蒸汽发生设备的制作方法

1.本公开涉及蒸汽发生技术领域，尤其涉及一种蒸汽发生设备。


背景技术：

2.在国家节能减排的号召下，蒸汽发生设备加速向高效低排放的全预混冷凝式发展。尤其是免监检型/免报检型贯流式燃气蒸汽发生器，相比传统蒸汽锅炉产汽速度更快，更加节能环保，且无需安装报检及锅炉年审，广受市场青睐，被广泛应用于国民生产和生活中，如酒店，宾馆，食品加工，纺织，化工，饲料加工等等行业。
3.但是现有市场上的免监检型贯流式燃气蒸汽发生器普遍存在真实水容积超标，尤其2020版锅规颁布施行后，明确了水容积计算方式，即汽水系统进出口内几何总容积，包含了给水泵出口至设备蒸汽出口的全部承压空间内容积，基于该计算方式，现有市场上绝大多数贯流式燃气蒸汽发生器水容积远超30升，不仅不符合锅规免检标准，而且设备内安装的冷凝器作为承压组件，对其承压要求较高，存在着不小的安全隐患。
4.为解决上述问题，降低蒸汽发生器水容积，热井节能科技提交了公开号cn114508745a的新型贯流式蒸汽发生器或蒸汽锅炉及其换热单元的发明专利申请，采用单圈立管结构配合燃烧器实现小容积蒸汽发生器结构，并进一步提交了公开号cn115614722a的蒸汽发生设备及其运行方法，并在该发明专利中采用双泵运行系统，与缓冲器配合，解决气蚀问题。
5.上述专利所披露的小容积蒸汽发生器虽然能够解决在小容积条件生产足额高品质蒸汽的技术难题，但是在实际使用中，仍然无法达到与传统水管锅炉同样的使用寿命，长时间高温高压连续运行容易在换热器的上部产生干烧损坏的问题。
6.随着进一步的研究发现，小容积贯流式蒸汽锅炉(蒸汽发生器)的立管式的换热单元直接围绕在燃烧器外，立式换热管内部存在汽水分界面，而由于小容积的需求燃烧器与换热管的重合区域较大，存在其汽水分界面无法高于燃烧器的火界的现象，使得换热管一定长度的蒸汽段暴露于燃烧室内，其直接对应于燃烧器的燃烧区。但是，水蒸汽的比热容远小于水的比热容，导致蒸汽段的吸热能力较弱，如此形成持续干烧，导致换热管干烧损坏，降低蒸汽发生器使用寿命。


技术实现要素：

7.鉴于上述问题，本公开的一个目的是提供一种可避免换热管干烧损坏的蒸汽发生设备。
8.为大到上述目的，本发明采用如下技术方案：
9.一种蒸汽发生设备，其中，包括：
10.燃烧器；
11.配设有用于所述燃烧器燃烧的燃烧室的第一换热组件，限定有第一烟气流道和主换热流道；所述主换热流道的水与所述第一烟气流道的烟气换热升温部分汽化，并输出温
度在90℃以上的汽水混合流体；
12.限定有第二烟气流道和蒸汽发生流道的第二换热组件；所述第二烟气流道在烟气流动方向上连通于所述第一烟气流道的下游，所述蒸汽发生流道在水流流动方向上连通于所述主换热流道的下游；所述蒸汽发生流道的汽水混合流体与所述第二烟气流道的烟气换热形成蒸汽；所述第二换热组件具有输出蒸汽的蒸汽输出端。
13.作为一种优选的实施方式，所述第二换热组件配设有锅炉水位计。
14.作为一种优选的实施方式，还设有第三换热组件；所述第三换热组件限定有第三烟气流道和预热流道；所述第三烟气流道在烟气流动方向上连通于第二烟气流道的下游；所述预热流道在水流方向上连通在所述主换热流道的上游；所述预热流道的水与所述第三烟气流道的烟气换热以升温预热。
15.作为一种优选的实施方式，所述第三换热组件为冷凝换热器，其具有第一进水端和第一出水端；所述第一进水端的上游连通有第一水泵；
16.所述第一换热组件具有第二进水端和第二出水端；所述第一进水端和所述第二进水端之间串联有第二水泵；所述第二水泵的扬程大于所述第一水泵的扬程；所述第一水泵的扬程大于第三换热组件的水阻。
17.作为一种优选的实施方式，所述第一换热组件包括筒状壳体、以及筒状壳体内部的第一换热单元；所述第一换热单元连通在第二进水端和第二出水端之间；所述第一换热单元限定有所述主换热流道的多根第一竖直换热管,所述第一竖直换热管围绕于燃烧器进行燃烧的燃烧室外。
18.作为一种优选的实施方式，所述第一换热组件在至少一根所述第一竖直换热管的内部还设有内杆；所述内杆的外壁和所述换热管的内壁之间形成储水空间；所述内杆沿换热管长度方向的长度在20％换热管长度以上。
19.作为一种优选的实施方式，所述第二换热组件包括外壳以及位于外壳内的第二换热单元；所述第二换热单元包括限定有所述蒸汽发生流道的多个第二竖直换热管；所述第二换热组件具有连通第二进水端的第三进水端；所述第三进水端位于在所述第二换热单元的下端。
20.作为一种优选的实施方式，所述第二换热组件上端设有连通蒸汽输出端的上联箱，所述第二换热组件下端设有连通所述第三进水端的下联箱；所述多个第二竖直换热管的上端连通所述上联箱，下端连通所述下联箱。
21.作为一种优选的实施方式，所述第二换热组件在所述至少一根第二竖直换热管的内部在该第二竖直换热管50％高度以上的位置设置有汽水分离组件；所述汽水分离组件被配置为形成对至少部分沿所述换热管长度方向流动的汽水流体阻挡，且具有上端进行流体输出、下端进行流体输入的流体流动路径；所述汽水分离组件沿换热管长度方向的长度在1％换热管长度以上且在30％换热管长度以下，或者，沿换热管长度方向的长度为5mm-500mm。
22.作为一种优选的实施方式，所述主换热流道围绕在燃烧室外；所述蒸汽发生流道位于第一换热组件外。
23.有益效果：
24.本技术一个实施例的蒸汽发生设备增加有在冷凝换热器和第一换热组件(蒸汽发
生本体)之间增设第二换热组件，第二换热组件一方面与烟气来流进行换热，形成二次汽化，另一方面提供汽水分离场所。第二换热组件相比于第一换热组件远离高温火焰，其换热管的蒸汽段远离高温火焰，避免高温干烧，既能保证蒸汽品质，又能保证使用寿命。
25.针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。
26.应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤或组件的存在或附加。
附图说明
27.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
28.图1是本公开一个实施例的蒸汽发生设备的立体结构图；
29.图2是本公开一个实施例的蒸汽发生设备的立体结构图；
30.图3是图2的另一视图；
31.图4是图2的正视图；
32.图5是图2的第二换热组件立体结构图；
33.图6是图5的另一视图；
34.图7是图5的第二竖直换热管排列示意图；
35.图8是本公开另一个实施例的蒸汽发生设备的立体结构图。
具体实施方式
36.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
37.需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的另一个元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中另一个元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
38.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
39.本公开一个实施例提供一种蒸汽发生设备，该蒸汽发生设备适用但不限于免检型蒸汽发生器或蒸汽锅炉。较佳的，该蒸汽发生设备的水容积在50l以下，更进一步地，该蒸汽发生设备的水容积在30l以下。
40.请参阅图1，本实施例的蒸汽发生设备包括：燃烧器、第一换热组件50、第二换热组件70、第一水泵10和第二水泵40。其中，第一换热组件50限定有第一烟气流道和主换热流道。主换热流道的水与所述第一烟气流道的烟气换热升温，在主换热流道内形成汽水混合流体(汽水混合物)。汽水混合流体在被主换热流道输出时其温度在90摄氏度以上。汽水混合流体中(液相)水在15％以上，示意性质地举例为，第一换热组件50所输出的汽水混合流体中其液相水在40％，如此，一半重量以上的水在第一换热组件50进行了升温以及汽化。另外，汽水混合流体中(液相)水蒸汽在50％以上。
41.第二换热组件70限定有第二烟气流道和蒸汽发生流道。第二烟气流道在烟气流动方向上连通于所述第一烟气流道的下游。蒸汽发生流道在水流流动方向上连通于所述主换热流道的下游。所述蒸汽发生流道的水(汽水混合流体)与所述第二烟气流道的烟气换热形成蒸汽。第二换热组件70具有输出蒸汽的蒸汽输出端71。其中，汽水混合流体中将剩余的水接近全部在蒸汽发生流道升温汽化，进而，第二换热组件(蒸汽输出端71)所输出的蒸汽干度在90％以上。优选的，蒸汽输出端71所输出蒸汽的蒸汽干度在98％以上。
42.本实施例的蒸汽发生设备的水容积可低于50升，蒸汽干度可达到95％以上(最高可达98％)，蒸发量达到1000kg/h，节能效果较传统锅炉提升30％以上。
43.第一换热组件50内限定有燃烧室，燃烧器在燃烧室内燃烧形成高温火焰，并输出高温烟气。主换热流道围绕在燃烧室外，第一竖直换热管作为主换热流道的载体，其围绕的燃烧空间构成燃烧室，燃烧器为筒状燃烧器，其伸入燃烧室内。所述蒸汽发生流道位于第一换热组件50外，远离高温火焰。
44.该蒸汽发生设备还设有第三换热组件20。第三换热组件20限定有第三烟气流道(烟气流动空间)和预热流道(水流空间)。所述第三烟气流道在烟气流动方向上连通于第二烟气流道的下游。所述预热流道的水与所述第三烟气流道的烟气换热以升温预热。第三换热组件20所输出的预热水温在60℃以上。预热流道在水流方向上连通在所述主换热流道的上游。所述预热流道具有第一进水端和第一出水端。在本实施例中，第一、第二、第三进水端及第一、第二出水端构造有法兰连接结构。
45.本实施例的蒸汽换热设备采用双泵接力换热，节能器(第三换热组件20)不承压，提升使用安全系数，延长使用寿命。所述第三换热组件20为冷凝换热器，其具有第一进水端和第一出水端；所述第一进水端的上游连通有第一水泵10。所述第一换热组件50具有第二进水端52和第二出水端53。所述第一出水端和所述第二进水端52之间串联有第二水泵40；所述第二水泵40的扬程大于所述第一水泵10的扬程；所述第一水泵10的扬程大于第三换热组件20的水阻。
46.本实施例的蒸汽发生设备设置双泵运行，通过在第三换热组件20前第一水泵10，以将第三换热组件20的水阻抵消，设置于第三换热组件20(沿水流方向)下游的第二水泵40在运行时由于第三换热组件20的水阻(管路阻力)抵消以被第一水泵10所抵消，进而第三换热组件20对于第二水泵40的泵抽效能影响较小甚至消除，进而在双泵作用下可以及时向第一换热组件50(炉体)供水，满足第一换热组件50对水位控制的要求。
47.并且，第三换热组件20位于第二水泵40的上游，无需承压设计，进而第三换热组件20(节能器)不属于承压器件，可以较佳的改善承压水容积，使得蒸汽发生设备自所述第二水泵40的出水端到所述第二换热组件70的蒸汽输出端71之间的内几何容积在30l以下，实
现真正安全免报检的基础上避免影响蒸汽发生器或蒸汽锅炉的蒸汽发生速度和蒸发量。
48.为避免增加水容积，第一换热组件50的主换热流道内水发生相变形成水蒸汽，并在第一换热组件50内形成汽水混合流体。第一换热组件50内的部分水经与高温烟气换热而汽化形成水蒸汽，部分液态水由于重力相比于水蒸汽会更快下落，进而避免与下行的水蒸汽分离，构成汽水混合流体。第一换热组件50的第二出水端53输出汽水混合流体。
49.为避免第一换热组件50产生汽水分离而形成干烧，第一换热组件50的第二进水端52高于第二出水端53。进一步地，第二进水端52位于第一换热组件50的上端，第二出水端53位于第一换热组件的下端，并通过管道68与第三进水端73相连通。或者，如图8所示的实施例，第二出水端53位于第一换热组件50的上端，通过管道68’与第三进水端73相连通，此时，第一换热组件50的第二进水端52位于其下端。
50.第二换热组件70连通于第一换热组件50的下游，其直接输入第一换热组件50所形成的汽水混合流体，如此也可避免第二换热组件70形成蒸汽过热器，无法满足饱和蒸汽的需求，同时会导致第二换热组件70吸热能力下降，产生过热问题，影响使用寿命。
51.在本实施例中，第二换热组件70一方面与烟气来流进行换热，形成二次汽化，另一方面提供汽水分离场所。第二换热组件70相比于第一换热组件50远离高温火焰，其换热管的蒸汽段远离高温火焰，避免干烧，既能保证蒸汽品质，又能保证使用寿命。
52.本实施例的蒸汽发生设备增加有第二换热组件70，可将汽水分界面远离火界(高温火焰)，并且可避免水容积增大，借此可避免换热管干烧损坏。而可以想到的，在大容积的蒸汽发生设备中依然可适用本蒸汽发生设备结构，避免发生干烧问题。
53.在本实施例中，所述蒸汽发生设备为贯流式蒸汽发生器。所述第一换热组件50包括筒状壳体、以及筒状壳体内部的第一换热单元。所述第一换热单元连通在第二进水端52和第二出水端53之间。第一换热单元包括限定有所述主换热流道的多个平行排布的第一竖直换热管。第一换热组件50作为主换热器，其提供蒸汽发生的主换热场所，为确保来水在第一换热组件50吸收热量达到部分汽化，第一竖直换热管的长度大于第二竖直换热管711的长度。第一竖直换热管的下端位于第二竖直换热管711的下方，第一竖直换热管的上端高于第二竖直换热管711的上端。其中，第一竖直换热管内还可设有阻流结构，以避免流速过快，提升换热效果。阻流结构可以为第一竖直换热管内的阻流挡板，阻流挡板还可将汽水混合，避免汽水分离。
54.为避免水容积超过30升，所述第一竖直换热管的内部还设有内杆。其中，在第一竖直换热管内部增加内杆，内杆为实心杆结构或者与第一竖直换热管内部互不连通管的盲管结构(封口管)。通过内杆的设置降低第一竖直换热管内的储水容积。内杆为上下端各自被上封堵板、下封堵板封堵的封口管，同轴设置于第一竖直换热管内。另外，内杆也可以在径向上偏心向外设置，进而(径向)内侧存留更多的水进行充分换热。
55.在本实施例中，所述内杆的外壁和所述第一竖直换热管的内壁之间形成储水空间(储水环空)。所述内杆沿第一竖直换热管长度方向的长度(简称轴向)(内杆在第一竖直换热管内的长度)在20％换热管长度以上，进一步地，内杆的长度在80％的换热管长度以上。
56.本实施例相较于现有蒸汽发生设备的单主换热器设备更侧重于第一换热单元所输出气液混合流体状态，进而与避免内杆因侵占过多管内空间而导致液位不稳的现有技术不同，本实施例的内杆长度可在第一竖直换热管长度的50％以上，甚至内杆的长度在80％
的第一竖直换热管长度以上。
57.诸如在一个可行的实施例中，内杆自第一竖直换热管的下端延伸至第一竖直换热管的上端，在第一竖直换热管的内部构建与其等长的储水环空，最大限度的降低双承压换热器下的水容积。通过内杆的存在，缩减第一竖直换热管内部的蒸发空间，避免水过度蒸发，而且水不稳定的跳动更易与汽化的水蒸汽混合，形成期望汽水混合流体，进而将主要蒸发场所移动至第二换热组件70，在第二换热组件70内形成汽水分离界面(可由锅炉水位计观测得到)。
58.第一换热组件50内水形成水蒸汽，所形成的水蒸汽并未与水相分离，形成蒸汽含量较大的混汽水，或者水含量较大的含水汽，进而在第一换热组件50的第一竖直换热管的内部并未形成明显的汽水分界面，如此可通过所连通的水位计59所监测得到。
59.第二进水端52连通于所述第二换热组件70的上端，所述第二出水端53连通于所述第二换热组件70的下端；或者，所述第二进水端52连通于所述第二换热组件70的下端，所述第二出水端53连通于所述第二换热组件70的上端。
60.在本实施例中，第二换热组件70包括外壳700以及位于外壳内的第二换热单元710；所述第二换热单元710包括限定有所述蒸汽发生流道的多个平行排布的第二竖直换热管711。第二竖直换热管711为直管结构。所述第三换热组件20具有第三进水端73；所述第三进水端73连通在所述第二换热单元710的下端。所述第二换热组件70位于所述第一换热组件50和所述第三换热组件20之间。较佳的，该第二竖直换热管711还可以为翅片换热管，以提升换热效率。
61.所述第二换热组件70配设有锅炉水位计79。作为可选的实施例，如图2、图3所示，所述第一换热组件50配设有本体锅炉水位计79。锅炉水位计79、本体锅炉水位计59可采用安徽热景锅炉有限公司所申请的公开号为cn218846111u所披露的液位测量器，此处不再赘述。通过锅炉水位计79来监测第二换热组件70的水位，避免第二换热组件70的汽水分界面过高或者过低，进而保证第二换热组件70的蒸汽品质。
62.借由锅炉水位计79可观测到，第二换热组件70的液位(汽水分界面)在20％-30％第二竖直换热管高度到90％第二竖直换热管高度之间。也即，第二竖直换热管内的液位高度最低在20％-30％换热管高度，最高液位在90％左右换热管高度，较佳的，第二竖直换热管内的液位在40％至70％的换热管高度，以提供足够的汽化空间和汽水分离空间，提升所输出蒸汽的品质。
63.如图5、图6所示，所述第二换热组件70的上端设有上联箱77，下端设有下联箱76。所述多个第二竖直换热管711的上端连通所述上联箱77，下端连通所述下联箱76。所述第三进水端73连通所述下联箱76，所述蒸汽输出端71连通所述上联箱77。上联箱77具有上连通空间，多个第二竖直换热管711同时通入上联箱77内，同时向上联箱77内输入蒸汽。下联箱76具有下连通空间，借此通入第一换热组件50所排出的汽水混合流体，并同时向多个第二竖直换热管711内输入。
64.在本实施例中，第二换热组件70设置有汽水分离组件，将汽水分离，提升蒸汽干度。汽水分离组件可设置于上联箱77中，采用诸如孔板结构。汽水分离组件也可以设置于第二竖直换热管711中，采用诸如螺旋板等结构。汽水分离组件位于第二竖直换热管711的情况下其位于汽水分界面的上方，靠近第二竖直换热管711的上端设置。
65.具体的，第二换热组件70在所述至少一根第二竖直换热管711的内部在该第二竖直换热管50％高度以上的位置设置有汽水分离组件。汽水分离组件对至少部分汽水流体形成至少轴向上的阻挡，使该部分汽水流体的运动方向增加径向(水平方向)的分量，减少轴向的运动方向分量，并且，汽水流体中的液相水触碰到汽水分离组件时会形成凝集，使其与水蒸汽分离。
66.较佳的，一半数量以上甚至全部的第二竖直换热管711均设有汽水分离组件，汽水分离组件设置于第二竖直换热管711的内部，如此无需设置落水管。更优的，第二换热组件70在该第二竖直换热管70％高度以上的位置。汽水分离组件被配置为形成对至少部分沿第二竖直换热管711长度方向流动的汽水流体阻挡，且具有上端进行流体输出、下端进行流体输入的流体流动路径。汽水分离组件沿第二竖直换热管长度方向的长度在1％第二竖直换热管711长度以上且在30％第二竖直换热管711长度以下，或者，沿第二竖直换热管711长度方向的长度为5mm-500mm。
67.示意性质地举例为：汽水分离组件包括支撑芯杆、螺旋板。第二竖直换热管711套设于所述支撑芯杆外，所述螺旋板在所述支撑芯杆和所述第二竖直换热管711之间沿第二竖直换热管711长度方向螺旋延伸，所述螺旋板连接于所述支撑芯杆的外壁和/或所述第二竖直换热管711的内壁上。支撑芯杆的下端设有止沸板和/或所述支撑芯杆的上端设有出汽板。螺旋板在止沸板和出汽板之间螺旋延伸。止沸板设有流体进入所述流体流动路径的进流孔。所述出汽板设有流体输出的出流孔。出流孔、进流孔沿轴向分别将出汽板、止沸板贯穿，其形状可以为圆形孔、矩形孔、三角形孔、长孔或其他规则或不规则形孔，本公开并不作特别的限定。
68.进一步地，为提升气液分离和止沸效果，止沸板的进流孔总面积在所述出汽板的出流孔总面积以下。所述进流孔总面积占所述第二竖直换热管711内部横截面积的3％以上且50％以下，进一步地，5％以上且30％以下。
69.本实施例中的汽水分离组件在第二竖直换热管内形成对汽水流体的初次分离，将大量水分自汽水流体中脱离，提升蒸汽干度。汽水分离组件整体位于第二竖直换热管内部的上端，与第二竖直换热管内的液相储水保持分离，并且二者之间可以留置有充足的蒸发空间，确保液相水能够充分蒸发形成蒸汽，再被汽水分离组件进行汽水分离。
70.本实施例的蒸汽发生设备的液位计设置在蒸发换热器(第二换热组件70)，并且，蒸发换热器内置诸如孔板或螺旋分离组件的汽水分离组件，借此提升蒸汽品质。
71.承接上文描述，第一水泵10连通于所述第一进水端上游。所述第一水泵10的进水端从外部输入水，其可连通进水容器。进水容器可通过外接水箱提供，也可以为水塔或水罐提供，本公开并不作限制。第一水泵10的扬程被配置为大于第三换热组件的水阻。第二水泵40连通于第一出水端和所述第二进水端之间，并且，第二水泵40的扬程大于所述第一水泵10的扬程。例如，所述第一水泵10的扬程大于5m小于9m，第二水泵40的扬程大于80m，进而保证补水效率以及蒸汽输出效率。
72.第一水泵10、冷凝换热器(第三换热组件20的一个具体实施例)、第二水泵40、第一换热组件50、第二换热组件70(蒸发换热器)依次(顺次)串联连通。水流依次流经第一水泵10、第三换热组件20、第二水泵40进入第一换热组件50、第二换热组件70。
73.在本实施例中，所述蒸汽发生设备自所述第二水泵40的出水端到所述第一换热组
件50的蒸汽输出端之间的内几何容积(水容积)在50l以下，更优的，该蒸汽发生设备的水容积在30l以下。为缩减水容积，第一换热组件50和第二换热组件70均为立管换热结构，并且二者之间并未设置其他换热器结构，第二换热组件70直接连通于第一换热组件50的下游，二者之间并未设置其他中间换热机构。
74.所述第一水泵10为定频泵，所述第二水泵40为变频泵。具体的，第二水泵40可以为多级离心式变频水泵，以提供较大的扬程，并在其下游形成承压水路。示意性质地举例为，第一水泵10采用6m扬程定频泵，第二水泵40采用150m扬程增压泵(变频泵)。第二水泵40的上游水路为常压管路(非承压管路)，在其下游的水路为承压管路。
75.第一换热组件50的换热单元为单圈沿圆周方向排布的多个第一竖直换热管。第一竖直换热管的内部形成主换热流道，外部形成有第一烟气流道。第一烟气流道与烟气输出端55相连通。第一换热组件50仅设有单圈竖直换热管，以降低水容积。烟气输出端55包括开设在第一换热组件50的筒状壳体的侧壁上的烟气输出口。相应的，第二换热组件70的壳体700的一侧开设有与该烟气输出口55相对接的烟气输入口74。
76.在本实施例中，第一换热组件50的第一换热单元为环形立式列管结构，第二换热组件70的第二换热单元710为叉排立式列管。第二换热组件70内的第二竖直换热管711交叉排布，增加烟气流动路径和烟气阻力，提升换热效率。
77.如图7所示的换热管俯视角度下的排布示意图，沿烟气入口至烟气出口方向(图7中为左右方向，第二烟气流道的整体烟气流动方向)，第二竖直换热管711交叉排布，第二竖直换热管711呈多行排列，也即，第二换热组件70具有多个换热管行750。每行换热管(每个换热管行750)垂直于整体烟气流动方向。相邻两个第二竖直换热管711之间具有流动间隙712。其中，两个换热管行750中，一个换热管行750的换热管711沿整体烟气流动方向正对于另一换热管行750的两个换热管711之间的流动间隙712。
78.本实施例的蒸汽发生设备将蒸汽发生段设置在烟气温度较低的蒸发换热器位置，烟气经第一换热组件50，避免工质在高温烟气区产生明确的汽水分界面，导致管壁温度升高，影响换热器寿命。并且，本实施例的蒸汽换热设备采用全预混燃烧系统，圆筒形燃烧器配合圆筒形贯流式第一换热组件，火焰辐射及高温烟气对流换热效果更好。
79.在另一个可行的实施例中，蒸汽发生设备为盘管式蒸汽发生器。其中，该第一换热组件的换热单元为单层盘管结构。单层盘管螺旋盘绕形成一圆筒状换热单元。本实施例的蒸汽发生设备还可以采用翅片管(翅片盘管)在有限的水容积下，尽可能提高换热面积，提高热效率和蒸发量。在该盘管式蒸汽发生器的实施例中，单层盘管换热单元由于自身螺旋流道结构的存在其汽水分界并不明显，进而可直接输出汽水混合流体，如此，第一换热组件的第二进水端可设于第一换热组件的上端，第二出水端设于第一换热组件的下端；或者，第一换热组件的第二进水端可设于第一换热组件的下端，第二出水端设于第一换热组件的上端；
80.承接上文描述，燃烧器的一端(图1、图2、图3中为燃烧器的上端)连通风机60，风机60连通燃气阀。风机60具有燃气入口和空气入口，空气入口连通有过滤器，燃气入口连通燃气阀。第一换热组件50内还设有用于燃烧器点火的诸如点火针的点火部件以及感应燃烧器的火焰的诸如火焰探针的火焰检测器。点火部件以及火焰检测器固定安装于燃烧空间的底板上。
81.第二水泵40连通于第三换热组件20的下游时，第三换热组件20将冷水预热，预热后的水温可达70度或80度以上，这就使得水中气体析出甚至气化产生大量气体一同流动，研究发现，气体容易在第二水泵40处聚集形成气泡气团，不仅形成气蚀问题，影响泵的使用寿命，而且会降低第二水泵40泵效，无法及时将水供应至炉体，导致炉体液位不稳，无法稳定产汽。虽然可在第二水泵40集成一排气阀(诸如常闭式排气阀)，但在大量气体产生的情况排气仍然存在不及时的情况。
82.为避免上述问题，在本实施例中，所述第三换热组件20的进水端和所述第二水泵40的进水端之间还连通有内部具有容水空间的缓冲容器30。温水进入容水空间得以聚集缓流，气体析出，避免进入第二水泵40中。其中，所述缓冲容器30还设有将容水空间至少在其内部水位低于预设水位时与外部连通的连通结构35。该连通结构35具有排气的功能，因此也可以称其为排气结构。容水空间为与烟气换热或换热之后的水提供容纳空间，相应的，析出的气体在容水空间得以聚集释放。并且，连通结构35的存在，在未达到一定水位(例如未储满水)时液面上方可一直存在气体释放聚集空间，实现气体的排出。缓冲容器30及第三换热组件均连通于第一水泵10的下游，而第一水泵10的压头小于1bar，进而第三换热组件以及缓冲容器30均不承压。
83.更佳的是，该连通结构35在水位低时保持与外部连通，为常开结构，进而对于气体的释放无需开启压力，析出即可向外逸出，进而即使应用于气量析出较大的场景，依然不会存在气体进入第二水泵40导致空转，补水困难的问题。
84.在本实施例中，所述缓冲容器30连通于第二水泵40的上游以及第三换热组件的下游，也即，缓冲容器30连通于第二水泵40的进水端和第三换热组件的进水端之间。所述连通结构35至少在容水空间内部水位低于预设水位时与其外部大气连通。其中，预设水位可以为容水空间的70％以上水位，预设水位也可为100％水位，也即，在满水情况下连通结构35关闭，构成封闭的容水空间。随着第二水泵40的抽吸以及气体析出使得容水空间内部压力增大，容水空间的水位会逐渐降低直至连通结构35(自动排气阀)重新打开。
85.在本实施例中，缓冲容器30为一罐体结构，其存储有与烟气换热或换热后的温水，为避免其将热量散掉，进而缓冲容器30外设置有保温措施。所述缓冲容器30的容积在1l-500l之间，进一步地，所述缓冲容器30的容积在20l-50l之间。所述连通结构35被配置为在水位低于预定水位时与大气连通并在高于预定水位时与大气断开。
86.可以理解的，缓冲容器30在无水状态或少水状态下，连通结构35打开，此时其内部输入水的过程中，连通结构35保持打开状态，进而气体可以无压力逸出，减少第二水泵40中进入水的含气量，消除第二水泵40空转无法补水的隐患。
87.具体的，所述连通结构35为设置于所述缓冲容器30上端的常开型排气阀35(例如：常开型自动排气阀)。所述连通结构35位于距离所述缓冲容器30内部底面70％高度以上位置。如图2、图4所示，排气阀35安装于缓冲容器30的顶部，排气阀35可设有与封堵阀芯联动的浮漂，在液位上升至预定液位(水位)时浮漂上浮，带动封堵阀芯将排气阀35关闭，进而避免缓冲容器30向外溢水。第二水泵40连通缓冲容器30，缓冲容器30内的水被第二水泵40泵吸，也能避免第二水泵40因气量大而空转气蚀的危险。当然，为避免进水过多而产生漏水，连通结构35优选采用常开型自动排气阀35。
88.如图2、图3所示，第三换热组件20为回收第一换热组件50的烟气输出端的烟气余
热的冷凝换热器。第一流体流道包括冷凝换热器内的冷凝换热管的内部流道，第二烟气流道限定于冷凝换热器壳体的内部，位于冷凝换热管和冷凝换热器壳体之间。所述冷凝换热器连通有驱动流体流动的第一水泵10。第一水泵10串联在进水接头(设备进水端)和所述第一流体流道的进水端(第一进水端)之间。冷凝换热器壳体21上具有烟气入口23(烟气输入端)，其与第二换热组件70的烟气输出端72相连通。冷凝换热器壳体21的顶部具有排烟口28(烟气输出端)。冷凝换热器具有第一进水端和第一出水端，在第一进水端和第一出水端之间限定有串联或并联的多根冷凝换热管。第一进水端和第一水泵10的出水端之间通过第一管道相连通，第一水泵10的进水端连通进水接头，以输入外部冷水。
89.在本实施例中，缓冲容器30为连通于第二水泵40的上游以及第三换热组件10的下游的缓冲储水罐。缓冲储水罐的高度低于冷凝换热器的高度，缓冲储水罐设置于冷凝换热器的下方。所述缓冲储水罐的高度在0.2m以上且在1.5m以下；所述缓冲储水罐的容水空间的横截面积在100平方厘米以上。例如，缓冲容器30的容水空间为圆柱形腔体，其直径在100-300mm之间，高度在500mm左右(
±
100mm)。
90.第二水泵40的进水端通过管道35与缓冲储水罐的出水端(出水接口)相连通，缓冲储水罐的进水端通过管道25与第三换热组件的第一出水端相连通。第二水泵40的出水端通过管道45与第一换热组件50的第二进水端52相连通。第二进水端52设置于第一换热组件50的上端。第二出水端53设置于第一换热组件50的下端。烟气输出端55设置于第一换热组件50的侧壁，构成有烟气排出口，并通过法兰固定连接第二换热组件70的烟气入口74。第一换热组件50的下联箱底部还设有排水管54。
91.需要说明的是，关于第一换热组件50、缓冲容器30、第一水泵10、第二水泵40、第三换热组件20的构造还可以参考申请人于2022年10月15日提交的公开号为cn115614722a发明名称为“蒸汽发生设备及其运行方法“的中国专利申请中的描述，重复之处不再赘述。
92.本文引用的任何数值都包括从下限值到上限值之间以一个单位递增的下值和上值的所有值，在任何下值和任何更高值之间存在至少两个单位的间隔即可。举例来说，如果阐述了一个部件的数量或过程变量(例如温度、压力、时间等)的值是从1到90，优选从20到80，更优选从30到70，则目的是为了说明该说明书中也明确地列举了诸如15到85、22到68、43到51、30到等值。对于小于1的值，适当地认为一个单位是0.0001、0.001、0.01、0.1。这些仅仅是想要明确表达的示例，可以认为在最低值和最高值之间列举的数值的所有可能组合都是以类似方式在该说明书明确地阐述了的。
93.除非另有说明，所有范围都包括端点以及端点之间的所有数字。与范围一起使用的“大约”或“近似”适合于该范围的两个端点。因而，“大约20到30”旨在覆盖“大约20到大约30”，至少包括指明的端点。
94.披露的所有文章和参考资料，包括专利申请和出版物，出于各种目的通过援引结合于此。描述组合的术语“基本由
…
构成”应该包括所确定的元件、成分、部件或步骤以及实质上没有影响该组合的基本新颖特征的其他元件、成分、部件或步骤。使用术语“包含”或“包括”来描述这里的元件、成分、部件或步骤的组合也想到了基本由这些元件、成分、部件或步骤构成的实施方式。这里通过使用术语“可以”，旨在说明“可以”包括的所描述的任何属性都是可选的。
95.多个元件、成分、部件或步骤能够由单个集成元件、成分、部件或步骤来提供。另选
地，单个集成元件、成分、部件或步骤可以被分成分离的多个元件、成分、部件或步骤。用来描述元件、成分、部件或步骤的公开“一”或“一个”并不说为了排除其他的元件、成分、部件或步骤。
96.应该理解，以上描述是为了进行图示说明而不是为了进行限制。通过阅读上述描述，在所提供的示例之外的许多实施方式和许多应用对本领域技术人员来说都将是显而易见的。因此，本教导的范围不应该参照上述描述来确定，而是应该参照所附权利要求以及这些权利要求所拥有的等价物的全部范围来确定。出于全面之目的，所有文章和参考包括专利申请和公告的公开都通过参考结合在本文中。在前述权利要求中省略这里公开的主题的任何方面并不是为了放弃该主体内容，也不应该认为发明人没有将该主题考虑为所公开的发明主题的一部分。

技术特征：
1.一种蒸汽发生设备，其中，包括：燃烧器；配设有用于所述燃烧器燃烧的燃烧室的第一换热组件，限定有第一烟气流道和主换热流道；所述主换热流道的水与所述第一烟气流道的烟气换热升温部分汽化，并输出温度在90℃以上的汽水混合流体；限定有第二烟气流道和蒸汽发生流道的第二换热组件；所述第二烟气流道在烟气流动方向上连通于所述第一烟气流道的下游，所述蒸汽发生流道在水流流动方向上连通于所述主换热流道的下游；所述蒸汽发生流道的汽水混合流体与所述第二烟气流道的烟气换热形成蒸汽；所述第二换热组件具有输出蒸汽的蒸汽输出端。2.如权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，所述第二换热组件配设有锅炉水位计。3.如权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，还设有第三换热组件；所述第三换热组件限定有第三烟气流道和预热流道；所述第三烟气流道在烟气流动方向上连通于第二烟气流道的下游；所述预热流道在水流方向上连通在所述主换热流道的上游；所述预热流道的水与所述第三烟气流道的烟气换热以升温预热。4.如权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，所述第三换热组件为冷凝换热器，其具有第一进水端和第一出水端；所述第一进水端的上游连通有第一水泵；所述第一换热组件具有第二进水端和第二出水端；所述第一进水端和所述第二进水端之间串联有第二水泵；所述第二水泵的扬程大于所述第一水泵的扬程；所述第一水泵的扬程大于第三换热组件的水阻。5.如权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，所述第一换热组件包括筒状壳体、以及筒状壳体内部的第一换热单元；所述第一换热单元连通在第二进水端和第二出水端之间；所述第一换热单元限定有所述主换热流道的多根第一竖直换热管,所述第一竖直换热管围绕于燃烧器进行燃烧的燃烧室外。6.如权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，所述第一换热组件在至少一根所述第一竖直换热管的内部还设有内杆；所述内杆的外壁和所述换热管的内壁之间形成储水空间；所述内杆沿换热管长度方向的长度在20％换热管长度以上。7.如权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，所述第二换热组件包括外壳以及位于外壳内的第二换热单元；所述第二换热单元包括限定有所述蒸汽发生流道的多个第二竖直换热管；所述第二换热组件具有连通第二进水端的第三进水端；所述第三进水端位于在所述第二换热单元的下端。8.如权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，所述第二换热组件上端设有连通蒸汽输出端的上联箱，所述第二换热组件下端设有连通所述第三进水端的下联箱；所述多个第二竖直换热管的上端连通所述上联箱，下端连通所述下联箱。9.如权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，所述第二换热组件在所述至少一根第二竖直换热管的内部在该第二竖直换热管50％高度以上的位置设置有汽水分离组件；所述汽水分离组件被配置为形成对至少部分沿所述换热管长度方向流动的汽水流体阻挡，且具有上端进行流体输出、下端进行流体输入的流体流动路径；所述汽水分离组件沿换热管长度方向的长度在1％换热管长度以上且在30％换热管长度以下，或者，沿换热管长度方向的长度为5mm-500mm。
10.如权利要求1所述的蒸汽发生设备，其中，所述主换热流道围绕在燃烧室外；所述蒸汽发生流道位于第一换热组件外。

技术总结
公开一种可避免换热管干烧损坏的蒸汽发生设备，包括：燃烧器；配设有用于所述燃烧器燃烧的燃烧室的第一换热组件，限定有第一烟气流道和主换热流道；所述主换热流道的水与所述第一烟气流道的烟气换热升温部分汽化，并输出温度在90℃以上的汽水混合流体；限定有第二烟气流道和蒸汽发生流道的第二换热组件；所述第二烟气流道在烟气流动方向上连通于所述第一烟气流道的下游，所述蒸汽发生流道在水流流动方向上连通于所述主换热流道的下游；所述蒸汽发生流道的汽水混合流体与所述第二烟气流道的烟气换热形成蒸汽；所述第二换热组件具有输出蒸汽的蒸汽输出端。蒸汽的蒸汽输出端。蒸汽的蒸汽输出端。


技术研发人员：朱高涛 段毅 袁飞 钱湖涛
受保护的技术使用者：安徽热景锅炉有限公司
技术研发日：2023.06.25
技术公布日：2023/9/22