CN112303607A - 一种压力变化切换加热部件的锅炉 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种锅炉，所述锅炉包括电加热装置、汽包，所述电加热装置设置在汽包中，所述汽包包括进水管和蒸汽出口，所述电加热装置包括第一管箱、第二管箱和盘管，盘管与第一管箱和第二管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热器设置在第一管箱内；第一管箱和第二管箱内分别设置第一压力传感器和第二压力传感器，用于检测第一管箱和第二管箱内的压力，第一压力传感器和第二压力传感器与控制器进行数据连接，控制器根据检测的第一管箱和第二管箱的压力来控制第一电加热器和第二电加热器是否进行加热。本发明锅炉通过压力感知元件检测的压力，改变加热部件，使流体朝向不同方向流动。因此通过检测第一管箱和第二管箱内的压力变化启动新的电加热器进行交替式加热，增加加热效果以及除垢效果。

Description

一种压力变化切换加热部件的锅炉

技术领域

本发明涉及一种蒸汽发生设备，尤其涉及一种间歇式振动除垢的锅炉。

背景技术

锅炉用于产生蒸汽，是是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为蒸汽的机械设备。蒸汽发生器应用领域广泛，广泛适用于制衣厂，干洗店，饭店，馍店，食堂，餐厅，厂矿，豆制品厂等场所。在申请人在先的申请中，开发和研究了新式的盘管式的电加热盘管，例如CN106123306A，从而使得因为加热导致的其中流体的膨胀而导致的弹性管束振动，从而实现加热以及除垢效果。

但是在应用中发现，持续性的电加热器的加热会导致内部电加热装置的流体形成稳定性，即流体不在流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致盘管振动性能大大减弱，从而影响盘管的除垢以及加热的效率。

青岛科技大学的在先的申请中，（例如申请号2019101874848），参见附图6，采用了间断式加热的方式使得盘管产生振动，但是间断式加热方式会导致一段时间内不能进行加热，导致加热功率下降。因此本发明进行了改进，采取了更合理的加热方式，提高加热效率。

但是在应用中发现，持续性的电加热器的加热会导致内部电加热装置的流体形成稳定性，即流体不在流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致盘管振动性能大大减弱，从而影响盘管的除垢以及加热的效率，对此，本发明人进行研究，开发了一种新的能够产生周期性振动的热水器，并且已经进行了专利申请。

但是，在实践中发现，通过固定性周期性变化来调整管束的振动，会出现滞后性以及周期会出现过长或者过短的情况。因此本发明对前面的申请进行了改进，对振动进行智能型控制，从而使得内部的流体能够实现的频繁性的振动，从而实现很好的除垢以及加热效果。

发明内容

本发明针对现有技术中锅炉的不足，提供一种新式加热装置布局安排的电加热锅炉。该锅炉能够提高了加热效率，从而实现很好的除垢以及加热效果。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种锅炉，所述锅炉包括电加热装置、汽包，所述电加热装置设置在汽包中，所述汽包包括进水管和蒸汽出口，所述电加热装置包括第一管箱、第二管箱和盘管，盘管与第一管箱和第二管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热器设置在第一管箱内；盘管为一个或者多个，每个盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为以第一管箱为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；在第一管箱和第二管箱内分别设置第一电加热器和第二电加热器；第一管箱和/或第二管箱内填充相变流体；其特征在于，第一管箱和第二管箱内分别设置第一压力传感器和第二压力传感器，用于检测第一管箱和第二管箱内的压力，第一压力传感器和第二压力传感器与控制器进行数据连接，控制器根据检测的第一管箱和第二管箱的压力来控制第一电加热器和第二电加热器是否进行加热。

作为优选，当第一电加热器进行加热，第二电加热器不进行加热时，第一压力感知元件检测的压力高于一定数值，则控制器控制第一电加热器停止加热，第二电加热器进行加热；当第二电加热器进行加热，第一电加热器不进行加热时，第二压力感知元件检测的压力高于一定数值，则控制器控制第二电加热器停止加热，第一电加热器进行加热。

本发明具有如下优点：

1、本发明锅炉通过压力感知元件检测的压力，能够在满足一定的压力情况下，第一管箱或第二管箱内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，改变加热部件，使流体朝向不同方向流动。因此通过检测第一管箱和第二管箱内的压力变化启动新的电加热器进行交替式加热，增加加热效果以及除垢效果。

2、本发明设计了一种新式结构的电加热装置在汽包中的布局图，可以进一步提高加热效率。

3、本发明将盘管周期性不断增加加热功率以及降低加热功率，使得加热流体受热后会产生体积不停的处于变化状态中，诱导盘管自由端产生振动，从而强化传热。

4、本发明通过大量的实验和数值模拟，优化了盘管的参数的最佳关系，从而实现最优的加热效率。

附图说明：

图1为本发明电加热装置的俯视图。

图2为电加热装置的主视图。

图3是圆形汽包中设置电加热装置的布局示意图。

图4是盘管结构示意图。

图5是汽包结构示意图。

图6是背景技术附图。

图7是控制流程示意图。

图中：1、盘管，2、第一管箱，3、自由端，4、自由端，5、进水管，6、蒸汽出口，7、自由端，8、第二管箱，9、连接点，10、电加热装置，11、汽包，12管束，13电加热器。

具体实施方式

一种锅炉，所述锅炉包括电加热装置10、汽包11，所述电加热装置10设置在汽包11中，所述汽包11包括进水管5和蒸汽出口6。蒸汽出口6设置在汽包上部。

作为优选，所述汽包是圆柱形结构。

图1展示了电加热装置10的俯视图，如图1所示，所述电加热装置10包括第一管箱2、第二管箱8和盘管1，盘管1与第一管箱2和第二管箱8相连通，流体在第一管箱2和第二管箱8以及盘管1内进行封闭循环，所述电加热装置10内设置电加热器131、132，所述电加热器13用于加热电加热装置10的内流体，然后通过加热的流体来加热汽包内的水。

如图1－2所示，在第一管箱2和第二管箱8内分别设置第一电加热器131和第二电加热器132；第一管箱2和/或第二管箱8内填充相变流体；盘管1为一个或者多个，每个盘管1包括多根圆弧形的管束12，多根圆弧形的管束12的中心线为以第一管箱2为同心圆的圆弧，相邻管束12的端部连通，流体在第一管箱2和第二管箱8之间形成串联流动，从而使得管束的端部形成管束自由端3、4；所述流体是相变流体，汽液相变液体，所述第一电加热器131和第二电加热器132与控制器进行数据连接，所述控制器控制第一电加热器131和第二电加热器132切换加热。

作为优选，所述第一管箱2和第二管箱8沿着高度方向上设置。

研究以及实践中发现，持续性的功率稳定性的电加热器的加热会导致内部电加热装置的流体形成稳定性，即流体不在流动或者流动性很少，或者流量稳定，导致盘管1振动性能大大减弱，从而影响盘管1的除垢以及加热的效率。因此需要对上述电加热盘管进行如下改进。

在发明人的在先申请中，提出了一种周期性的加热方式，通过周期性的加热方式来使第一管箱和第二管箱内的电加热器131、132不断的切换加热，从而不断的促进盘管的振动，提高加热效率和除垢效果。但是，通过固定性周期性变化来调整管束的振动，会出现滞后性以及周期会出现过长或者过短的情况。因此本发明对前面的申请进行了改进，对振动进行智能型控制，从而使得内部的流体能够实现的频繁性的振动，从而实现很好的除垢以及加热效果。

本发明针对在先研究的技术中的不足，提供一种新式的智能控制振动的电加热锅炉。该锅炉能够提高了加热效率，从而实现很好的除垢以及加热效果。

一、基于压力自主调节振动

作为优选，第一管箱2和第二管箱8内分别设置第一压力传感器和第二压力传感器，用于检测第一管箱和第二管箱内的压力，第一压力传感器和第二压力传感器与控制器进行数据连接，控制器根据检测的第一管箱和第二管箱的压力来控制第一电加热器131和第二电加热器132是否进行加热。

作为优选，当第一电加热器进行加热，第二电加热器不进行加热时，第一压力感知元件检测的压力高于一定数值，则控制器控制第一电加热器停止加热，第二电加热器进行加热；当第二电加热器进行加热，第一电加热器不进行加热时，第二压力感知元件检测的压力高于一定数值，则控制器控制第二电加热器停止加热，第一电加热器进行加热。

通过压力感知元件检测的压力，能够在满足一定的压力情况下，第一管箱或第二管箱内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，改变加热部件，使流体朝向不同方向流动。因此通过检测第一管箱和第二管箱内的压力变化启动新的电加热器进行交替式加热，增加加热效果以及除垢效果。

二、基于温度自主调节振动

作为优选，第一管箱2和第二管箱8内分别设置第一温度传感器和第二温度传感器，用于检测第一管箱和第二管箱内的温度，第一温度传感器和第二温度传感器与控制器进行数据连接，控制器根据检测的第一管箱和第二管箱的温度来控制第一电加热器131和第二电加热器132是否进行加热。

作为优选，当第一电加热器进行加热，第二电加热器不进行加热时，第一温度感知元件检测的温度高于一定数值，则控制器控制第一电加热器停止加热，第二电加热器进行加热；当第二电加热器进行加热，第一电加热器不进行加热时，第二温度感知元件检测的温度高于一定数值，则控制器控制第二电加热器停止加热，第一电加热器进行加热。

通过温度感知元件检测的温度，能够在满足一定的温度情况下，第一管箱或第二管箱内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，改变加热部件，使流体朝向不同方向流动。因此通过检测第一管箱和第二管箱内的温度变化启动新的电加热器进行交替式加热，增加加热效果以及除垢效果。

三、基于液位自主调节振动

作为优选，第一管箱、第二管箱内部分别设置第一液位感知元件和第二液位传感器，用于检测第一管箱、第二管箱内的流体的液位，所述第一液位感知元件和第二液位感知元件与控制器进行数据连接，控制器根据检测的第一管箱、第二管箱流体的液位来控制第一电加热器131和第二电加热器132是否进行加热。

作为优选，当第一电加热器进行加热，第二电加热器不进行加热时，第一液位感知元件检测的第一管箱内的液位低于一定数值，则控制器控制第一电加热器停止加热，第二电加热器进行加热；当第二电加热器进行加热，第一电加热器不进行加热时，第二液位感知元件检测的第二管箱内的液位低于一定数值，则控制器控制第二电加热器停止加热，第一电加热器进行加热。

通过液位感知元件检测的液位，能够在满足一定的液位（例如最低下限）情况下，内部的流体的蒸发基本达到了饱和，内部流体的体积也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，改变加热部件，使流体朝向不同方向流动。通过检测第一管箱和第二管箱内的液位变化启动新的电加热器进行交替式加热，增加加热效果以及除垢效果。

四、基于速度自主调节振动

作为优选，管束自由端内部设置速度感知元件，用于检测管束自由端内的流体的流速，所述速度感知元件与控制器进行数据连接，控制器根据检测的流体的速度来控制第一电加热器、第二电加热器是否进行加热。

作为优选，当第一电加热器进行加热，第二电加热器不进行加热时，如果速度感知元件检测的速度高于一定数值，控制器控制第一电加热器停止加热，第二电加热器进行加热。当第二电加热器进行加热，第一电加热器不进行加热时，如果速度感知元件检测的速度高于一定数值，控制器控制第二电加热器停止加热，第一电加热器进行加热。

通过速度感知元件检测的速度，能够在满足一定的速度（例如最高上限）情况下，内部的流体的蒸发基本达到了饱和，形成了稳定流动，内部流体的速度也基本变化不大，此种情况下，内部流体相对稳定，此时的管束振动性变差，因此需要进行调整，改变加热部件，使流体朝向不同方向流动。通过检测速度变化启动新的电加热器进行交替式加热，增加加热效果以及除垢效果。

作为优选，速度感知元件设置在自由端。通过设置在自由端，能够感知自由端的速度变化，从而实现更好的控制和调节。

作为优选，所述第一管箱2的管径等于第二管箱8的管径。通过第一管箱和第二管箱的管径相等，能够保证流体进行相变在第一箱体内和第二管箱保持同样的传输速度。

作为优选，盘管在第一管箱的连接位置9低于第二管箱与盘管的连接位置。这样保证蒸汽能够快速的向上进入第二管箱。

作为优选，第一管箱和第二管箱底部设置回流管，保证第一、二管箱内冷凝的流体能够快速流动。

作为优选，第一管箱和第二管箱沿着高度方向上设置，沿着第一管箱的高度方向，所述盘管设置为多个，从上向下方向，盘管的管径不断变小。

作为优选，沿着第一管箱的从上向下方向，盘管的管径不断变小的幅度不断的增加。

通过盘管的管径幅度增加，可以保证更多的蒸汽通过上部进入第一、二箱体，保证所有盘管内蒸汽的分配均匀，进一步强化传热效果，使得整体振动效果均匀，换热效果增加，进一步提高换热效果以及除垢效果。通过实验发现，采取此种结构设计可以取得更好的换热效果以及除垢效果。

作为优选，沿着第一管箱的高度方向，所述盘管设置为多个，从上向下方向，相邻盘管的间距不断变大。

作为优选，沿着第一管箱的高度方向，盘管之间的间距不断变大的幅度不断的增加。

通过盘管的间距幅度增加，可以保证更多的蒸汽通过上部进入第一、二箱体，保证所有盘管内蒸汽的分配均匀，进一步强化传热效果，使得整体振动效果均匀，换热效果增加，进一步提高换热效果以及除垢效果。通过实验发现，采取此种结构设计可以取得更好的换热效果以及除垢效果。

作为优选，如图7所示，所述汽包是横截面为圆形汽包，汽包中设置多个电加热装置。

作为优选，如图7所示，所述汽包内设置的多个电加热装置，其中一个设置在汽包的中心，成为中心电加热装置，其它的围绕汽包的中心分布，成为外围电加热装置。通过如此结构设计，可以使得汽包内流体充分达到振动目的，提高换热效果。

作为优选，单个外围电加热装置的加热功率小于中心电加热装置的加热功率。通过如此设计，使得中心达到更大的震动频率，形成中心振动源，从而影响四周，达到更好的强化传热和除垢效果。

作为优选，同一水平换热截面上，流体要达到均匀的振动，避免换热分布不均匀。因此需要通过合理分配不同的电加热装置中的加热功率的大小。通过实验发现，中心电加热装置与外围管束电加热装置的加热功率比例与两个关键因素相关，其中一个就是外围电加热装置与汽包中心之间的间距（即外围电加热装置的圆心与中心电加热装置的圆心的距离）以及汽包的直径相关。因此本发明根据大量数值模拟和实验，优化了最佳的脉动流量的比例分配。

作为优选，汽包内壁半径为B，所述中心电加热装置的圆心设置在汽包圆形截面圆心，外围电加热装置的圆心距离汽包圆形截面的圆心的距离为S，相邻外围电加热装置的圆心分别与圆形截面圆心进行连线，两根连线形成的夹角为A，外围电加热装置的加热功率为W2，单个中心电加热装置的加热功率为W1，则满足如下要求：

W1/W2=a-b*Ln（B/S）；Ln是对数函数；

a,b是系数，其中1.9819<a<1.9823,0.5258<b<0.5264；

1.25< B/S <2.1；

1.6< W1/W2<1.9。

其中35°<A<80°。

作为优选，四周分布数量为4－5个。

作为优选，B为1600－2400毫米，优选是2000mm；S为1200－2000毫米，优选为1700mm；换热管的直径为12－20毫米，优选16mm；脉动盘管的最外侧直径为300－560毫米，优选400mm。立管的管径为100－116毫米，优选108毫米，立管的高度为1.8-2.2米，优选为2米,相邻的脉冲管的间距是65－100mm。优选80毫米左右。

总加热功率优选为6000-14000W，进一步优选为7500W。

进一步优选，a=1.9821,b=0.5261。

所述蒸汽出口设置在汽包上壁的中间位置。

作为优选，所述箱体是圆形截面，设置多个电加热装置，其中一个设置在圆形截面圆心的中心电加热装置和其它的形成围绕圆形截面圆心分布的电加热装置。

盘管1为一组或者多组，每组盘管1包括多根圆弧形的管束12，多根圆弧形的管束12的中心线为同心圆的圆弧，相邻管束12的端部连通，从而使得盘管1的端部形成管束自由端3、4，例如图2中的自由端3、4。

作为优选，所述的加热流体为汽液相变的流体。

作为以优选，所述第一管箱2、第二管箱8以及盘管1都是圆管结构。

作为优选，盘管1的管束是弹性管束。

通过将盘管1的管束设置弹性管束，可以进一步提高换热系数。

作为优选，所述同心圆是以第一管箱2的中心为圆心的圆。即盘管1的管束12围绕着第一管箱2的中心线布置。

如图4所示，管束12不是一个完整的圆，而是留出一个口部，从而形成管束的自由端。所述口部的圆弧所在的角度为65－85度，即图4夹角b和c之和是65－85度。

作为优选，管束在同一侧的端部对齐，在同一个平面上，端部的延长线（或者端部所在的平面）经过第一管箱2的中线。

进一步优选，所述电加热器13是电加热棒。

作为优选，盘管1的内侧管束的第一端与第一管箱2连接，第二端与相邻的外侧管束一端连接，盘管1的最外侧管束的一端与第二管箱8连接，相邻的管束的端部连通，从而形成一个串联的结构。

第一端所在的平面与第一管箱2和第二管箱8中心线所在的平面形成的夹角c为40－50度。

第二端所在的平面与第一管箱2和第二管箱8中心线所在的平面形成的夹角b为25－35度。

通过上述优选的夹角的设计，使得自由端的振动达到最佳，从而使得加热效率达到最优。

如图4所示，盘管1的管束为4个，管束A、B、C、D联通。当然，不局限于四个，可以根据需要设置多个，具体连接结构与图4相同。

所述盘管1为多个，多个盘管1分别独立连接第一管箱2和第二管箱8，即多个盘管1为并联结构。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (3)

1.一种锅炉，所述锅炉包括电加热装置、汽包，所述电加热装置设置在汽包中，所述汽包包括进水管和蒸汽出口，所述电加热装置包括第一管箱、第二管箱和盘管，盘管与第一管箱和第二管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热器设置在第一管箱内；盘管为一个或者多个，每个盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为以第一管箱为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；在第一管箱和第二管箱内分别设置第一电加热器和第二电加热器；第一管箱和/或第二管箱内填充相变流体；其特征在于，第一管箱和第二管箱内分别设置第一压力传感器和第二压力传感器，用于检测第一管箱和第二管箱内的压力，第一压力传感器和第二压力传感器与控制器进行数据连接，控制器根据检测的第一管箱和第二管箱的压力来控制第一电加热器和第二电加热器是否进行加热。

2.如权利要求1所述的锅炉，其特征在于，当第一电加热器进行加热，第二电加热器不进行加热时，第一压力感知元件检测的压力高于一定数值，则控制器控制第一电加热器停止加热，第二电加热器进行加热；当第二电加热器进行加热，第一电加热器不进行加热时，第二压力感知元件检测的压力高于一定数值，则控制器控制第二电加热器停止加热，第一电加热器进行加热。

3.一种锅炉，所述锅炉包括电加热装置、汽包，所述电加热装置设置在汽包中，所述汽包包括进水管和蒸汽出口，所述电加热装置包括第一管箱、第二管箱和盘管，盘管与第一管箱和第二管箱相连通，形成加热流体封闭循环，电加热器设置在第一管箱内；盘管为一个或者多个，每个盘管包括多根圆弧形的管束，多根圆弧形的管束的中心线为以第一管箱为同心圆的圆弧，相邻管束的端部连通，从而使得管束的端部形成管束自由端；在第一管箱和第二管箱内分别设置第一电加热器和第二电加热器。

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