一种分段式蒸汽发生器及其系统技术方案

本发明专利技术提供一种分段式蒸汽发生器及其系统，一方面，通过计量泵控水的流量；另一方面，通过分段式蒸汽发生器中的预热段电控器控制预热段加热装置及预热段测温元件，使得预热段出口处的水液位的高度保持平稳，从而控制水和预热段加热装置的接触面积，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；通过分段式蒸汽发生器中的蒸发段电控器控制蒸发段加热装置、蒸发段测温元件及蒸汽出口管测温元件，使水蒸汽平稳蒸发并被逐渐加热至蒸发段设定温度，使得蒸汽出口管处获得对水蒸气的流量及温度的高精度要求。

A piecewise steam generator and its system

The invention provides a sectional steam generator and its system. On the one hand, the flow of water is controlled by the metering pump; on the other hand, the preheating section heating device and the preheating section temperature measuring element are controlled by the preheating section electric control unit in the sectional steam generator to keep the height of the water level at the outlet of the preheating section stable and thus control the water level. The contact area of the heating unit is made to ensure that the vaporization process is carried out under a certain heat exchange area and heat exchange power to ensure the stability of the vaporization process, and the evaporation section heating device, the evaporation section temperature measuring element and the steam outlet pipe temperature measuring element are controlled by the evaporation section electric control device in the sectional steam generator to make water vapor. The evaporation is gradually evaporated and gradually heated to the set temperature of the evaporating section, so that the steam outlet pipe can obtain high precision requirements for the flow and temperature of the steam.

【技术实现步骤摘要】
一种分段式蒸汽发生器及其系统
本专利技术涉及一种用于产生蒸汽的加热装置，尤其涉及一种分段式蒸汽发生器及其系统。
技术介绍
蒸汽发生器是现有技术中应用非常广泛的一种加热设备，是利用燃料或其他能源的能量把水加热成水蒸汽的设备。蒸汽发生器制备的水蒸汽除了可应用于蒸汽动力装置上，也可作为化学反应组分之一应用于很多领域，如应用于：铁与水蒸汽反应制备氢汽、碳与水蒸汽反应制备水煤汽及甲烷与水蒸汽重整制氢等。然而，作为化学反应组分之一的水蒸汽在参与化学反应时，对水蒸汽的流量精度及温度有较高的要求。以甲烷与水蒸汽重整制氢为例，水蒸汽的流量精度不仅对反应生成物的组分有重大的影响，而且如果水蒸汽的流量过少，还会引发积碳现象，从而导致催化剂损坏，反应无法继续进行，因此，制备作为化学反应组分的水蒸汽对流量精度及温度均有较为严格的要求。目前，市面上存在多种蒸汽发生器，其特点是水蒸汽的流量及温度波动大且无法精确控制。譬如管式电加热蒸发器，其根据出口管处水蒸汽的温度来控制管式电加热蒸发器中的电加热管的加热功率。由于水蒸发过程中，不清楚电加热管的加热功率与水蒸汽的蒸发量是否匹配，往往造成如下现象：当电加热管的加热功率过高时，因水蒸汽的蒸发量大于进水量，而导致管式电加热蒸发器中的水液位下降，相当于大幅度增加了管式电加热蒸发器中的电加热管的加热功率，导致出口管处的水蒸汽的温度过高；此后，通过控制器进行调节，使得电加热管的加热功率下降，然而因进水量与电加热管的加热功率的不匹配，管式电加热蒸发器中的水液位又重新升高，即大幅度减少了管式电加热蒸发器中电加热管的加热功率，导致出口管处的水蒸汽温度又过低；如此出口管处的水蒸汽的流量及温度波动的现象难以稳定，不能满足作为化学反应组分的水蒸汽对流量及温度的高精度要求。综上所述，开发一种在水蒸发过程中，可提供高精度的水蒸汽的流量及温度的蒸汽发生器及其系统实属必要。
技术实现思路
鉴于以上所述现有技术的缺点，本专利技术的目的在于提供一种分段式蒸汽发生器及其系统，用于解决现有技术中在水蒸发过程中，水蒸汽的流量及温度难以精确控制的问题，实现了蒸汽发生器出口管处的水蒸汽的流量及温度的精确控制，从而满足作为化学反应组分的水蒸汽对流量及温度的高精度要求。为实现上述目的及其他相关目的，本专利技术提供一种分段式蒸汽发生器，包括预热段及位于所述预热段上方的蒸发段，其中：所述预热段包含：预热段加热装置，所述预热段加热装置被第一密封侧壁所包围，且所述预热段加热装置与所述第一密封侧壁间形成预热段上升流道；进水管，连接于所述第一密封侧壁底部，所述预热段上升流道的横截面积小于所述进水管的横截面积；预热段测温元件，位于预热段出口处，所述预热段测温元件在预热段设定温度下，将水转换成水蒸汽，控制预热段的水液位；以及预热段电控器，连接于所述预热段测温元件及所述预热段加热装置，确保所述预热段汽化过程的稳定；所述蒸发段包含：蒸发段加热装置，所述蒸发段加热装置被第二密封侧壁所包围，所述第二密封侧壁与所述第一密封侧壁连通，且所述蒸发段加热装置与所述第二密封侧壁间形成蒸发段上升流道；蒸发段测温元件，位于蒸发段出口处，监控所述蒸发段水蒸气的温度；蒸汽出口管测温元件，监控蒸汽出口管处水蒸汽的出口温度；以及蒸发段电控器，连接于所述蒸发段加热装置、蒸发段测温元件及蒸汽出口管测温元件，确保所述蒸发段内水蒸汽的平稳蒸发，使水蒸汽加热至蒸发段设定温度。优选地，所述预热段加热装置及所述蒸发段加热装置包括电加热翅片管及电加热棒组成的群组中的一种或两种组合。优选地，所述预热段加热装置及所述蒸发段加热装置为电加热翅片管；在所述预热段，所述电加热翅片管与所述第一密封侧壁构成循环上升的环形预热段上升流道，在所述蒸发段，所述电加热翅片管与所述第二密封侧壁构成循环上升的环形蒸发段上升流道；所述环形预热段上升流道及所述环形蒸发段上升流道扩大热接触面积，提高吸热效率。优选地，所述预热段上升流道的横截面积与所述进水管的横截面积的比值范围介于0.2～0.9之间。优选地，所述预热段设定温度根据所述预热段出口处水蒸气的压力进行设定，范围介于90～200℃之间。优选地，所述蒸发段设定温度的范围介于100～1000℃之间。优选地，包含N个所述预热段加热装置，N≥1；及包含M个所述蒸发段加热装置，M≥1。优选地，所述预热段上升流道的横截面积与所述蒸发段上升流道的横截面积的比值为1。优选地，所述预热段测温元件、蒸发段测温元件及蒸汽出口管测温元件包括热电偶、热电阻及双金属组成的群组中的一种或两种以上的组合中的一种。优选地，所述预热段还包括排水管，连接于所述第一密封侧壁底部。一种分段式蒸汽发生器系统，包括：所述分段式蒸汽发生器；以及计量泵，所述计量泵连接于所述分段式蒸汽发生器中的所述进水管。优选地，所述计量泵包括柱塞式计量泵、机械隔膜式计量泵及液压隔膜式计量泵组成的群组中的一种。如上所述，本专利技术的分段式蒸汽发生器及其系统，具有以下有益效果：一方面，通过计量泵控水的流量；另一方面，通过分段式蒸汽发生器中的预热段电控器控制预热段加热装置及预热段测温元件，使得预热段出口处的水液位的高度保持平稳，从而控制水和预热段加热装置的接触面积，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；通过分段式蒸汽发生器中的蒸发段电控器控制蒸发段加热装置、蒸发段测温元件及蒸汽出口管测温元件，使水蒸汽平稳蒸发并被逐渐加热至蒸发段设定温度，使得蒸汽出口管处获得高精度温度的水蒸气。从而解决了蒸汽出口管处水蒸汽的流量及温度难以精确控制的问题，实现了蒸汽发生器出口管处的水蒸汽的流量及温度的精确控制，满足作为化学反应组分的水蒸汽对流量及温度的高精度要求。附图说明图1显示为本专利技术中的分段式蒸汽发生器的剖视结构示意图。图2显示为本专利技术中的分段式蒸汽发生器系统的结构示意图。元件标号说明Ⅰ预热段Ⅱ蒸发段S1预热段上升流道的横截面积S2进水管的横截面积S3蒸发段上升流道的横截面积1预热段加热装置2蒸发段加热装置3第一密封侧壁4第二密封侧壁5预热段上升流道6蒸发段上升流道7进水管8蒸汽出口管9预热段测温元件10蒸发段测温元件11蒸汽出口管测温元件12预热段电控器13蒸发段电控器14排水管15计量泵16水箱具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本专利技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本专利技术的其他优点与功效。本专利技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本专利技术的精神下进行各种修饰或改变。请参阅图1-图2。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本专利技术的基本构想，遂图式中仅显示与本专利技术中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。如图1所示，本专利技术提供一种分段式蒸汽发生器，包括预热段Ⅰ及位于所述预热段Ⅰ上方的蒸发段Ⅱ。所述蒸汽发生器包括：预热段及蒸发段Ⅱ。具体的，如图1所示，显示为本专利技术中的分段式蒸汽发生器的剖视结构示意图。所述预热段Ⅰ的作用为使水进行初步汽化，形成水蒸气。包含预热段加热装置1、第一密封侧壁3、预热段上升流道5、进水管7、预热段测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分段式蒸汽发生器，其特征在于，包括预热段及位于所述预热段上方的蒸发段，其中：所述预热段包含：预热段加热装置，所述预热段加热装置被第一密封侧壁所包围，且所述预热段加热装置与所述第一密封侧壁间形成预热段上升流道；进水管，连接于所述第一密封侧壁底部，所述预热段上升流道的横截面积小于所述进水管的横截面积；预热段测温元件，位于预热段出口处，所述预热段测温元件在预热段设定温度下，将水转换成水蒸汽，控制预热段的水液位；以及预热段电控器，连接于所述预热段测温元件及所述预热段加热装置，确保所述预热段汽化过程的稳定；所述蒸发段包含：蒸发段加热装置，所述蒸发段加热装置被第二密封侧壁所包围，所述第二密封侧壁与所述第一密封侧壁连通，且所述蒸发段加热装置与所述第二密封侧壁间形成蒸发段上升流道；蒸发段测温元件，位于蒸发段出口处，监控所述蒸发段水蒸气的温度；蒸汽出口管测温元件，监控蒸汽出口管处水蒸汽的出口温度；以及蒸发段电控器，连接于所述蒸发段加热装置、蒸发段测温元件及蒸汽出口管测温元件，确保所述蒸发段内水蒸汽的平稳蒸发，使水蒸汽加热至蒸发段设定温度。

【技术特征摘要】
1.一种分段式蒸汽发生器，其特征在于，包括预热段及位于所述预热段上方的蒸发段，其中：所述预热段包含：预热段加热装置，所述预热段加热装置被第一密封侧壁所包围，且所述预热段加热装置与所述第一密封侧壁间形成预热段上升流道；进水管，连接于所述第一密封侧壁底部，所述预热段上升流道的横截面积小于所述进水管的横截面积；预热段测温元件，位于预热段出口处，所述预热段测温元件在预热段设定温度下，将水转换成水蒸汽，控制预热段的水液位；以及预热段电控器，连接于所述预热段测温元件及所述预热段加热装置，确保所述预热段汽化过程的稳定；所述蒸发段包含：蒸发段加热装置，所述蒸发段加热装置被第二密封侧壁所包围，所述第二密封侧壁与所述第一密封侧壁连通，且所述蒸发段加热装置与所述第二密封侧壁间形成蒸发段上升流道；蒸发段测温元件，位于蒸发段出口处，监控所述蒸发段水蒸气的温度；蒸汽出口管测温元件，监控蒸汽出口管处水蒸汽的出口温度；以及蒸发段电控器，连接于所述蒸发段加热装置、蒸发段测温元件及蒸汽出口管测温元件，确保所述蒸发段内水蒸汽的平稳蒸发，使水蒸汽加热至蒸发段设定温度。2.根据权利要求1所述的分段式蒸汽发生器，其特征在于：所述预热段加热装置及所述蒸发段加热装置包括电加热翅片管及电加热棒组成的群组中的一种或两种组合。3.根据权利要求2所述的分段式蒸汽发生器，其特征在于：所述预热段加热装置及所述蒸发段加热装置为电加热翅片管；在所述预热段，所述电加热翅片管与所述第一密封侧壁构成循环上升的环形预热段上升流道，在所述蒸发段，所述电加热翅片管与所述第二密封侧壁构成...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶爽，黄伟光，
申请(专利权)人：中国科学院上海高等研究院，
类型：发明
国别省市：上海,31