[发明专利]带仿生结构加热装置的蒸汽发生器及系统

说明书

本发明提供一种带仿生结构加热装置的蒸汽发生器及系统。蒸汽发生器包括预热段、蒸发段及进料管，其中：预热段包括第一壳体及第一加热装置，第一加热装置包括第一热源设备及第一导热翅片；蒸发段包括第二壳体及第二加热装置，第二加热装置包括第二热源设备及第二导热翅片；第一导热翅片及第二导热翅片沿径向呈分叉结构，分叉前后的导热翅片横截面当量直径满足最佳结构:其中，D_m为当前段导热翅片的横截面当量直径，D_k为由当前段导热翅片分叉出的第k段导热翅片的横截面当量直径，和/或不同壳体内的流体通道按流体上升方向进行分叉，且分叉前后的流体通道的横截面当量直径满足所述最佳结构。本发明有助于提高蒸汽发生器的流量和温度控制精度。

技术领域

本发明涉及蒸汽发生器设备领域，尤其涉及一种带仿生结构加热装置的蒸汽发生器及系统。

背景技术

蒸汽发生器是利用外部热源把工质等液态工质加热成气态、可根据需求持续提供一定流量和温度的蒸气的装置，广泛用于化工、能源、食品等行业。随着各行业科学技术的发展、智能化和自动化的普及，对设备的响应时间、稳定性、控制精度等各方面提出了更高的要求。为了适应更高标准的需求，必须对加热器的关键部件进行改进。而加热装置是整个蒸汽发生器的核心，对蒸汽发生器性能、稳定性有着至关重要的影响，必须提出更优的加热装置从而提高蒸汽发生器的性能。蒸汽发生器中液态工质的加热、汽化、工质蒸气的温升动态性能受制于加热装置的温度分布。而加热装置的导热结构决定了加热装置的温度分布，影响热源温度变化时的响应时间。导热结构形成的流体通道影响流体的流动状态，换热性能。所以加热装置结构决定蒸汽发生器的换热效率、流量、温度控制精度以及系统稳定性。

目前市场上蒸汽发生器使用的加热装置结构多为光管、直翅、螺旋等结构形式，上述结构类型的加热装置存在温度分布不均匀、变工况时达到稳态时间较长、蒸汽发生器的出气流量、温度波动性较大等问题。

公开号为CN108302516B，名称为“一种分段式蒸汽发生器及其系统”的发明专利公布了一种分段式的蒸汽发生器，该方案的蒸汽发生器分为预热段和蒸发段两段，加热装置采用环形热翅片管，同时与侧壁形成环形的上升流体流道，通过监测预热段及蒸发段出口位置的温度，调节预热段加热装置功率，使得预热段出口处的液位保持平稳，控制预热段的换热面积，保证汽化过程在一定换热面积和换热功率下进行，确保汽化过程的稳定性；通过控制蒸发段加热装置功率，确保工质蒸气出口温度。该方案存在以下缺点：1、在有限的空间内，加热装置采用环形翅片结构使得实际传热热阻仍然较大，空间上温度分布均匀性较差，从加热器热源到翅片末端温差较大，换热效率及传热速度仍有提高的空间；2、随着工况的变化调节加热器功率时，该结构的翅片温度达到稳态的响应时间相对较长，即变工况时系统波动较大；3、流体侧为环形流道，流体(特别是工质蒸气)与加热体的接触仍然较差，流量变化导致流体整体温度达到均匀稳态时间较长，出口流体温度控制精度及稳定性等较差。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种带仿生结构加热装置的蒸汽发生器及系统，通过优化加热装置结构，以进一步优化换热效率、提高系统的流量、温度控制精度，降低系统变工况时蒸气的流量及温度等的波动。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种带仿生结构加热装置的蒸汽发生器，包括工质进料管、预热段及位于所述预热段上方，且与所述预热段相连通的蒸发段：所述预热段包括第一壳体及位于所述第一壳体内的第一加热装置，所述第一加热装置包括第一热源设备及与所述第一热源设备相连接且沿所述第一热源设备的周向分布的第一导热翅片，所述第一导热翅片自所述第一热源设备向所述第一壳体方向延伸；所述蒸发段包括第二壳体及位于所述第二壳体内的第二加热装置，所述第二加热装置包括第二热源设备及与所述第二热源设备相连接且沿所述第二热源设备的周向分布的第二导热翅片，所述第二导热翅片自所述第二热源设备向所述第二壳体方向延伸；所述蒸发段的孔隙率大于所述预热段的孔隙率，其中，孔隙率是指流体通道横截面积与对应其所在位置的壳体围成的空间的横截面积之比；所述工质进料管与最底部的所述预热段的第一壳体相连通；