專利名稱：輸出可調的廢熱鍋爐的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種鍋爐，特別是一種回收利用由柴油機或同類發動機產生的廢氣熱量的蒸汽鍋爐，利用回收的熱量來調節上述鍋爐的能量。廢氣鍋爐由蒸汽/水缸筒和一個對流部分構成，通常為水-管結構，用以回收熱量。管道可以是光滑的或凸紋狀的，這些管道通常水平或豎直布置。水/蒸汽缸用作為被送入對流部分的液體和其中產生的蒸汽的存儲容器。此外，廢氣鍋爐包括一個支架、一個絕熱室、廢氣的輸入和輸出開口、必要的閥件、管道、可能用到的收集管、泵、控制裝置、安全裝置和控制板。所用水在輸送入鍋爐之前利用鍋爐水處理設備和化學物質進行處理。
廢氣鍋爐通常用于船只上和柴油發電廠中，在這些地方廢氣鍋爐的工作可靠性是非常重要的。部分是因為這個原因，現今所用的系統在其技術方面看起來有些太簡單且有些過時了。此外，特別對于船只來說，即使為了海運安全的原因，分類制度(Classification institutions)通過對新構造進行運行測試來廣泛地、嚴密地控制所用的系統。在工作不暢、功率不足及運行困難的情況下，在工作可靠性的方面對調節和其他功能來說，簡單解決方法證明是最好的。在利用柴油機或類似物產生的蒸汽的廢氣鍋爐中，能量的調節通常是將部分廢氣分流出鍋爐即所謂的分流調節，或利用冷卻物質如水、空氣或類似物來冷凝過量蒸汽，即所謂的冷凝調節。根據其工況，鍋爐通常分為自由循環鍋爐和強制循環鍋爐。在自由循環鍋爐中，循環是通過重力和溫度差來進行的，而在強制循環鍋爐中循環是通過泵或相應的裝置來進行的。在強制循環鍋爐中通常在泵的壓力側安裝節流閥用來進行能量調節，稱為節流調節。
分流調節必需為廢氣鍋爐建造一個分流通道，因為這種布置還需要控制廢氣流進入廢氣鍋爐及對其進行分流的調節閘門，因此作為一種構造實行起來很困難且造價較貴。為使調節性能良好，調節閘門應是雙重作用的，也就是說，它既調節蒸汽進入鍋爐又調節蒸汽進入分流管道。利用兩個單獨的調節閘門是一種比較貴的選擇。在實際應用中，經常選擇安裝一個調節閘門同時耗費一些調節性能和流動阻力。調節閘門不得不在較熱的情況下及有污染的情況下運行，這樣就降低了工作可靠性。如果鍋爐的分流氣流增加，對流部分中廢氣的流速就會減小。隨之而來的是廢氣煙灰、油和其他固體物質就會黏附到對流部分的表面上；這樣就減弱了熱量交換，最壞情況會引起火災。
在冷凝調節系統中不需要廢氣分流通道或調節閘門。相反，為了排放來自廢氣鍋爐的過量蒸汽需要冷凝器、水和蒸汽管道、泵和/或鼓風機、控制閥和調節器。冷凝器可以為水冷式或空氣冷卻式。
除了投資的費用之外，在冷凝調節系統中還存在泵和/或鼓風機運行的費用，除此之外，在某些情況下冷卻水可能很貴或溫暖的氣候需要增加空氣冷卻器的熱交換表面及鼓風機的效率。在恒定能量下運行也增加了鍋爐水的處理費用及設備尺寸。冷凝調節系統的一個良好特征在于廢氣在對流部分中有很高的流速，這樣可減少污染。
在強制循環廢氣鍋爐中，管道經常布置在一個水平面上，不同水平面上的管道通過彎曲的管道部分相連，循環就從一個平面到另一個平面。因此為得到強制循環的高流速就需要足夠長的管道，這樣就有時間進行汽化作用。強制循環廢氣鍋爐也可相互連接，這樣一個鍋爐中的管道就可與另一鍋爐中同水平高度上的管道連接在一起。在節流閥調節的廢氣鍋爐中，為減少鍋爐的功率，減少了汽流流速。當流速減小到足夠小時，水就會滯留在水平放置的管道的底部，水被蒸干后就形成了爐垢。在某些情況下這些爐垢會形成獨立的蒸汽室，當這些蒸汽室被消除時會損壞鍋爐。強制循環廢氣鍋爐在蒸干后啟動時，會產生強烈的熱沖擊，這樣就會產生很高的熱應力而使鍋爐變形。
專利公開號為FI NO.64978的芬蘭專利文件披露一種廢氣鍋爐，其中對流部分的熱交換表面是由平滑管道制成的盤管構成。鍋爐為圓柱形，對流部分的煙道從上面看及從下面看均為圓環形。最內盤管內側的遺留空間用作分流通道并將消聲器裝置于其中。調整閘門位于分流通道的頂上，當該閘門關閉時，所有的廢氣將流入對流部分。當調節閘門開啟時，只有部分廢氣流流經對流部分。平滑管道結構減少了污染。根據芬蘭專利所公開的結構，調節范圍不能達到0～100％。由于管道平滑，鍋爐的熱表面較小，在高功率級情況下鍋爐將很重。它最適合于高廢氣溫度，即適合于高速柴油發動機。
根據本申請文件，本發明的一個目的為提供一種結構簡單且運行可靠的自動調節廢氣鍋爐，該鍋爐不包括運動部件。根據本申請，在自動調節廢氣鍋爐中不需要帶調節閘門的廢氣分流管道。根據本發明，因為自動調節廢氣鍋爐產生的蒸汽量不超過消耗量，因此，不需要用于排放過量蒸汽的冷凝器及其輔助裝置。根據本發明的自動調節廢氣鍋爐自由運行，即進行自然循環，在這種情況下不需要單獨的循環泵。全部的廢氣都流過對流部分，這樣就保證了盡可能的自動清潔。
本發明的自動調節廢氣鍋爐是通過調節對流部分中水的位置來調節蒸汽量。這就可通過根據液相和氣相熱傳遞性能差來進行調節。鋼質鍋爐結構可承受廢氣鍋爐在水被蒸干情況下的運行，因為廢氣的最高溫度大約為350℃。
更加清楚的是，本發明的自動調節廢氣鍋爐的特征在于下面權利要求中所敘述的特征條款。
在自動調節廢氣鍋爐中，最好為豎直布置的管道中的水位是通過至少一個可控閥來調節的，所述可控閥與蒸汽/水缸筒的一個或多個下水管道相連。在自動調節廢氣鍋爐中，形成在對流部分的任何過熱蒸汽都由通過蒸汽導流板輸入的水進行冷卻，即輸入的水借助多孔管和/或凸紋管指向導流板內側區域，將蒸汽輸送至水面或水下來冷卻。自動調節廢氣鍋爐的蒸汽/水缸筒中水位調整至一恒定位置高度或在上限和下限之間變化。水位的調節可通過單獨的控制線路來進行。用閥來調節對流部分中的水位是通過壓力、溫度和/或流量或主蒸汽管路的數量或蒸汽/水缸筒的數量來控制的。對流部分可由平滑管道或凸紋管道構成；也可以是片狀結構或上述結構的組合。多個廢氣鍋爐可連接到一個公用蒸汽/水缸筒上，以使給水泵的數量和水位調節達到最小。將蒸汽/水缸筒升高到一個較高的位置可提高靜壓力及加速調節。流過自動調節廢氣鍋爐中廢氣在整個對流部分中流動。
本發明具有非常顯著的優點。
自動調節廢氣鍋爐的調節實際上是非常安全的，該鍋爐同樣適合應用于海洋和叢林中。所需備件，如恒壓器和溫度表在世界范圍內隨處可得。自動調節廢氣鍋爐同樣也簡單地適用于手控。因為不需要冷凝器和分流管道，因此減少了投資費用和運行費用。通過設計得到最大流速的廢氣鍋爐可提高自動調節廢氣鍋爐的有效性，在這種情況下對流部分表面的自動清潔可最好而流速幾乎保持恒定。通過利用豎直管路結構可減少爐垢的形成，如果小心的運行、仔細的操作可基本完全消除爐垢的形成。對下面缸體和自由循環鍋爐可安排噴吹，這樣可提高自動調節廢氣鍋爐的有效性和使用壽命。
附圖簡介下面借助附圖詳細描述本發明。


圖1為自動調節廢氣鍋爐的一個實施例的正視圖。
圖2為圖1中所示的自動調節廢氣鍋爐的側視圖，局部剖開。
圖3為將多個廢氣鍋爐連接到一個公用蒸汽/水缸筒上的示意圖。
實施例在圖1和圖2中，自動調節廢氣鍋爐的給水和蒸汽的儲存容器為蒸汽/水缸筒2。給水流3來自水處理裝置并由閥4來調節。管道5將給水輸送至蒸汽/水缸筒2中的分配管6。設計分配管6的目的是盡可能有利于蒸汽7和水8之間的熱交換。蒸汽/水缸筒2中給水水位9通過調節器10來調節，例如，通過電線22將電信號傳送至閥4或傳送至給水管道。該項調節應是連續進行或在上限和下限間調節。通過一個可觀察長頸管11可看到水的位置9。自動調節廢氣鍋爐1產生的蒸汽流12由主蒸汽閥13調節，該閥安裝在與蒸汽/水缸筒2相連的主蒸汽管14上。自動調節廢氣鍋爐1的安全裝置包括安全閥15，該閥可從鍋爐中釋放過大的壓力；負壓防護器16，該裝置可在冷卻時防止在鍋爐中形成負壓；安全裝置還包括壓力計17，該壓力計用來指示鍋爐中的壓力。
在蒸汽/水缸筒2的缸壁18的下部連接有下水管19，在下水管上安裝有調節閥20。恒壓器21用來測量蒸汽/水缸筒2中的壓力以控制這些調節閥20，例如，通過線23來傳輸電信號，或閥20也可自驅動，即由蒸汽7的壓力、溫度等因素來直接控制。
下水管19與下缸筒40相連，下缸筒40將給水8分配給對流部分41的下部分配管42，豎直管43與該管相連。熱量交換由豎直管43來進行，為了提高其熱交換性能，管43可是光滑管或凸紋管44。對流部分41的管道也可用片結構來替代。豎直管43的上端與上部收集管45相連，收集管45將蒸汽7送入蒸汽/水缸筒2，收集管的另一端與缸壁18相連。蒸汽7經由開口46進入蒸汽/水缸筒，蒸汽7由導流板47導引來加熱分配管6中的給水8和/或用給水8來冷卻過熱蒸汽7。對流部分41中的水位48確定了自動調節廢氣鍋爐1的能量。
自動調節廢氣鍋爐1的對流部分41可由其上部分懸掛于支架50上，蒸汽/水缸筒2可連接到對流部分41上，例如，通過支撐部51來連接。廢氣流52經由進口53和出口54穿過整個對流部分41。利用法蘭盤55和56將自動調節廢氣鍋爐1連接到柴油發動機的排氣管上。與法蘭盤55和56相連的缸筒57和58或類似物通過錐形筒59和60連接到支架50上。自動調節廢氣鍋爐的外部表面(50,57,58,59,60)通常都是熱絕緣的，這是為了節省能量及為了職業安全的原因而降低表面溫度。
圖3所示為三個獨立的自動調節廢氣鍋爐1連接到一個公用蒸汽/水缸筒2上的實施例示意圖。箭頭24指示蒸汽7的流動方向。從獨立的廢氣鍋爐1伸出的蒸汽管道25或上部收集管45與蒸汽連接管26相連并延伸至蒸汽/水缸筒2。當然，也可利用其他類型的蒸汽7收集管道系統或自動調節廢氣鍋爐1通過上部收集管道45與蒸汽/水缸筒2相連接或直接相連接。在圖3所示的實施例中，蒸汽連接管26從上面穿過缸壁18進入蒸汽/水缸筒2，它與多孔蒸汽分配管27相連，多孔蒸汽分配管27部分或全部位于給水8的表面9之下。因此，給水8就被加熱而過熱蒸汽7在水中飽和。蒸汽噴嘴29通過孔28噴出蒸汽，有效地與給水8混合。水位調節器10經由線路30來控制供水管5中的泵31。在該實施例中，管道5直接進入蒸汽/水缸筒2。下水管32的上端連接到蒸汽/水缸筒2的缸壁18的下部，其下端連接到歧管33上，獨立的廢氣鍋爐1的下水管19也連接到歧管33上。對流部分41中的水位高度及獨立鍋爐1中的水位高度由閥20來調節。給水8向自動調節廢氣鍋爐的流動由箭頭34指示。
本發明的自動調節廢氣鍋爐的工作情況如下。不以任何方式調節來自柴油發動機或類似物的廢氣流52；該氣流完全通過對流部分41，由于其較高流速而能保持熱交換表面清潔。在對流部分41的豎直管43中，要被汽化的液體在其內部而廢氣在其外部。為了提高熱交換程度，管道在氣流側通常是凸紋狀的。當主蒸汽管14的閥13手控開啟或由使用目標控制開啟時，蒸汽/水缸筒2中的壓力和溫度降低，閥20在恒壓器21、恒溫器的控制下開啟或直接在蒸汽7的壓力、溫度或其他因素的控制下開啟，于是給水8在重力的作用下經由下水管19流入對流部分41，這樣就會升高水位高度48。因為水和水-汽混合物的傳熱能力明顯高于蒸汽的傳熱能力，因此生成的蒸汽7增加。因為在低能量下水位48低及過熱表面增大，因此，廢氣鍋爐運行的功率愈低水表面48之上的蒸汽愈過熱。根據蒸汽應用的目的，閥20可作為連續工作件或開關器件來調節，這樣就可確定調節的速度和精確度。調節的速度可通過增加下水管的數量和/或直徑來提高。另外，如圖3所示，通過將蒸汽/水缸筒2升高到一個較高的位置可增加給水8的靜壓力，從而可提高能量調節速度。通過連續調節或在上限和下限之間進行控制，也可調節蒸汽/水缸筒2中給水8的位置9。給水水位9的調節也可完全獨立地通過控制泵31和/或閥4的運行來進行。為使自動調節廢氣鍋爐1穩定運行，將過熱蒸汽的熱量輸送至給水中是很重要的。給水8的表面9在一定程度上可作為熱交換表面，但這是不夠的。因此通過利用多孔管系統和凸紋管系統或通過將蒸汽7引導至給水表面9上或其表面下來提高熱交換效率。熱交換效率也可通過利用不同的蒸汽或水噴嘴來提高。
蒸汽/水缸筒中水位9的調節可防止水的過量注入。當自動調節廢氣鍋爐在零功率下運行時，給水8只滯留在下缸筒40的底部，在此處可進行排除水流。由于對水表面9的調節，蒸汽/水缸筒2中的表面噴吹也可較容易解決。
當前申請的本發明并不僅限于上述結構和實施例。例如，對流部分41的結構可根據所取得的管子而改變。凸肋可以螺旋式布置或縱向布置。可利用上收集管和下分配管的不同組合，或它們也可完全省略。蒸汽/水缸筒2可為另外一種形狀或采取不同的布置方式。此外，由部分過熱蒸汽7對給水的加熱可通過多種途徑來實現。對本領域的技術人員來說，本發明的思路中的多種控制裝置和操作裝置的用途也是很清楚的。
權利要求
1．一種從柴油發動機或類似物中回收熱量的自動調節廢氣鍋爐，它具有一個作為水和蒸汽存儲空間的蒸汽/水缸筒(2)；一個作為汽化裝置的對流部分(41)，該對流部分安裝于蒸汽/水缸筒(2)和下部缸筒(40)或類似物之間的垂直定位部分并與它們連接在一起；在蒸汽/水缸筒(2)和下部缸(40)或類似物之間至少利用一個下水管(19)相連，其特征在于，利用至少一個閥(20)或相應裝置來調節安裝在蒸汽/水缸筒(2)和下部缸筒(40)之間的對流部分(41)中的水量(8)及水位高度(48)，或類似因素，最好將閥或相應裝置裝于下水管(19)的下部；對流部分(4¨中的最好為豎直布置的管道(43)部分注入水(8)，通過調節對流部分(41)中的水位高度(48)來調節廢氣鍋爐的功率，而水位高度(48)是由閥(20)根據水、水-蒸汽混合物和蒸汽的不同傳熱特性來調節的。
2．根據權利要求1的自動調節廢氣鍋爐，其特征在于，閥(20)是連續調節和/或是開/關調節型。
3．根據權利要求1-2的自動調節廢氣鍋爐，其特征在于，將對流部分(41)蒸汽/水缸筒(2)相連的管道(26)或管道(45)在某一點穿過蒸汽/水缸筒(2)的壁(18)，該點在蒸汽/水缸筒(2)中所允許的最高水位(9)之上。
4．根據權利要求1-3的自動調節廢氣鍋爐，其特征在于在蒸汽/水缸筒(2)的內部安裝有平滑或凸紋的多孔分配管(6)，為了將在對流部分(41)中過熱的蒸汽(7)冷凝并加熱給水(8)，該分配管處于蒸汽/水缸筒(2)的缸壁(18)內的蒸汽開口(46)之前、調節閘門(47)之后。
5．根據權利要求1-3的自動調節廢氣鍋爐，其特征在于，多孔蒸汽(7)分配管(27)安裝在蒸汽/水缸筒(2)中，為了冷凝在對流部分(41)中過熱的蒸汽及加熱給水(8)，該多孔蒸汽(7)分配管應部分或全部地置于水位高度(9)下。
6．根據權利要求1-5的自動調節廢氣鍋爐，其特征在于，通過利用一個獨立的、單獨控制線路來連續調節蒸汽/水缸筒(2)中的水位高度(9)，或在調節上限和調節下限之間利用獨立的、單獨控制線路來調節水位高度(9)。
7．根據權利要求1-6的自動調節廢氣鍋爐，其特征在于，閥(20)受蒸汽(7)的壓力、溫度、流速或相應的可測量控制，以便調節對流部分(41)中的水位(48)。
8．根據權利要求1-7的自動調節廢氣鍋爐，其特征在于，對流部分(41)的管道(43)為凸紋管和/或平滑管，或管道可由片結構所代替。
9．根據權利要求1-8的自動調節廢氣鍋爐，其特征在于廢氣流穿過自動調節廢氣鍋爐(1)并完全穿過對流部分(41)。
10．根據權利要求1-9的自動調節廢氣鍋爐，其特征在于，在單獨可調廢氣鍋爐(1)運行的控制下多個可調廢氣鍋爐(1)可連接到公用蒸汽/水缸筒(2)上。
全文摘要
一種輸出可變、自然循環工作的廢熱鍋爐。汽/水缸筒為蒸汽和給水的儲存容器。廢氣均流過對流部分,氣流高速流動可自動清潔熱交換表面。通過對流部分中水位和水量依據液體和氣體的熱交換特性差來控制蒸汽的產生。汽/水缸筒通過排水管與對流部分下端相連,其中的連續可調或開/關調節型閥控制水位。單獨的控制線路控制汽/水缸筒中的給水位置。用不同的給水管道和導流板裝置來加熱給水及冷凝蒸汽。
文檔編號F22B35/02GK1234104SQ97199111
公開日1999年11月3日 申請日期1997年10月23日 優先權日1996年10月24日
發明者帕希·阿爾托寧 申請人:阿爾伯格工業有限公司