CN103884100A - 真空热水锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种真空热水锅炉，包括至少一个蒸汽发生单元和蒸汽冷凝单元；蒸汽发生单元的炉膛和烟管设于真空锅内；烟管与炉膛相连通；真空锅内设有热媒水；每个蒸汽冷凝单元的蒸汽冷凝换热管束设于壳体内且蒸汽冷凝换热管束的一端与被加热冷水的进水管相连通，蒸汽冷凝换热管束的另一端与被加热冷水的出水管相连通；蒸汽发生单元与每个蒸汽冷凝单元之间分别通过蒸汽管道相连通；每个蒸汽冷凝单元与蒸汽发生单元之间分别通过冷凝回水管道相连接。该真空热水锅炉能减弱管束效应、能增大蒸汽干度且能实现更灵活、更有效的多效换热。

Description

真空热水锅炉

技术领域

本发明涉及锅炉技术领域，更确切地说涉及一种真空热水锅炉。

背景技术

真空热水锅炉就是内部密闭腔通过真空抽气后形成一个真空腔，燃烧使热媒水在真空腔中沸腾汽化产生负压水蒸气，蒸汽在换热管外凝结，将管内冷水加热升温并通至用户，水蒸气凝结后形成水滴流回热媒水，重新被加热汽化，如此完成整个循环。

真空热水锅炉分为蒸发和冷凝两个单元。目前市场上的真空热水锅炉的蒸发单元和冷凝单元是一体式结构，即蒸发单元和冷凝单元在一个真空腔内。换热管束完全裸露地布置在锅炉内的汽空间中。燃烧室和烟管浸没在液体热媒中加热热媒，热媒沸腾蒸发的蒸汽在浮力的作用下上升至换热管束，在管束外凝结成液体，液体又在自身重力的作用下滴落回到液体空间。这种结构的真空热水锅炉虽然结构紧凑，但存在以下缺陷：

1、管外冷凝的管壳式换热器中通常都有很强的管束效应，即上层管子冷凝的液体在重力的作用下会脱离原本附着的表面，滴落到下层管子的表面，在下层管子的表面形成一道液膜，而液膜的存在增大了下层管子换热过程中的热阻。此种管束效应使传热过程恶化，直接造成出水温度不稳定，从而影响用户的正常使用。同时降低换热系数，使单位面积的换热量降低，要达到单位时间内所要求的换热量，就必须采用更多的管子，而管束的增加又会加重管束之间的负面影响。目前的一体式真空热水锅炉的管束效应更加严重，即真空热水锅炉内的热媒在受热沸腾蒸发为蒸汽时向上运动，具有向上的浮力，冷凝的液体在重力的作用下向下滴落，这两种情况在锅炉内部同时发生，且没有明显的分界面。蒸汽对管外凝结水的浮力抵消了一部分重力，阻碍了液体及时从管子表面排出，下落的液体也阻碍了蒸汽上升，造成部分中间的管子没有参与换热，浪费了大量的换热面积，也使部分管子中的 被加热冷水没有加热到需要的温度，导致被加热水的出水温度波动很大。只有当上层管子没有参加换热时，冷凝的液体减少，蒸汽才能正常扩散到上层以及中间的换热管周边，与这些未参与换热的换热管束进行换热，当换热充分，冷凝的液体增多时，蒸汽通道再次被阻塞，开始了新一轮的循环。因此，传热过程总是忽强忽弱，循环冷水的出水温度也会波动不定。

2、这种传热强度的不稳定也会导致锅炉内部压力的强烈波动。真空锅炉在运行时，由于锅内被抽真空，热媒需要蒸发一部分蒸汽维持蒸发压力才能产生特定温度下的蒸汽。因此，真空热水锅炉内部汽空间的蒸汽一部分用来对换热管束放热冷凝成液体，一部分要用来维持真空锅炉内的压力。为了获取特定温度的蒸汽，锅内需要维持压力的稳定，冷凝掉的气体需要及时补充进来才能维持压力的平衡。研究表明，真空空间内同时存在的沸腾与冷凝之间产生了很大的影响，导致原本单纯的冷凝和沸腾变得更加复杂。换热的强弱对压力波动有直接影响。而真空热水锅炉内部由于存在强烈的管束效应，使传热过程忽强忽弱，导致了内部压力的持续波动。压力的波动又会反过来影响饱和蒸汽的蒸发温度。蒸发温度不稳定，又会加重传热过程的不稳定。目前的一体式真空热水锅炉内，这种特有的持续的压力波动正是让管束效应表现更强烈的原因。由于压力的不稳定，现有结构真空热水锅炉中很大比例的蒸汽都是非饱和蒸汽，蒸汽中含有很多液滴，这些液滴会交杂在蒸汽中附着到换热管表面时，不仅不能与换热管发生相变换热，而且会增加液膜的厚度，增大换热热阻。蒸汽的干度的不确定也是导致换热过程不稳定的一个因素。  

3、为实现多效换热，市场上出现了多效真空热水锅炉，即在真空锅炉内的汽空间增加换热器的管束，然后将不同部分管束的水引出作为不同的用处，但是目前的一体式真空热水锅炉的这些管束都设置在同一个汽空间内。这种多效换热真空热水锅炉灵活性较差，往往受到汽空间体积大小的限制而无法实现更多效的换热。而且在同一个空间内增设管束会影响整体的换热效果。

发明内容

    本发明要解决的技术问题是，提供一种能减弱管束效应、能增大蒸汽干度且能实现更灵活、更有效的多效换热的真空热水锅炉。

    本发明的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的真空热水锅炉，包括蒸汽发生单元和蒸汽冷凝单元；所述的蒸汽冷凝单元为至少一个；所述的蒸汽发生单元包括封闭的真空锅、炉膛及烟管；所述的炉膛和烟管设于所述的真空锅内；所述的烟管与炉膛相连通；所述的真空锅内设有热媒水；每个蒸汽冷凝单元均包括壳体和蒸汽冷凝换热管束，所述的蒸汽冷凝换热管束设于所述的壳体内且所述的蒸汽冷凝换热管束的一端与被加热冷水的进水管相连通，所述的蒸汽冷凝换热管束的另一端与被加热冷水的出水管相连通；所述的蒸汽发生单元与每个蒸汽冷凝单元之间分别通过蒸汽管道相连通，每个蒸汽管道的入口均连接在所述的真空锅的上侧，每个蒸汽管道的出口一一对应地连接在每个壳体的上侧；每个蒸汽冷凝单元与所述的蒸汽发生单元之间分别通过冷凝回水管道相连接，每个冷凝回水管道的入口均连接在所述的壳体的下侧，每个冷凝回水管道的出口均连接在所述的真空锅的下侧。

采用以上结构后，本发明的真空热水锅炉，与现有技术相比，具有以下优点：

由于本发明的真空热水锅炉将蒸汽发生单元和蒸汽冷凝单元分成两个独立的单元，蒸汽发生单元和蒸汽冷凝单元之间通过蒸汽管道和冷凝回水管道进行连接，使蒸汽发生单元产生的蒸汽通过蒸汽管道达到蒸汽冷凝单元，蒸汽冷凝单元中产生的液态热媒水再通过冷凝回水管道到达蒸汽发生单元中，如此循环的过程具有以下优点：本发明是在真空热水锅炉原理的基础上，彻底改变了已有真空热水锅炉的结构，不仅可以利用原本的真空热水相变高效换热的原理，而且改变了现有锅炉中蒸汽通道和冷凝回水通道混为一体的情况，使得热媒水的沸腾过程和冷凝过程发生在不同的单元中，让原本从下往上冲刷的蒸汽改为从上往下冲刷，使冷凝液下降和蒸汽上升不会再互相阻碍，可减弱蒸汽冷凝单元中的管束效应。蒸汽通过蒸汽管道由蒸汽发生单元进入蒸汽冷凝单元，此过程存在流动阻力，蒸汽冷凝单元的压力通常要稍低于蒸汽发生单元，由于存在这种压差，当蒸汽由蒸汽发生单元进入蒸汽冷凝单元时，压力逐渐降低，原本未饱和的蒸汽经过绝热膨胀后可增大蒸汽的干度，提高了冷凝蒸汽的质量。综上所述，本发明的真空热水锅炉可提高真空热水锅炉的换热系数；改善真空热水锅炉出水温度不稳定的情况；同时还可实现多个蒸汽冷凝单元与蒸汽发生单元并联，多个蒸汽冷凝单元之间互相不受影响，实现更灵活、更有效的多效换热。

作为本发明的一种改进，每个蒸汽冷凝单元的壳体纵向高度均高于所述的蒸汽发生单元的真空锅的纵向高度。采用此种结构后，蒸汽冷凝单元的安装位置高于蒸汽发生单元中热媒水的液面，这样在虹吸原理和重力的作用下，热媒水会自发回流至蒸汽发生单元，不需要额外安装泵，降低成本，使真空热水锅炉结构更加简单。

作为本发明的另一种改进，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无机绝缘材料，所述的无机绝缘材料为石棉或硅藻土。采用此种结构后，使热媒水在***的循环过程中，降低热量的损失。

作为本发明的还有一种改进，所述的蒸汽发生单元与每个蒸汽冷凝单元之间均设有多根蒸汽管道和多根冷凝回水管道。采用此种结构后，可提高本发明的真空热水锅炉的工作效率。

附图说明

图1是本发明的真空热水锅炉的结构示意图。

图2是本发明的真空热水锅炉的蒸汽发生单元的结构示意图。

图3是图2中A方向的结构示意图。

图4是本发明的真空热水锅炉的蒸汽冷凝单元的结构示意图。

图5是图4中B-B方向的剖视结构示意图。

图6是本发明的真空热水锅炉的使用状态结构示意图。

图中所示：1、蒸汽发生单元，1.1、真空锅，1.2、炉膛，1.3、烟管，1.4、热媒水，2、蒸汽冷凝单元，2.1、壳体，2.2、蒸汽冷凝换热管束，3、蒸汽管道，4、冷凝回水管道，5、烟气出口，6、进水管，7、出水管，8、压力传感器，9、真空泵，10、温控装置，11、燃烧器。

具体实施方式  

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。

请一并参阅图1、图2、图3、图4、图5及图6所示。

本发明的真空热水锅炉包括蒸汽发生单元1和蒸汽冷凝单元2。所述的蒸汽发生单元1为至少一个，本具体实施例中，所述的蒸汽发生单元1设有两个。所述的蒸汽发生单元1与每个蒸汽冷凝单元2之间分别通过蒸汽管道3相连接；每个蒸汽冷凝单元2与所述的蒸汽发生单元1之间分别通过冷凝回水管道4相连接。

所述的蒸汽发生单元1包括封闭的真空锅1.1、炉膛1.2及烟管1.3。所述的炉膛1.2和烟管1.3设于所述的真空锅1.1内。所述的烟管1.3和炉膛1.2相连通。所述的真空锅1.1内设有热媒水1.4。所述的炉膛1.2与燃烧器11相连接。所述的烟管1.3为多根，该多根烟管1.3的一端均与炉膛1.2相连通，该多根烟管1.3的另一端均与烟气出口5相连通。每根烟管1.3的管道均与炉膛1.2内腔和烟气出口5内腔相连通。所述的烟管1.3和炉膛1.2完全浸没在热媒水1.4中，热媒水1.4可从烟管1.3外壁和炉膛1.2外壁上吸收热量而沸腾形成蒸汽。

每个蒸汽冷凝单元2均包括壳体2.1和蒸汽冷凝换热管束2.2。所述的蒸汽冷凝换热管束2.2设于所述的壳体2.1内，所述的蒸汽冷凝换热管束2.2的一端与被加热冷水的进水管6相连通，所述的蒸汽冷凝换热管束2.2的另一端与被加热冷水的出水管7相连通。所述的蒸汽冷凝换热管束2.2包括多根换热管，多根换热管将进水管6中的被加热冷水分成多条水路，每根换热管在壳体2.1内均可与壳体内的蒸汽发生热交换，这样可增大换热面积，使被加热冷水可以充分地吸收蒸汽冷凝过程中放出的热量。

每个蒸汽管道3的入口均连接在所述的真空锅1.1的上侧，即蒸汽管道3的入口位于所述的真空锅1.1内的热媒水1.4的上方。每个蒸汽管道3的出口一一对应地连接在每个壳体2.1的上侧，即蒸汽管道3的出口位于所述的壳体2.1内的蒸汽冷凝换热管束2.2的上方。每个冷凝回水管道4的入口均连接在所述的壳体2.1的下侧，本具体实施例中，每个冷凝回水管道4的入口均连接在所述的壳体2.1的底部。每个冷凝回水管道4的出口均连接在所述的真空锅1.1的下侧。所述的蒸汽管道3的外壁上和所述的冷凝回水管道4的外壁上均包裹有无机绝缘材料，所述的无机绝缘材料为石棉或硅藻土。所述的蒸汽发生单元1与每个蒸汽冷凝单元2之间也可以设置多根蒸汽管道3和多根冷凝回水管道4。

每个蒸汽冷凝单元2的壳体2.1纵向高度均高于所述的蒸汽发生单元1的真空锅1.1的纵向高度，即在纵向上，每个蒸汽冷凝单元2的壳体2.1的安装位置高于所述的蒸汽发生单元1的真空锅1.1的安装位置。这样在虹吸原理和重力的作用下，热媒水1.4会自发回流至蒸汽发生单元1，不需要额外安装泵。如果在冷凝回水通道4安装泵，冷凝液可在泵的作用下回到蒸汽发生单元1，这样蒸汽发生单元1和蒸汽冷凝单元2的安装位置则不受限制。

蒸汽冷凝单元2上安装有抽真空装置，所述的抽真空装置包括压力传感器8和真空泵9。所述的压力传感器8测量所述的壳体2.1内的压力，真空泵9通过压力传感器8测得的压力信号来执行抽真空或者泄压的功能，起到过压保护以及维持压力稳定的作用。所述的燃烧器连接有多重温度保护装置，当出水温度过高时可通过温控装置10及时停止燃烧器11工作，当炉膛温度过高时可通过温控装置10及时停止燃烧器11工作。

本发明的真空热水锅炉的工作过程如下：燃烧器11燃烧将热量释放在炉膛1.2中，经过烟管1.3排出烟气。封闭的真空锅1.1内的热媒水1.4吸收炉膛1.2和烟管1.3外壁的热量沸腾蒸发为蒸汽。蒸汽经过蒸汽管道3进入蒸汽冷凝单元2的壳体2.1内，并与壳体2.1内的蒸汽冷凝换热管束2.2进行冷凝换热。蒸汽冷凝将热量释放给蒸汽冷凝换热管束2.2中的冷水，冷凝下的液体会沉到壳体2.1的最下层，通过冷凝回水管道4流回到蒸汽发生单元1中，以此循环换热。

Claims (4)

1.一种真空热水锅炉，包括蒸汽发生单元（1）和蒸汽冷凝单元（2）；所述的蒸汽冷凝单元（2）为至少一个；其特征在于：所述的蒸汽发生单元（1）包括封闭的真空锅（1.1）、炉膛（1.2）及烟管（1.3）；所述的炉膛（1.2）和烟管（1.3）设于所述的真空锅（1.1）内；所述的烟管（1.3）与炉膛（1.2）相连通；所述的真空锅（1.1）内设有热媒水（1.4）；每个蒸汽冷凝单元（2）均包括壳体（2.1）和蒸汽冷凝换热管束（2.2），所述的蒸汽冷凝换热管束（2.2）设于所述的壳体（2.1）内且所述的蒸汽冷凝换热管束（2.2）的一端与被加热冷水的进水管（6）相连通，所述的蒸汽冷凝换热管束（2.2）的另一端与被加热冷水的出水管（7）相连通；所述的蒸汽发生单元（1）与每个蒸汽冷凝单元（2）之间分别通过蒸汽管道（3）相连通，每个蒸汽管道（3）的入口均连接在所述的真空锅（1.1）的上侧，每个蒸汽管道（3）的出口一一对应地连接在每个壳体（2.1）的上侧；每个蒸汽冷凝单元（2）与所述的蒸汽发生单元（1）之间分别通过冷凝回水管道（4）相连接，每个冷凝回水管道（4）的入口均连接在所述的壳体（2.1）的下侧，每个冷凝回水管道（4）的出口均连接在所述的真空锅（1.1）的下侧。

2.根据权利要求1所述的真空热水锅炉，其特征在于：每个蒸汽冷凝单元（2）的壳体（2.1）纵向高度均高于所述的蒸汽发生单元（1）的真空锅（1.1）的纵向高度。

3.根据权利要求1或2所述的真空热水锅炉，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）的外壁上均包裹有无机绝缘材料，所述的无机绝缘材料为石棉或硅藻土。

4.根据权利要求1所述的真空热水锅炉，其特征在于：所述的蒸汽发生单元（1）与每个蒸汽冷凝单元（2）之间均设有多根蒸汽管道（3）和多根冷凝回水管道（4）。

Images