專利名稱：干式霧化蒸汽發(fā)生方法、系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水快速加熱變成蒸汽的方法，以及實現(xiàn)該方法所需的系統(tǒng)，還包括本方法和系統(tǒng)在發(fā)電中的具體應(yīng)用；主要是指一種干式霧化蒸汽發(fā)生方法、系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明適用于以蒸汽作為動力，或以蒸汽作為能源轉(zhuǎn)換成其它形式動力的一切領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
把水加熱變成水蒸汽，并作為動力加以利用，這是獲取蒸汽的通常目的，但用傳統(tǒng)方法將水加熱變成水蒸汽要消耗大量的能源。這主要是由于水在加熱時處于靜止?fàn)顟B(tài)；如果將水經(jīng)高壓霧化后，進入換熱器換熱，它的換熱速度、換熱效率會大大提高。蒸汽具有廣泛的用途，例如用蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動并帶動發(fā)電機發(fā)電，就是很好的例子。但將鍋爐中的水加熱成蒸汽的過程卻消耗了大量能源(如煤、石油、天然氣等)，長期以來，這一問題沒有得到很好地解決。在已知公告號為CN2466511Y、CN2484477Y的中國實用新型專利說明書中公開了有關(guān)直流蒸汽鍋爐的相關(guān)技術(shù)和結(jié)構(gòu)，主要是在原有的結(jié)構(gòu)上給鍋爐另配了一個汽包，以便汽水分離，提高蒸汽的干度，改善蒸汽的品質(zhì)；同時對自動控制系統(tǒng)進行了改進，但還是沒有根本改變鍋爐換熱的現(xiàn)狀。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在解決現(xiàn)有蒸汽發(fā)生技術(shù)存在的不足，以大幅度提高能源轉(zhuǎn)換的利用率而提出一種干式霧化蒸汽發(fā)生方法、系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)。
實現(xiàn)本發(fā)明的方法是設(shè)置有用于加熱水蒸汽的汽包；設(shè)置有用于加熱霧化水的進水管；霧化水經(jīng)進水管被加熱汽化后進入汽包；
向進水管噴射霧化水；對汽包干式加熱；對進水管加熱；汽包排放蒸汽。
該方法還包括所述霧化水經(jīng)螺旋盤管加熱成飽和蒸汽后進入汽包。
所述霧化水經(jīng)1次或1次以上加熱。
所述汽包經(jīng)熱源加熱；所述進水管經(jīng)熱源的熱煙氣加熱。
所述進入汽包的飽和蒸汽經(jīng)加熱后為過熱蒸汽排出。以及所述經(jīng)汽包加熱后排出的過熱蒸汽再經(jīng)混入霧化水后排出。
實現(xiàn)本發(fā)明的系統(tǒng)是所述系統(tǒng)包括包括1)鍋爐、2)進水加壓霧化系統(tǒng)、3)加熱裝置、4)控制裝置，5)蒸汽溫度、濕度調(diào)節(jié)執(zhí)行裝置。
其主要結(jié)構(gòu)是設(shè)有一鍋爐，該鍋爐包括爐體、汽包、上水管、噴水嘴、燃燒室；其中汽包設(shè)在爐體的內(nèi)部，蒸汽汽包的下面是燃燒室，蒸汽汽包的外圍設(shè)有進水螺旋盤管，該進水管的一端是入水口，該入水口設(shè)有可調(diào)節(jié)流量的噴水嘴，進水管另一端接汽包；在汽包上還設(shè)有蒸汽排放管；燃燒室對汽包加熱，熱煙對進水螺旋盤管加熱。
該系統(tǒng)還包括所述進水螺旋盤管分為內(nèi)盤管和外盤管或多層盤管，每層螺旋管的管與管之間密接，每層盤管之間有間隙；其中外層盤管的下端長于內(nèi)層盤管的下端，內(nèi)外層盤管的下端通過三通接排水管；在汽包與內(nèi)層盤管之間設(shè)有襯套，該襯套的上端與汽包封接，其下端與內(nèi)層盤管密接。
所述噴水嘴包括噴嘴外套和噴嘴回流裝置，其中噴嘴外套的內(nèi)腔裝有噴嘴，噴嘴的前端設(shè)有噴霧孔，噴嘴的內(nèi)孔裝有旋流芯，旋流芯的圓周設(shè)有進水道，其前端圓弧面上均勻分布有螺旋槽，該螺旋槽與噴霧孔相通，噴嘴后端有回流襯套及調(diào)壓彈簧。
所述控制裝置包括電源電路、液位檢測電路、溫度檢測電路、干濕度檢測電路、壓力檢測電路、驅(qū)動電路、燃燒檢測檢測電路，以及與上述電路連接的CPU中央處理器；給上述電路提供信號的液位傳感器、溫度傳感器、干濕度傳感器、壓力傳感器和燃燒檢測傳感器。
所述蒸汽排放管連接有噴水嘴。
實現(xiàn)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)是用上述鍋爐，該鍋爐所產(chǎn)生的過熱蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動并通過汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電；使用過的過熱蒸汽經(jīng)冷凝器冷卻成水后再送至鍋爐重復(fù)使用。
本發(fā)明有益效果是將傳統(tǒng)的靜態(tài)加熱方式改為現(xiàn)在的運動型射流加熱方式，由于噴射進螺旋盤管內(nèi)的水溫總是常溫，能迅速地與盤管進行熱交換，因此，本發(fā)明的這種加熱方法可提高熱效率30~50％；其能源轉(zhuǎn)換率高，節(jié)能效果顯著。從附圖5與圖6對比可以看出，在達到相同溫度175度等量蒸汽的情況下，用本發(fā)明動態(tài)干式換熱法只需3分鐘，用傳統(tǒng)的普通靜態(tài)液相換熱則要用60分鐘才可達到相同溫度。此外，本技術(shù)如果應(yīng)用在火力發(fā)電方面，是對火力發(fā)電的重大改進，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。


圖1是本發(fā)明的鍋爐示意圖，其中1入水口、2爐體、3排煙口、4蒸汽排放管、5密封耐火層、6支架、7蒸汽汽包、8進水管掛架、9燃燒室、10排水管、11內(nèi)層進水管、12外層進水管、13煙道、14襯套。
圖2是本發(fā)明的控制電路方框圖。
圖3是本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)示意圖，其中20鍋爐、21汽輪機、22發(fā)電機、23冷凝器、24給水泵。
圖4是本發(fā)明的鍋爐系統(tǒng)示意圖，其中30安全閥、31排汽管、32噴水嘴、33單向閥、34流量調(diào)節(jié)閥、35水泵、36過濾器、37強磁除垢給水器、38水箱、39水位探頭。
圖5是普通靜態(tài)液相換熱溫度/時間示意圖；圖6是本發(fā)明動態(tài)干式換熱溫度/時間示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的結(jié)構(gòu)及工作原理做進一步說明本發(fā)明包括方法、實現(xiàn)該方法的系統(tǒng)，以及發(fā)電系統(tǒng)，其中方法部分主要是指蒸汽發(fā)生方法；系統(tǒng)部分主要是指蒸汽發(fā)生系統(tǒng)；發(fā)電系統(tǒng)主要是指本鍋爐在火力發(fā)電系統(tǒng)中的應(yīng)用。在蒸汽發(fā)生方法中包括用來產(chǎn)生過熱蒸汽的汽包、向汽包提供的飽和蒸汽、以及飽和蒸汽的產(chǎn)生、加熱方式和加熱過程。本方法改變了傳統(tǒng)的給水方式和換熱方式，即向汽包內(nèi)供給的不是水，而是經(jīng)加熱汽化的飽和霧化水(水霧)，這種飽和霧化水是通過向進水管噴入霧化水并經(jīng)過加熱實現(xiàn)的。在向汽包提供飽和霧化水前，汽包基本無水或只有少量的水，所以稱為干式加熱。另外，本方法改變了傳統(tǒng)的蒸汽產(chǎn)生方式，傳統(tǒng)蒸汽產(chǎn)生方式都是在一個體積很大的鍋爐里面預(yù)先充入大量的水，水的上面還要有足夠的空間來儲存蒸汽，然后把水加熱使之逐步轉(zhuǎn)變成蒸汽。傳統(tǒng)方式所用的鍋爐及配套設(shè)施要占用很大的面積，要使用大量的鋼材，而且輸出的飽和蒸汽不穩(wěn)定，最主要的是熱效率低，所以要消耗大量的能源，造成高成本、低效能。本發(fā)明的特點是在鍋爐內(nèi)設(shè)置一汽包和螺旋盤管，不需要裝水，只需要在汽包內(nèi)有很少的一點水，所以不用占用很大的空間；另外，向螺旋盤管里充入的不是液態(tài)水，而是霧化水；再有就是換熱方式有很大的改變，即熱源對汽包加熱，同時熱源的煙氣(余熱)對螺旋盤管加熱；這樣就能迅速把進入盤管里的霧化水加熱成飽和蒸汽，在經(jīng)汽包加熱成過熱蒸汽后排出。這種加熱方式與加熱空氣的方式很相似(一般每立方米空氣上升1度，約消耗0.24個大卡·小時)，同時能充分利用熱源和熱煙氣對霧化水進行多次加熱，所以能節(jié)省能源，大大提高熱效率。上述結(jié)論可以通過已給出的加熱水和空氣所消耗的熱能數(shù)值明顯看出，此外本發(fā)明向盤管提供的霧化水經(jīng)受熱會迅速膨脹，會以射流的形式運動，所以熱效率比傳統(tǒng)方式大大提高。由于在盤管里受熱的不是靜態(tài)水而是快速運動的蒸汽。本發(fā)明最終產(chǎn)生的是過熱蒸汽，所以具有很好的穩(wěn)定性。
具體方法是，加熱源可以是煤、石油、天然氣等物質(zhì)，火焰首先對汽包(過熱蒸汽發(fā)生裝置)進行加熱，此時汽包內(nèi)只有少量的水(以往的方法一般要在鍋爐內(nèi)裝有大量的水，所以加熱就需要大量的能源和時間，這是一個主要的區(qū)別)，熱源對汽包加熱后的余熱(熱煙)不是直接排放掉，而是經(jīng)過對進水管進行加熱后再排放，這樣就達到了對進水管中的霧化水進行加熱的目的，實現(xiàn)了對熱煙的再利用，達到了節(jié)能的目的。為了增加進水管的受熱面積和受熱時間，把進水管制成螺旋狀(螺旋盤管)，并且按內(nèi)外兩層或多層排列(可根據(jù)需要確定排列的層數(shù))，每兩層中間是間隙，該間隙就是走熱煙的煙道，所以當(dāng)熱煙經(jīng)過時對內(nèi)外層螺旋管內(nèi)的霧化水進行了重復(fù)加熱，加之水在進入盤管時呈水霧狀噴射，所以霧化水在水管內(nèi)很容易被快速加熱汽化成飽和蒸汽，然后再經(jīng)汽包加熱后可完全汽化為過熱蒸汽。用這種方法產(chǎn)生的蒸汽，通過調(diào)控即可實現(xiàn)低溫低壓，又能實現(xiàn)高溫高壓，完全可以滿足發(fā)電及其它工作的要求。我們可以把這種加熱方法稱為“運動型熱交換法”，而把老方法稱為“靜止型熱交換法”；運動型熱交換法就是霧化水經(jīng)噴嘴呈螺旋狀高速噴射到管道中并在運動中受熱膨脹汽化，而靜止型熱交換法指水靜止不動。
按上述原理制作鍋爐(如圖1所示)，這種鍋爐包括爐體2，在爐體2內(nèi)是汽包7，汽包7的下面是燃燒室9，汽包7的周圍是進水管11、12，進水管呈螺旋狀盤在汽包7的周圍，每層螺旋管的管與管之間緊貼合在一起，其形狀就象被壓實的彈簧一樣；進水管可設(shè)置多層，其中外層管的下端比里層管的下端長出一截，每兩層管之間形成間隙即為煙道13，內(nèi)外層管的下端通過三通接排水管10；進水管的入水口安裝噴水嘴(該噴嘴為公知技術(shù)，如噴油嘴)32，進水管的出口在汽包7里，汽包7上還安裝有過熱蒸汽排放管4，排放管4的出口在爐體2的外面，其上可通過一三通接噴水嘴32(可調(diào)節(jié)過熱蒸汽的干濕度，以滿足不同的需要)；在汽包7與進水管之間是襯套14，該襯套的上端通過密封耐火層5與汽包封接在一起，其下端接進水管。在過熱蒸汽排放管4處可連接溫度、干濕度、壓力等探頭，用以向控制電路傳遞相關(guān)信號，并實現(xiàn)自動控制。
鍋爐的工作方式基于干式換熱的原理，對汽包加熱的同時向汽包內(nèi)噴射飽和霧化水，由于在汽包與襯套之間有密封隔熱層，燃燒后的熱煙氣只能沿襯套壁向下進入內(nèi)外層盤管之間的煙道，然后再經(jīng)排煙口排出。這樣就最大限度的利用了熱量，大大縮短了水加熱轉(zhuǎn)換蒸汽的時間。汽包內(nèi)的過熱水蒸汽由出汽管排出即為高溫高壓的過熱蒸汽(溫度可達幾百度以上)。如果需要調(diào)節(jié)汽包排出過熱蒸汽的濕度，可在過熱蒸汽中通過噴嘴加入適量的霧化水混合使用。
按上述方法制作的系統(tǒng)(如圖4所示)，該系統(tǒng)包括鍋爐20、安全閥30、排汽管31、噴水嘴32、單向閥33、流量調(diào)節(jié)閥34、水泵35、過濾器36、強磁除垢給水器37、水箱38和水位探頭39等。水箱38的水經(jīng)水泵35并經(jīng)單向閥33向進水管供霧化水。
實施例圖3所示為本發(fā)明的實施例之一，表示本發(fā)明的鍋爐及系統(tǒng)在火力發(fā)電中的具體應(yīng)用。在實際使用中，只是用本發(fā)明的鍋爐取代原來的蒸汽鍋爐，其它設(shè)備都不變。
另外，本發(fā)明除用于發(fā)電外，還可用于其它需要蒸汽的領(lǐng)域。如用蒸汽洗車，或清洗設(shè)備及建筑物或作為動力直接輸出。
權(quán)利要求
1.一種干式霧化蒸汽發(fā)生方法，其特征是包括設(shè)置有用于加熱水蒸汽的汽包；設(shè)置有用于加熱霧化水的進水管；霧化水經(jīng)進水管被加熱汽化后進入汽包；向進水管噴射霧化水；對汽包干式加熱；對進水管加熱；汽包排放蒸汽。
2.如權(quán)利要求1所述的干式霧化蒸汽發(fā)生方法，其特征是所述霧化水經(jīng)螺旋盤管加熱成飽和蒸汽后進入汽包。
3.如權(quán)利要求1所述的干式霧化蒸汽發(fā)生方法，其特征是所述霧化水經(jīng)1次或1次以上加熱。
4.如權(quán)利要求1所述的干式霧化蒸汽發(fā)生方法，其特征是所述汽包經(jīng)熱源加熱；所述進水管經(jīng)熱源的熱煙氣加熱。
5.如權(quán)利要求1所述的干式霧化蒸汽發(fā)生方法，其特征是所述進入汽包的飽和蒸汽經(jīng)加熱后為過熱蒸汽排出。
6.如權(quán)利要求1或5所述的干式霧化蒸汽發(fā)生方法，其特征是所述經(jīng)汽包加熱后排出的過熱蒸汽再經(jīng)混入霧化水后排出。
7.如權(quán)利要求1所述的干式霧化蒸汽發(fā)生方法的系統(tǒng)，包括鍋爐、上水系統(tǒng)、加熱裝置、控制裝置，其特征是包括設(shè)有一鍋爐，該鍋爐包括爐體、汽包、上水管、噴水嘴、燃燒室；其中汽包設(shè)在爐體的內(nèi)部，蒸汽汽包的下面是燃燒室，蒸汽汽包的外圍設(shè)有進水螺旋盤管，該進水管的一端是入水口，該入水口設(shè)有噴水嘴，進水管另一端接汽包；在汽包上還設(shè)有蒸汽排放管；燃燒室對汽包加熱，熱煙對進水螺旋盤管加熱。
8.如權(quán)利要求7所述的干式霧化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征是所述進水螺旋盤管分為內(nèi)盤管和外盤管或多層盤管，每層螺旋管的管與管之間密接，每層盤管之間有間隙；其中外層盤管的下端長于內(nèi)層盤管的下端，內(nèi)外層盤管的下端通過三通接排水管；在汽包與內(nèi)層盤管之間設(shè)有襯套，該襯套的上端與汽包封接，其下端與內(nèi)層盤管密接。
9.如權(quán)利要求7所述的干式霧化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征是所述噴水嘴包括噴嘴外套和噴嘴回流裝置，其中噴嘴外套的內(nèi)腔裝有噴嘴，噴嘴的前端設(shè)有噴霧孔，噴嘴的內(nèi)孔裝有旋流芯，旋流芯的圓周設(shè)有進水道，其前端圓弧面上均勻分布有螺旋槽，該螺旋槽與噴霧孔相通，噴嘴后端有回流襯套及調(diào)壓彈簧。
10.如權(quán)利要求7所述的干式霧化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征是所述控制裝置包括電源電路、液位檢測電路、溫度檢測電路、干濕度檢測電路、壓力檢測電路、驅(qū)動電路、燃燒檢測電路，以及與上述電路連接的CPU中央處理器；和給上述電路提供信號的液位傳感器、溫度傳感器、干濕度傳感器、壓力傳感器和燃燒檢測傳感器。
11.如權(quán)利要求7所述的干式霧化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)，其特征是所述過熱蒸汽排放管連接有噴水嘴。
12.如權(quán)利要求7所述的干式霧化蒸汽發(fā)生系統(tǒng)的發(fā)電系統(tǒng)，其特征是所述發(fā)電系統(tǒng)包括權(quán)利要求7所述的鍋爐，該鍋爐產(chǎn)生的過熱蒸汽推動汽輪機轉(zhuǎn)動并通過汽輪機帶動發(fā)電機發(fā)電；使用過的過熱蒸汽經(jīng)冷凝器冷卻成水后再送至鍋爐重復(fù)使用。
全文摘要
一種干式霧化蒸汽發(fā)生方法、系統(tǒng)及發(fā)電系統(tǒng)，其中方法、系統(tǒng)包括用來產(chǎn)生過熱蒸汽的汽包、向汽包提供的飽和霧化水、以及霧化水的產(chǎn)生、加熱方式和加熱過程。本方法基于干式霧化運動換熱的原理，對汽包和進水管加熱，同時向汽包內(nèi)噴射飽和霧化水，這樣就最大限度的利用了熱量，大大縮短了水加熱轉(zhuǎn)換蒸汽的時間，提高了熱能利用率，所以節(jié)能效果顯著。此外，在火力發(fā)電中使用本鍋爐，是對火力發(fā)電的重大改進，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。
文檔編號F01K7/00GK1651818SQ20051003309
公開日2005年8月10日 申請日期2005年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月3日
發(fā)明者李啟明, 鄧小寶 申請人:李啟明, 鄧小寶