蒸汽供熱閉路循環設備的製作方法
2023-05-13 19:34:46
專利名稱：蒸汽供熱閉路循環設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及蒸汽供熱系統，特別是一種蒸汽供熱閉路循環系統。
公知的蒸汽供熱系統包括供熱鍋爐、輸汽管網、換熱設備、疏水器、回水管網和凝結水回水設備等部分。另外也有在疏水器後將凝結水排放掉的情況。按上述這種開式循環方式，其二次蒸汽的損失是很難避免的，現行供熱系統的關鍵設備是疏水器，它關係到系統能否以較高的熱能利用率進行工作。現階段使用的疏水器大多數由於技術上、工藝上及檢測手段等諸方原因導致其質量差，而將其用於設備或系統內，又導致大量一次蒸汽通過疏水器損失掉。這種供熱設備或系統利用的是蒸汽潛熱，而蒸汽凝結水在降壓後產生的二次蒸汽，甚至一次蒸汽經過疏水器時，也將出現跑、冒、漏的情況。由於目前工業上疏水器的用量很大，如前述的供熱設備或系統所需疏水器近二十臺，而且現階段的疏水器質量較差，維修工作量大，易堵，生產運行中無法維修(需停產維修)，影響生產，即使運行管理得較好的蒸汽供熱設備或系統，其疏水器也不可避免地出現跑、冒、漏的情況，二次蒸汽多數在凝結水設備上冒掉了，目前國外的資料表明這冒掉的損失可達15～20%，而國內則高達30～50%。日本日清公司的資料表明，疏水器的使用壽命不超過十年，而且年年需要維修，目前國內的使用壽命在二～五年，大多數疏水器將會因閥門漏汽而使大量蒸汽進入凝結水管，造成熱能損失。
本發明針對現有技術存在的問題進行改進，提供一種結構簡單、節省能源、熱能利用率高(達95%以上)、將現有的開式循環方式改為閉路循環方式，便於維修管理的蒸汽供熱閉路循環系統。
本發明是通過下列方式予以實現的一種蒸汽供熱閉路循環系統，包括供熱鍋爐、輸汽管網、汽水分離器、換熱裝置、回水管網和凝結水回收裝置，其特徵在於將系統的開式循環方式改為閉路循環方式，取消現行使用的所有疏水器，而設計採用封閉的凝結水回收裝置，所說的封閉的凝結水回收裝置有一個封閉的罐體，其上設有安全閥和壓力表並且聯接有回水管和一次蒸汽管，各回水管與各用熱設備或裝置聯連，一次蒸汽與分汽缸聯連，分汽缸與供熱鍋爐通過輸汽管網聯接，然後分汽缸再通過管路即供汽管向各用熱設備或裝置供給熱能。在罐體的一側設有補水管及其補水泵，以及水位自動控制器，補水泵與水位自動控制器可實現聯動，可以自動補水，在罐體的另一側設有與供熱鍋爐聯接的兩根供水管及其循環泵，其目的是當一臺循環泵出現故障時，可不停止整個設備或系統的運轉或工作，而另一臺循環泵可啟動繼續工作。在罐體的底部設有排汙管及其閥門，以便及時排出罐內的汙水。
其工作過程及原理是來自供熱鍋爐的飽和蒸汽通過輸汽管網送至各間接加熱設備(即用熱設備)，放熱後產生飽和狀態的凝結水及一部分同等溫度的蒸汽一同通過各回水管和節流閥回到封閉的凝結水回收裝置，其在封閉的凝結水回收裝置中的封閉的罐體內，通過供水管及其循環泵再送回供熱鍋爐，由於取消了所有的疏水器，不用維修，節省投資，且採用閉路循環及封閉的凝結水回收裝置，減少了熱量損失，提高熱能利用率，整個系統的熱能利用率達95%以上。其工作原理主要是利用壓力差原理及水蒸汽凝結原理。具體是供熱鍋爐利用水泵的原理，靠封閉的罐體與泵入口之間的壓力差(Pa-P1，Pa為封閉的罐體內液面壓力，P1為泵入口處壓力)，將液體(水)吸入，在P1-定時，Pa將越大，吸入的時的壓差也就越大，相反在Pa一定時，P1就越低，其吸入壓差(Pa-P1)似乎越低越好，但實際上P1值的降低是有限的，當P1降到與液體溫度相應的飽和蒸汽壓相等時，葉輪進口處的液體中會出現汽泡，這樣由於它的體積突然膨脹，必然擾亂入口處液體的流動，同時產生大量的汽泡隨液體進入高壓區而又被壓縮，於是汽泡突然凝結消失，周圍液體以極大的速度衝向汽泡中心的空間。因此，在這些汽泡的衝擊點上產生的很高的局部壓力，不斷打擊著葉輪的表面，即為「汽蝕」現象，汽蝕現象發生時，會使泵的流量、揚程、效率都明顯下降，嚴重時則不能工作，這也是高溫水不能送進供熱鍋爐的原因。而本技術即解決了這一問題。水蒸汽凝結原理是用熱設備排出的二次蒸汽至凝結水裝置的罐體時，凝結成高溫水，放出大量潛熱，用以加熱罐內的冷凝水，以達到罐內的高溫水，未凝結的二次蒸汽，使罐內保持一定壓力。這裡的高溫水進供熱鍋爐的計算根據是鍋爐用泵將水送入供熱鍋爐，但送入的水溫，與泵的允許吸上真空高度有關。它是受吸送液體的密度，流量等因素的影響，在泵的樣本中查得的數據，是吸送20℃的清水，大汽壓力等於10米水柱時的數值。如與上述情況不符時，應按下式計算Hs′＝Hs-10+Ha-Ht式中Hs′-在規定條件下允許吸上真空度(米);
Hs-泵樣本上查得的數值(米);
Ha-泵工作處的大氣壓力，以該溫度下被吸送補水，在罐體的另一側設有與供熱鍋爐聯接的兩根供水管及其循環泵，其目的是當一臺循環泵出現故障時，可不停止整個設備或系統的運轉或工作，而另一臺循環泵可啟動繼續工作。在罐體的底部設有排汙管及其閥門，以便及時排出罐內的汙水。
其工作過程及原理是來自供熱鍋爐的飽和蒸汽通過輸汽管網送至各間接加熱設備(即用熱設備)，放熱後產生飽和狀態的凝結水及一部分同等溫度的蒸汽一同通過各回水管和節流閥回到封閉的凝結水回收裝置，其在封閉的凝結水回收裝置中的封閉的罐體內，通過供水管及其循環泵再送回供熱鍋爐，由於取消了所有的疏水器不用維修，節省投資，且採用閉路循環及封閉的凝結水回收裝置，減少了熱量損失，提高熱能利用率，整個系統的熱能利用率達95%以上。其工作原理主要是利用壓力差原理及水蒸汽凝結原理。具體是供熱鍋爐利用水泵的原理，靠封閉的罐體與泵入口之間的壓力差(Pa-P1，Pa為封閉的罐體內液面壓力，P1為泵入口處壓力)，將液體(水)吸入，在P1一定時，Pa將越大，吸入的時的壓差也就越大，相反在Pa一定時，P1就越低，其吸入壓差(Pa-P1)似乎越低越好，但實際上P1值的降低是有限的，當P1降到與液體溫度相應的飽和蒸汽壓相等時，葉輪進口處的液體中會出現汽泡，這樣由於它的體積突然膨脹，必然擾亂入口處液體的流動，同時產生大量的汽泡隨液體進入高壓區而又被壓縮，於是汽泡突然凝結消失，周圍液體以極大的速度衝向汽泡中心的空間。因此，在這些汽泡的衝擊點上產生的很高的局部壓力，不斷打擊著葉輪的表面，即為「汽蝕」現象，汽蝕現象發生時，會使泵的流量、揚程、效率都明顯下降，嚴重時則不能工作，這也是高溫水不能送進供熱鍋爐的原因。而本技術即解決了這一問題。水蒸汽凝結原理是用熱設備排出的二次蒸汽至凝結水裝置的罐體時，凝結成高溫水，放出大量潛熱，用以加熱罐內的冷凝水，以達到罐內的高溫水，未凝結的二次蒸汽，使罐內保持一定壓力。這裡的高溫水進供熱鍋爐的計算根據是鍋爐用泵將水送入供熱鍋爐，但送入的水溫，與泵的允許吸上真空高度有關。它是受吸送液體的密度，流量等因素的影響，在泵的樣本中查得的數據，是吸送20℃的清水，大汽壓力等於10米水柱時的數值。如與上述情況不符時，應按下式計算Hs′＝Hs-10+Ha-Ht式中Hs′-在規定條件下允許吸上真空度(米);
Hs-泵樣本上查得的數值(米);
Ha-泵工作處的大氣壓力，以該溫度下被吸送的高度來表示(米水柱);
Ht-被吸送液體的飽和蒸汽壓，以該溫度下被吸送的高度來表示(米水柱)。
按供熱鍋爐給水溫度120℃，按上式計算泵的安裝高度為-16.15米。所得數值為負值，說明該水泵的安裝高度應低於罐內液面的高度16.15米，這實際上是不可能的，一則不可能安裝位置差在16.15米的水箱，二則是120℃水在常壓下是不可能成為液體狀態，所以必須提高罐內的壓力，將設備或系統全部封閉，以提高罐體內壓力。如果用熱設備廢汽凝結水的排入餘壓可達1.5～2.5kg/cm2，可使罐內保持一定壓力(1.5～2.0kg/cm2)，同樣的方法計算可得，泵高於貯水罐液面高度4.75米。
即蒸汽供熱閉路循環系統，高溫回水和二次蒸汽均回凝結水回收裝置，封閉的罐體內保持1.5～2.0kg/cm2的壓力，可將120℃的高溫水送供熱鍋爐。
不難發現，新設備或系統的用熱設備不再使用疏水器進行疏水而採用了凝結水回收裝置全部回收高溫凝結水和二次蒸汽，凝結水靠餘壓和回水的高低位差回凝結水罐體。罐內液位由水位自動控制器控制，當水位低時，水位自動控制器啟動補水泵，使其達到正常水位。當罐內水質差時，開啟排汙閥及排汙管排汙。工作時若罐內無壓力，將自來水直接泵入供熱鍋爐，供熱鍋爐升壓後用一次蒸汽加熱提高凝結水溫度和罐內壓力，為防止罐內壓力過高，設一個安全閥，凝結水回收裝置和封閉的罐體的作用，是貯存高溫回水和二次蒸汽，並保持一定的壓力，一是使水泵能夠正常工作，二是起到了一個蓄熱器的作用，二次蒸汽排至罐內時，凝結成高溫水，放出大量潛熱，用以加熱罐內的冷凝水，以達到供熱鍋爐進水120℃的高溫，未凝結的二次蒸汽使罐內保持一定的壓力，適應了泵輸送過程的需要。
這個供熱設備或系統工藝路線的關鍵是，利用罐體的壓力，根據水蒸汽凝結的原理，和二次蒸汽的餘壓，將凝結水壓縮具有一定壓力的高溫水，經循環泵進供熱鍋爐。整個供熱過程完全為密閉式循環系統，稱閉路循環，沒有熱能損失，該系統理論上熱能利用率為100%，但實際運行中，其它如設備和內部管道的散熱損失等，其散熱損失通常低於5%。
本發明操作中注意事項a、工作前罐內先注入一定量的冷水，當供熱鍋爐汽壓上升到一定壓力後，再向罐內通入一次蒸汽，以提高罐內壓力，爾後開循環泵，將凝結水泵入供熱鍋爐，這種情況只有在水溫低於100℃，罐內壓力不足時才能採用，正常工作狀態下不使用。
b、補充水，如果設備或系統中消耗一部分一次蒸汽，這部分蒸汽不能回收，故罐內凝結水需要加以補充，這部分水需經加熱、沉澱後泵入供熱鍋爐。為保證罐內溫度和壓力平衡，泵入補充水要均勻，亦可採用水位自動控制器，這個供熱設備或系統的負荷可能出現波動，罐內要保持正常循環。開停汽要注意檢查罐內的水位，滿罐時可通過排汙閥及排汙管將多餘水排掉。
c、為防止因供熱鍋爐汽壓突然下降而產生回水現象，在各回水管路上設置止回閥，以截止凝結水罐內汽水倒流。
d、安全措施，為防止罐內超壓，罐上設置安全閥，保持氣壓的穩定。
e、關於供熱設備的熱平衡問題，生產工藝過程，由於用熱設備所需溫度不同，回水壓力也不甚一致。這樣，應根據需要在回水管路上適當配置節流裝置，以保持這個系統的熱平衡。
f、如果用熱設備或系統中需要直接蒸汽，可在供熱管14和用熱設備13之間設置汽水分離器21、33，以防止鍋爐壓力突然下降而產生的汽水倒流現象。
g、如果用熱設備或系統中工作壓力不一致，可根據實際情況分別進行高、中、低壓凝結水回收。
本發明與現行系統比較具有以下特點設備結構簡單;取消了配置於用熱設備的疏水器;消除了現行設備或系統存在的各種問題;整個設備或系統閉路循環;全部回收凝結水和二次蒸汽;水質好，不會形成水垢，維修工作量小，使用時間長，節能效率高(如節煤、電、水和排汙費)，節約了維修和水處理費用，設備或系統熱能利用率提高到95%以上。另外投資少，效益顯著。
圖1是本發明的第一種總體示意圖。
圖2是本發明的第二種總體示意圖。
圖3是本發明的第三種結構示意圖。
圖中1供熱鍋爐、2止回閥、3循環泵、4供水管、5封閉的罐體、6壓力表、7安全閥、8排汙管、9水位自動控制器、10補水泵、11回水管、12回水管、13用熱設備、14供汽管、15止回閥、16分汽缸、17一次蒸汽管、18輸汽管網、19溫度表、20壓力表、21汽水分離器、22解折塔、23加熱管、24汽提塔、25加熱器、26蒸發器、27蒸脫機、28預榨機、29蒸炒鍋、30平板烘乾機、31分汽缸、32分汽缸、33汽水分離器。
本發明的最佳實施例，如圖1-3所示。一種蒸汽供熱閉路循環系統，包括供熱鍋爐1、輸汽管網18、汽水分離器、換熱裝置、回水管網(11、12)和凝結水回收裝置，其特徵在於將該系統的開式循環方式改為閉路循環方式，取消現行使用的所有疏水器，而設計採用封閉的凝結水回收裝置，所說的封閉的凝結水回收裝置有一個封閉的罐體5，其上設有安全閥7和壓力表6並且聯接有回水管11和一次蒸汽管17，各回水管11、12與各用熱設備或裝置(13或22～30)聯接，一次蒸汽管17與分汽缸16聯接，分汽缸16與供熱鍋爐1通過輸汽管網18聯接，然後分汽缸16再通過管路(即供汽管)向各用熱設備或裝置(13、22～30)供給熱能。在罐體5的一側設有補水管及其補水泵10，以及水位自動控制器9，補水泵10與水位自動控制器9可實現聯動，可以自動補水，在罐體5的另一側設有與供熱鍋爐1聯接的兩根供水管4及其循環泵3，其目的是當一臺循環泵3出現故障時，可不停止整個設備或系統的運轉或工作，而另一臺循環泵3可啟動繼續工作，罐體的底部設有排汙管8及其閥門，以便及時排出罐體5內的汙水。本發明可廣泛應用於制油、橡膠、化工、乳品等行業，也可應用於其它各部門。
權利要求
1.一種蒸汽供熱閉路循環系統，包括供熱鍋爐、輸汽管網、汽水分離器、換熱裝置、回水管網和凝結水回收裝置，其特徵在於將該系統的開式循環方式改為閉路循環方式，取消現行系統使用的所有疏水器，而設計採用封閉的凝結水回收裝置，所說的封閉的凝結水回收裝置有一個封閉的罐體，其上設有安全閥和壓力表並聯接有回水管和一次蒸汽管，在它們兩邊的罐體的一側設有補水管及其補水泵，以及水位自動控制器，補水泵與水位自動控制器可實現聯動，另一側設有與供熱鍋爐聯接的兩根供水管及其循環泵，罐體的底部設有排汙管及其閥門。
全文摘要
本發明涉及蒸汽供熱設備。它是將現行開式循環改為閉路循環方式並取消所有的疏水器，設計採用封閉的凝結水回收裝置，可全部回收凝結水和二次蒸汽並圓滿解決高溫水不能直接送進供熱鍋爐的問題。該技術具有結構簡單，維修量小，節省能源(水煤、電及排汙、水處理、維修費等)，熱能利用率高(達95％以上)，投資小，效益高等特點。
文檔編號F24D1/08GK1065718SQ9210303
公開日1992年10月28日 申請日期1992年4月29日 優先權日1992年4月29日
發明者劉顯樹 申請人:肇東市制油廠