[实用新型]流动控制强化换热蒸汽蓄热器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种利用流动控制技术强化换热的蒸汽蓄热器，属于蒸汽蓄热器技术领域。

背景技术

蒸汽蓄热器作为一种较为新型的节能产品，是以水为载热体间接储蓄蒸汽的压力容器，其最初的出发点是针对锅炉在多变工况条件下运行时，均衡锅炉出力恒定与供汽负荷瞬时波动之间的矛盾。可确保锅炉在经济负荷下运行，并保持供汽压力稳定。将蒸汽蓄热器并入锅炉供汽系统后，即成为锅炉与用汽部门之间的热平衡库。蒸汽蓄热器以水为介质储蓄热能，当锅炉供汽能力高于生产用汽负荷时，可把多余的蒸汽以高压水的形式自动储蓄在蓄热器内，当用汽负荷大于锅炉供汽能力时，蓄热器能自动送汽补充锅炉供汽的不足，从而能保持对用汽设备均衡供汽，而锅炉也可处于稳定工况下运行。实践表明，锅炉在低负荷、超负荷或是在急剧的变负荷的工况下运行，都会大大地降低其热效率，只有锅炉在额定蒸发量的工况附近稳定运行时效率才能达到最高。采用蓄热器是保证锅炉稳定运行、增大锅炉供汽能力、节省固定投资、节省锅炉燃料消耗的最佳方法之一。

目前，蒸汽蓄热器已广泛应用于石油、冶金、化工、电力和食品加工等行业，另一个具有较大应用空间的领域是——余热回收领域。对于很多工业流程而言，所产生的废蒸汽，直接排放是对能源的极度浪费，回用却又由于诸多因素受到限制。如因可持续性发展及城市发展的要求和需求，工业企业都距离热用户有相当的距离，或者说直接将工业的余热民用化，需要面临投资巨大、管网二次损失大和易受工艺流程波动制约影响而热品质难以恒定等诸多问题；如果将废蒸汽回用于生产，如通过透平膨胀制动或者用于发电，一方面需要大量投资，另一方面是蒸汽的品质受到主体工艺流程波动的影响，导致对应的回用流程效率低下，有悖于废蒸汽回用的初衷。而具有可移动性的蒸汽蓄热器，可按照废蒸汽的强度，有选择性的按照相应的量，存储并通过相应的移动设备，直接作为民用流程的热源，得到有效回用。

无论哪种形式的应用，对于蒸汽蓄热器而言，如何提高蓄热效率，都是其应用和改进的关键所在。提高蓄热效率的一个重要方面在于，如何在蒸汽输入过程中，在蓄热器内部形成高效换热机制，或者说，如何使输入的蒸汽能快速完成对整个蓄热器内水体的均匀加热，是提高蒸汽蓄热器效率的重要因素。

蒸汽蓄热，从其基本特征来分析，是典型的流动与传热相互耦合的问题，其间还存在两次复杂相变的过程，而正是这两重特征的共存，导致蒸汽蓄热问题研究难度的激增。但是对于蒸汽蓄热器而言，更重要的是应用效率的提高。那么自然而然，如何通过流动环境的组织和优化，达到提高蓄热过程传热和传质效率的问题，必然是提高蒸汽蓄热效率的根本所在。这一点在现有的蒸汽蓄热器的改进研究中，还未受到足够的重视。也有研究通过改进蒸汽换热器循环桶形式，来提高传热效率的研究， 如中国专利文献 CN201387002公开的《蒸汽蓄热器》和CN2056236公开的《蒸汽蓄热器循环筒》，但是实际应用效果并不理想。对于蒸汽换热器而言，需要同时考虑蓄热和放热两个方面的问题，但蓄热是整个问题的根本所在，如何将通入蒸汽的热，能够快速均匀地传递给全场，使水得到快速加热，成为整个问题的根本所在。

作为典型的流动问题，对于蓄热过程而言，提高整场传热传质效率的关键在于相应流动的合理组织和控制。现有的蒸汽蓄热装置，在本质上来说，是考虑了这一方面问题的，其表现在于通过喷嘴和循环套筒的组合，将从喷嘴喷射出的蒸汽，作为动力，并通过相应几何形状的套筒，在蓄热器内形成具有内循环特征的流动环境，来提高蒸汽对蓄热器内水的加热效率。喷射入蓄热器内的蒸汽，在相应的流动结构控制下，并不是简单的从底部直接流向上部，而是通过循环流动，加强了与水的相互作用，同时循环流动大尺度涡旋的存在，强化了整个装置的传热传质效率。流动的动力只是来源于喷射而入的蒸汽，无其它外加动力，但通过上述的流动控制，整个蓄热过程热、质交换效率得到大幅度提高，这正是流动控制在蓄热强化中最直接的体现。