真空熱水鍋爐的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種真空熱水鍋爐，包括至少一個(gè)蒸汽發(fā)生單元和蒸汽冷凝單元；蒸汽發(fā)生單元的爐膛和煙管設(shè)于真空鍋內(nèi)；煙管與爐膛相連通；真空鍋內(nèi)設(shè)有熱媒水；每個(gè)蒸汽冷凝單元的蒸汽冷凝換熱管束設(shè)于殼體內(nèi)且蒸汽冷凝換熱管束的一端與被加熱冷水的進(jìn)水管相連通，蒸汽冷凝換熱管束的另一端與被加熱冷水的出水管相連通；蒸汽發(fā)生單元與每個(gè)蒸汽冷凝單元之間分別通過(guò)蒸汽管道相連通；每個(gè)蒸汽冷凝單元與蒸汽發(fā)生單元之間分別通過(guò)冷凝回水管道相連接。該真空熱水鍋爐能減弱管束效應(yīng)、能增大蒸汽干度且能實(shí)現(xiàn)更靈活、更有效的多效換熱。
【專利說(shuō)明】真空熱水鍋爐
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及鍋爐【技術(shù)領(lǐng)域】，更確切地說(shuō)涉及一種真空熱水鍋爐。
【背景技術(shù)】
[0002]真空熱水鍋爐就是內(nèi)部密閉腔通過(guò)真空抽氣后形成一個(gè)真空腔，燃燒使熱媒水在真空腔中沸騰汽化產(chǎn)生負(fù)壓水蒸氣，蒸汽在換熱管外凝結(jié)，將管內(nèi)冷水加熱升溫并通至用戶，水蒸氣凝結(jié)后形成水滴流回?zé)崦剿?，重新被加熱汽化，如此完成整個(gè)循環(huán)。
[0003]真空熱水鍋爐分為蒸發(fā)和冷凝兩個(gè)單元。目前市場(chǎng)上的真空熱水鍋爐的蒸發(fā)單元和冷凝單元是一體式結(jié)構(gòu)，即蒸發(fā)單元和冷凝單元在一個(gè)真空腔內(nèi)。換熱管束完全裸露地布置在鍋爐內(nèi)的汽空間中。燃燒室和煙管浸沒(méi)在液體熱媒中加熱熱媒，熱媒沸騰蒸發(fā)的蒸汽在浮力的作用下上升至換熱管束，在管束外凝結(jié)成液體，液體又在自身重力的作用下滴落回到液體空間。這種結(jié)構(gòu)的真空熱水鍋爐雖然結(jié)構(gòu)緊湊，但存在以下缺陷:
[0004]1、管外冷凝的管殼式換熱器中通常都有很強(qiáng)的管束效應(yīng)，即上層管子冷凝的液體在重力的作用下會(huì)脫離原本附著的表面，滴落到下層管子的表面，在下層管子的表面形成一道液膜，而液膜的存在增大了下層管子換熱過(guò)程中的熱阻。此種管束效應(yīng)使傳熱過(guò)程惡化，直接造成出水溫度不穩(wěn)定，從而影響用戶的正常使用。同時(shí)降低換熱系數(shù)，使單位面積的換熱量降低，要達(dá)到單位時(shí)間內(nèi)所要求的換熱量，就必須采用更多的管子，而管束的增加又會(huì)加重管束之間的負(fù)面影響。目前的一體式真空熱水鍋爐的管束效應(yīng)更加嚴(yán)重，即真空熱水鍋爐內(nèi)的熱媒在受熱沸騰蒸發(fā)為蒸汽時(shí)向上運(yùn)動(dòng)，具有向上的浮力，冷凝的液體在重力的作用下向下滴落，這兩種情況在鍋爐內(nèi)部同時(shí)發(fā)生，且沒(méi)有明顯的分界面。蒸汽對(duì)管外凝結(jié)水的浮力抵消了一部分重力，阻礙了液體及時(shí)從管子表面排出，下落的液體也阻礙了蒸汽上升，造成部分中間的管子沒(méi)有參與換熱，浪費(fèi)了大量的換熱面積，也使部分管子中的被加熱冷水沒(méi)有加熱到需要的溫度，導(dǎo)致被加熱水的出水溫度波動(dòng)很大。只有當(dāng)上層管子沒(méi)有參加換熱時(shí)，冷凝的液體減少，蒸汽才能正常擴(kuò)散到上層以及中間的換熱管周邊，與這些未參與換熱的換熱管束進(jìn)行換熱，當(dāng)換熱充分，冷凝的液體增多時(shí)，蒸汽通道再次被阻塞，開(kāi)始了新一輪的循環(huán)。因此，傳熱過(guò)程總是忽強(qiáng)忽弱，循環(huán)冷水的出水溫度也會(huì)波動(dòng)不定。
[0005]2、這種傳熱強(qiáng)度的不穩(wěn)定也會(huì)導(dǎo)致鍋爐內(nèi)部壓力的強(qiáng)烈波動(dòng)。真空鍋爐在運(yùn)行時(shí)，由于鍋內(nèi)被抽真空，熱媒需要蒸發(fā)一部分蒸汽維持蒸發(fā)壓力才能產(chǎn)生特定溫度下的蒸汽。因此，真空熱水鍋爐內(nèi)部汽空間的蒸汽一部分用來(lái)對(duì)換熱管束放熱冷凝成液體，一部分要用來(lái)維持真空鍋爐內(nèi)的壓力。為了獲取特定溫度的蒸汽，鍋內(nèi)需要維持壓力的穩(wěn)定，冷凝掉的氣體需要及時(shí)補(bǔ)充進(jìn)來(lái)才能維持壓力的平衡。研究表明，真空空間內(nèi)同時(shí)存在的沸騰與冷凝之間產(chǎn)生了很大的影響，導(dǎo)致原本單純的冷凝和沸騰變得更加復(fù)雜。換熱的強(qiáng)弱對(duì)壓力波動(dòng)有直接影響。而真空熱水鍋爐內(nèi)部由于存在強(qiáng)烈的管束效應(yīng)，使傳熱過(guò)程忽強(qiáng)忽弱，導(dǎo)致了內(nèi)部壓力的持續(xù)波動(dòng)。壓力的波動(dòng)又會(huì)反過(guò)來(lái)影響飽和蒸汽的蒸發(fā)溫度。蒸發(fā)溫度不穩(wěn)定，又會(huì)加重傳熱過(guò)程的不穩(wěn)定。目前的一體式真空熱水鍋爐內(nèi)，這種特有的持續(xù)的壓力波動(dòng)正是讓管束效應(yīng)表現(xiàn)更強(qiáng)烈的原因。由于壓力的不穩(wěn)定，現(xiàn)有結(jié)構(gòu)真空熱水鍋爐中很大比例的蒸汽都是非飽和蒸汽，蒸汽中含有很多液滴，這些液滴會(huì)交雜在蒸汽中附著到換熱管表面時(shí)，不僅不能與換熱管發(fā)生相變換熱，而且會(huì)增加液膜的厚度，增大換熱熱阻。蒸汽的干度的不確定也是導(dǎo)致?lián)Q熱過(guò)程不穩(wěn)定的一個(gè)因素。
[0006]3、為實(shí)現(xiàn)多效換熱，市場(chǎng)上出現(xiàn)了多效真空熱水鍋爐，即在真空鍋爐內(nèi)的汽空間增加換熱器的管束，然后將不同部分管束的水引出作為不同的用處，但是目前的一體式真空熱水鍋爐的這些管束都設(shè)置在同一個(gè)汽空間內(nèi)。這種多效換熱真空熱水鍋爐靈活性較差，往往受到汽空間體積大小的限制而無(wú)法實(shí)現(xiàn)更多效的換熱。而且在同一個(gè)空間內(nèi)增設(shè)管束會(huì)影響整體的換熱效果。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是，提供一種能減弱管束效應(yīng)、能增大蒸汽干度且能實(shí)現(xiàn)更靈活、更有效的多效換熱的真空熱水鍋爐。
[0008]本實(shí)用新型的技術(shù)解決方案是，提供一種具有以下結(jié)構(gòu)的真空熱水鍋爐，包括蒸汽發(fā)生單元和蒸汽冷凝單元；所述的蒸汽冷凝單元為至少一個(gè)；所述的蒸汽發(fā)生單元包括封閉的真空鍋、爐膛及煙管；所述的爐膛和煙管設(shè)于所述的真空鍋內(nèi)；所述的煙管與爐膛相連通；所述的真空鍋內(nèi)設(shè)有熱媒水；每個(gè)蒸汽冷凝單元均包括殼體和蒸汽冷凝換熱管束，所述的蒸汽冷凝換熱管束設(shè)于所述的殼體內(nèi)且所述的蒸汽冷凝換熱管束的一端與被加熱冷水的進(jìn)水管相連通，所述的蒸汽冷凝換熱管束的另一端與被加熱冷水的出水管相連通；所述的蒸汽發(fā)生單元與每個(gè)蒸汽冷凝單元之間分別通過(guò)蒸汽管道相連通，每個(gè)蒸汽管道的入口均連接在所述的真空鍋的上側(cè)，每個(gè)蒸汽管道的出口 一一對(duì)應(yīng)地連接在每個(gè)殼體的上側(cè)；每個(gè)蒸汽冷凝單元與所述的蒸汽發(fā)生單元之間分別通過(guò)冷凝回水管道相連接，每個(gè)冷凝回水管道的入口均連接在所述的殼體的下側(cè)，每個(gè)冷凝回水管道的出口均連接在所述的真空鍋的下側(cè)。
[0009]采用以上結(jié)構(gòu)后，本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐，與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010]由于本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐將蒸汽發(fā)生單元和蒸汽冷凝單元分成兩個(gè)獨(dú)立的單元，蒸汽發(fā)生單元和蒸汽冷凝單元之間通過(guò)蒸汽管道和冷凝回水管道進(jìn)行連接，使蒸汽發(fā)生單元產(chǎn)生的蒸汽通過(guò)蒸汽管道達(dá)到蒸汽冷凝單元，蒸汽冷凝單元中產(chǎn)生的液態(tài)熱媒水再通過(guò)冷凝回水管道到達(dá)蒸汽發(fā)生單元中，如此循環(huán)的過(guò)程具有以下優(yōu)點(diǎn):本實(shí)用新型是在真空熱水鍋爐原理的基礎(chǔ)上，徹底改變了已有真空熱水鍋爐的結(jié)構(gòu)，不僅可以利用原本的真空熱水相變高效換熱的原理，而且改變了現(xiàn)有鍋爐中蒸汽通道和冷凝回水通道混為一體的情況，使得熱媒水的沸騰過(guò)程和冷凝過(guò)程發(fā)生在不同的單元中，讓原本從下往上沖刷的蒸汽改為從上往下沖刷，使冷凝液下降和蒸汽上升不會(huì)再互相阻礙，可減弱蒸汽冷凝單元中的管束效應(yīng)。蒸汽通過(guò)蒸汽管道由蒸汽發(fā)生單元進(jìn)入蒸汽冷凝單元，此過(guò)程存在流動(dòng)阻力，蒸汽冷凝單元的壓力通常要稍低于蒸汽發(fā)生單元，由于存在這種壓差，當(dāng)蒸汽由蒸汽發(fā)生單元進(jìn)入蒸汽冷凝單元時(shí)，壓力逐漸降低，原本未飽和的蒸汽經(jīng)過(guò)絕熱膨脹后可增大蒸汽的干度，提高了冷凝蒸汽的質(zhì)量。綜上所述，本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐可提高真空熱水鍋爐的換熱系數(shù)；改善真空熱水鍋爐出水溫度不穩(wěn)定的情況；同時(shí)還可實(shí)現(xiàn)多個(gè)蒸汽冷凝單元與蒸汽發(fā)生單元并聯(lián)，多個(gè)蒸汽冷凝單元之間互相不受影響，實(shí)現(xiàn)更靈活、更有效的多效換熱。
[0011]作為本實(shí)用新型的一種改進(jìn)，每個(gè)蒸汽冷凝單元的殼體縱向高度均高于所述的蒸汽發(fā)生單元的真空鍋的縱向高度。采用此種結(jié)構(gòu)后，蒸汽冷凝單元的安裝位置高于蒸汽發(fā)生單元中熱媒水的液面，這樣在虹吸原理和重力的作用下，熱媒水會(huì)自發(fā)回流至蒸汽發(fā)生單元，不需要額外安裝泵，降低成本，使真空熱水鍋爐結(jié)構(gòu)更加簡(jiǎn)單。
[0012]作為本實(shí)用新型的另一種改進(jìn)，所述的蒸汽管道的外壁上和所述的冷凝回水管道的外壁上均包裹有無(wú)機(jī)絕緣材料，所述的無(wú)機(jī)絕緣材料為石棉或硅藻土。采用此種結(jié)構(gòu)后，使熱媒水在系統(tǒng)的循環(huán)過(guò)程中，降低熱量的損失。
[0013]作為本實(shí)用新型的還有一種改進(jìn)，所述的蒸汽發(fā)生單元與每個(gè)蒸汽冷凝單元之間均設(shè)有多根蒸汽管道和多根冷凝回水管道。采用此種結(jié)構(gòu)后，可提高本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐的工作效率。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2是本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐的蒸汽發(fā)生單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3是圖2中A方向的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4是本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐的蒸汽冷凝單元的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖5是圖4中B-B方向的剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖6是本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐的使用狀態(tài)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖中所示:1、蒸汽發(fā)生單元，1.1、真空鍋，1.2、爐膛，1.3、煙管，1.4、熱媒水，2、蒸汽冷凝單元，2.1、殼體，2.2、蒸汽冷凝換熱管束，3、蒸汽管道，4、冷凝回水管道，5、煙氣出口，6、進(jìn)水管，7、出水管，8、壓力傳感器，9、真空泵，10、溫控裝置，11、燃燒器。
[0021]【具體實(shí)施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。
[0023]請(qǐng)一并參閱圖1、圖2、圖3、圖4、圖5及圖6所示。
[0024]本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐包括蒸汽發(fā)生單元I和蒸汽冷凝單元2。所述的蒸汽發(fā)生單元I為至少一個(gè)，本具體實(shí)施例中，所述的蒸汽發(fā)生單元I設(shè)有兩個(gè)。所述的蒸汽發(fā)生單元I與每個(gè)蒸汽冷凝單元2之間分別通過(guò)蒸汽管道3相連接；每個(gè)蒸汽冷凝單元2與所述的蒸汽發(fā)生單元I之間分別通過(guò)冷凝回水管道4相連接。
[0025]所述的蒸汽發(fā)生單元I包括封閉的真空鍋1.1、爐膛1.2及煙管1.3。所述的爐膛1.2和煙管1.3設(shè)于所述的真空鍋1.1內(nèi)。所述的煙管1.3和爐膛1.2相連通。所述的真空鍋1.1內(nèi)設(shè)有熱媒水1.4。所述的爐膛1.2與燃燒器11相連接。所述的煙管1.3為多根，該多根煙管1.3的一端均與爐膛1.2相連通，該多根煙管1.3的另一端均與煙氣出口 5相連通。每根煙管1.3的管道均與爐膛1.2內(nèi)腔和煙氣出口 5內(nèi)腔相連通。所述的煙管1.3和爐膛1.2完全浸沒(méi)在熱媒水1.4中，熱媒水1.4可從煙管1.3外壁和爐膛1.2外壁上吸收熱量而沸騰形成蒸汽。
[0026]每個(gè)蒸汽冷凝單元2均包括殼體2.1和蒸汽冷凝換熱管束2.2。所述的蒸汽冷凝換熱管束2.2設(shè)于所述的殼體2.1內(nèi)，所述的蒸汽冷凝換熱管束2.2的一端與被加熱冷水的進(jìn)水管6相連通，所述的蒸汽冷凝換熱管束2.2的另一端與被加熱冷水的出水管7相連通。所述的蒸汽冷凝換熱管束2.2包括多根換熱管，多根換熱管將進(jìn)水管6中的被加熱冷水分成多條水路，每根換熱管在殼體2.1內(nèi)均可與殼體內(nèi)的蒸汽發(fā)生熱交換，這樣可增大換熱面積，使被加熱冷水可以充分地吸收蒸汽冷凝過(guò)程中放出的熱量。
[0027]每個(gè)蒸汽管道3的入口均連接在所述的真空鍋1.1的上側(cè)，即蒸汽管道3的入口位于所述的真空鍋1.1內(nèi)的熱媒水1.4的上方。每個(gè)蒸汽管道3的出口一一對(duì)應(yīng)地連接在每個(gè)殼體2.1的上側(cè)，即蒸汽管道3的出口位于所述的殼體2.1內(nèi)的蒸汽冷凝換熱管束2.2的上方。每個(gè)冷凝回水管道4的入口均連接在所述的殼體2.1的下側(cè)，本具體實(shí)施例中，每個(gè)冷凝回水管道4的入口均連接在所述的殼體2.1的底部。每個(gè)冷凝回水管道4的出口均連接在所述的真空鍋1.1的下側(cè)。所述的蒸汽管道3的外壁上和所述的冷凝回水管道4的外壁上均包裹有無(wú)機(jī)絕緣材料，所述的無(wú)機(jī)絕緣材料為石棉或硅藻土。所述的蒸汽發(fā)生單元I與每個(gè)蒸汽冷凝單元2之間也可以設(shè)置多根蒸汽管道3和多根冷凝回水管道4。
[0028]每個(gè)蒸汽冷凝單元2的殼體2.1縱向高度均高于所述的蒸汽發(fā)生單元I的真空鍋1.1的縱向高度，即在縱向上，每個(gè)蒸汽冷凝單元2的殼體2.1的安裝位置高于所述的蒸汽發(fā)生單元I的真空鍋1.1的安裝位置。這樣在虹吸原理和重力的作用下，熱媒水1.4會(huì)自發(fā)回流至蒸汽發(fā)生單元1，不需要額外安裝泵。如果在冷凝回水通道4安裝泵，冷凝液可在泵的作用下回到蒸汽發(fā)生單元I，這樣蒸汽發(fā)生單元I和蒸汽冷凝單元2的安裝位置則不受限制。
[0029]蒸汽冷凝單元2上安裝有抽真空裝置，所述的抽真空裝置包括壓力傳感器8和真空泵9。所述的壓力傳感器8測(cè)量所述的殼體2.1內(nèi)的壓力，真空泵9通過(guò)壓力傳感器8測(cè)得的壓力信號(hào)來(lái)執(zhí)行抽真空或者泄壓的功能，起到過(guò)壓保護(hù)以及維持壓力穩(wěn)定的作用。所述的燃燒器連接有多重溫度保護(hù)裝置，當(dāng)出水溫度過(guò)高時(shí)可通過(guò)溫控裝置10及時(shí)停止燃燒器11工作，當(dāng)爐膛溫度過(guò)高時(shí)可通過(guò)溫控裝置10及時(shí)停止燃燒器11工作。
[0030]本實(shí)用新型的真空熱水鍋爐的工作過(guò)程如下:燃燒器11燃燒將熱量釋放在爐膛1.2中，經(jīng)過(guò)煙管1.3排出煙氣。封閉的真空鍋1.1內(nèi)的熱媒水1.4吸收爐膛1.2和煙管
1.3外壁的熱量沸騰蒸發(fā)為蒸汽。蒸汽經(jīng)過(guò)蒸汽管道3進(jìn)入蒸汽冷凝單元2的殼體2.1內(nèi)，并與殼體2.1內(nèi)的蒸汽冷凝換熱管束2.2進(jìn)行冷凝換熱。蒸汽冷凝將熱量釋放給蒸汽冷凝換熱管束2.2中的冷水，冷凝下的液體會(huì)沉到殼體2.1的最下層，通過(guò)冷凝回水管道4流回到蒸汽發(fā)生單元I中，以此循環(huán)換熱。
【權(quán)利要求】
1.一種真空熱水鍋爐，包括蒸汽發(fā)生單元(I)和蒸汽冷凝單元(2);所述的蒸汽冷凝單元(2)為至少一個(gè)；其特征在于:所述的蒸汽發(fā)生單元(I)包括封閉的真空鍋(1.1)、爐膛(1.2)及煙管(1.3);所述的爐膛(1.2)和煙管(1.3)設(shè)于所述的真空鍋(1.1)內(nèi)；所述的煙管(1.3)與爐膛(1.2)相連通；所述的真空鍋(1.1)內(nèi)設(shè)有熱媒水(1.4);每個(gè)蒸汽冷凝單元(2)均包括殼體(2.1)和蒸汽冷凝換熱管束(2.2)，所述的蒸汽冷凝換熱管束(2.2)設(shè)于所述的殼體(2.1)內(nèi)且所述的蒸汽冷凝換熱管束(2.2)的一端與被加熱冷水的進(jìn)水管(6)相連通，所述的蒸汽冷凝換熱管束(2.2)的另一端與被加熱冷水的出水管(7)相連通；所述的蒸汽發(fā)生單元(I)與每個(gè)蒸汽冷凝單元(2 )之間分別通過(guò)蒸汽管道(3 )相連通，每個(gè)蒸汽管道(3 )的入口均連接在所述的真空鍋(1.1)的上側(cè)，每個(gè)蒸汽管道(3 )的出口 一一對(duì)應(yīng)地連接在每個(gè)殼體(2.1)的上側(cè)；每個(gè)蒸汽冷凝單元(2)與所述的蒸汽發(fā)生單元(I)之間分別通過(guò)冷凝回水管道(4)相連接，每個(gè)冷凝回水管道(4)的入口均連接在所述的殼體(2.1)的下側(cè)，每個(gè)冷凝回水管道(4)的出口均連接在所述的真空鍋(1.1)的下側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空熱水鍋爐，其特征在于:每個(gè)蒸汽冷凝單元(2)的殼體(2.1)縱向高度均高于所述的蒸汽發(fā)生單元(I)的真空鍋(1.1)的縱向高度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的真空熱水鍋爐，其特征在于:所述的蒸汽管道(3)的外壁上和所述的冷凝回水管道(4)的外壁上均包裹有無(wú)機(jī)絕緣材料，所述的無(wú)機(jī)絕緣材料為石棉或硅藻土。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的真空熱水鍋爐，其特征在于:所述的蒸汽發(fā)生單元(I)與每個(gè)蒸汽冷凝單元(2)之間均設(shè)有多根蒸汽管道(3)和多根冷凝回水管道(4)。
【文檔編號(hào)】F24H7/02GK203731683SQ201420126377
【公開(kāi)日】2014年7月23日 申請(qǐng)日期:2014年3月20日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月20日
【發(fā)明者】李建新, 丁亞琪, 王永川, 胡長(zhǎng)興, 吳勇平, 鄭皎 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)寧波理工學(xué)院