè)流道)，在該流道作逆時針螺旋上升流動，受熱后流至最上層，完成了整個換熱過程后經(jīng)外筒體上的介質(zhì)(熱載體)出口12流出爐外。該爐可承壓。
本裝置還可作如下用途參照附圖1、2，內(nèi)筒體2作為燃燒室，即爐膽；套管3不加裝電熱棒而是作為二(或三)回程的煙管。介質(zhì)從介質(zhì)進(jìn)口11進(jìn)入，作強(qiáng)制直流流動，從介質(zhì)出口12流出。燃燒火焰經(jīng)爐膽(內(nèi)筒體2)的輻射放熱后轉(zhuǎn)入煙管(套管3)，煙氣經(jīng)煙管的二(或三)回程的對流換熱后而排出爐外。由此，本裝置可作為燃油(氣)熱水、蒸汽及有機(jī)熱載體鍋爐的本體參照附圖1、2，當(dāng)本裝置安裝于鍋爐尾部時，鍋爐的煙氣為加熱介質(zhì)，鍋爐給水、燃燒用空氣為被加熱介質(zhì)。煙氣經(jīng)內(nèi)筒體2和煙管(套管3)的單回程或二回程傳熱給直流流道內(nèi)的給水或空氣，實現(xiàn)加熱給水或預(yù)熱空氣的作用。此時本裝置用作省煤器或空氣預(yù)熱器。
參照附圖1、2，當(dāng)套管3內(nèi)不裝電熱棒而通入介質(zhì)A，套管3的兩端口作為介質(zhì)A的進(jìn)口和出口。介質(zhì)B從介質(zhì)進(jìn)口11進(jìn)入，在螺旋流道里作強(qiáng)制直流流動，從介質(zhì)出口12流出。而介質(zhì)A可以在內(nèi)筒體2和煙管(套管3)內(nèi)作單回程或二回程流動，實現(xiàn)兩介質(zhì)的換熱。此時，本裝置用作換熱器。
實施例參照附圖1、2，套管3內(nèi)加裝電熱棒1作為熱源，介質(zhì)也即有機(jī)熱載體從介質(zhì)進(jìn)口11進(jìn)入，依次在內(nèi)、中、外螺旋流道里作強(qiáng)制變截面橫向沖刷串聯(lián)直流湍流流動，接受電熱棒1的輻射放熱和對流換熱，從介質(zhì)出口12流出，流向熱用戶。由于有機(jī)熱載體對套管3作高速變截面橫向沖刷湍流流動成倍提高了傳熱系數(shù)，以及鰭片6、隔板9與套管3的連接較大地擴(kuò)展了傳熱面，較大地提高了傳熱效率，從而使電熱棒1、套管3得以快速冷卻，傳熱工況極大改善，也就有效地避免了有機(jī)熱載體的過熱、裂解、積碳、結(jié)焦和電熱元件表面負(fù)荷過載而熔斷，而且強(qiáng)制直流流動還方便了鍋爐的清洗。
權(quán)利要求
1.一種多用途直流管屏式熱載體鍋爐，其特征在于，所述的鍋爐包括圓柱形的內(nèi)筒體(2)、外筒體(5)及位于內(nèi)、外筒體間的至少兩層管屏，每層管屏由與筒體軸向平行的套管(3)以及連接相鄰兩套管(3)的鰭片(6)焊接圍成圓筒狀管屏，在大于3/4管屏橫截面上，套管(3)均勻分布排列，在小于1/4管屏橫截面上不設(shè)置套管(3)，不設(shè)置套管處的鰭片(6)稱為弧形立板(8)；將電熱管(1)套裝于每根套管(3)內(nèi)，套管(3)的兩端分別用環(huán)形的上管板(4a)和下管板(4b)固定，內(nèi)筒體(2)和外筒體(3)將上下管板相連接；在上、下管板之間，沿管屏軸向垂直設(shè)置多層平環(huán)隔板(9)，每層平環(huán)隔板為大于3/4管屏橫截面的扇形板，沿弧形立板(8)的弧長為隔板(9)的缺口，將平環(huán)隔板(9)的缺口的一端用小于1/4管屏橫截面的扇形連接板(7)依次與相鄰隔板(9)的另一端相連接，最上層和最下層的平環(huán)隔板(9)的缺口端，通過連接板(7)分別與上、下管板相連，從而由管屏與內(nèi)外筒體、管屏與管屏、以及管屏、筒體與平環(huán)隔板和上下管板形成由內(nèi)至外、沿管屏軸向螺旋環(huán)繞的連續(xù)流道；在下管板(4b)位于內(nèi)筒體(2)和最內(nèi)層管屏之間的部位，設(shè)置一介質(zhì)/熱載體進(jìn)口(11)，在外筒體(5)上設(shè)置一介質(zhì)/熱載體出口(12)，由內(nèi)至外按介質(zhì)/熱載體流動方向，在每層流道終端處的弧形立板上開設(shè)一介質(zhì)/熱載體通孔(10)。
2.如權(quán)利要求1所述的多用途直流管屏式熱載體鍋爐，其特征在于，所述的設(shè)置在外筒體(5)上的介質(zhì)/熱載體出口(12)，其位置在筒體(5)與相鄰管屏所構(gòu)成流道的介質(zhì)流動方向的終端處。
3.如權(quán)利要求1所述的多用途直流管屏式熱載體鍋爐，其特征在于，所述的連接板(7)為螺旋狀的扇形連接板。
全文摘要
一種多用途直流管屏式熱載體鍋爐，能夠?qū)崿F(xiàn)熱載體的強(qiáng)制湍流流動、循環(huán)、流速控制和對放熱管件的橫向沖刷及多用途化，傳熱系數(shù)和傳熱面積顯著提高，極大改善了傳熱工況，有效避免了熱載體過熱、裂解、積炭、結(jié)焦和電熱元件表面負(fù)荷過載而熔斷，同時方便了鍋爐的清洗和維護(hù)。鍋爐呈圓筒體，由管屏筒、隔板、管板和筒體構(gòu)成了螺旋流道，各流道可串聯(lián)也可并聯(lián)。熱載體在流道內(nèi)作強(qiáng)制流動接受管內(nèi)熱源的輻射放熱和對流換熱。本鍋爐可承壓，可立式也可臥式，特別適于用作電阻式間接加熱型有機(jī)熱載體爐，也可用作直流熱水、蒸汽鍋爐，也可用于燃油(氣)鍋爐，還可用作省煤器、空氣預(yù)熱器和換熱器。
文檔編號F24H1/20GK1945158SQ20061011758
公開日2007年4月11日 申請日期2006年10月26日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月26日
發(fā)明者郭進(jìn)全, 王正東, 涂善東, 軒福貞, 于新海 申請人:華東理工大學(xué)