[实用新型]一种膜式蒸汽发生管

说明书

技术领域

本实用新型涉及蒸汽发生设备技术领域，具体涉及一种膜式蒸汽发生管。

背景技术

能源在国民经济生活中具有重要地位，各行各业都离不开能源。工业用水蒸汽（一下简称为蒸汽）是一种主要的能源载体（热能、势能、动能）；由工业软水（即锅炉给水，简称给水）在一定条件下转化成蒸汽；蒸汽生产的设备主要是工业锅炉，由工业锅炉将煤炭、燃气、燃油或生物质等各种燃料由化学能转化为热能，将工业软水由低温液态汽化为高温高压蒸汽，为生产设备、设施和生活设施等提供热能和动能（势能）；电厂的发电机由锅炉为其蒸汽轮机提供势能热能，在发电机组转化为电能。所以，作为生产蒸汽的工业锅炉在工业生产中具有重要作用。

现有的工业锅中炉受热管中给水的汽化形式主要有锅筒式沸腾汽化、循环式沸腾汽化、直流式沸腾汽化（水平型、垂直型、水平垂直混合型）三种形式，如附图1至6所示的五种情况。附图1中所示为锅筒式锅炉，工质（工业软水）在锅筒内，由燃油或燃气炉在燃烧室燃烧供热，在燃烧室内对锅筒辐射加热，在列管中高温尾气对列管外工质对流加热；受热管内给水吸收热能后升温，当温度超过其所在压力下的沸点的时候，沸腾汽化成蒸汽。附图2为自然（或强制）循环式锅炉，工质（工业软水）在加热列管和锅筒内，主要受热部件为下降受热管和上升受热管，在燃烧室内受热管内工质主要以辐射方式被加热，其余受热管内工质主要以对流换热形式被加热；受热管内给水吸收热能升温，当温度超过其所在压力下的沸点的时候，沸腾汽化成蒸汽。 图1和2所示的两种锅炉因都带有巨大的汽水分离的锅筒，统称为汽包式锅炉。附图3至6中所示分别为水平围绕管圈式、回带管圈式和垂直管屛式直流锅炉，直流锅炉没有用于汽水分离的锅筒，工业软水通过高压水泵加压做功，水在平或垂直受热管内被强制快速推进，管外热源以辐射和对流形式对管内给水加热，给水被加热成高温高压热水；在直流锅炉出口段，受热管内压力下降至管内工质水温的饱和蒸汽压，管内高温热水以过热闪蒸和沸腾形式汽化；汽化后的蒸汽被继续加热成过热蒸汽。

无论锅式筒式沸腾汽化、循环式沸腾汽化、直流式沸腾汽化（水平型、垂直型、水平垂直混合型），它们的共同特点：受热管在注满给水的情况下受热，在给水温度超过其所在压力饱和沸点的情况下，再以闪蒸和沸腾形式汽化。汽化出来的蒸汽被液体包裹着（尤其在汽包式锅炉受热管中），其汽液分离界面为受热管或锅筒中液相界面横截面限制（或受热管蒸发段有限的蒸发表面限制），制约着管内工质汽化速率；在汽包式锅炉中，随着传热温差的加大，会存在第一类沸腾恶化，如附图8所示，当受热管中的水沸腾剧烈到一定程度，水的传热被气膜所阻隔，管壁与给水之间的传热急剧下降；附图7所示的饱和水在水平加热面上沸腾的典型曲线，给水在汽包式锅炉内汽化情况：在壁温与工质沸点之间温差约4～40℃时，为核态沸腾区；此区内随温差上升工质的汽化传热速率不断上升，在约40℃附近传热速率达到一个高点，水的单位温差传热速率（即传热系数）大约29000W/（m2·℃）。再提高温差，传热进入过渡沸腾区；此区内给水汽化传热速率随温差上升反而下降，在温差上升到200℃附近，汽化传热系数降低到约1000W/（m²·℃）；再提高温差，传热进入稳定膜态沸腾区，传热系数基本维持在此水平。在没有沸腾汽化的情况下，水的传热系数仅约为有沸腾汽化情况下的1/5，水蒸汽的传热系数仅约为水的1/15~1/25。在直流式锅炉中，由于没有汽液分离的汽包和循环过程，给水在受热管中一次性被加热、汽化、过热成蒸汽，受热行程很长；所以，受热管必须做到很长；这就限制了直流锅炉只能用于大型化电厂锅炉。由于直流式锅炉受热列管行程是一定的，直流锅炉的燃料供给和给水必须严格匹配控制，否则，产出蒸汽不合格，还会因高温损害受热管；直流锅炉存在第二类沸腾恶化情况，如附图9所示，当受热管内汽水混合物中含汽率达到一定程度，管内工质流动结构是环水膜的汽柱状，水膜很薄，管内给水以闪蒸和沸腾形式汽化，并且存在着脉动现象，局部地方水膜被气流冲破或被蒸干，管壁得不到冷却，传热系数明显下降。在第二类沸腾恶化发生时，受热管壁温急剧上升，能达到500~700℃，甚至更高，远超过受热管材质的正常使用极限，导致受热管损坏或使用寿命骤减。

综合以上所述：汽包式锅炉和直流锅炉式的受热管中工质软水受热汽化有以下不足：

1、传热效率低，在汽包式锅炉和直流锅炉受热管中，工质水在不同阶段传热系数不一样，仅在核态沸腾汽化段传热系数最高，限制了传热速率的提高；

2、传热不稳定，存在沸腾恶化现象，在汽包式锅炉受热管中会发生第一类沸腾恶化，在直流式锅炉受热管中会发生第二类沸腾恶化情况；