CN100430666C - 多用途直流管屏式热载体锅炉 - Google Patents

Abstract

一种多用途直流管屏式热载体锅炉，能够实现热载体的强制湍流流动、循环、流速控制和对放热管件的横向冲刷及多用途化，传热系数和传热面积显著提高，极大改善了传热工况，有效避免了热载体过热、裂解、积碳、结焦和电热元件表面负荷过载而熔断，同时方便了锅炉的清洗和维护。锅炉呈圆筒体，由管屏筒、隔板、管板和筒体构成了螺旋流道，各流道可串联也可并联。热载体在流道内作强制流动接受管内热源的辐射放热和对流换热。本锅炉可承压，可立式也可卧式，特别适于用作电阻式间接加热型有机热载体炉，也可用作直流热水、蒸汽锅炉，也可用于燃油(气)锅炉，还可用作省煤器、空气预热器和换热器。

Description

多用途直流管屏式热载体锅炉

技术领域

本发明属一种热能转换的锅炉装置，尤其涉及能实现强制直流流动和横向冲刷加热管的热载体锅炉。

背景技术

目前，公知的电阻式有机热载体锅炉采用锅壳式本体结构，属容积式锅炉。该结构其体内的有机热载体的流动基本上是自然循环，流速极低、得不到有效循环，加热管外壁边界层油膜受热后无法快速冷却，油膜工作状态很差，再加上有机热载体(导热油)的冷却能力远低于水，所以很容易引起热载体过热、裂解以及在加热管外壁积碳、结焦。由此导致导热油变质报废，电热元件得不到应有的冷却使负荷过载而熔断，严重时还会引起套管暴裂而引发大火。此外这种锅炉的套管布置方式与锅壳式燃油(气)锅炉的烟管的布置方式几乎一样，为正三角排列，一旦出现积碳、结焦极难进行清洗。

发明内容

为了克服现有的锅壳式有机热载体锅炉的有机热载体流速过低、加热管得不到可靠冷却、热载体易积碳结焦的不足，本发明提供一种直流管屏式热载体锅炉。该锅炉采用管屏与多层平环状隔板构成螺旋状直流流道，不但实现了热载体的强制流动循环和流速的有效控制以及热载体对传热管的横向冲刷，而且较大地扩展了传热面积，从而有效避免了前述缺陷的发生，还实现了多用途化。

本发明是采用以下方案实现的：

一种多用途直流管屏式热载体锅炉，其特征在于，所述的锅炉包括圆柱形的内筒体2、外筒体5及位于内、外筒体间的至少一层管屏，每层管屏由与筒体轴向平行的套管3以及连接相邻两套管3的鳍片6焊接围成圆筒状管屏，在大于3/4管屏横截面上，套管3均匀分布排列，在小于1/4管屏横截面上不设置套管3，不设置套管处的鳍片6称为环形立板8；将电热管1套装于每根套管3内，套管3的两端分别用环形的上管板4a和下管板4b固定，内筒体2和外筒体5将上下管板相连接；在上、下管板之间，沿管屏轴向垂直设置多层平环隔板9，每层平环隔板为大于3/4管屏横截面的扇形板，沿弧形立板8的弧长为平环隔板9的缺口，将平环隔板9的缺口的一端用小于1/4管屏横截面的扇形连接板7依次与相邻的一层平环隔板9的另一端相连接，最上层和最下层的平环隔板9的缺口端，通过扇形连接板7分别与上、下管板相连，从而由管屏与内外筒体、管屏与管屏、以及管屏、筒体与平环隔板和上下管板形成由内至外、沿管屏轴向螺旋环绕的连续流道；在下管板4b位于内筒体2和最内层管屏之间的部位，设置一热载体进口11，在外筒体5上设置一热载体出口12，由内至外按热载体流动方向，在每层流道终端处的弧形立板上开设一热载体通孔10，使热载体从内侧流道流入外侧流道。

上述设置在外筒体5上的热载体出口12，其位置在外筒体5与相邻管屏所构成流道的热载体流动方向的终端处。

上述扇形连接板7为螺旋状的扇形连接板。

本体采用管屏结构。与现有燃煤锅炉水冷壁管屏不同，本管屏围成筒状。根据热功率需要可以布置多个这样的管屏筒体，两管端用环形管板固定，管内放置电热棒作为热源。根据热载体流速、流量要求沿管屏轴向布置多层平环状隔板，(套管贯穿每层平环隔板)，管屏最内侧与最外侧用板筒体将两端管板连接起来。这样由管屏与管屏(或板筒体)与隔板(或管板)围成了与管屏轴向垂直的环状流道。平环隔板为大于3/4管屏横截面的扇形环板，隔板缺口处不设置管子，每一隔板缺口两端用小于1/4管屏横截面的扇形板(最好是螺旋板)与相邻的隔板首尾两两相连，从而沿管屏轴向形成了若干连续流道。热载体由里向外流动(流阻比由外向里流动要小)，在每个流道终端管屏的弧形立板上开孔，所有流道就形成一个串联流道。也可根据需要设计为并联式，并联时，上、下管板位于各流道之间处均分别开热载体入口和热载体出口，并分别用联箱(管)将其集合为整体(为避免由进出口热载体温度差致使电热元件表面负荷不均，可在锅炉管路***设置阀门转换控制装置，定期使进、出口互换角色)。由此实现了热载体在流道内作与管屏垂直的符合国标GB/T17410所规定的流速的直流流动，连续横向冲刷着管屏，接受热源的辐射放热和对流换热。

本发明特别适合于用作电阻间接加热式有机热载体炉，也可用于以水为工质的热水、蒸汽锅炉。水作热载体时，本装置就是直流热水锅炉，而且只要加装汽水分离器即可作蒸汽锅炉。本装置还可采用油、气加热，这时内筒体就是炉膛(燃烧室)，加热管就是对流烟管，既可是中心回燃式，也可是二、三回程式。本装置还可用作省煤器、空气预热器。若热源不是火焰或电加热，本装置就成为换热器了，只不过这种换热器形似管壳式换热器，实质上是一种管管强制对流换热器。有益效果

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1、由Q＝KAΔt知对流换热量Q的大小取决于传热系数K、传热推动力Δt和传热面积A。这里Δt基本上是一个定值；由于横向冲刷和变截面流动以及较高的流速，热载体的流动为充分湍流流动，K为纵向冲刷流动时的两倍；由于加热套管之间由鳍片连接成为管屏以及平环隔板与管屏的连接使传热面积有较大扩展。于是较大地提高了传热量，从而使电热元件、套管得以快速冷却，传热工况极大改善，也就有效地避免了有机热载体的过热、裂解、积碳、结焦和电热元件表面负荷过载而熔断。

2、可通过增减平环隔板的数量调整隔板的间距来控制流体介质的流量与流速。

3、由于横向冲刷和变截面强制直流流动，也极大地方便了锅炉的清洗和维护。

4、该锅炉为筒状结构，可承压使用，对抽吸式和注入式***均适用。

5、该锅炉可立式或卧式放置，以立式为佳。

6、该锅炉可根据热功率需要增减管屏的数量和长度，也可分别从单头或两头加装电热管。

7、该锅炉各流道可串联也可并联。

8、为避免由进出口热载体温度差致使电热元件表面负荷不均，可在锅炉管路***设置阀门转换控制装置，定期使进、出口互相转换。

9、多用途：本发明除了可用作电阻间接加热式有机热载体炉外，也可用于以水为工质的热水、蒸汽锅炉，还可用作省煤器、空气预热器；若管内不采用火焰或电加热而是流体介质，本装置就可用作换热器。

附图说明

图1是多用途直流管屏式热载体锅炉的结构示意图。

图2是多用途直流管屏式热载体锅炉的D-D剖面示意图。

图中1.电热管，2.内筒体，3.套管，4a.上管板，4b.下管板，5.外筒体，6.鳍片，7.扇形连接板，8.弧形立板，9.平环隔板，10.热载体通孔(热载体从内侧流道进入外侧流道)，11.热载体进口，12.热载体出口。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步的说明。

参照附图1、2，锅炉本体外形呈圆柱体，形似锅壳锅炉，但实质属管式直流锅炉。本体采用管屏结构，管屏由套管3和鳍片6在锅炉制造过程中焊接而成。两管端用环形管板4固定，管内放置电热管(棒)1作为热源。两管板4a和4b内外圈分别用内筒体2、外筒体5连接起来，根据热载体流速、流量要求，沿管屏轴向布置多层平环状隔板9，并用扇形连接板7依次将平环隔板9相邻层两端首尾相接。于是由管屏、内筒体2、外筒体5、平环隔板9与管板4围成了与管屏轴向垂直的若干连续螺旋环状流道。管屏数不同，流道数量也不同。本实施例分别由内筒体2与内管屏、内管屏与外管屏、外管屏与外筒体5构成内中外三个流道。根据需要可将这些流道设计成串联或并联式。本实施例为串联式，热载体由位于下管板上的热载体进口11进入第一流道(内侧流道)，在该流道作逆时针螺旋上升流动，接受电热棒1的辐射与对流放热，流至最顶层，该层终端弧形立板8上开一热载体通孔10使第一与第二流道连通，热载体经此孔10流入第二流道(中间流道)，在该流道作顺时针螺旋下降流动，受热后流至最下层，同样在该层终端弧形立板8上也开一热载体通孔10使第二与第三流道连通，热载体经此热载体通孔10流入第三流道(外侧流道)，在该流道作逆时针螺旋上升流动，受热后流至最上层，完成了整个换热过程后经外筒体上的热载体出口12流出炉外。该炉可承压。

本装置还可作如下用途：

参照附图1、2，内筒体2作为燃烧室，即炉胆；套管3不加装电热棒而是作为二(或三)回程的烟管。热载体从热载体进口11进入，作强制直流流动，从热载体出口12流出。燃烧火焰经炉胆(内筒体2)的辐射放热后转入烟管(套管3)，烟气经烟管的二(或三)回程的对流换热后而排出炉外。由此，本装置可作为燃油(气)热水、蒸汽及有机热载体锅炉的本体

参照附图1、2，当本装置安装于锅炉尾部时，锅炉的烟气为加热介质，锅炉给水、燃烧用空气为被加热介质。烟气经内筒体2和烟管(套管3)的单回程或二回程传热给直流流道内的给水或空气，实现加热给水或预热空气的作用。此时本装置用作省煤器或空气预热器。

参照附图1、2，当套管3内不装电热棒而通入热载体A，套管3的两端口作为热载体A的进口和出口。热载体B从热载体进口11进入，在螺旋流道里作强制直流流动，从热载体出口12流出。而热载体A可以在内筒体2和烟管(套管3)内作单回程或二回程流动，实现两热载体的换热。此时，本装置用作换热器。

实施例

参照附图1、2，套管3内加装电热棒1作为热源，热载体也即有机热载体从热载体进口11进入，依次在内、中、外螺旋流道里作强制变截面横向冲刷串联直流湍流流动，接受电热棒1的辐射放热和对流换热，从热载体出口12流出，流向热用户。由于有机热载体对套管3作高速变截面横向冲刷湍流流动成倍提高了传热系数，以及鳍片6、平环隔板9与套管3的连接较大地扩展了传热面，较大地提高了传热效率，从而使电热棒1、套管3得以快速冷却，传热工况极大改善，也就有效地避免了有机热载体的过热、裂解、积碳、结焦和电热元件表面负荷过载而熔断，而且强制直流流动还方便了锅炉的清洗。

Claims (3)

1、一种多用途直流管屏式热载体锅炉，其特征在于，所述的锅炉包括圆柱形的内筒体(2)、外筒体(5)及位于内、外筒体间的至少两层管屏，每层管屏由与筒体轴向平行的套管(3)以及连接相邻两套管(3)的鳍片(6)焊接围成圆筒状管屏，在大于3/4管屏横截面上，套管(3)均匀分布排列，在小于1/4管屏横截面上不设置套管(3)，不设置套管处的鳍片(6)称为弧形立板(8)；将电热管(1)套装于每根套管(3)内，套管(3)的两端分别用环形的上管板(4a)和下管板(4b)固定，内筒体(2)和外筒体(5)将上下管板相连接；在上、下管板之间，沿管屏轴向垂直设置多层平环隔板(9)，每层平环隔板为大于3/4管屏横截面的扇形板，沿弧形立板(8)的弧长为平环隔板(9)的缺口，将平环隔板(9)的缺口的一端用小于1/4管屏横截面的扇形连接板(7)依次与相邻的一层平环隔板(9)的另一端相连接，最上层和最下层的平环隔板(9)的缺口端，通过扇形连接板(7)分别与上、下管板相连，从而由管屏与内外筒体、管屏与管屏、以及管屏、筒体与平环隔板和上下管板形成由内至外、沿管屏轴向螺旋环绕的连续流道；在下管板(4b)位于内筒体(2)和最内层管屏之间的部位，设置一热载体进口(11)，在外筒体(5)上设置一热载体出口(12)，由内至外按热载体流动方向，在每层流道终端处的弧形立板上开设一热载体通孔(10)。

2、如权利要求1所述的多用途直流管屏式热载体锅炉，其特征在于，所述的设置在外筒体(5)上的热载体出口(12)，其位置在外筒体(5)与相邻管屏所构成流道的热载体流动方向的终端处。

3、如权利要求1所述的多用途直流管屏式热载体锅炉，其特征在于，所述的扇形连接板(7)为螺旋状的扇形连接板。

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