[發(fā)明專利]流動(dòng)控制強(qiáng)化換熱蒸汽蓄熱器

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110317525.4
• 申請(qǐng)日: 2011-10-19
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102305565A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-01-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王小華;陳文兵
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 路生吉
• 主分類號(hào): F28D20/00
• 分類號(hào): F28D20/00
• 代理公司: 濟(jì)南日新專利代理事務(wù)所 37224
• 代理人: 王書(shū)剛

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種利用流動(dòng)控制技術(shù)強(qiáng)化換熱的蒸汽蓄熱器，屬于蒸汽蓄熱器技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

蒸汽蓄熱器作為一種較為新型的節(jié)能產(chǎn)品，是以水為載熱體間接儲(chǔ)蓄蒸汽的壓力容器，其最初的出發(fā)點(diǎn)是針對(duì)鍋爐在多變工況條件下運(yùn)行時(shí)，均衡鍋爐出力恒定與供汽負(fù)荷瞬時(shí)波動(dòng)之間的矛盾。可確保鍋爐在經(jīng)濟(jì)負(fù)荷下運(yùn)行，并保持供汽壓力穩(wěn)定。將蒸汽蓄熱器并入鍋爐供汽系統(tǒng)后，即成為鍋爐與用汽部門(mén)之間的熱平衡庫(kù)。蒸汽蓄熱器以水為介質(zhì)儲(chǔ)蓄熱能，當(dāng)鍋爐供汽能力高于生產(chǎn)用汽負(fù)荷時(shí)，可把多余的蒸汽以高壓水的形式自動(dòng)儲(chǔ)蓄在蓄熱器內(nèi)，當(dāng)用汽負(fù)荷大于鍋爐供汽能力時(shí)，蓄熱器能自動(dòng)送汽補(bǔ)充鍋爐供汽的不足，從而能保持對(duì)用汽設(shè)備均衡供汽，而鍋爐也可處于穩(wěn)定工況下運(yùn)行。實(shí)踐表明，鍋爐在低負(fù)荷、超負(fù)荷或是在急劇的變負(fù)荷的工況下運(yùn)行，都會(huì)大大地降低其熱效率，只有鍋爐在額定蒸發(fā)量的工況附近穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)效率才能達(dá)到最高。采用蓄熱器是保證鍋爐穩(wěn)定運(yùn)行、增大鍋爐供汽能力、節(jié)省固定投資、節(jié)省鍋爐燃料消耗的最佳方法之一。

目前，蒸汽蓄熱器已廣泛應(yīng)用于石油、冶金、化工、電力和食品加工等行業(yè)，另一個(gè)具有較大應(yīng)用空間的領(lǐng)域是——余熱回收領(lǐng)域。對(duì)于很多工業(yè)流程而言，所產(chǎn)生的廢蒸汽，直接排放是對(duì)能源的極度浪費(fèi)，回用卻又由于諸多因素受到限制。如因可持續(xù)性發(fā)展及城市發(fā)展的要求和需求，工業(yè)企業(yè)都距離熱用戶有相當(dāng)?shù)木嚯x，或者說(shuō)直接將工業(yè)的余熱民用化，需要面臨投資巨大、管網(wǎng)二次損失大和易受工藝流程波動(dòng)制約影響而熱品質(zhì)難以恒定等諸多問(wèn)題；如果將廢蒸汽回用于生產(chǎn)，如通過(guò)透平膨脹制動(dòng)或者用于發(fā)電，一方面需要大量投資，另一方面是蒸汽的品質(zhì)受到主體工藝流程波動(dòng)的影響，導(dǎo)致對(duì)應(yīng)的回用流程效率低下，有悖于廢蒸汽回用的初衷。而具有可移動(dòng)性的蒸汽蓄熱器，可按照廢蒸汽的強(qiáng)度，有選擇性的按照相應(yīng)的量，存儲(chǔ)并通過(guò)相應(yīng)的移動(dòng)設(shè)備，直接作為民用流程的熱源，得到有效回用。

無(wú)論哪種形式的應(yīng)用，對(duì)于蒸汽蓄熱器而言，如何提高蓄熱效率，都是其應(yīng)用和改進(jìn)的關(guān)鍵所在。提高蓄熱效率的一個(gè)重要方面在于，如何在蒸汽輸入過(guò)程中，在蓄熱器內(nèi)部形成高效換熱機(jī)制，或者說(shuō)，如何使輸入的蒸汽能快速完成對(duì)整個(gè)蓄熱器內(nèi)水體的均勻加熱，是提高蒸汽蓄熱器效率的重要因素。

蒸汽蓄熱，從其基本特征來(lái)分析，是典型的流動(dòng)與傳熱相互耦合的問(wèn)題，其間還存在兩次復(fù)雜相變的過(guò)程，而正是這兩重特征的共存，導(dǎo)致蒸汽蓄熱問(wèn)題研究難度的激增。但是對(duì)于蒸汽蓄熱器而言，更重要的是應(yīng)用效率的提高。那么自然而然，如何通過(guò)流動(dòng)環(huán)境的組織和優(yōu)化，達(dá)到提高蓄熱過(guò)程傳熱和傳質(zhì)效率的問(wèn)題，必然是提高蒸汽蓄熱效率的根本所在。這一點(diǎn)在現(xiàn)有的蒸汽蓄熱器的改進(jìn)研究中，還未受到足夠的重視。也有研究通過(guò)改進(jìn)蒸汽換熱器循環(huán)桶形式，來(lái)提高傳熱效率的研究，?如中國(guó)專利文獻(xiàn)?CN201387002公開(kāi)的《蒸汽蓄熱器》和CN2056236公開(kāi)的《蒸汽蓄熱器循環(huán)筒》，但是實(shí)際應(yīng)用效果并不理想。對(duì)于蒸汽換熱器而言，需要同時(shí)考慮蓄熱和放熱兩個(gè)方面的問(wèn)題，但蓄熱是整個(gè)問(wèn)題的根本所在，如何將通入蒸汽的熱，能夠快速均勻地傳遞給全場(chǎng)，使水得到快速加熱，成為整個(gè)問(wèn)題的根本所在。

作為典型的流動(dòng)問(wèn)題，對(duì)于蓄熱過(guò)程而言，提高整場(chǎng)傳熱傳質(zhì)效率的關(guān)鍵在于相應(yīng)流動(dòng)的合理組織和控制。現(xiàn)有的蒸汽蓄熱裝置，在本質(zhì)上來(lái)說(shuō)，是考慮了這一方面問(wèn)題的，其表現(xiàn)在于通過(guò)噴嘴和循環(huán)套筒的組合，將從噴嘴噴射出的蒸汽，作為動(dòng)力，并通過(guò)相應(yīng)幾何形狀的套筒，在蓄熱器內(nèi)形成具有內(nèi)循環(huán)特征的流動(dòng)環(huán)境，來(lái)提高蒸汽對(duì)蓄熱器內(nèi)水的加熱效率。噴射入蓄熱器內(nèi)的蒸汽，在相應(yīng)的流動(dòng)結(jié)構(gòu)控制下，并不是簡(jiǎn)單的從底部直接流向上部，而是通過(guò)循環(huán)流動(dòng)，加強(qiáng)了與水的相互作用，同時(shí)循環(huán)流動(dòng)大尺度渦旋的存在，強(qiáng)化了整個(gè)裝置的傳熱傳質(zhì)效率。流動(dòng)的動(dòng)力只是來(lái)源于噴射而入的蒸汽，無(wú)其它外加動(dòng)力，但通過(guò)上述的流動(dòng)控制，整個(gè)蓄熱過(guò)程熱、質(zhì)交換效率得到大幅度提高，這正是流動(dòng)控制在蓄熱強(qiáng)化中最直接的體現(xiàn)。