一种在气体管道蒸汽锅炉中产生蒸汽的方法以及用于实现所述方法的气体管道蒸汽锅炉

摘要

一种气体管道蒸汽锅炉，包括：充满形成水表面(2A)的水的热交换隔间(2)、在所述水表面上方并通过具有基本上垂直轴(10)和顶板(4)的圆筒形圆筒形壁(1)限定的蒸汽顶部空间(8)、与所述蒸汽顶部空间(8)连通的蒸汽出口(6)、贯穿所述热交换隔间(2)和所述蒸汽顶部空间(8)延伸的一个或者更多气体管道、把加热气体供应到所述气体管道(3)、用于通过在所述气体管道(3)和水之间的热交换来产生来自所述水表面的蒸汽流的装置，以及布置在蒸汽顶部空间(8)用于从所述水表面(2A)到所述蒸汽出口(6)引导蒸汽流蒸汽流的蒸汽流管道(7′、7″)；至少一个气体管道(3)穿过管道横向地延伸，从而蒸汽流在与气体管道(3)横切优选的是大致垂直的方向上流动，该管道的结构设计成这样，即在该蒸汽流中的蒸汽超过一半，优选的是基本上全部被限制成沿着这样的流径上流动，当该流径投射到水位上时，具有至少等于在所述壁(1)第一点和与所述第一点水平相对的所述壁(1)第二点之间的最短距离，在所述壁是圆筒形的情况下，所述距离为所述圆筒形壁的直径D。

说明书

技术领域

本发明涉及一种在气体管道蒸汽锅炉中产生蒸汽的方法以及用于实现所述方法的气体管道蒸汽锅炉。

背景技术

关于这种方法和设备，重要的是，使从气体管道到水和蒸汽的能量转移最佳化，以对于给定的能量输出来降低锅炉的总尺寸。一般地，初步设计参数包括输入气体温度、排气温度以及期望的最高能量输出，即给水温度、蒸汽压力、温度和质量流量。优选的是，蒸汽应该干燥以至更优选的是过热。

从US 1,546,665中可知，提供具有挡板的气体管道蒸汽锅炉，其中该挡板沿着锅炉壁形成圆孔，借此来自水面的蒸汽流只限于从水面到圆孔的流动，以及从这里到中心蒸汽出口的流动。在此结构中，大部分产生的蒸汽将只通过气体管道一段距离，这段距离大约为气体管道汽锅直径的1/2，导致在气体管道和产生蒸汽之间不充分的热交换。

特别是，不排他地，对于船用锅炉，由于可利用的空间有限，锅炉尺寸就显得非常重要，所以本发明的目的是提供一种参考文献中类型的方法和设备，这种方法和设备能够使锅炉对空间要求降低。

发明内容

根据发明，此目的通过以下方法来实现，该方法包括的步骤为：

-提供气体管道蒸汽锅炉，这种气体管道蒸汽锅炉包括：

-充满形成水表面的水的热交换隔间，

-在所述水表面上方并通过具有基本上垂直轴和顶板的圆筒形壁限定的蒸汽顶部空间，

-与所述蒸汽顶部空间连通的蒸汽出口，

-贯穿所述热交换隔间和所述蒸汽顶部空间延伸的一个或者更多气体管道，

-把加热气体供应到所述气体管道，用于通过在所述气体管道和在所述热交换隔间中所述水之间的热交换来从所述水表面产生蒸汽流，

-使所述蒸汽流穿过所述蒸汽顶部空间从所述水表面到所述蒸汽出口流动，其中以这样方式，即在所述顶部空间中所述蒸汽流中蒸汽的超过一半，优选的是基本上全部被强制在这样的方向上沿着流径流动，其中该方向与所述气体管道横切，优选的是大致垂直，而当该流径投射到水位上时，具有至少等于在所述壁第一点和与所述第一点水平相对的所述壁第二点之间的最短距离，在所述壁是圆筒形的情况下，所述距离为所述圆筒形壁的直径，从而在所述气体管道中的残留热传递到所述蒸汽流。

因此，从气体管道到蒸汽顶部空间中蒸汽的热传递显著地提高，借此锅炉的效率增加，同时产生的蒸汽因被干燥和可能过热而具有较高的品质。

在根据发明的方法的目前优选实施例中，所述流径的所述水平投影至少是所述距离的两倍。通过这种方式，在气体管道和从水表面到蒸汽出口的蒸汽流之间的接触增加，由此增加了在蒸汽顶部空间的热传递。

在根据发明的方法的目前优选实施例中，蒸汽出口位于与该顶部空间壁轴线的一定距离处，优选的是紧邻顶部空间壁由此限制蒸汽流在穿过蒸汽出口前沿着全部气体管道侧向流动。

在根据发明的方法的目前优选实施例中，流径的水平投影紧邻所述壁上第一点或者在第一点上，延伸到与相对所述第一点相对的所述壁第二点附近或者在该第二点上，优选的是从第二点延伸回来以及至少部分地回到所述第一点。通过这种方式，蒸汽流被强制经过全部气体管道移动，优选的是在穿过蒸汽出口前至少移动两次。

在根据发明的方法的目前优选实施例中，蒸汽流速度当蒸汽流从第二点朝第一点流动时比当从紧邻所述第一点朝所述第二点流动时较低，在水表面和蒸汽出口之间的一部分距离上，提供相对的高速度，优选的是大约15-30m/s，更优选的是15-25m/s，而在从水表面到蒸汽出口的随后一部分行程中以降低的速度经过气体管道，优选的是大约10-15m/s，借此高速度导致在气体管道周围形成紊流，保证了较高程度热传递，并且保证了在蒸汽中可能水滴将冲击气体管道并且蒸发。

在根据发明的方法的目前优选实施例中，用于气体管道的热气从燃烧室提供，燃烧例如油、碳尘、天然气等等的燃料，然而，也可使用来自燃气轮机或者内燃机的热废气。当使用来自燃烧室的热气时，所述燃烧室可设置成与热交换隔间中的水接触，以把从燃烧室直接把热进一步输送到水中。

在第二方面，本发明涉及一种气体管道蒸汽锅炉，包括：

-充满形成水表面的水的热交换隔间，

-在所述水表面上方并通过具有基本上垂直轴和顶板的圆筒形壁限定的蒸汽顶部空间，

-与所述蒸汽顶部空间连通的蒸汽出口，

-贯穿所述热交换隔间和所述蒸汽顶部空间延伸的一个或者更多气体管道，

-把加热气体供应到所述气体管道的装置，用于通过在所述气体管道和在所述热交换隔间中所述水之间的热交换来产生来自所述水表面的蒸汽流，

-布置在所述蒸汽顶部空间的蒸汽流管道，用于从所述水表面到所述蒸汽出口传导所述蒸汽流，所述气体管道中至少一个穿过所述管道横向地延伸，从而所述蒸汽流在与所述气体管道横切的方向，优选的是大致垂直方向上流动，所述管道的结构设计成这样，即在所述蒸汽流中蒸汽的超过一半，优选的是基本上全部被强制沿着流径流动，当该流径投射到水位上时，具有至少等于在所述壁第一点和与所述第一点水平相对的所述壁第二点之间的最短距离，在所述壁是圆筒形的情况下，所述距离为所述圆筒形壁的直径。

此气体管道蒸汽锅炉特别适合于实现以上方法。

在第三方面，本发明涉及一种气体管道蒸汽锅炉，包括：

-充满形成水表面的水的热交换隔间，

-在所述水表面上方并通过具有基本上垂直轴和顶板的圆筒形壁限定的蒸汽顶部空间，

-与所述蒸汽顶部空间连通的蒸汽出口，

-贯穿所述热交换隔间和所述蒸汽顶部空间延伸的一个或者更多气体管道，

-把加热气体供应到所述气体管道的装置，用于通过在所述气体管道和在所述热交换隔间中所述水之间的热交换来从所述水表面产生蒸汽流，

-布置在所述蒸汽顶部空间用于把所述蒸汽流从所述水表面传导到所述蒸汽出口的蒸汽流管道，包括：

-第一大致水平板布置在所述顶板下面的垂直距离h1处，并具有形成边缘的第一通道，而该边缘布置成与所述壁具有一定距离，以在所述第一板和所述壁之间形成第一蒸汽流通道。

在从属权利要求11-21和23-31中描述了根据本发明第二和第三方面的气体管道蒸汽锅炉优选实施例，其中这些优选实施例的优点将从以下详细描述中显而易见。

附图说明

在下文中，将参考实施例来更详细描述发明，其中实施例仅仅借助于附图中实例来示出。

图1大略地示出了沿着根据本发明优选实施例锅炉中A-A线的垂直剖面图；

图1a大略地示出了从顶部观察的锅炉，同时该图示出了图1和2中剖面图所采取的剖面直线；

图2大略地示出了沿着垂直于图1直线的B-B的竖直剖面图：

图3大略地示出了挡板结构的透视图；

图4-7示出了根据本发明的锅炉蒸汽顶部空间的四个可能的不同结构。

具体实施方式

图1示出的气体管道蒸汽锅炉包括：充满水的热交换隔间2，所述水形成水面2a；在所述水面上面并由圆筒形壁1限定的蒸汽顶部空间8，其中该圆筒形壁1具有基本上垂直的轴10、顶板4和直径D。蒸汽出口6连接到蒸汽顶部空间8，而若干气体管道3贯穿热交换隔间2和蒸汽顶部空间8。加热气体通过气体管道3流动，以通过在气体管道3和在热交换隔间2中水之间的热交换从水面产生蒸汽流。

在图1-3和图5示出的实施例中，来自水面的蒸汽流被强制沿着由挡板7′、7＂限定的管道流动，借此，所述蒸汽被强制在与气体管道3横切的方向流动，在此流动中的所有蒸汽被限制在这样的方向上流动，即在水平方向在两个挡板7′、7＂之间流动，然后在相对的水平方向在上部隔板7＂和顶板4之间流动，并穿过蒸汽出口6流出。

如图2和3所示，两个挡板7′、7＂每个均覆盖比蒸汽顶部空间5截面积较小的面积，而两个挡板7′、7＂的边缘连接到垂直板9上，并在水平方向自始至终跨越在蒸汽顶部空间5圆筒形壁上单独位置之间，其中该垂直板9在垂直方向上从顶板4向下延伸到下部挡板7′。

气体管道3从锅炉底部延伸，可能从图2所示的燃烧室14向上通过充满水的热交换隔间2和蒸汽顶部空间5延伸，其中在蒸汽顶部空间5，气体管道3贯穿板7′、7＂和顶板4上的通孔，从这里，气体穿过气体排放口11排出。

在气体管道和水之间的热交换将在水面产生进入蒸汽顶部空间5的蒸汽，而板7′强制蒸汽运动到图1所示的左侧，在形成边缘12的通道附近，在两个板7′、7＂之间，运动到图1所示的右侧，在形成边缘13的通道附近，并在板7′和顶板4之间运动到蒸汽出口6。通过这种方式，蒸汽被强制在与气体管道3横切的方向上运动一段距离，其中该距离大约相当于锅炉1直径的两倍。由于在这些小通道中的蒸汽将非常靠近管壁并在这里被加热，因此在板7′、7＂开口和气体管道3之间只有最少蒸汽渗漏。为了在气体管道和蒸汽流之间形成足够热交换，在顶部空间中蒸汽流中大半蒸汽被强制在与沿着流径的所述气体管道横切方向流动，优选的是大致垂直方向流动，该在投射到水位上时具有至少等于圆筒形壁直径的长度。利用这个特征，本发明与US 1,546,665区别在于，少于二分之一蒸汽流动的距离小于圆筒形壁直径的3/4。

当蒸汽离开水面时，它一般地含有小水滴，通过以相对高流速穿过气体管道3强制流动时，这些小水滴将冲击气体管道3并且蒸发，此外蒸汽相对高速度将在蒸汽顶部空间5中蒸汽和气体管道之间形成热交换，与传统锅炉构造相比，所述热交换增加，其中在传统锅炉构造中，在没有板7′、7＂的敞开蒸汽顶部空间，蒸汽在大体上平行于气体管道3的缓慢流中，仅仅从水面运动到蒸汽出口。此外，在水位和顶板之间的距离可以减少，所述距离通常相对较大，以免在蒸汽中的高浓度水滴离开蒸汽出口6。

当在锅炉中的水没有沸腾时，在锅炉内的水位与用不同的传统设备测得的水位相当，例如在两个已知水位之间的压力差、水位镜等等。然而，由于在水区内存在大量蒸汽泡而在锅炉内看到的实际水位将上升，同时根据热负荷和蒸汽压力，水位将或多或少波动。最高的水位将围绕气体管道3，因此气体管道直到此水位的位置被水浸湿，其中该水位通常为在测量水位以上大约250毫米，而在低温条件下该测量水位在下文中称为水表面。

蒸汽顶部空间5的总高度h分为在顶板4和第一板7＂之间的距离h1、在第一板7＂和第二板7′之间的距离h2以及在第二板7′和在低温条件下水表面之间的距离h3。

在优选实施例中，距离h1和h2的尺寸设计成在顶板4和第一板7＂之间的蒸汽速度大约为10-15m/s，而在两个板7′和7＂之间的蒸汽速度大约为20-30m/s，也就是说，距离h1大约是距离h2的两倍。无论在何种情况下，距离h3都应该足够保证在满负荷情况下在沸腾期间，实际的水位应该是在第二板7′以下大约200mm。

如上所述，在蒸汽顶部空间，垂直于气体管道3的蒸汽流在两个板7′、7＂之间相对较大，而在顶板4和和板7＂并且甚至在水表面和板7′之间有点小，可能出现相对于气体管道3的一定交叉流动。在传统情况中，蒸汽顶部空间5以低速度基本上平行于气体管道3传送蒸汽，而与传统情况相比，蒸汽速度形成了从气体管道3到蒸汽的较高传热系数。实际上，热传递基本上与在充满水的热交换隔间2中的热传递相同，其中在隔间2，水与气体管道3直接接触。

产生的蒸汽在通过蒸汽出口6离开锅炉时不仅不含水滴，而且实际上是过热的。此过热确保了没有盐留在锅炉中，导致从锅炉到用户的蒸汽管中将没有沉积。此外，在蒸汽出口后面的可能蒸汽出口阀的尺寸可设计成较高的蒸汽速度，这意思是指阀的尺寸可减小，由此节省用于所述蒸汽出口阀的两个空间、重量和成本。此外，由于增加热传递导致总加热表面可减小，这意味着管子长度、管子数量、锅炉高度以及由此锅炉重量和成本价格减少。

在下表中，显示了根据本发明的气体管道蒸汽锅炉的过程数据。

以下表把标准的传统尺寸气体管道蒸汽锅炉与新的根据本发明的气

体管道蒸汽锅炉进行了比较。为了具有相同蒸汽容量、热效率(即相同的

烟气出口温度)和相同的压降，已经设计出两个锅炉。

 

描述单元标准新的管道尺寸mm18x218x2管数Pcs375300湿管长度mm13701040长度到正常水位(测量)mm1120790蒸汽空间到测量的水位mm840650总的管长度mm19601440在锅炉中总的管长度m735432

能够看出，使用本发明的直接结果是，在标准锅炉设计中可节约大约40％管子(大约240kg)。此外，管子长度以及因此锅炉高度缩短520mm，采用1300锅炉直径和12mm板厚度，就形成了大约200kg的板重量差值。

以上结合优选实施例已经描述了发明，然而，在没有脱离以下权利要求情况下可以设计许多变形。在这些变形中，省略第二板7′可导致更简单的结构，然而，仍然形成从水表面到蒸汽出口6的穿过蒸汽顶部空间5的蒸汽流，用这样的方式，在所述顶部空间5中蒸汽流的大部分蒸汽被限制成沿着具有相当于锅炉1直径的长度的流径、在与气体管道横切的方向流动。在图4中示出了此可能性，同时在图5中大略地示出了以上描述的优选实施例。如图6和7所示的其他可能性形成了由水表面到蒸汽出口的蒸汽流，这种蒸汽流由具有经过蒸汽的中心孔的第一板和在所述第一板上方的第二板所限制，所述第二板提供了沿着锅炉壁的圆孔，借此蒸汽流只限于穿过气体管道流动，首先在径向向外方向，然后在朝向位于中心的蒸汽出口6的径向向内方向。

在图7实施例中，借助于位于锅炉1中心管和外壁之间的螺旋形板，蒸汽流被限制成为螺旋形流径，所述蒸汽流径也具有相当于至少在锅炉1壁两个相对点之间的距离。