[實(shí)用新型]一種膜式蒸汽發(fā)生管

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201720235822.7
• 申請(qǐng)日: 2017-03-10
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN206656337U
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-11-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 高峰
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 高峰
• 主分類(lèi)號(hào): F22B21/00
• 分類(lèi)號(hào): F22B21/00;F22B37/12;F22B37/10
• 代理公司: 北京中濟(jì)緯天專(zhuān)利代理有限公司11429
• 代理人: 趙海波

技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型涉及蒸汽發(fā)生設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種膜式蒸汽發(fā)生管。

背景技術(shù)

能源在國(guó)民經(jīng)濟(jì)生活中具有重要地位，各行各業(yè)都離不開(kāi)能源。工業(yè)用水蒸汽（一下簡(jiǎn)稱(chēng)為蒸汽）是一種主要的能源載體（熱能、勢(shì)能、動(dòng)能）；由工業(yè)軟水（即鍋爐給水，簡(jiǎn)稱(chēng)給水）在一定條件下轉(zhuǎn)化成蒸汽；蒸汽生產(chǎn)的設(shè)備主要是工業(yè)鍋爐，由工業(yè)鍋爐將煤炭、燃?xì)狻⑷加突蛏镔|(zhì)等各種燃料由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，將工業(yè)軟水由低溫液態(tài)汽化為高溫高壓蒸汽，為生產(chǎn)設(shè)備、設(shè)施和生活設(shè)施等提供熱能和動(dòng)能（勢(shì)能）；電廠(chǎng)的發(fā)電機(jī)由鍋爐為其蒸汽輪機(jī)提供勢(shì)能熱能，在發(fā)電機(jī)組轉(zhuǎn)化為電能。所以，作為生產(chǎn)蒸汽的工業(yè)鍋爐在工業(yè)生產(chǎn)中具有重要作用。

現(xiàn)有的工業(yè)鍋中爐受熱管中給水的汽化形式主要有鍋筒式沸騰汽化、循環(huán)式沸騰汽化、直流式沸騰汽化（水平型、垂直型、水平垂直混合型）三種形式，如附圖1至6所示的五種情況。附圖1中所示為鍋筒式鍋爐，工質(zhì)（工業(yè)軟水）在鍋筒內(nèi)，由燃油或燃?xì)鉅t在燃燒室燃燒供熱，在燃燒室內(nèi)對(duì)鍋筒輻射加熱，在列管中高溫尾氣對(duì)列管外工質(zhì)對(duì)流加熱；受熱管內(nèi)給水吸收熱能后升溫，當(dāng)溫度超過(guò)其所在壓力下的沸點(diǎn)的時(shí)候，沸騰汽化成蒸汽。附圖2為自然（或強(qiáng)制）循環(huán)式鍋爐，工質(zhì)（工業(yè)軟水）在加熱列管和鍋筒內(nèi)，主要受熱部件為下降受熱管和上升受熱管，在燃燒室內(nèi)受熱管內(nèi)工質(zhì)主要以輻射方式被加熱，其余受熱管內(nèi)工質(zhì)主要以對(duì)流換熱形式被加熱；受熱管內(nèi)給水吸收熱能升溫，當(dāng)溫度超過(guò)其所在壓力下的沸點(diǎn)的時(shí)候，沸騰汽化成蒸汽。 圖1和2所示的兩種鍋爐因都帶有巨大的汽水分離的鍋筒，統(tǒng)稱(chēng)為汽包式鍋爐。附圖3至6中所示分別為水平圍繞管圈式、回帶管圈式和垂直管屛式直流鍋爐，直流鍋爐沒(méi)有用于汽水分離的鍋筒，工業(yè)軟水通過(guò)高壓水泵加壓做功，水在平或垂直受熱管內(nèi)被強(qiáng)制快速推進(jìn)，管外熱源以輻射和對(duì)流形式對(duì)管內(nèi)給水加熱，給水被加熱成高溫高壓熱水；在直流鍋爐出口段，受熱管內(nèi)壓力下降至管內(nèi)工質(zhì)水溫的飽和蒸汽壓，管內(nèi)高溫?zé)崴赃^(guò)熱閃蒸和沸騰形式汽化；汽化后的蒸汽被繼續(xù)加熱成過(guò)熱蒸汽。

無(wú)論鍋式筒式沸騰汽化、循環(huán)式沸騰汽化、直流式沸騰汽化（水平型、垂直型、水平垂直混合型），它們的共同特點(diǎn)：受熱管在注滿(mǎn)給水的情況下受熱，在給水溫度超過(guò)其所在壓力飽和沸點(diǎn)的情況下，再以閃蒸和沸騰形式汽化。汽化出來(lái)的蒸汽被液體包裹著（尤其在汽包式鍋爐受熱管中），其汽液分離界面為受熱管或鍋筒中液相界面橫截面限制（或受熱管蒸發(fā)段有限的蒸發(fā)表面限制），制約著管內(nèi)工質(zhì)汽化速率；在汽包式鍋爐中，隨著傳熱溫差的加大，會(huì)存在第一類(lèi)沸騰惡化，如附圖8所示，當(dāng)受熱管中的水沸騰劇烈到一定程度，水的傳熱被氣膜所阻隔，管壁與給水之間的傳熱急劇下降；附圖7所示的飽和水在水平加熱面上沸騰的典型曲線(xiàn)，給水在汽包式鍋爐內(nèi)汽化情況：在壁溫與工質(zhì)沸點(diǎn)之間溫差約4～40℃時(shí)，為核態(tài)沸騰區(qū)；此區(qū)內(nèi)隨溫差上升工質(zhì)的汽化傳熱速率不斷上升，在約40℃附近傳熱速率達(dá)到一個(gè)高點(diǎn)，水的單位溫差傳熱速率（即傳熱系數(shù)）大約29000W/（m2·℃）。再提高溫差，傳熱進(jìn)入過(guò)渡沸騰區(qū)；此區(qū)內(nèi)給水汽化傳熱速率隨溫差上升反而下降，在溫差上升到200℃附近，汽化傳熱系數(shù)降低到約1000W/（m²·℃）；再提高溫差，傳熱進(jìn)入穩(wěn)定膜態(tài)沸騰區(qū)，傳熱系數(shù)基本維持在此水平。在沒(méi)有沸騰汽化的情況下，水的傳熱系數(shù)僅約為有沸騰汽化情況下的1/5，水蒸汽的傳熱系數(shù)僅約為水的1/15~1/25。在直流式鍋爐中，由于沒(méi)有汽液分離的汽包和循環(huán)過(guò)程，給水在受熱管中一次性被加熱、汽化、過(guò)熱成蒸汽，受熱行程很長(zhǎng)；所以，受熱管必須做到很長(zhǎng)；這就限制了直流鍋爐只能用于大型化電廠(chǎng)鍋爐。由于直流式鍋爐受熱列管行程是一定的，直流鍋爐的燃料供給和給水必須嚴(yán)格匹配控制，否則，產(chǎn)出蒸汽不合格，還會(huì)因高溫?fù)p害受熱管；直流鍋爐存在第二類(lèi)沸騰惡化情況，如附圖9所示，當(dāng)受熱管內(nèi)汽水混合物中含汽率達(dá)到一定程度，管內(nèi)工質(zhì)流動(dòng)結(jié)構(gòu)是環(huán)水膜的汽柱狀，水膜很薄，管內(nèi)給水以閃蒸和沸騰形式汽化，并且存在著脈動(dòng)現(xiàn)象，局部地方水膜被氣流沖破或被蒸干，管壁得不到冷卻，傳熱系數(shù)明顯下降。在第二類(lèi)沸騰惡化發(fā)生時(shí)，受熱管壁溫急劇上升，能達(dá)到500~700℃，甚至更高，遠(yuǎn)超過(guò)受熱管材質(zhì)的正常使用極限，導(dǎo)致受熱管損壞或使用壽命驟減。

綜合以上所述：汽包式鍋爐和直流鍋爐式的受熱管中工質(zhì)軟水受熱汽化有以下不足：

1、傳熱效率低，在汽包式鍋爐和直流鍋爐受熱管中，工質(zhì)水在不同階段傳熱系數(shù)不一樣，僅在核態(tài)沸騰汽化段傳熱系數(shù)最高，限制了傳熱速率的提高；

2、傳熱不穩(wěn)定，存在沸騰惡化現(xiàn)象，在汽包式鍋爐受熱管中會(huì)發(fā)生第一類(lèi)沸騰惡化，在直流式鍋爐受熱管中會(huì)發(fā)生第二類(lèi)沸騰惡化情況；