本發(fā)明涉及一種利用各種形式余熱直接產(chǎn)生水蒸汽的管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱余熱蒸汽鍋爐。

(二)

背景技術(shù)：

當(dāng)利用發(fā)動(dòng)機(jī)的套缸循環(huán)冷卻水或空壓機(jī)的循環(huán)冷卻潤滑油等工業(yè)余熱，來驅(qū)動(dòng)余熱鍋爐產(chǎn)生水蒸汽時(shí)：

1、為提高所產(chǎn)水蒸汽的飽和壓力，可設(shè)置循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)軟化補(bǔ)水在逆流換熱器與汽包之間循環(huán)流動(dòng)，以利用套缸循環(huán)冷卻水逆流加熱補(bǔ)充軟化水，使其升膜蒸發(fā)后再送至汽包內(nèi)分離；不僅需要換熱器、汽包、循環(huán)泵等多臺(tái)設(shè)備投資，而且需要增加電耗，從而延長項(xiàng)目回收期。

2、許多高粘度的余熱介質(zhì)如潤滑油等，在管殼換熱器中不可流經(jīng)管內(nèi)側(cè)，否則其換熱效果奇差，難以實(shí)現(xiàn)有效熱回收。

因此針對(duì)上述兩種情況，決定了工業(yè)余熱回收市場，需要一種設(shè)備簡化、無需耗電、傳熱強(qiáng)化、直接產(chǎn)生水蒸汽的余熱蒸汽鍋爐。

(三)

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：系統(tǒng)集成管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器、汽汽引射器；利用圓環(huán)分布垂直加熱管簇內(nèi)側(cè)的升膜蒸發(fā)，與中央圓柱下降通道所形成的最佳虹吸循環(huán)，強(qiáng)化傳熱以及防結(jié)垢；同時(shí)也方便管簇內(nèi)側(cè)的機(jī)械清洗；實(shí)現(xiàn)圓環(huán)分布垂直加熱管簇外側(cè)的垂直沖刷，以強(qiáng)化潤滑油等高粘度余熱介質(zhì)的傳熱過程；利用蒸汽管網(wǎng)余壓驅(qū)動(dòng)汽汽引射器熱壓縮水蒸汽，實(shí)現(xiàn)高效、簡單的余熱蒸汽鍋爐。

按照附圖1所示的管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱余熱蒸汽鍋爐，其由1-管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器；1-1-余熱介質(zhì)進(jìn)口；1-2-分離腔；1-3-圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇；1-4-分流腔；1-5-余熱介質(zhì)出口；1-6-軟化補(bǔ)水進(jìn)口；1-7-水蒸汽出口；2-余熱介質(zhì)；3-液位開關(guān)；4-軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥；5-水蒸汽壓縮機(jī)；6-壓力開關(guān)；7-溫度開關(guān)；8-高壓水蒸汽組成，其特征在于：

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1殼程的頂部余熱介質(zhì)進(jìn)口1-1、中部圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側(cè)、底部余熱介質(zhì)出口1-5，組成余熱介質(zhì)放熱回路；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程的底部軟化補(bǔ)水進(jìn)口1-6、底部分流腔1-4、中部圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3內(nèi)側(cè)、頂部分離腔1-2、頂部水蒸汽出口1-7，組成軟化補(bǔ)水的管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)回路，其中圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3為圓環(huán)分布、垂直設(shè)置的管簇，中央設(shè)置一個(gè)圓柱空間虹吸下降通道，而管簇內(nèi)壁的多個(gè)圓柱空間設(shè)為虹吸上升通道，虹吸下降通道與虹吸上升通道的流通面積大致相等；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1的外殼為垂直設(shè)置的圓柱面；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程上部內(nèi)壁設(shè)置液位開關(guān)3，依據(jù)軟化補(bǔ)水水位信號(hào)閉環(huán)控制軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥4的開度，而軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥4的出口通過管道連接管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程底部軟化補(bǔ)水進(jìn)口1-6，組成軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)回路；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程頂部水蒸汽出口1-7通過管道連接水蒸汽壓縮機(jī)5，組成水蒸汽壓縮回路；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程頂部分離腔1-2內(nèi)壁設(shè)置壓力開關(guān)6和溫度開關(guān)7各一只，底部分流腔1-4內(nèi)壁設(shè)置溫度開 關(guān)7一只；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1殼程的上部內(nèi)壁和下部內(nèi)壁各設(shè)置一只溫度開關(guān)7。

水蒸汽壓縮機(jī)5為熱壓縮式汽汽引射器形式的水蒸汽壓縮機(jī)5，高壓水蒸汽8流經(jīng)其進(jìn)汽口并由噴嘴高速噴出，所形成的負(fù)壓通過其引射口引射管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程頂部產(chǎn)生的水蒸汽，并混合、擴(kuò)壓成為中壓、高溫水蒸汽，經(jīng)其出汽口流出。

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1是液態(tài)余熱介質(zhì)2與軟化補(bǔ)水的換熱器，或是氣態(tài)余熱介質(zhì)2與軟化補(bǔ)水的換熱器，或是廢蒸汽余熱介質(zhì)2與軟化補(bǔ)水的換熱器。

本發(fā)明的工作原理結(jié)合附圖1說明如下：

1、機(jī)械壓縮輸出蒸汽的管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱余熱蒸汽鍋爐：

余熱介質(zhì)2從上至下流經(jīng)余熱介質(zhì)進(jìn)口1-1、圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側(cè)、余熱介質(zhì)出口1-5，以提供余熱熱量；通過管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1殼程上部內(nèi)壁和下部內(nèi)壁各設(shè)置一只溫度開關(guān)7之間差值，以控制余熱介質(zhì)2的流量。

液位開關(guān)3通過軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥4控制軟化補(bǔ)水從下至上流經(jīng)軟化補(bǔ)水進(jìn)口1-6、分流腔1-4、圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3內(nèi)側(cè)、分離腔1-2、水蒸汽出口1-7，然后以逆流方式被加熱升溫而升膜蒸發(fā)、比重減小，而在中央圓柱虹吸下降通道中，由于軟化補(bǔ)水的溫度較低、比重較大，因此受重力作用下沉，從而形成驅(qū)動(dòng)強(qiáng)化傳熱的虹吸循環(huán)。所產(chǎn)生的水蒸汽被水蒸汽壓縮機(jī)5壓縮、輸出；而管程頂部分離腔1-2內(nèi)壁設(shè)置的壓力開關(guān)6和溫度開關(guān)7共同控制水蒸汽壓縮機(jī)5的流量。

2、熱壓縮輸出蒸汽的管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱余熱蒸汽鍋爐：

余熱介質(zhì)2從上至下流經(jīng)余熱介質(zhì)進(jìn)口1-1、圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側(cè)、余熱介質(zhì)出口1-5，以提供余熱熱量；通過管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1殼程上部內(nèi)壁和下部內(nèi)壁各設(shè)置一只溫度開關(guān)7之間差值，以控制余熱介質(zhì)2的流量。

液位開關(guān)3通過軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥4控制軟化補(bǔ)水從下至上流經(jīng)軟化補(bǔ)水進(jìn)口1-6、分流腔1-4、圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3內(nèi)側(cè)、分離腔1-2、水蒸汽出口1-7，然后以逆流方式被加熱升溫而升膜蒸發(fā)、比重減小，而在中央圓柱虹吸下降通道中，由于軟化補(bǔ)水的溫度較低、比重較大，因此受重力作用下沉，從而形成驅(qū)動(dòng)強(qiáng)化傳熱的虹吸循環(huán)。所產(chǎn)生的水蒸汽被水蒸汽壓縮機(jī)5壓縮、輸出；而管程頂部分離腔1-2內(nèi)壁設(shè)置的壓力開關(guān)6和溫度開關(guān)7共同控制熱壓縮式汽汽引射器5的流量。所產(chǎn)生的n份水蒸汽在熱壓縮式汽汽引射器5中，由流經(jīng)其中的1份高壓水蒸汽8引射后擴(kuò)壓，以調(diào)制成為n+1份中壓蒸汽，以通過熱壓縮方式輸出。

因此與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明技術(shù)優(yōu)勢如下：

(1)系統(tǒng)集成管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器、汽汽引射器；

(2)利用圓環(huán)分布垂直加熱管簇內(nèi)側(cè)的升膜蒸發(fā)，與中央圓柱下降通道所形成的最佳虹吸循環(huán)，強(qiáng)化傳熱以及防結(jié)垢；替代循環(huán)泵驅(qū)動(dòng)軟化補(bǔ)水的逆流加熱、升膜蒸發(fā)，節(jié)省循環(huán)泵投資與電耗；同時(shí)也方便管簇內(nèi)側(cè)的機(jī)械清洗；

(3)實(shí)現(xiàn)圓環(huán)分布垂直加熱管簇外側(cè)的垂直沖刷，以強(qiáng)化潤滑油等高粘度余熱介質(zhì)的傳熱過程；

(4)利用蒸汽管網(wǎng)余壓驅(qū)動(dòng)汽汽引射器熱壓縮水蒸汽，實(shí)現(xiàn)1份高壓水蒸汽調(diào)制出n+1份中壓蒸汽的蒸汽倍增功能，以節(jié)省水蒸汽壓縮機(jī)投資與電耗，實(shí)現(xiàn)高效、簡單的余熱蒸汽鍋爐。

因此與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明技術(shù)優(yōu)勢如下：系統(tǒng)集成管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器、汽汽引射器；利用圓環(huán)分布垂直加熱管簇內(nèi)側(cè)的升膜蒸發(fā)，與中央圓柱下降通道所形成的最佳虹吸循環(huán)，強(qiáng)化傳熱以及防結(jié)垢；同時(shí)也方便管簇內(nèi)側(cè)的機(jī)械清洗；實(shí)現(xiàn)圓環(huán)分布垂直加熱管簇外側(cè)的垂直沖刷，以強(qiáng)化潤滑油等高粘度余熱介質(zhì)的傳熱過程；利用蒸汽管網(wǎng)余壓驅(qū)動(dòng)汽汽引射器熱壓縮水蒸汽，實(shí)現(xiàn)高效、簡單的余熱蒸汽鍋爐。

(四)附圖說明

附圖1為本發(fā)明機(jī)械壓縮輸出蒸汽的系統(tǒng)流程圖。

附圖2為本發(fā)明熱壓縮輸出蒸汽的系統(tǒng)流程圖。

如附圖1所示的管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱余熱蒸汽鍋爐，其中：1-管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器；1-1-余熱介質(zhì)進(jìn)口；1-2-分離腔；1-3-圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇；1-4-分流腔；1-5-余熱介質(zhì)出口；1-6-軟化補(bǔ)水進(jìn)口；1-7-水蒸汽出口；2-余熱介質(zhì)；3-液位開關(guān)；4-軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥；5-水蒸汽壓縮機(jī)；6-壓力開關(guān)；7-溫度開關(guān)；8-高壓水蒸汽。

(五)具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱余熱蒸汽鍋爐實(shí)施例如附圖2所示，現(xiàn)說明如下：其由余熱回收量208kW、垂直設(shè)置、碳鋼的管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1；直徑200mm/壁厚2.5mm的不銹鋼管余熱介質(zhì)進(jìn)口1-1；直徑700mm/高度500mm的半球形分離腔1-2；內(nèi)環(huán)直徑400mm/高度1500mm/管徑19mm的圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3；直徑700mm/高度250mm的半球形分流腔1-4；直徑200mm/壁厚2.5mm的不銹鋼管余熱介質(zhì)出口1-5；直徑20mm/壁厚1.5mm/長度200mm的不銹鋼管軟化補(bǔ)水進(jìn)口1-6；直徑200mm/壁厚2.5mm的不銹鋼管水蒸汽 出口1-7；進(jìn)口溫度85℃、出口溫度65℃、流量200L/min的套缸冷卻潤滑油2；高度300mm的液位開關(guān)3；接口直徑20mm/壁厚1.5mm的不銹鋼軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥4；絕壓1bar、流量0.3t/h的水蒸汽、絕壓3bar、流量1.3t/h的混合蒸汽之熱壓縮式汽汽引射器5；0.5bar-2.0bar的壓力開關(guān)6；0℃-120℃的溫度開關(guān)7；絕壓11bar、流量1t/h的高壓水蒸汽8組成，其特征在于：

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1殼程的頂部余熱介質(zhì)進(jìn)口1-1、中部圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側(cè)、底部余熱介質(zhì)出口1-5，組成余熱介質(zhì)放熱回路；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程的底部軟化補(bǔ)水進(jìn)口1-6、底部分流腔1-4、中部圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3內(nèi)側(cè)、頂部分離腔1-2、頂部水蒸汽出口1-7，組成軟化補(bǔ)水的管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)回路，其中圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3為圓環(huán)分布、垂直設(shè)置的管簇，中央設(shè)置一個(gè)圓柱空間虹吸下降通道，而管簇內(nèi)壁的多個(gè)圓柱空間設(shè)為虹吸上升通道，虹吸下降通道與虹吸上升通道的流通面積大致相等；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1的外殼為垂直設(shè)置的圓柱面；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程上部內(nèi)壁設(shè)置液位開關(guān)3，依據(jù)軟化補(bǔ)水水位信號(hào)閉環(huán)控制軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥4的開度，而軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥4的出口通過管道連接管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程底部軟化補(bǔ)水進(jìn)口1-6，組成軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)回路；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程頂部水蒸汽出口1-7通過管道連接水蒸汽壓縮機(jī)5，組成水蒸汽壓縮回路；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程頂部分離腔1-2內(nèi)壁設(shè)置壓力開關(guān)6和溫度開關(guān)7各一只，底部分流腔1-4內(nèi)壁設(shè)置溫度開 關(guān)7一只；

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1殼程的上部內(nèi)壁和下部內(nèi)壁各設(shè)置一只溫度開關(guān)7。

水蒸汽壓縮機(jī)5為熱壓縮式汽汽引射器5，高壓水蒸汽8流經(jīng)其進(jìn)汽口并由噴嘴高速噴出，所形成的負(fù)壓通過其引射口引射管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1管程頂部產(chǎn)生的水蒸汽，并混合、擴(kuò)壓成為中壓、高溫水蒸汽，經(jīng)其出汽口流出。

管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1是液態(tài)余熱介質(zhì)2與軟化補(bǔ)水的換熱器，或是氣態(tài)余熱介質(zhì)2與軟化補(bǔ)水的換熱器，或是廢蒸汽2與軟化補(bǔ)水的換熱器。

本發(fā)明實(shí)施例中，進(jìn)口溫度85℃、流量200L/min的套缸冷卻潤滑油2從上至下流經(jīng)余熱介質(zhì)進(jìn)口1-1、圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3外側(cè)、余熱介質(zhì)出口1-5，以提供208kW余熱熱量；通過管內(nèi)虹吸循環(huán)逆流加熱升膜蒸發(fā)器1殼程上部內(nèi)壁和下部內(nèi)壁各設(shè)置一只溫度開關(guān)7之間差值，以控制套缸冷卻潤滑油2的流量。液位開關(guān)3通過軟化補(bǔ)水流量調(diào)節(jié)閥4控制溫度20℃、流量0.3t/h的軟化補(bǔ)水從下至上流經(jīng)軟化補(bǔ)水進(jìn)口1-6、分流腔1-4、圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3內(nèi)側(cè)、分離腔1-2、水蒸汽出口1-7，其中的軟化補(bǔ)水在軟化補(bǔ)水進(jìn)口1-6處受管道外壓作用而直接流至分流腔1-4、圓環(huán)分布垂直虹吸加熱管簇1-3內(nèi)側(cè)，然后以逆流方式被加熱升溫而升膜蒸發(fā)，產(chǎn)生溫度80℃、流量0.3t/h的水蒸汽，其溫度較高、比重減??；而在中央圓柱虹吸下降通道中，則由于軟化補(bǔ)水的溫度較低、比重較大，因此受重力作用下沉，從而形成驅(qū)動(dòng)強(qiáng)化傳熱的虹吸循環(huán)。所產(chǎn)生的水蒸汽被熱壓縮式汽汽引射器5壓縮、輸出；而管程頂部分離腔1-2內(nèi)壁設(shè)置的壓力開關(guān)6和溫度開關(guān)7共同控制水蒸汽壓縮機(jī)5的流量。所產(chǎn)生的絕壓1bar、流量0.3t/h的水蒸汽在熱壓縮式汽汽引射器5中，由流經(jīng)其中的絕壓11bar、流量1t/h高壓水蒸汽8引射后擴(kuò)壓，以調(diào)制成為絕壓3bar、流量1.3t/h的混合中壓蒸汽，以通過熱壓縮方式輸出。