本發明是委托高校進行研發的項目。本發明屬于蒸汽發生領域，尤其涉及一種蒸汽鍋爐，屬于ipc分類號f22領域。

背景技術：

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，如聯箱或蒸汽鍋筒引出，終止于同樣為聯箱或鍋筒這樣的公共點。

在大多數自然循環鍋爐設計中，構成蒸發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和蒸發管束部分的上升管的全部循環流量。

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，空間的變化會導致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會導致聚集的汽相（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，形成撞擊現象。氣（汽）液相越不連續，氣團聚集越大，撞擊能量越大。撞擊現象會造成較大的噪聲震動和機械沖擊，對設備造成破壞。

針對上述問題，本發明在前面發明的基礎上進行了改進，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。

技術實現要素：

本發明提供了一種新的蒸汽鍋爐，從而解決前面出現的技術問題。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：

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，所述上升管內設置穩流裝置，同一根上升管內設置多個穩流裝置，沿著上升管的流體流動方向，所述穩流裝置的長度不斷增加。

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

作為優選，所述穩流裝置包括芯體和外殼，所述芯體設置在外殼中，所述外殼與上升管內壁連接固定，所述芯體是由若干數量的管子鄰接在一起組合而成。

作為優選，通過在外殼和最外層管子之間的空間內設置嵌入物，使得管子之間緊密連接，同時使得管子固定在外殼中。

作為優選，相鄰管子之間設置小孔實現貫通。

作為優選，所述上升管內壁設置凹槽，所述穩流裝置的外殼設置在凹槽內，所述外殼的內壁與上升管的內壁對齊。

作為優選，上升管為多段結構焊接而成，多段結構的連接處設置穩流裝置。

作為優選，相鄰穩流裝置之間的間距為s，穩流裝置的長度為c，上升管的外徑為w，穩流裝置的管子直徑為d，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/d)；其中ln是對數函數，a,b是參數，其中4.8<a<5.8,1.4<b<2.0；

其中穩流裝置的間距是以相鄰穩流裝置相對的兩端之間的距離；

34<w<58mm；

7<d<12mm;

19<c<27mm；

50<s<70mm。

作為優選，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°。

作為優選，d=0.10。

作為優選，所述上升管內壁設置凹槽，所述穩流裝置的外殼設置在凹槽內，所述外殼的內壁與上升管的內壁對齊。

作為優選，上升管為多段結構焊接而成，多段結構的連接處設置穩流裝置。

與現有技術相比較，本發明具有如下的優點：

1）本發明通過穩流裝置的長度變化，在上升管內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）本發明在上升管內設置多管式穩流裝置，通過多管式穩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，起到穩定流量的作用，具有減振降噪的效果，提高換熱效果。

3）本發明通過設置多管式穩流裝置，相當于在上升管內增加了內翅片，強化了換熱，提高了換熱效果。

4）本發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壁面進行分割，從而在整個上升管截面上實現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）本發明通過在上升管流體流動方向上設置相鄰穩流裝置之間的距離、穩流裝置的長度、管子的外徑等參數大小的規律變化，從而進一步達到穩流效果，降低噪音，提高換熱效果。

6）本發明通過對多管式穩流裝置各個參數的變化導致的換熱規律進行了廣泛的研究，在滿足流動阻力情況下，實現減振降噪的效果的最佳關系式。

附圖說明

圖1是本發明的蒸汽鍋爐結構示意圖；

圖2是本發明的蒸汽鍋爐結構另一個實施例示意圖；

圖3本發明穩流裝置橫截面結構示意圖；

圖4是本發明穩流裝置在上升管內布置示意圖；

圖5是是本發明穩流裝置在上升管內布置的另一個示意圖。

圖中：1、上鍋筒，2、下鍋筒，3、上升管，4、穩流裝置，41外殼，42管子，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出口聯箱，12煙道。

具體實施方式

下面結合附圖對本發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。

進一步如圖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。水在下降管中向下流動，并被收集在管束的下鍋筒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。

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進入爐內排煙道12中受熱蒸發管束的下降管5內。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吸收的熱量使爐管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至今設置出口聯箱11，通過中間上升管9將兩相混合物從爐膛回路的出口聯箱11傳送到上鍋筒1。上鍋筒1內的內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。

對于蒸汽鍋爐的蒸發管束、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充分向上環流而又不致產生流動的不穩定性。

所述上升管3和/或上升管8和/或上升管9內設置穩流裝置4，所述穩流裝置4如圖3所示，包括芯體42和外殼41，所述芯體42設置在外殼41中，所述外殼41與上升管3內壁連接固定，所述芯體是由若干數量的管子42鄰接在一起組合而成。

本發明在上升管內設置多管式穩流裝置，通過多管式穩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，起到穩定流量的作用，具有減振降噪的效果。

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。

本發明通過設置多管式穩流裝置，相當于在上升管3內增加了內翅片，強化了換熱，提高了換熱效果。

本發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。

作為優選，通過在外殼42和最外層管子41之間的空間43內設置嵌入物，保證管子之間緊密連接，同時保證管子41固定在外殼42中。

作為優選，相鄰的管子41通過焊接連接在一起。通過焊接方式連接在一起，保證了管子41之間的連接牢固。

作為優選，相鄰管子41之間設置小孔實現貫通。通過設置小孔，可以保證相鄰的管子之間互相連通，能夠均勻管子之間的壓力，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，有利于進一步穩定兩相流動。

作為優選，沿著上升管3內流體的流動方向（即圖3的高度方向），上升管3內設置多個穩流裝置4，從上升管的入口到上升管的出口，相鄰穩流裝置之間的距離越來越短。設距離上升管入口的距離為h，相鄰穩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，s’是s的一次導數，滿足如下要求：

s’<0;

主要原因是因為上升管內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。因此需要設置的相鄰穩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，空間的變化會導致氣體的快速向上流出和聚集，因此空間變化會導致聚集的汽相（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，形成撞擊現象。氣（汽）液相越不連續，氣團聚集越大，水錘能量越大。撞擊現象會造成較大的噪聲震動和機械沖擊，對設備造成破壞。因此為了避免這種現象的發生，此時設置的相鄰穩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。

通過實驗發現，通過上述的設置，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。

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

s”>0;

通過實驗發現，通過如此設置，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。

作為優選，每個穩流裝置4的長度保持不變。

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

作為優選，沿著上升管內流體的流動方向（流體向上部方向流動），上升管內設置多個穩流裝置5，從上升管的入口到上升管的出口，穩流裝置5的長度越來越長。即穩流裝置的長度為c，c=f2(x)，c’是c的一次導數，滿足如下要求：

c’>0;

進一步優選，從上升管的入口到上升管的出口，穩流裝置的長度越來越長的幅度不斷增加。即c”是c的二次導數，滿足如下要求：

c”>0;

具體理由如相鄰穩流裝置之間的距離的變化相同。

作為優選，相鄰穩流裝置之間的距離保持不變。

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

作為優選，沿著上升管內流體的流動方向（即沿著上升管延伸方向），上升管內設置多個穩流裝置，從上升管的入口到上升管的出口，不同穩流裝置5內的管子51的直徑越來越小。即穩流裝置的管子直徑為d，d=f3(x)，d’是d的一次導數，滿足如下要求：

d’<0;

作為優選，從上升管的入口到上升管的出口，穩流裝置的管子直徑越來越小的幅度不斷增加。即

d”是d的二次導數，滿足如下要求：

d”>0。

具體理由如相鄰穩流裝置之間的距離的變化相同。

作為優選，穩流裝置的長度和相鄰穩流裝置的距離保持不變。

作為優選，除了穩流裝置的管子直徑外，穩流裝置其它的參數（例如長度、相鄰穩流裝置之間的距離等）保持不變。

進一步優選，如圖4所示，所述上升管內部設置凹槽，所述穩流裝置4的外殼42設置在凹槽內。

作為優選，外殼42的內壁與上升管的內壁對齊。通過對齊，使得上升管內壁面表面上達到在同一個平面上，保證表面的光滑。

作為優選，外殼42的厚度小于凹槽的深度，這樣可以使得上升管內壁面形成凹槽，從而進行強化傳熱。

進一步優選，如圖5所示，上升管為多段結構焊接而成，多段結構的連接處設置穩流裝置4。這種方式使得設置穩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，穩流裝置之間的間距不能過大，過大的話導致減震降噪的效果不好，同時也不能過小，過小的話導致阻力過大，同理，管子的外徑也不能過大或者過小，也會導致減震降噪的效果不好或者阻力過大，因此本發明通過大量的實驗，在優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化，整理了各個參數最佳的關系。

相鄰穩流裝置之間的間距為s，穩流裝置的長度為c，上升管的外徑為w，穩流裝置的管子外徑為d，滿足如下要求：

s/c＝a-b*ln(w/d)；其中ln是對數函數，a,b是參數，其中4.8<a<5.8,1.4<b<2.0；進一步優選5.1<a<5.5，1.6<b<1.8；

其中穩流裝置的間距s是以相鄰穩流裝置相對的兩端之間的距離；即前面穩流裝置的尾端與后面穩流裝置的前端之間的距離。具體參見圖5的標識。

34mm<w<58mm；

7mm<d<12mm;

19mm<c<27mm；

50mm<s<70mm。

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

進一步優選，40mm<w<50mm；

9mm<d<10mm;

22mm<c<25mm；

55mm<s<60mm。

通過上述公式的最佳的幾何尺度的優選，能夠實現滿足正常的流動阻力條件下，減震降噪達到最佳效果。

進一步優選，隨著w/d的增加，a不斷減小，b不斷的增加。

進一步優選，a=5.31，b＝1.75。

對于其他的參數，例如管壁、殼體壁厚等參數按照正常的標準設置即可。

作為優選，管子41在穩流裝置4的整個長度方向延伸。即管子41的長度等于穩流裝置5的長度。

作為優選，所述蒸發集管1的管徑小于冷凝集管2的管徑。

蒸發集管的內徑為r1，冷凝集管的內徑為r2，作為優選則0.45<r1/r2<0.88。

通過上述設置，可以進一步強化傳熱，能夠提高7％以上的換熱效率。

作為優選，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c對數據進行修正，即

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

20°<a<80°，優選為40－60°。

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