本發(fā)明是委托高校進行研發(fā)的項目。本發(fā)明屬于蒸汽發(fā)生領(lǐng)域，尤其涉及一種蒸汽鍋爐，屬于ipc分類號f22領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

從爐中接受熱量、并使流體從低位流到高位的回路稱之為“上升回路”，而接受熱量、并使流體從高位流到低位的回路稱之為“下降回路”。一個回路由一根管子或一組管子組成，這組管子從一個公共點，如聯(lián)箱或蒸汽鍋筒引出，終止于同樣為聯(lián)箱或鍋筒這樣的公共點。

在大多數(shù)自然循環(huán)鍋爐設(shè)計中，構(gòu)成蒸發(fā)部分的受熱管一般供流體向上流動，但在多鍋筒鍋爐中，蒸發(fā)管束的下降受熱管則不然。在這種類型的鍋爐中，下降受熱管提供爐內(nèi)和蒸發(fā)管束部分的上升管的全部循環(huán)流量。

一方面，上升管的流體在向上過程中，一般是汽液兩相流，從而使得上升管內(nèi)的流體是汽液混合物，汽液兩相流的存在使得影響了上升管吸熱的效率。

另一方面，從上升管出口到上鍋筒這一段，因為這一段的空間突然變大，空間的變化會導(dǎo)致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會導(dǎo)致聚集的汽相（汽團）從上升管位置進入上鍋筒，由于氣（汽）液密度差，氣團離開接管位置將迅速向上運動，而氣團原空間位置被氣團推離壁面的液體同時也將迅速回彈并撞擊壁面，形成撞擊現(xiàn)象。氣（汽）液相越不連續(xù)，氣團聚集越大，撞擊能量越大。撞擊現(xiàn)象會造成較大的噪聲震動和機械沖擊，對設(shè)備造成破壞。

本發(fā)明人在前面申請中也設(shè)計了一種多管式穩(wěn)流裝置，參見圖7所示。但是此種裝置在運行中發(fā)現(xiàn)，因為管子之間是緊密結(jié)合在一起，因此三根管子之間形成的空間a相對較小，因為空間a是三根管子的凸弧形成，因此空間a的大部分區(qū)域狹窄，會造成流體難于進入通過，造成流體短路，從而影響了流體的換熱，無法起到很好的穩(wěn)流作用。同時因為上述結(jié)構(gòu)的多根管子組合在一起，制造困難。

針對上述問題，本發(fā)明在前面發(fā)明的基礎(chǔ)上進行了改進，提供了一種新的蒸汽鍋爐，從而解決上升管吸熱效率低的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種新的蒸汽鍋爐，從而解決前面出現(xiàn)的技術(shù)問題。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種蒸汽鍋爐，包括上鍋筒和下鍋筒和連接在上鍋筒和下鍋筒之間的上升管和下降管，所述上升管內(nèi)設(shè)置穩(wěn)流裝置，同一根上升管內(nèi)設(shè)置多個穩(wěn)流裝置，沿著上升管的流體流動方向，所述穩(wěn)流裝置的長度不斷增加。

作為優(yōu)選，沿著上升管的流體流動方向，所述穩(wěn)流裝置的長度不斷增加的幅度越來越大。

作為優(yōu)選，所述上升管內(nèi)設(shè)置穩(wěn)流裝置，所述穩(wěn)流裝置包括芯體和外殼，所述芯體設(shè)置在外殼中，所述外殼與上升管內(nèi)壁連接固定，所述芯體是沿著外殼長度方向延伸的一體化結(jié)構(gòu)件，所述結(jié)構(gòu)件上設(shè)置有若干數(shù)量的貫通孔。

作為優(yōu)選，所述貫通孔是圓形，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1>2r，其中r是貫通孔半徑。

作為優(yōu)選，相鄰貫通孔之間設(shè)置小孔，通過小孔實現(xiàn)貫通孔之間的連通。

作為優(yōu)選，所述上升管內(nèi)壁設(shè)置凹槽，所述穩(wěn)流裝置的外殼設(shè)置在凹槽內(nèi)，所述外殼的內(nèi)壁與上升管的內(nèi)壁對齊。

作為優(yōu)選，上升管為多段結(jié)構(gòu)焊接而成，多段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置穩(wěn)流裝置。

作為優(yōu)選，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離為s，穩(wěn)流裝置的長度為c，換熱管的外徑為w，貫通孔的半徑為r，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/（2*r）)；

l1/（2*r）=c*(w/（2*r）)-d*(w/（2*r）)²-e

其中l(wèi)n是對數(shù)函數(shù)，a,b，c，d，e是參數(shù)，其中3.0<a<3.5,0.5<b<0.6；2.9<c<3.1,0.33<d<0.37,4.8<e<5.3；

其中穩(wěn)流裝置的間距是以相鄰穩(wěn)流裝置相對的兩端之間的距離；

34<w<58mm；

4<r<6mm;

17<c<25mm；

32<s<40mm；

1.05<l1/（2*r）<1.25。

作為優(yōu)選，a=3.20，b＝0.54，c=3.03,d=0.35,e=5.12。作為優(yōu)選，在上升管與水平面形成的夾角為a，則

c*s/c＝a-b*ln(w/d)；c=1/sin(a)^d，其中0.09<d<0.11，

20°<a<80°。

作為優(yōu)選，d=0.10。

作為優(yōu)選，所述上升管內(nèi)壁設(shè)置凹槽，所述穩(wěn)流裝置的外殼設(shè)置在凹槽內(nèi)，所述外殼的內(nèi)壁與上升管的內(nèi)壁對齊。

作為優(yōu)選，上升管為多段結(jié)構(gòu)焊接而成，多段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置穩(wěn)流裝置。

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具有如下的優(yōu)點：

1）本發(fā)明通過穩(wěn)流裝置的長度變化，在上升管內(nèi)存在汽液兩相流動時，強化傳熱，同時減弱上升管的振動，降低噪聲水平。

2）本發(fā)明在上升管內(nèi)設(shè)置多孔式穩(wěn)流裝置，通過多孔式穩(wěn)流裝置將兩相流體分離成液相和汽相，將液相分割成小液團，將汽相分割成小氣泡，促使汽相順暢流動，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果，提高換熱效果。相對于多管式穩(wěn)流裝置，進一步提高穩(wěn)流效果，強化傳熱，而且制造簡單。

3）本發(fā)明通過設(shè)置多孔式穩(wěn)流裝置，相當(dāng)于在上升管內(nèi)增加了內(nèi)換熱面積，強化了換熱，提高了換熱效果。

4）本發(fā)明因為將汽液兩相在上升管的整個橫截面位置上進行了分割，避免了僅僅上升管內(nèi)壁面進行分割，從而在整個上升管截面上實現(xiàn)擴大汽液界面以及汽相邊界層與冷卻壁面的接觸面積并增強擾動，降低了噪音和震動，強化了傳熱。

5）本發(fā)明通過在上升管流體流動方向上設(shè)置相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離、穩(wěn)流裝置的長度、管子的外徑等參數(shù)大小的規(guī)律變化，從而進一步達到穩(wěn)流效果，降低噪音，提高換熱效果。

6）本發(fā)明通過對多孔式穩(wěn)流裝置各個參數(shù)的變化導(dǎo)致的換熱規(guī)律進行了廣泛的研究，在滿足流動阻力情況下，實現(xiàn)減振降噪的效果的最佳關(guān)系式。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的蒸汽鍋爐結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的蒸汽鍋爐結(jié)構(gòu)另一個實施例示意圖；

圖3本發(fā)明穩(wěn)流裝置橫截面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是本發(fā)明穩(wěn)流裝置在上升管內(nèi)布置示意圖；

圖5是是本發(fā)明穩(wěn)流裝置在上升管內(nèi)布置的另一個示意圖。

圖6是是本發(fā)明穩(wěn)流裝置在上升管內(nèi)布置橫截面示意圖。

圖7是背景技術(shù)中的兩相流管殼式換熱器的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、上鍋筒，2、下鍋筒，3、上升管，4、穩(wěn)流裝置，41外殼，42孔洞，43結(jié)構(gòu)件，5、下降管，6下降管，7下鍋筒，8上升管，9上升管，10爐膛燃燒室，11出口聯(lián)箱，12煙道。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實施方式做詳細的說明。

本文中，如果沒有特殊說明，涉及公式的，“/”表示除法，“×”、“*”表示乘法。

如圖1所述的一種蒸汽鍋爐，包括上鍋筒1和下鍋筒2，所述上升管3和下降管5連接上鍋筒1和下鍋筒2。水從上鍋筒1進入下降管5內(nèi)。水在下降管中向下流動，并被收集在下鍋筒2中。鍋爐的上升管3由爐膛燃燒室10中燃料的燃燒來加熱。由上升管3吸收的熱量使管內(nèi)的液體沸騰，由此生成水和汽的兩相混合物。上升管3中的兩相混合物到達上鍋筒1。從上鍋筒1中的供水管（未示出）放出的過冷水和從分離裝置中放出的飽和液體混合在一起形成過冷液體，過冷液體流出上鍋筒1進入下降管5，按照這樣的流程就完成了一個流動循環(huán)。

進一步如圖2所述的另一種實施例的蒸汽鍋爐，包括上鍋筒1和下鍋筒2，所述上升管3和下降管5連接上鍋筒1和下鍋筒2。水從上鍋筒1進入爐內(nèi)排煙道12中受熱蒸發(fā)管束的下降管5內(nèi)。水在下降管中向下流動，并被收集在下鍋筒2中。由于下降管5吸收了熱量，所以進到下鍋筒2中的水的溫度升高。根據(jù)所吸收熱量的多少，下鍋筒2中的水可以是過冷的或者飽和的。離開下鍋筒2的流體（一般汽水混合物）一部分向上流入蒸發(fā)管束的上升管3中。向上流入上升管3的液體吸熱并進入上鍋筒1。

離開下鍋筒2的流體一部分通過下降管6到達爐膛下鍋筒7。進到一個下鍋筒7的液體分布到與該下鍋筒7相連的各爐管8中。爐管由爐膛燃燒室10中燃料的燃燒來加熱。由爐管8吸收的熱量使?fàn)t管8中的液體沸騰，由此生成水和汽的兩相混合物。爐管8中的兩相混合物或者通過與上鍋筒1直接連接的爐管8到達上鍋筒1，此時的爐管8也就是上升管，或者在下鍋筒7與上鍋筒1至今設(shè)置出口聯(lián)箱11，通過中間上升管9將兩相混合物從爐膛回路的出口聯(lián)箱11傳送到上鍋筒1。上鍋筒1內(nèi)的內(nèi)部分離裝置將兩相混合物分開而成汽和水。從上鍋筒1中的供水管（未示出）放出的過冷水和從分離裝置中放出的飽和液體混合在一起形成過冷液體，過冷液體流出上鍋筒1進入下降管5，按照這樣的流程就完成了一個流動循環(huán)。

對于蒸汽鍋爐的蒸發(fā)管束、選定的受到燃燒氣流沖刷的爐膛爐壁和對流爐壁來說，要求保證一個臨界輸入熱量，以使流體在管束和對流爐壁回路中所有的管子內(nèi)充分向上環(huán)流而又不致產(chǎn)生流動的不穩(wěn)定性。

所述上升管3和/或上升管8和/或上升管9內(nèi)設(shè)置穩(wěn)流裝置4，所述穩(wěn)流裝置4如圖3所示，所述穩(wěn)流裝置4包括芯體和外殼41，所述芯體設(shè)置在外殼41中，所述外殼與上升管內(nèi)壁連接固定，所述芯體是沿著外殼長度方向延伸的一體化結(jié)構(gòu)件43，所述結(jié)構(gòu)件上設(shè)置有若干數(shù)量的貫通孔42。

本發(fā)明在上升管內(nèi)設(shè)置多孔式穩(wěn)流裝置，通過多孔式穩(wěn)流裝置將兩相流體中的液相和汽相進行分離，將液相分割成小液團，將汽相分割成小氣泡，避免液相和汽相的完全分開，促使液相汽相順暢流動，起到穩(wěn)定流量的作用，具有減振降噪的效果。相對于多管式穩(wěn)流裝置，進一步提高穩(wěn)流效果，強化傳熱，而且制造簡單。

后面所提及的上升管，都是上升管3、上升管8和上升管9中的至少一個。

本發(fā)明通過設(shè)置多孔式穩(wěn)流裝置，相當(dāng)于在上升管3內(nèi)增加了內(nèi)換熱面積，強化了換熱，提高了換熱效果。

本發(fā)明因為將汽液兩相在上升管3的所有橫截面位置進行了分割，從而在整個上升管截面上實現(xiàn)汽液界面以及汽相邊界層的分割與冷卻壁面的接觸面積并增強擾動，大大的降低了噪音和震動，強化了傳熱。

作為優(yōu)選，所述貫通孔是圓形，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1>2r，其中r是貫通孔半徑。

通過貫通孔圓心之間的距離l1>2r，使得相鄰的貫通孔42之間保持一定的距離，從而保證各孔更好的分隔兩相流流體。

作為優(yōu)選，所述芯體是一體化進行加工的結(jié)構(gòu)件。通過設(shè)置多孔芯體，可以使得制造簡單。

作為優(yōu)選，相鄰貫通孔42之間設(shè)置小孔實現(xiàn)貫通。通過設(shè)置小孔，可以保證相鄰的貫通孔之間互相連通，能夠均勻貫通孔之間的壓力，使得高壓流道的流體流向低壓，同時也可以在流體流動的同時進一步分隔液相和汽相，有利于進一步穩(wěn)定兩相流動。

作為優(yōu)選，沿著上升管3內(nèi)流體的流動方向（即圖3的高度方向），上升管3內(nèi)設(shè)置多個穩(wěn)流裝置4，從上升管的入口到上升管的出口，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短。設(shè)距離上升管入口的距離為h，相鄰穩(wěn)流裝置之間的間距為s，s=f1(h)，即s是以距離h為變量的函數(shù)，s’是s的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

s’<0;

主要原因是因為上升管內(nèi)的汽體在上升過程中會攜帶者液體，在上升過程中，上升管不斷的受熱，導(dǎo)致氣液兩相流中的汽體越來越多，因為汽液兩相流中的汽相越來越多，上升管內(nèi)的換熱能力會隨著汽相增多而相對減弱，震動及其噪音也會隨著汽相增加而不斷的增加。因此需要設(shè)置的相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短。

此外，從上升管8出口到出口集管11這一段，還有從上升管9和3到上鍋筒1這一段，因為這一段的空間突然變大，空間的變化會導(dǎo)致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會導(dǎo)致聚集的汽相（汽團）從上升管位置進入冷凝集管，由于氣（汽）液密度差，氣團離開接管位置將迅速向上運動，而氣團原空間位置被氣團推離壁面的液體同時也將迅速回彈并撞擊壁面，形成撞擊現(xiàn)象。氣（汽）液相越不連續(xù)，氣團聚集越大，水錘能量越大。撞擊現(xiàn)象會造成較大的噪聲震動和機械沖擊，對設(shè)備造成破壞。因此為了避免這種現(xiàn)象的發(fā)生，此時設(shè)置的相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短，從而不斷的在流體輸送過程中分隔氣相和液相，從而最大程度上減少震動和噪音。

通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過上述的設(shè)置，既可以最大程度上減少震動和噪音，同時可以提高換熱效果。

進一步優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離越來越短的幅度不斷增加。即s”是s的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

s”>0;

通過實驗發(fā)現(xiàn)，通過如此設(shè)置，能夠進一步降低9％左右的震動和噪音，同時提高7％左右的換熱效果。

作為優(yōu)選，每個穩(wěn)流裝置4的長度保持不變。

作為優(yōu)選，除了相鄰的穩(wěn)流裝置4之間的距離外，穩(wěn)流裝置其它的參數(shù)（例如長度、管徑等）保持不變。

作為優(yōu)選，沿著上升管內(nèi)流體的流動方向（流體向上部方向流動），上升管內(nèi)設(shè)置多個穩(wěn)流裝置4，從上升管的入口到上升管的出口，穩(wěn)流裝置4的長度越來越長。即穩(wěn)流裝置的長度為c，c=f2(x)，c’是c的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

c’>0;

進一步優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，穩(wěn)流裝置的長度越來越長的幅度不斷增加。即c”是c的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

c”>0;

具體理由如相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了穩(wěn)流裝置的長度外，穩(wěn)流裝置其它的參數(shù)（例如相鄰的間距、管徑等）保持不變。

作為優(yōu)選，沿著上升管內(nèi)流體的流動方向（即沿著上升管延伸方向），上升管內(nèi)設(shè)置多個穩(wěn)流裝置，從上升管的入口到上升管的出口，不同穩(wěn)流裝置4內(nèi)的貫通孔42的直徑越來越小。即穩(wěn)流裝置的貫通孔直徑為d，d=f3(x)，d’是d的一次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

d’<0;

作為優(yōu)選，從上升管的入口到上升管的出口，穩(wěn)流裝置的貫通孔直徑越來越小的幅度不斷增加。即

d”是d的二次導(dǎo)數(shù)，滿足如下要求：

d”>0。

具體理由如相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離的變化相同。

作為優(yōu)選，穩(wěn)流裝置的長度和相鄰穩(wěn)流裝置的距離保持不變。

作為優(yōu)選，除了穩(wěn)流裝置的貫通孔直徑外，穩(wěn)流裝置其它的參數(shù)（例如長度、相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離等）保持不變。

進一步優(yōu)選，如圖4所示，所述上升管內(nèi)部設(shè)置凹槽，所述穩(wěn)流裝置4的外殼41設(shè)置在凹槽內(nèi)。

作為優(yōu)選，外殼41的內(nèi)壁與上升管的內(nèi)壁對齊。通過對齊，使得上升管內(nèi)壁面表面上達到在同一個平面上，保證表面的光滑。

作為優(yōu)選，外殼41的厚度小于凹槽的深度，這樣可以使得上升管內(nèi)壁面形成凹槽，從而進行強化傳熱。

進一步優(yōu)選，如圖5所示，上升管為多段結(jié)構(gòu)焊接而成，多段結(jié)構(gòu)的連接處設(shè)置穩(wěn)流裝置4。這種方式使得設(shè)置穩(wěn)流裝置的上升管的制造簡單，成本降低。

通過分析以及實驗得知，穩(wěn)流裝置之間的間距不能過大，過大的話導(dǎo)致減震降噪的效果不好，同時也不能過小，過小的話導(dǎo)致阻力過大，同理，貫通孔的外徑也不能過大或者過小，也會導(dǎo)致減震降噪的效果不好或者阻力過大，因此本發(fā)明通過大量的實驗，在優(yōu)先滿足正常的流動阻力（總承壓為2.5mpa以下，或者單根上升管的沿程阻力小于等于5pa/m）的情況下，使得減震降噪達到最優(yōu)化，整理了各個參數(shù)最佳的關(guān)系。

相鄰穩(wěn)流裝置之間的間距為s，穩(wěn)流裝置的長度為c，上升管的外徑為w，穩(wěn)流裝置的貫通孔直徑為d，滿足如下要求：

作為優(yōu)選，相鄰穩(wěn)流裝置之間的距離為s，穩(wěn)流裝置的長度為c，換熱管的外徑為w，貫通孔的半徑為r，相鄰的貫通孔圓心之間的距離l1，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/（2*r）)；

l1/（2*r）=c*(w/（2*r）)-d*(w/（2*r）)²-e

其中l(wèi)n是對數(shù)函數(shù)，a,b，c，d，e是參數(shù)，其中3.0<a<3.5,0.5<b<0.6；2.9<c<3.1,0.33<d<0.37,4.8<e<5.3；

其中穩(wěn)流裝置的間距s是以相鄰穩(wěn)流裝置相對的兩端之間的距離；即前面穩(wěn)流裝置的尾端與后面穩(wěn)流裝置的前端之間的距離。具體參見圖4的標(biāo)識。

34<w<58mm；

4<r<6mm;

17<c<25mm；

32<s<40mm；

1.05<l1/（2*r）<1.25。

作為優(yōu)選，a=3.20，b＝0.54，c=3.03,d=0.35,e=5.12。

作為優(yōu)選，上升管長度l為3000－8500mm之間。進一步優(yōu)選，4500－5500mm之間。

進一步優(yōu)選，40mm<w<50mm；

9mm<2r<10mm;

22mm<c<24mm；

35mm<s<38mm。

通過上述公式的最佳的幾何尺度的優(yōu)選，能夠?qū)崿F(xiàn)滿足正常的流動阻力條件下，減震降噪達到最佳效果。

進一步優(yōu)選，隨著w/r的增加，a不斷減小，b不斷的增加。

對于其他的參數(shù)，例如管壁、殼體壁厚等參數(shù)按照正常的標(biāo)準設(shè)置即可。

作為優(yōu)選，貫通孔42在穩(wěn)流裝置4的整個長度方向延伸。即貫通孔42的長度等于穩(wěn)流裝置4的長度。

作為優(yōu)選，在上升管與水平面形成的夾角為a情況下，可以增加修正系數(shù)c對數(shù)據(jù)進行修正，即

c*s/c＝a-b*ln(w/d)；c=1/sin(a)^d，其中0.09<d<0.11，優(yōu)選d=0.10。

20°<a<80°，優(yōu)選為40－60°。

雖然本發(fā)明已以較佳實施例披露如上，但本發(fā)明并非限定于此。任何本領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，均可作各種更動與修改，因此本發(fā)明的保護范圍應(yīng)當(dāng)以權(quán)利要求所限定的范圍為準。