阅读说明：本技术 一种带有预热器和过热器的蒸汽发生器 (Steam generator with preheater and superheater ) 是由 王政伟 张郑周 刘璇 纪国剑 李森 于 2019-09-11 设计创作，主要内容包括：本发明属于热能利用技术领域,涉及一种带有预热器和过热器的蒸汽发生器,包括过热器、蒸发器、预热器。主要特征是利用一组U形蒸发管通过热媒A、B分配室将过热器、蒸发器、预热器串连成一个整体式结构；U形蒸发管的进口直管和过热器的换热管A的出口端与热媒A分配室连通,U形蒸发管的出口直管和预热器换热管B的进口端与热媒B分配室连通。热媒依次流经过热器、热媒A分配室、蒸发器、热媒B分配室和预热器来完成对蒸汽的过热、水的蒸发和水的预热过程,使冷热流体逆向流动,增加传热温差和热媒的进出口温差,提高热媒的能源利用率。本发明具有结构紧凑、安装空间少、提高热能利用率和<Image he="66" wi="64" file="DDA0002198248530000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>效率,可获得良好的经济社会效益。(The invention belongs to the technical field of heat energy utilization, and relates to a steam generator with a preheater and a superheater. The main characteristic is that a group of U-shaped evaporation tubes are used to connect the superheater, the evaporator and the preheater in series into an integral structure through a heating medium A, B distribution chamber; the inlet straight pipe of the U-shaped evaporation pipe and the outlet end of the heat exchange pipe A of the superheater are communicated with the heat medium A distribution chamber, and the outlet straight pipe of the U-shaped evaporation pipe and the inlet end of the heat exchange pipe B of the preheater are communicated with the heat medium B distribution chamber. The heat medium sequentially flows through the superheater, the heat medium A distribution chamber, the evaporator, the heat medium B distribution chamber and the preheater to complete the processes of superheating steam, evaporating water and preheating water, so that cold and hot fluids reversely flow, and the quantity of the heat medium is increasedThe heat transfer temperature difference and the temperature difference of the inlet and the outlet of the heat medium improve the energy utilization rate of the heat medium. The invention has the advantages of compact structure, small installation space, improved heat energy utilization rate and High efficiency and high economic and social benefits.)

一种带有预热器和过热器的蒸汽发生器

技术领域

本发明涉及热能利用技术领域，特别是涉及一种带有预热器和过热器的蒸汽发生器。

背景技术

在太阳能光热发电系统中，由于天气、昼夜和季节的变化，使得太阳能接收器得到光热负荷波动很大，而后续汽轮发电机组往往需要稳定的负荷来达到高效安全可靠运行，这就需要有容量足够大的蓄热放热装置来平衡两者之间的差异。同样在热电联产供热系统，锅炉及汽轮发电机组在稳定的热负荷下才能获得高效稳定运行，但是所需产生热负荷和生活热负荷由于受到产生周期和班次、居民生活***衡。目前蓄热技术分为显热蓄热、相变蓄热以及热化学蓄热，而在光热发电和热电联产供热领域，应用最为广泛的是显热和相变蓄热。在热量存储和提取过程中存在的技术难题是，如何来提高蓄热放热过程的热效率及效率，否则将造成较大的能源浪费及可能损失。

在现有光热发电系统和热电联产系统中，为了提高蒸汽的发电效率和提高热媒的利用率，需要将饱和蒸汽过热为一定温度的过热蒸汽，同时也需要将低温水进入预热器加热到接近对应压力的饱和温度后，再进入蒸汽发生器，这样才能充分地利用蒸发器的换热面积和热媒的显热。但现有技术的蒸汽发生器由于本体结构上限制，一般只能产生饱和蒸汽，当需要用过热蒸汽时，需加装独立的过热器或其他辅助加热设备，当需要将过冷水加热到饱和水时，需加装独立的预热器(也称省煤器)，这样过热器和预热器与主体蒸发器独立安装运行，需要用管道连接各设备进出管口，增加了安装空间和制造成本，同时在热量提取及传递过程中会造成更多的能源浪费及热量品质降低，使整个发电供热系统的热效率和效率降低，本发明就是解决目前遇到的技术问题。

本发明提供一种带有预热器和过热器的蒸汽发生器，具有结构紧凑，制造成本低和安装空间少；同时在热量交换过程中，水的预热、蒸发、过热三个阶段均在一个主体设备中进行，能充分利用蒸发器的换热面积和高温热媒的显热，使得低温过冷水能够生成更高温度的过热蒸汽，提高了蓄热放热的热效率及效率，并且可调节过热器上管板A和预热器下管板B来调节各自的换热面积，从而调节过热蒸汽的出口温度和水的预热温度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：减少换热设备分散布置后带来的能源浪费和品质的下降，降低可能损失，节约能源，提高蓄热放热系统使用效率，同时能使主体设备结构紧凑，节约空间和降低成本。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种带有预热器和过热器的蒸汽发生器，包括过热器、蒸发器、预热器、热媒A分配室和热媒B分配室。所述的U形蒸发管由进口直管、U形管、出口直管三部分组成，且倒置于蒸发器的水空间壳体内，其进口直管穿过管板与热媒A分配室连通，其出口直管穿过管板与热媒B分配室内连通；而过热器的换热管A穿过上管板A与热媒A分配室连通，预热器的换热管B穿过上管板B与热媒B分配室连通，这样利用一组U形蒸发管通过热媒A、B分配室将过热器、蒸发器、预热器串连成整体式结构。同时在蒸发器上的汽空间壳体顶部装有饱和蒸汽出口管并通过管道与过热器上的蒸汽进口管连通，蒸发器上的水进口管通过管道与预热器上的水出口管连通。

考虑到结构紧凑性和便于与蒸发器密封对接，过热器的壳体A和预热器的壳体B均为半圆筒形结构，且具有相同的半径和高度，组合焊接在一起形成一个圆筒形壳体，并在直径附近设有隔板A和隔板B，隔板A、B间预留有一定的空气间隙，确保能绝热分开，隔板A两侧与壳体A固定连接，下端与进口分配箱固定连接，隔板B两侧与壳体B固定连接，下端与热媒出口汇集箱固定连接。圆筒形壳体的下端分别与热媒进口分配箱和热媒出口汇集箱对接，圆柱形壳体上端外与法兰A和法兰B固定连接，蒸发器的法兰与法兰A和法兰B之间加密封垫后用螺栓连接。

过热器由热媒进口分配箱、换热管A、下管板A、壳体A、折流板A、上管板A、隔板A和法兰A组成；所述的过热器壳体A下端与热媒进口分配箱固定连接，下管板A、多个折流板A和上管板A按流程依次置于壳体A内，且与壳体A固定连接，法兰A与过热器的壳体A上端外壁固定连接；所述的换热管A的进口端与热媒进口分配箱连通，且穿过下管板A、中间折流板A和上管板A上的安装孔后，再与下管板A和上管板A进行固定连接，换热管A出口端与热媒A分配室连通；所述的饱和蒸汽进口管和过热蒸汽出口管别置于过热器壳体A外的上、下端、且与壳体A内相连通。

蒸发器由水空间壳体、凹形导流板、U形蒸发管、汽空间壳体、旋风分离器、波纹板分离器、支撑架、管板、法兰构成；所述的蒸发器壳体由水空间壳体和汽空间壳体对接而成，且汽空间壳***于水空间壳体的上方，水空间壳体为圆筒形壳体，汽空间壳体为曲线形回转筒体，且其最大直径为水空间壳体的直径2～3倍，以满足有较大的汽空间能平衡压力，安装汽水分离器；多个旋风分离器和波纹板分离器置于汽空间壳体内，且波纹板分离器置于旋风分离器上方，起到二级分离作用，确保蒸汽品质；在汽空间壳体的顶部安装饱和蒸汽出口管，且与汽空间壳体内相连通；将进水环形配水管置于水空间壳体内的上端，且与水进口管连通，所述的水进口管和排污口管分别置于水空间壳体的上、下端，且与水空间壳体内相连通；所述的U形蒸发管由进口直管、U形管和出口直管组成，进口直管穿过管板与热媒A分配室连通，出口直管穿过管板与热媒B分配室连通且与管板固定；所述的多个凹形导流管板与U形蒸发管的进口直管、U形管和出口直管固定连接，且交叉间隔布置；管板与水空间壳体的下端内侧固定连接，法兰与水空间壳体的下端外侧固定连接。

所述预热器由热媒出口汇集箱、换热管B、下管板B、壳体B、折流板B、上管板B、隔板B和法兰B组成；所述的预热器壳体B下端与出口汇集箱固定对接，下管板B、多个折流板B和上管板B按流程依次置于壳体B内且与其固定连接，法兰B与预热器壳体上端外侧固定连接；所述的换热管B的进口端与热媒B分配室连通，且穿过下管板B、中间折流板B和上管板B上的安装孔后，再与下管板B和上管板B进行固定连接，换热管B出口端与热媒出口汇集室连通；所述的水出口管和水进口管分别置于预热器壳体外的上、下端，且与壳体内相连通

在换热过程中，考虑到水中含有钙镁等盐类会形成水垢，长时间聚集会恶化换热，降低换热效率，作为优选，所述蒸发器内有固定管束的拉杆，整个换热管束能拆开后抽出，便于清理U形蒸发管和壳体内部。在换热过程中，考虑到蒸汽气泡产生会造成堆积附着换热管壁从而影响蒸发室内流体的循环流动，作为优化，(1)蒸发器内在U型管的进口直管和出口直管上间隔交叉布置多个凹形导流管板，引导换热过程中气泡的流动及分布，强化换热；(2)蒸发器水空间的上端安装环形进水配水管，其出水口沿内壁环形布置，形成冷流体沿水空间壳体内壁下流，热蒸汽从中间上升的良性循环。

为了提高换热管的换热系数，强化换热管的换热效率，所述U形蒸发管为光管、或为螺纹管、或为具有内翅片的换热管，或为具有内部扰流件的换热管中的一种或多种。本发明换热管不局限于上述几种，也可以使用其他换热系数高的换热管。

本发明的有益效果是：

1.利用U形蒸发管和热媒A、B分配室将过热器、蒸发器和预热器串联起来，形成整体型的立式蒸汽发生器，这种装置的具有结构紧凑、占地面积小、制造方便、和成本低的显著优点，可获得更广泛的推广应用。

2.充分利用内部空间且相互独立，将圆筒形壳体和半球形壳体连接起来，再用两块隔板隔开，隔板中间留有空气间隙，形成相互独立的过热器和预热器，减少连接管道，减少热量在传递过程中的热损失和损失。

3.过热器上管板与预热器上管板与壳体的固定位置，可根据蒸汽过热温度和水预热温度进行调节，以满足过热器和预热器换热面积不同的要求。

4.本发明将蒸发器中的U形蒸发管上的导流板设计成凹弧形导流板，用于引导换热过程中产生的气泡上升在空间合理分布，并减少在换热管外壁气泡堆积现象的发生，增强换热效果。在水空间壳体的上端内侧布有环管配水管，出水口沿内壁环形布置，配合凹形导流板的作用形成冷流体沿内壁下流，热蒸汽从中间上升的良性循环。

5.本发明的蒸发器的壳体空间由水空间壳体和汽空间壳体组成，汽空间远大于水空间，使汽空间内能布置足够多的旋风分离器和波纹板分离器，这样使汽水分离效果大大提高，以确保蒸汽品质。

6.本发明带有预热器和过热器的蒸汽发生器应用范围广泛，高温热媒不仅可以是高温熔盐、导热油、也可以是高温气体。

7.本发明不仅可以用于蓄热能量的使用，也可以作为新形热交换装置在锅炉设备中使用。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明过热器、预热器和U形蒸发管的结构示意图。

图3是本发明的凹形导流板结构示意图。

图中：1.过热器，2.蒸发器，3.预热器，4.热媒A分配室，5.热媒B分配室，10.热媒进口分配箱，11.换热管A，12.下管板A，13.壳体A，14.过热蒸汽出口管，15.折流板A，16.饱和蒸汽进口管，17.法兰A，18.上管板A，19.隔板A；21.水空间壳体，22.凹形导流板，23.U形蒸发管，231.进口直管、232.U形管、233.出口直管，24.环形配水管，25.汽空间壳体，26.旋风分离器，27.波纹板分离器，28.饱和蒸汽出口管，29.饱和水进口管，210.支撑架，211.管板，212.排污口管，213.法兰；30.热媒出口汇集箱，31.换热管B，32.下管板B，33.壳体B，34.水进口管，35.折流板B，36.水出口管，37.法兰B，38.上管板B，39.隔板B。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1和图2所示，本发明的一种带有预热器和过热器的蒸汽发生器，包括过热器1、蒸发器2、预热器3、热媒A分配室4和热媒B分配室5。利用U形蒸发管23，将过热器1、蒸发器2、预热器3与热媒A分配室4和热媒B分配室5串连成一个整体结构，其中，过热器1和预热器3设置在整个蒸汽发生器的最底部，热媒A分配室4在蒸汽器2和过热器1的中间，热媒B分配室5在蒸发器2和预热器3的中间，热媒A分配室4和过热器1在左侧，热媒B分配室5和预热器3在右侧，过热器1和预热器3左右组合成一个整体再通过法兰与蒸发器2密封连接。

过热器1由热媒进口分配箱10、换热管A 11、下管板A12、壳体A 13、折流板A 15、法兰17、上管板A 18、隔板A 19组成；过热器1的壳体A 13为半圆柱形壳体，在壳体A 13外上、下端安装有饱和蒸汽进口16和过热蒸汽出口14，且与壳体A 13内相连通，在过热器1的壳体A 13内下、中、上部布依次设有下管板A 12、多个折流板A 15和上管板A 18，且与换热管A11固定，壳体A 13下端与热媒进口分配箱10对接、上端与法兰A 17固定连接，换热管A 11进口端与热媒进口分配箱10连通、换热管A 11的出口端与热媒A分配室4连通，隔板A19的左右侧与壳体A13固定连接、下端与热媒进口分配箱10固定连接。

蒸发器2为管壳式蒸发器，其壳体由水空间壳体21和汽空间壳体25组成，蒸发器2的汽空间壳体25顶部外上方安装有饱和蒸汽出口管28，并与汽空间壳体25内相连通，蒸发器2的汽空间壳体25内安装有旋风分离器26和波纹板分离器27来进行汽水分离，多个旋风分离器26置于波纹板分离器27下方，蒸汽经旋风分离器26一级分离后再进入波纹板分离器27二级分离，以确保蒸汽的品质；水空间壳体21上端外部安装有饱和水进口管29，下端外部安装有排污口管212，二者均与水空间壳体21内部相连通；水空间壳体21内垂直倒装U形蒸发管23，U形蒸发管23包括依次连接的进口直管231、U形管232和出口直管233，U形蒸发管23的进口直管231和出口直管233分别穿过凹形导流板22和管板211的孔后再与其固定连接，U形蒸发管23采用多个平行布置形成蒸发管束，多个凹形导流板22间隔交叉布置在进口直管231和出口直管233上。水空间壳体21外上部装有多个均布固定支撑架210，固定支撑架210与外部支撑杆螺栓连接，起到支撑整个蒸汽发生器的作用。

预热器3由热媒出口汇集箱30、换热管B 31、下管板B 32、壳体B 33、折流板B 35、法兰B 37、上管板B 38和隔板B 39组成，其中壳体B 33也采用半圆筒形壳体，壳体B 33与壳体A13具有相同的半径和高度，两者焊接成一个圆筒形壳体；在壳体B 33内的上、中、下部按流程依次布有上管板B 38、折流板B 35和下管板B 32，且与壳体B 33固定连接，壳体B 33上端与热媒B分配室5对接，壳体B 33的下端与热媒出口汇集箱30对接，换热管B 31依次穿过下管板B 32、折流板B 35和上管板B 38上的孔后再固定连接，换热管B 31的进口端与热媒B分配室5连通，其出口端与热媒出口汇集箱30连通。

所述过热器1的壳体A13和预热器3的壳体B 33通过焊接方式焊接成一个整体并通过法兰A17和法兰B 37与蒸发器2的法兰213密封连接；所述的蒸发器2上的饱和蒸汽出口管28通过管道与过热器1上的饱和蒸汽进口管16连通；所述的蒸发器2上的饱和水进口管29通过管道与预热器3上的水出口管36连通。

所述壳体A13和壳体B 33均为半圆筒形结构，通过组合固定连接在一起形成一个圆筒形壳体，在过热器1和预热器3之间设有隔板A19和隔板B 39，隔板A19和隔板B 39间预留有空气间隙；隔板A19上端与蒸发器2的管板211密封连接，下端与热媒进口分配箱10固定连接，隔板B 39上端与蒸发器2的管板211密封连接，下端与热媒出口汇集箱30固定连接；圆筒形壳体的下端分别与热媒进口分配箱10和热媒出口汇集箱30固定连接，圆筒形壳体上端外与法兰A17和法兰B 37固定连接，法兰A 17和法兰B 37固定连接成一个整体的法兰。

所述U形蒸发管23由若干换热管组成，换热管为光管、或为螺纹管、或为具有内翅片的换热管，或为具有内部扰流件的换热管等中的一种或多种。

所述上管板A 18与壳体A 13的固定位置是可移动的，上管板B 38的与壳体B 33固定的位置是可移动的，以调节过热器1和预热器3的换热面积。

本实施例中的热媒可以是熔盐、导热油等液体，也可以是高温空气等气体。

本发明一种带有预热器3和过热器1的蒸汽发生器的工作原理如下：

热媒换热流程：工业生产中或蓄热器中的高温热媒经管道连接到过热器1热媒进口分配箱10，高温热媒经下管板A 12分流进入换热管A 11内，与管外的过热蒸汽进行对流换热，降温后的热媒经上管板A 18进入过热器1上方的热媒A分配室4，再经分流后进入U形蒸发管23，与管外的汽水混合物换进行蒸发换热，热降温后进入热媒B分配室5，再进入预热器3内的换热管B 31中，与管外的过冷水进行对流换热，热媒温度不断下降，最后从与换热管B 31的出口端流入热媒出口汇集箱30，再从出口管流出。

水的加热、蒸发和过热流程：从外部给水泵来的高压给水通过给水管送到预热器3，给水从水进口管34进入预热器3的壳体33内，给水经过折流板B 35多次折流和换热管B31内热媒充分换热后，给水的温度逐渐升高变成饱和水，饱和水从水出口管36经管道连接，再从饱和水进口管29并通过环形配水管24流入蒸发器2的水空间壳体21的内壁，进入到蒸发器2的最底部，而处于中间的饱和水与U形蒸发管23内热媒进行充分换热后，饱和水在蒸发管表面开始沸腾汽化，蒸汽携带水份的汽水混合物在浮生力的作用下，在凹形导流板22的引流下，从换热管束的中心和外侧上升到汽水分界面进行汽水分离，分离出来的水进入水空间壳体21进行再循环，分离出的蒸汽经过旋风分离器26和波纹板分离器27二级分离后，从饱和蒸汽出口管28排出，经蒸汽管道连接再从饱和蒸汽进口管16进入过热器1，饱和蒸汽在过热器1的换热管A11内与高温热媒换热升温成为过热蒸汽，达到需要的温度后从过热蒸汽出口管14排出，再经管道送到汽轮发电机组或其他高温蒸汽用能设备。整个水汽加热过程将分为加热段、蒸发段、过热段，热媒依次经过过热器1、蒸发器2和预热器3后，其温度大幅度降低，这样加大了热媒的进出口温差，高效的提取了高温蓄热媒体中的能量资源，提高了整个蓄热放热系统的效率以及能源利用率。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。