低成本電磁加熱採暖供熱熱源系統及其控制方法與流程
2023-10-19 11:24:07
本發明涉及一種供熱系統，特別是涉及一種低成本電磁加熱採暖供熱熱源系統及其控制方法。
背景技術：
現有供熱系統中的普通鍋爐通常是以燃煤、燃油、燃氣和電能為能源進行加熱的，燃煤、燃油和燃氣都是非可再生資源，且加熱效率低，燃燒過程中產生大量的汙染物會汙染環境；而且熱效率低，能耗大，鍋爐水箱、冷壁管、煙氣管等位置容易結垢，需經常停爐清洗；鍋爐必須配套供水設備、疏水器和許多附件，運行維修費用較多；鍋爐設在循環泵出口，使得鍋爐一直在高壓下工作，由於在使用過程水中的雜質對鍋爐的腐蝕，使鍋爐的承壓強度逐漸下降，存在承壓能力不足的安全隱患；一旦發生停電事故，鍋爐中的水將立刻停止循環，而鍋爐中的餘熱會繼續加熱熱水，使鍋爐中停止循環的熱水迅速升溫，達到一定的溫度開始汽化，甚至發生鍋爐爆炸等安全事故。
技術實現要素：
針對現有技術中存在的不足，本發明的目的在於提供一種低成本電磁加熱採暖供熱熱源系統及其控制方法，能夠實現對電磁加熱鍋爐群組的分別運行控制，並可調整其運行次序和頻度，多臺群組式結構，群組內的各機互備，確保系統功能穩定並延長供熱系統使用壽命，降低成本，製造出節能環保、低投資、低運行成本的清潔供熱系統。
為了解決上述技術問題，本發明是通過以下技術方案實現的：
一種低成本電磁加熱採暖供熱熱源系統，包括控制系統、電磁加熱鍋爐群組、蓄熱水箱、溢流罐以及供熱管線，所述的蓄熱水箱通過加熱管路與電磁加熱鍋爐群組連接，蓄熱水箱通過溢流管路與溢流罐連接，通過循環管路與供熱管線連接；所述的電磁加熱鍋爐群組包括至少一臺電磁加熱鍋爐，每臺電磁加熱鍋爐分別與所述的控制系統可控連接。
所述的電磁加熱鍋爐群組包括至少一組加熱機構，該加熱機構包括電磁加熱鍋爐、進水管、出水管以及設置在出水管上的加熱循環水泵組，所述的進水管與電磁加熱鍋爐的出水端連接，所述的出水管與電磁加熱鍋爐的進水端連接。
所述的電磁加熱鍋爐包括本體為豎直設置的罐狀結構的加熱體，在加熱體的外壁上纏繞有多組分別控制的電磁線圈，在加熱體的內壁上腐蝕有微晶體面，加熱體底端內部相對傾斜交叉設置有導流葉片。
所述的微晶體面腐蝕深度為0.05-0.3毫米，腐蝕面積佔蒸汽發生器總高度的1/2-4/5。
所述的蓄熱水箱底部設置有排水管，頂部設置有第二溫度傳感器和第二壓力表，第二溫度傳感器延伸至蓄熱水箱中部2/3-1/2處。
所述的溢流罐上部的側壁上設置有溢流口，頂部設置有放氣閥、注水管和液位計。
在所述的蓄熱水箱與供熱管線之間的管路上設置有第一壓力表、循環增壓泵、第一溫度傳感器和恆溫混水閥門。
所述的進水管延伸至蓄熱水箱內部的一端設置有弧形的折彎，折彎與水平面之間存在夾角，每根進水管的出水方向相同。
所述的進水管向蓄熱水箱內部延伸的長度呈階梯遞增或遞減；所述的出水管不向蓄熱水箱內部延伸或者向蓄熱水箱內部延伸的長度與進水管對應或相反。
所述的進水管的高度位於同一水平線上或者相互之間具有高度差，所述的出水管的高度位於同一水平線上或者相互之間具有均勻的高度差。
所述的進水管在蓄熱水箱內的出水口設置在距離蓄熱水箱內壁1/4-4/5處。
所述的液位計、第一壓力表、循環增壓泵、第一溫度傳感器、恆溫混水閥門、第二溫度傳感器、第二壓力表、排水閥和電磁加熱鍋爐群組分別通過導線與控制系統電連接，實現溫度、壓力、水流量和液位的精確測控。
所述的加熱循環水泵組中的加熱循環水泵與循環增壓泵均設置為兩個，互為備用。
所述的蓄熱水箱適用於中低層的建築的供熱，箱體承受壓力為0.3-0.5mpa；當用於高層供熱、需要一定承壓能力的蓄水裝置時，可將蓄熱水箱換成承壓能力更強的蓄熱水罐。
所述的低成本電磁加熱採暖供熱熱源系統的控制方法：加水至溢流罐的1/2-2/3高度處，控制電源開啟，監測到蓄熱水箱內的水溫低於設定溫度時，電磁加熱鍋爐群組中的所有電磁加熱鍋爐啟動進行加熱，並按溫度設置分別進行，直至蓄熱水箱內的水溫達到社低昂溫度。高溫水通過進水管延伸至蓄熱水箱內部一端的折彎時對蓄熱水箱中的水施加一個攪拌力，實現蓄熱水箱內部高低溫水的混合；從供熱管線流回的低溫水一部分流入蓄熱水箱中，另一部分和蓄熱水箱中流出的高溫水混合後流向供熱管線；系統始終保持水在電磁加熱鍋爐群組、蓄熱水箱和供熱管線之間循環；高溫水通過溢流罐與蓄熱水箱之間的溢流管路流入溢流罐，將多餘的水、蒸汽和空氣排出；監測循環管路內的壓力狀況，出現異常時，控制系統關閉系統電源並發出警報；供熱量隨氣溫的高或低而減小或增加；
電磁加熱鍋爐內設置的溫度傳感器檢測出水管內流入的低溫水的溫度，電磁加熱鍋爐自身的控制系統根據此溫度值來判斷自身是否啟動加熱；電磁加熱鍋爐群組中的每臺電磁加熱鍋爐的停止溫度在55-95℃範圍內依次遞增，流入的低溫水水溫低於停止溫度的電磁加熱鍋爐全部啟動加熱，流入的低溫水水溫高於停止溫度的電磁加熱鍋爐全部停止加熱；控制系統會定期輪換調整每臺電磁加熱鍋爐的停止溫度以均衡其使用壽命。
相對於現有技術，本發明的有益效果是：
(1)本發明的電磁加熱鍋爐在其加熱體的內壁上設置的微晶體面不易結垢，加熱體底端設置導流葉片，熱交換充分垢，使用電磁加熱無燃燒型高溫火焰、液電分離無爆裂隱患、高效低耗、節能環保；
(2)本發明採用高溫蓄能，與現有技術相比同等輸出力的情況下減小了蓄熱水箱的容積；
(3)本發明的壓力表和傳感器均與控制系統連接，實現對系統的精確控制並可及時對突發狀況作出反應；
(4)本發明的蓄熱水箱上連接有溢流罐，可儲存蓄熱水箱中受熱膨脹溢出的水，防止蓄熱水箱內因壓力過大發生爆裂；同時溢流罐上設置的溢流口和放氣閥能及時排出溢流罐內多餘的水和汽；
(5)本發明的進水管延伸至蓄熱水箱內部的一端設置有與水平面之間存在夾角的折彎，使得進水管中流入的水對蓄熱水箱中的水施加一個攪拌力，實現蓄熱水箱內部高低溫水的混合；
(6)本發明不僅能夠控制系統的加熱時間和加熱狀態，還能夠選擇性的開啟電磁加熱鍋爐的數量，並按規律循環替換啟動的電磁加熱鍋爐，採用多臺群組式結構，群組內的各機互備，確保系統功能穩定並延長了電磁加熱鍋爐的使用壽命，降低了成本；
(7)本發明採用夜間谷電加熱，節約了用電成本。
附圖說明
圖1為本發明低成本電磁加熱採暖供熱熱源系統的結構示意圖；
其中，1、溢流口；2、放氣閥；3、注水管；4、液位計；5、溢流罐；6、供熱管線；7、第一壓力表；8、循環增壓泵；9、第一溫度傳感器；10、恆溫混水閥門；11、蓄熱水箱；12、第二溫度傳感器；13、第二壓力表；14、排水閥；15、加熱循環水泵組；16、電磁加熱鍋爐群組。
具體實施方式
下面結合附圖與具體的實施方式對本發明作進一步詳細描述，需要說明的是：下述實施例是說明性的，不是限定性的，不能以下述實施例來限定本發明的保護範圍。
參見圖1所示的本發明一種低成本電磁加熱採暖供熱熱源系統的具體實施例，可以看出，本發明包括控制系統、電磁加熱鍋爐群組16、蓄熱水箱11、溢流罐5以及供熱管線6；
蓄熱水箱11通過加熱管路與電磁加熱鍋爐群組16連接，蓄熱水箱11通過溢流管路與溢流罐5連接，通過循環管路與供熱管線6連接，在蓄熱水箱11與供熱管線6之間的循環管路上設置有第一壓力表7、循環增壓泵8、第一溫度傳感器9和恆溫混水閥門10；
電磁加熱鍋爐群組16包括三組加熱機構，該加熱機構包括一臺電磁加熱鍋爐、一根進水管和一根出水管(即加熱管路)、以及設置在出水管上的加熱循環水泵組，一臺電磁加熱鍋爐的功率為100kw，所述的進水管一端與電磁加熱鍋爐的出水端連接，另一端與蓄熱水箱11連接，出水管的一端與電磁加熱鍋爐的進水端連接，另一端與蓄熱水箱11連接，每臺電磁加熱鍋爐分別與所述的控制系統可控連接。
電磁加熱鍋爐包括本體為豎直設置的罐狀結構的加熱體，在加熱體的外壁上纏繞有多組分別控制的電磁線圈，電磁線圈分別控制加熱，可精確定向使用電能加熱，溫度在100-150℃範圍內精確可控，能源利用充分，節能效果好；
在加熱體的內壁上腐蝕有微晶體面，在蒸汽發生器的內壁上腐蝕有微晶體面，該微晶體面腐蝕深度為0.15毫米，腐蝕面積佔蒸汽發生器總高度的2/3，覆蓋整個蒸發部分，通過一個個不規則的微晶體表面，增大了傳熱面積，且有利於水蒸發汽化形成蒸汽，實現高效傳熱；
加熱體底端內部相對傾斜交叉設置有導流葉片，由於交叉設置的導流葉片的存在，使得水在加熱體內沿圓周方向旋轉向上流動，增加了水在罐內的流程相當於增加了換熱面積並與加熱體充分流動接觸。
蓄熱水箱11底部設置有排水管14，排水管14上設置有閥門，清洗箱體時打開閥門，汙水由排水管14排出；蓄熱水箱11頂部設置有第二溫度傳感器12和第二壓力表13，由於蓄熱水箱11內上部水溫高於下部水溫，為使檢測溫度更精確，第二溫度傳感器12延伸至蓄熱水箱11中部1/2處。
蓄熱水箱11中受熱膨脹的水溢出儲存在溢流罐5中，防止蓄熱水箱11內因壓力過大發生爆裂，同時，溢流罐5也起到了一個節流分壓的作用；溢流罐5的側壁上罐體高度的4/5處設置有溢流口1，溢流罐5頂面上設置有放氣閥2、注水管3和液位計4，注水管3上還設置有過濾閥，當溢流罐5內水位低於液位計4底端時，控制系統發出警報，需要人工檢測檢修後重新加水，水流通過注水管3加入溢流罐5進而加入到蓄熱水箱11中。
蓄熱水箱11與供熱管線6之間的循環管路分為出水管路和回水管路，第一壓力表7、循環增壓泵8和第一溫度傳感器9均設置在出水管路上，同時連接出水管路和回水管路；供熱管線6內的採暖低溫水通過回水管路流回蓄熱水箱11，蓄熱水箱11中流出的高溫水與回水管路中流回的一部分低溫水經恆溫混水閥門10混合後通過出水管路流向供熱管線6，回水管路中流回的另一部分低溫水則進入蓄熱水箱11參與再次加熱，由於設置了恆溫混水閥門10，使得出水管路中的水溫恆定，所以對蓄熱水箱11中最高水溫的限制降低，蓄熱水箱11中水溫範圍可擴大至40-95℃，從而到達縮小蓄熱水箱11體積和緩慢釋放熱量的目的；第一壓力表7用來監測整個系統的壓力狀況，在第一壓力表7監測數據出現異常時，控制系統關閉系統電源並發出警報，提醒現場人員及時檢查、排除故障；循環增壓泵8為系統提供向供熱管線6供水的驅動力，通過變頻器來調節循環增壓泵8的循環水流速度，隨時間的順序周期性調節循環水流速度的快慢，進而調整供熱量；當第一溫度傳感器9檢測到水溫低於規定溫度(45-52℃)時，由回水管路流向恆溫混水閥門10的低溫水減少，由蓄熱水箱11流向恆溫混水閥門10的高溫水增多，反之，當第一溫度傳感器9檢測到水溫高於規定溫度(45-52℃)時，由回水管路流向恆溫混水閥門10的低溫水增多，由蓄熱水箱11流向恆溫混水閥門10的高溫水減少。
加熱管路包括3組並聯的進水管和出水管，每一根進水管與出水管為一組，進水管的兩端分別連接蓄熱水箱11的中部與電磁加熱鍋爐群組16的出水端，出水管的兩端分別連接蓄熱水箱11與電磁加熱鍋爐群組16的進水端，出水管上設置有加熱循環水泵和排水閥，加熱循環水泵的功率為100w-1500w；進水管延伸至蓄熱水箱11內部的一端設置有弧形的折彎，折彎與水平面之間呈45°的夾角，以蓄熱水箱11的軸線為界，長度超出軸線的進水管與長度未超出軸線的進水管的折彎方向相對，使得進水管的出水水流均沿順時針方向旋轉，形成旋流；三根進水管中最短的那根進水管延伸至蓄熱水箱11內距蓄熱水箱11側壁(進水管進入的那一側的側壁)1/4處，最長的那根進水管延伸至蓄熱水箱11內距蓄熱水箱11側壁(進水管進入的那一側的側壁)4/5處；並聯的進水管向蓄熱水箱11內部延伸的長度呈階梯遞增或遞減，並在蓄熱水箱11內均勻排布；當蓄熱水箱11的容積小於50立方米時，並聯的出水管不向蓄熱水箱11內部延伸，當蓄熱水箱11的容積大於50立方米時，並聯的出水管向蓄熱水箱11內部延伸的長度與進水管對應或相反，對應是指進水管向蓄熱水箱11內部延伸的長度呈階梯遞增則出水管向蓄熱水箱11內部延伸的長度呈階梯遞增，相反是指進水管向蓄熱水箱11內部延伸的長度呈階梯遞增則出水管向蓄熱水箱11內部延伸的長度呈階梯遞減，出水管在蓄熱水箱11內均勻排布；並聯的進水管的高度位於同一水平線上(蓄熱水箱的容積小於50立方米時)或者相互之間具有均勻的高度差(蓄熱水箱的容積大於50立方米時)；並聯的出水管的高度位於同一水平線上(蓄熱水箱的容積小於50立方米時)或者相互之間具有均勻的高度差(蓄熱水箱的容積大於50立方米時)，通過這種結構使得進水管中流入的水對蓄熱水箱11中的水施加一個攪拌力，實現蓄熱水箱11內部高低溫水的混合。
設置在出水管上的加熱循環水泵將蓄熱水箱11下部的低溫水送入電磁加熱鍋爐，電磁加熱鍋爐將加熱後的水通過進水管輸送至蓄熱水箱11，通過蓄熱水箱11內自身的熱力循環以及進水管的弧形的折彎結構實現對蓄熱水箱11內水的攪拌。
液位計4、第一壓力表7、循環增壓泵8、第一溫度傳感器9、恆溫混水閥門10、第二溫度傳感器12、第二壓力表13、排水閥14和電磁加熱鍋爐群組16分別通過導線與控制系統電連接，實現溫度、壓力、水流量和液位的精確測控。
電磁加熱鍋爐本身設置有溫度傳感器，用於決定每一臺鍋爐是否啟動加熱，啟動幾臺鍋爐進行加熱；而第二溫度傳感器12決定整個系統是否需要啟動加熱。
加熱循環水泵組15中的各臺加熱循環水泵分別與各自對應的電磁加熱鍋爐的控制系統電連接，由電磁加熱鍋爐控制其工作。
由於循環水泵是整個系統中工作時間最長，最容易損壞的設備，因此加熱循環水泵組15中的加熱循環水泵與循環增壓泵8均設置為兩個，互為備用，維護方便，安全可靠。
控制系統實現了:
(1)對系統總體的操作控制；
(2)對系統總體的熱力平衡監測；
(3)對系統中各器件的運行控制和狀態檢測。
控制系統對電磁加熱鍋爐群組16的運行控制主要在以下幾個方面：
(1)運行時間的控制，利用谷電(以天津市為例，晚上23:00至7:00)加熱；
(2)對鍋爐群組的控制，在需要加熱的時間段內，啟動鍋爐設備進行加熱，通過在設備本體上設定需要加熱的溫度來實現自動節能運行，每臺鍋爐設定的啟動溫度不同，在40-95℃範圍內呈階梯遞增，根據蓄熱水箱中的水溫不同，所需要啟動的電磁加熱鍋爐的臺數不同。
蓄熱水箱11適用於中低層的建築的供熱，箱體承受壓力為0.3-0.5mpa；當用於高層供熱、需要一定承壓能力的蓄水裝置時，可將蓄熱水箱換成承壓能力更強的蓄熱水罐。
下面結合附圖對本發明的低成本電磁加熱採暖供熱熱源系統的控制方法進行詳細的說明：
控制系統在谷電時間段進行運行(谷電期間的電費成本約為平均電價的一半，可有效地降低採暖供熱的直接成本)，使用前，先通過溢流罐5上的注水管3向內加水至溢流罐5的2/3高度處；控制電源開啟，第二溫度傳感器12監測到水溫低於設定溫度(40-95℃)的最低值時，電磁加熱鍋爐群組16中的所有電磁加熱鍋爐啟動，加熱循環水泵組15中的加熱循環水泵將蓄熱水箱11下部的低溫水通過出水管抽送至電磁加熱鍋爐中進行加熱，由於加熱循環水泵設置為一用一備，在一臺加熱循環水泵出現故障時，另一臺備用加熱循環水泵隨之啟動，不會造成供熱中斷，加熱後的高溫水從進水管流入蓄熱水箱11中，由於進水管延伸至蓄熱水箱11內部的一端結構為弧形的折彎，使得進水管中流入的水對蓄熱水箱11中的水施加一個攪拌力，實現蓄熱水箱11內部高低溫水的混合，均勻加熱蓄熱水箱11中的水；從供熱管線6流回的低溫水一部分流入蓄熱水箱11中，另一部分和蓄熱水箱11中流出的高溫水經過恆溫混水閥門10混合後通過進水管路流向供熱管線6，此過程由循環增壓泵8提供動力；系統始終保持水在電磁加熱鍋爐群組16、蓄熱水箱11和供熱管線6之間循環；充滿高溫水的蓄熱水箱11中的壓力和溫度隨之增加，高溫水通過溢流罐5與蓄熱水箱之間的管路流入溢流罐5，溢流罐5中多餘的水從溢流口1排出，溢流罐5內的蒸汽和空氣從放氣閥2排出；第一壓力表7監測整個系統的壓力狀況，在第一壓力表7監測數據出現異常時，控制系統關閉系統電源並發出警報，提醒現場人員及時檢查、排除故障；蓄熱水箱11需要檢修時，打開排水閥14將蓄熱水箱11中的水排乾淨。
控制系統通過監測外部氣溫決定供熱水的溫度，並控制恆溫混水閥門10的開度來輸出恆溫的熱水用於供熱；控制系統通過時間性地確定供應熱水的流量，並通過調節循環增壓泵8的運轉速度實現流量的改變；通過這兩種調整，實現供熱量的調節，實現最大化的實時熱能節約。
電磁加熱鍋爐內設置的溫度傳感器檢測出水管內流入的低溫水的溫度，電磁加熱鍋爐自身的控制系統根據此溫度值來判斷自身是否啟動加熱；例如：電磁加熱鍋爐群組16共有三臺電磁加熱鍋爐，每臺的停止溫度不同，第一臺停止溫度為60℃，第二臺停止溫度為70℃，第三臺停止溫度為80℃，當出水管中流出的水溫為60℃以下時，第一臺和第二臺電磁加熱鍋爐啟動加熱，第三臺停止加熱；當出水管中流出的水溫為70℃以上時，第一臺停止加熱，第三臺和第二臺電磁加熱鍋爐啟動加熱；當出水管中流出的水溫為80℃時，第一臺、第二臺和第三臺均停止加熱；為了均衡電磁加熱鍋爐的使用壽命，定期調整電磁加熱鍋爐的停止溫度，將原來停止溫度低的調高，將原來停止溫度高的調低。各臺電磁加熱鍋爐之間互為備用，無需另行投資熱源備份，節約大量的投資和佔地，降低了成本。
另外，控制系統通過網線接口或者rs485接口，與監測計算機聯接，自動上傳系統參數和狀態信息，實現運行監測、數據存儲、參數調整等功能；由電腦程式通過雲端向手機app發送運行信息，實現遠程監測。
本發明可作為商業型寫字樓、商業綜合體、學校、行政市政設施的採暖供熱熱源，尤其適用於偏遠散地區、沒有集中供暖條件的各類建築設施，也適用於享受國家政策性採暖電價補貼的各類現有建築的採暖供熱。
以上對本發明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落入本發明的保護範圍。