[0043] 下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
[0044] 本文中,如果没有特殊说明,涉及公式的,“/”表示除法,“×”、“*”表示乘法。
[0045] 如图1所述的一种蒸汽锅炉,包括上锅筒1和下锅筒2,所述上升管3和下降管5连接上锅筒1和下锅筒2。水从上锅筒1进入下降管5内。水在下降管中向下流动,并被收集在下锅筒2中。锅炉的上升管3由炉膛燃烧室10中燃料的燃烧来加热。由上升管3吸收的热量使管内的液体沸腾,由此生成水和汽的两相混合物。上升管3中的两相混合物到达上锅筒1。从上锅筒1中的供水管(未示出)放出的过冷水和从分离装置中放出的饱和液体混合在一起形成过冷液体,过冷液体流出上锅筒1进入下降管5,按照这样的流程就完成了一个流动循环。
[0046] 进一步如图2所述的另一种实施例的蒸汽锅炉,包括上锅筒1和下锅筒2,所述上升管3和下降管5连接上锅筒1和下锅筒2。水从上锅筒1进入炉内排烟道12中受热蒸发管束的下降管5内。水在下降管中向下流动,并被收集在下锅筒2中。由于下降管5吸收了热量,所以进到下锅筒2中的水的温度升高。根据所吸收热量的多少,下锅筒2中的水可以是过冷的或者饱和的。离开下锅筒2的流体(一般汽水混合物)一部分向上流入蒸发管束的上升管3中。向上流入上升管3的液体吸热并进入上锅筒1。
[0047] 离开下锅筒2的流体一部分通过下降管6到达炉膛下锅筒7。进到一个下锅筒7的液体分布到与该下锅筒7相连的各炉管8中。炉管由炉膛燃烧室10中燃料的燃烧来加热。由炉管8吸收的热量使炉管8中的液体沸腾,由此生成水和汽的两相混合物。炉管8中的两相混合物或者通过与上锅筒1直接连接的炉管8到达上锅筒1,此时的炉管8也就是上升管,或者在下锅筒7与上锅筒1至今设置出口联箱11,通过中间上升管9将两相混合物从炉膛回路的出口联箱11传送到上锅筒1。上锅筒1内的内部分离装置将两相混合物分开而成汽和水。从上锅筒1中的供水管(未示出)放出的过冷水和从分离装置中放出的饱和液体混合在一起形成过冷液体,过冷液体流出上锅筒1进入下降管5,按照这样的流程就完成了一个流动循环。
[0048] 对于蒸汽锅炉的蒸发管束、选定的受到燃烧气流冲刷的炉膛炉壁和对流炉壁来说,要求保证一个临界输入热量,以使流体在管束和对流炉壁回路中所有的管子内充分向上环流而又不致产生流动的不稳定性。
[0049] 所述上升管3和/或上升管8和/或上升管9内设置稳流装置4,所述稳流装置4如图3所示,所述稳流装置4的结构如图3-1、3-2所示。所述稳流装置4是片状结构,所述片状结构在上升管3的横截面上设置;所述稳流装置4为正方形和正八边形结构组成,从而形成正方形通孔41和正八边形通孔42。如图1所述正方形通孔41的边长等于正八边形通孔42的边长,所述正方形通孔的四个边43分别是四个不同的正八边形通孔的边43,正八变形通孔的四个互相间隔的边43分别是四个不同的正方形通孔的边43。
[0050] 本发明采用新式结构的稳流装置,具有如下优点:
[0051] 1)本发明提供了一种新式正方形通孔和正八边形通孔相结合的新式结构的稳流装置,通过正方形和正八边形,使得形成的正方形孔和正八边形孔的边形成的夹角都是大于等于90度,从而使得流体能够充分流过每个孔的每个位置,避免或者减少流体流动的短路。本发明通过新式结构的稳流装置将两相流体分离成液相和气相,将液相分割成小液团,将气相分割成小气泡,抑制液相的回流,促使气相顺畅流动,起到稳定流量的作用,具有减振降噪的效果,提高换热效果。相对于现有技术中的稳流装置,进一步提高稳流效果,强化传热,而且制造简单。
[0052] 2)本发明通过合理的布局,使得正方形和正八边形通孔分布均匀,从而使得整体上的横街面上的流体分割均匀,避免了现有技术中的环形结构沿着周向的分割不均匀问题。
[0053] 3)本发明通过正方形孔和正八边形通孔的间隔均匀分布,从而使得大孔和小孔在整体横截面上分布均匀,而且通过相邻的稳流装置的大孔和小孔的位置变化,使得分隔效果更好。
[0054] 4)本发明通过设置稳流装置为片状结构,使得稳流装置结构简单,成本降低。
[0055] 本发明通过设置环形稳流装置,相当于在上升管内增加了内换热面积,强化了换热,提高了换热效果。
[0056] 本发明因为将气液两相在所有上升管的所有横截面位置进行了分割,从而在整个上升管截面上实现气液界面以及气相边界层的分割与冷却壁面的接触面积并增强扰动,大大的降低了噪音和震动,强化了传热。
[0057] 后面所提及的上升管,都是上升管3、上升管8和上升管9中的至少一个。
[0058] 本发明通过设置正方形和八边形稳流装置,相当于在上升管3内增加了内翅片,强化了换热,提高了换热效果。
[0059] 本发明因为将汽液两相在上升管3的所有横截面位置进行了分割,从而在整个上升管截面上实现汽液界面以及汽相边界层的分割与冷却壁面的接触面积并增强扰动,大大的降低了噪音和震动,强化了传热。
[0060] 作为优选,所述稳流装置包括两种类型,如图3-1所示,第一种类型是正方形中心稳流装置,正方形位于上升管或者下降管的中心,如图3-2所示。第二种是正八边形中心稳流装置,正八边形位于上升管或者下降管的中心,如图3-1所示。作为一个优选,上述两种类型的稳流装置相邻设置,即相邻设置的稳流装置类型不同。即与正方形中心稳流装置相邻的是正八边形中心稳流装置,与正八边形中心稳流装置相邻的是正方形中心稳流装置。本发明通过正方形孔和正八边形孔的间隔均匀分布,从而使得大孔和小孔在整体横截面上分布均匀,而且通过相邻的稳流装置的大孔和小孔的位置变化,使得通过大孔的流体接下来通过小孔,通过小孔的流体接下来通过大孔,进一步进行分隔,促进汽液的混合,使得分隔和换热效果更好。
[0061] 作为优选,所述上升管3的横截面是正方形。
[0062] 作为优选,沿着流体流动的方向,上升管3的管径不断的增加。主要原因如下:1)通过增加上升管的管径,可以减少流动的阻力,使得上升管内蒸发的汽体不断的向着管径增加的方向运动,从而进一步促进环路热管的循环流动。2)因为随着流体的不断的流动,液体在上升管内不断的蒸发,从而使得汽体体积越来越大,压力也越来越大,因此通过增加管径来满足不断增加的汽体体积和压力的变化,从而使得整体上压力分布均匀。3)通过上升管的管径的增加,可以减少汽体出口的体积的增加导致的冲击现象。
[0063] 作为优选,沿着流体流动的方向,上升管3的管径不断的增加的幅度越来越大。上述管径的幅度变化是本申请人通过大量的实验和数值模拟得到的结果,通过上述的设置,能够进一步的促进环路热管的循环流动,达到压力整体均匀,减少冲击现象。
[0064] 作为优选,沿着上升管3内流体的流动方向(即图3的高度方向),上升管3内设置多个稳流装置4,从上升管的入口到上升管的出口,相邻稳流装置之间的距离越来越短。设距离上升管入口的距离为H,相邻稳流装置之间的间距为S,S=F1(H),即S是以距离H为变量的函数,S’是S的一次导数,满足如下要求:
[0065] S’<0;
[0066] 主要原因是因为上升管内的汽体在上升过程中会携带者液体,在上升过程中,上升管不断的受热,导致气液两相流中的汽体越来越多,因为汽液两相流中的汽相越来越多,上升管内的换热能力会随着汽相增多而相对减弱,震动及其噪音也会随着汽相增加而不断的增加。因此需要设置的相邻稳流装置之间的距离越来越短。
[0067] 此外,从上升管8出口到出口集管11这一段,还有从上升管9和3到上锅筒1这一段,因为这一段的空间突然变大,空间的变化会导致气体的快速向上流出和聚集,因此空间变化会导致聚集的汽相(汽团)从上升管位置进入冷凝集管,由于气(汽)液密度差,气团离开接管位置将迅速向上运动,而气团原空间位置被气团推离壁面的液体同时也将迅速回弹并撞击壁面,形成撞击现象。气(汽)液相越不连续,气团聚集越大,水锤能量越大。撞击现象会造成较大的噪声震动和机械冲击,对设备造成破坏。因此为了避免这种现象的发生,此时设置的相邻稳流装置之间的距离越来越短,从而不断的在流体输送过程中分隔气相和液相,从而最大程度上减少震动和噪音。
[0068] 通过实验发现,通过上述的设置,既可以最大程度上减少震动和噪音,同时可以提高换热效果。
[0069] 进一步优选,从上升管的入口到上升管的出口,相邻稳流装置之间的距离越来越短的幅度不断增加。即S”是S的二次导数,满足如下要求:
[0070] S”>0;
[0071] 通过实验发现,通过如此设置,能够进一步降低9%左右的震动和噪音,同时提高7%左右的换热效果。
[0072] 作为优选,每个稳流装置4的长度保持不变。
[0073] 作为优选,除了相邻的稳流装置4之间的距离外,稳流装置其它的参数(例如管径等)保持不变。
[0074] 作为优选,沿着上升管内流体的流动方向(即沿着上升管延伸方向),上升管内设置多个稳流装置,从上升管的入口到上升管的出口,不同稳流装置4内的正方形通孔的边长越来越小。即稳流装置的正方形通孔的边长为D,D=F3(X),D’是D的一次导数,满足如下要求:
[0075] D’<0;
[0076] 作为优选,从上升管的入口到上升管的出口,稳流装置的正方形通孔的边长越来越小的幅度不断增加。即
[0077] D”是D的二次导数,满足如下要求:
[0078] D”>0。
[0079] 具体理由如相邻稳流装置之间的距离的变化相同。
[0080] 作为优选,稳流装置的长度和相邻稳流装置的距离保持不变。
[0081] 作为优选,除了稳流装置的管子直径外,稳流装置其它的参数(例如长度、相邻稳流装置之间的距离等)保持不变。
[0082] 进一步优选,如图4所示,所述上升管内部设置缝隙,所述稳流装置4的外壳42设置在缝隙内。
[0083] 进一步优选,上升管为多段结构焊接而成,多段结构的连接处设置稳流装置4。这种方式使得设置稳流装置的上升管的制造简单,成本降低。
[0084] 通过分析以及实验得知,稳流装置之间的间距不能过大,过大的话导致减震降噪的效果不好,同时也不能过小,过小的话导致阻力过大,同理,正方形的边长也不能过大或者过小,也会导致减震降噪的效果不好或者阻力过大,因此本发明通过大量的实验,在优先满足正常的流动阻力(总承压为2.5Mpa以下,或者单根上升管的沿程阻力小于等于5Pa/M)的情况下,使得减震降噪达到最优化,整理了各个参数最佳的关系。
[0085] 作为优选,相邻稳流装置之间的距离为M1,正方形通孔的边长为B1,上升管为正方形截面,上升管正方形截面的边长为B2,满足如下要求:
[0086] M1/B2=a*Ln(B1/B2) +b