專利名稱：一種低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種蒸汽換熱系統(tǒng) ，特別涉及一種低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)。
背景技術：
間接換熱時，飽和蒸汽換熱效率高于過熱蒸汽，且過熱度越高，換熱效率越低。當只有過熱蒸汽來源時，則需對過熱蒸汽進行減溫，降低過熱度。一般采用蒸汽減溫器如噴霧式減溫器、表面式減溫器等，減溫后過熱度越低，蒸汽帶水越嚴重，蒸汽品質越差。若需要將蒸汽溫度降至所需用汽壓力對應的飽和溫度，則通常要使用水浴式飽和蒸汽發(fā)生器，又稱為水浴式蒸汽減溫器。水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的筒體下部為液相空間，筒體上部為汽相空間，汽相空間的頂壁上設有水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥，液相空間中設有分流器，過熱蒸汽管伸入水浴式飽和蒸汽發(fā)生器中與分流器連接，水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的側壁安裝有水位計及溢流閥，頂壁上安裝有壓力探頭，補水泵的出口與水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的底部相連，且根據水位計的水位控制信號向水浴式飽和蒸汽發(fā)生器中補充適量的冷凝水。過熱蒸汽管上安裝有壓力表及壓力控制閥，壓力探頭測得的飽和蒸汽壓力信號提供給PLC控制器，PLC控制器控制壓力控制閥的開度。過熱蒸汽從分流器流出，經與液相空間的水換熱降溫成為濕飽和蒸汽向上溢出，從頂壁的水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥流出?，F有水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的不足之處在于飽和蒸汽中的含水率較高，蒸汽品質差。蒸汽經蒸汽換熱器換熱后，釋放潛熱，并冷凝成相同壓力下的冷凝水，冷凝水經疏水閥排入冷凝水管?，F有換熱系統(tǒng)的蒸汽利用率低，單位產品蒸汽消耗高，換熱效率及能效較低。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于，克服現有技術中存在的問題，提供一種低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，能降低飽和蒸汽中的含水率，充分利用蒸汽的潛熱和冷凝水的顯熱。為解決以上技術問題，本發(fā)明的一種低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，包括水浴式飽和蒸汽發(fā)生器及補水泵，所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的筒體下部為液相空間，筒體上部為汽相空間，所述汽相空間的頂壁上設有排汽閥，所述液相空間中設有分流器，所述補水泵的出口與所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的底部相連，所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥的出口管路上安裝有蒸汽干燥換熱器，所述蒸汽干燥換熱器的過熱蒸汽進口與過熱蒸汽的汽源管道連接，所述蒸汽干燥換熱器的過熱蒸汽出口安裝有受控于PLC控制器的壓力控制閥，所述壓力控制閥的出口與所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的分流器連接，所述蒸汽干燥換熱器的飽和蒸汽進口與所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥的出口相連接，所述蒸汽干燥換熱器的飽和蒸汽出口與蒸汽換熱器的蒸汽入口連接，蒸汽換熱器的冷凝水出口設有疏水閥且疏水閥的出口與冷凝水換熱器的冷凝水進口連接，冷凝水換熱器的冷凝水出口與集水罐的進口連接，集水罐的出口與所述補水泵的入口連接；物料入口管與所述冷凝水換熱器的物料進口連接，冷凝水換熱器的物料出口與所述蒸汽換熱器的物料入口連接，蒸汽換熱器的物料出口接物料出口管；所述物料出口管上安裝有第一溫度傳感器，所述蒸汽換熱器疏水閥的出口安裝有第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器的信號線分別接入所述PLC控制器的信號輸入端，所述PLC控制器的控制信號線接入所述壓力控制閥。相對于現有技術，本發(fā)明取得了以下有益效果過熱蒸汽先在蒸汽干燥換熱器中對飽和蒸汽進行間接加熱，再通過壓力控制閥進入水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的分流器，從分流器出來的蒸汽經與液相空間的水換熱降溫后成為濕飽和蒸汽向上溢出，此時飽和蒸汽的含水率較高，從頂壁的排汽閥流出后進入蒸汽干燥換熱器，在蒸汽干燥換熱器中過熱蒸汽對飽和蒸汽進行間接加熱，使?jié)耧柡驼羝械囊簯B(tài)水蒸發(fā)為蒸汽，成為干飽和蒸汽。干飽和蒸汽進入蒸汽換熱器對物料進行再次間接加熱，釋放潛熱后成為冷凝水，從蒸汽換熱器流出的冷凝水由疏水閥排出，然后進入冷凝水換熱器，在冷凝水換熱器中冷凝水繼續(xù)釋放顯熱對物料進行間接預熱，進一步降溫后的冷凝水進入集水罐，再由補水泵泵入水浴式飽和蒸汽發(fā)生器中。第一溫度傳感器探測物料出口管中物料的溫度并提供給PLC控制器，PLC控制器根據物料出口溫度調節(jié)壓力控制閥的開度，從而控制水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的供汽壓力。第二溫度傳感器通過探測冷凝水水溫可以感知蒸汽換熱器疏水閥的工作狀態(tài)，PLC控·制器將第二溫度傳感器探測的溫度與設定的最高溫度和最低溫度進行比較若疏水閥后冷凝水溫度介于PLC控制器設定的最高溫度和最低溫度之間，則疏水閥工作正常；若疏水閥后冷凝水溫度高于PLC控制器設定的最高溫度，則疏水閥泄漏，系統(tǒng)報警，以便提示操作人員及時維護；若疏水閥后冷凝水溫度低于PLC控制器設定的最低溫度，則疏水閥已堵塞，系統(tǒng)亦報警，以便提示操作人員及時排除故障，避免影響生產。物料首先進入冷凝水換熱器與冷凝水進行換熱，冷凝水雖然傳熱系數比蒸汽低，但此時物料的溫度最低，兩者之間的溫差比較大，具有較好的換熱效果；預熱后的物料再進入蒸汽換熱器，此時物料已被加熱過，溫度較高，但與之換熱的是溫度更高的干飽和蒸汽且潛熱很大，繼續(xù)保持了很好的換熱效果，這種逆流換熱的方式總體保持了很高的換熱效率，而且實現了蒸汽熱能的梯級利用，保證熱能吃干榨盡，確保了換熱系統(tǒng)的能效。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的頂部安裝有自動排氣閥。補水泵所補冷凝水未經除氧，不凝性氣體受熱后與濕飽和蒸汽一起向上溢出；由于不凝性氣體比蒸汽輕，所以不凝性氣體易于在設備頂部積聚。由于不凝性氣體的溫度低于蒸汽的溫度，所以當不凝性氣體在設備頂部積聚時，自動排氣閥內的填充液收縮使閥門開啟，不凝性氣體被外排；排氣之后，自動排氣閥內又充滿蒸汽，溫度升高，閥內的填充液膨脹使閥門關閉；如此自動排氣閥間隙自動啟閉，將不凝性氣體排出。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述蒸汽換熱器的汽相空間頂部安裝有破真空器和自動排氣閥。破真空器可以根據蒸汽換熱器內的壓力自動開啟和關閉，當系統(tǒng)停運后，隨著殘留在系統(tǒng)中的蒸汽逐漸冷凝為冷凝水，蒸汽換熱器汽相空間的壓力逐漸降低，一旦蒸汽換熱器汽相空間的壓力低于大氣壓，破真空器自動打開，空氣進入蒸汽換熱器內，以保持蒸汽換熱器汽相空間的壓力與大氣壓相同，避免真空造成設備受壓破壞，同時防止引起冷凝水倒吸，并避免由于冷凝水倒吸而引起的設備內積水、金屬腐蝕和換熱面結垢。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述蒸汽換熱器疏水閥的出口與所述冷凝水換熱器的冷凝水進口之間設有U形水封。正常狀態(tài)下，U形水封中存滿了冷凝水，蒸汽換熱器疏水閥排出的冷凝水速度和沖擊力很大，流經U形水封時，U形水封的阻力將使冷凝水的流速下降，沖擊力減小，起到消能的作用。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述第二溫度傳感器安裝在所述U形水封的下降管段上。此處的溫度比較穩(wěn)定，波動小，利于測定準確。作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述蒸汽換熱器疏水閥的前后分別串聯有前疏水截止閥和后疏水截止閥，所述前疏水截止閥的入口與所述后疏水截止閥的出口并聯有旁通截止閥。關閉前疏水截止閥和后疏水截止閥，開啟旁通截止閥，即可對疏水閥進行維護或更換，不影響系統(tǒng)的運行。


下面結合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明，附圖僅提供參考與說明用，非用以限制本發(fā)明。
圖I為本發(fā)明低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)的結構示意圖。圖中1·過熱蒸汽；2·壓力表；3·前蒸汽截止閥；4·壓力控制閥；5.后蒸汽截止閥；6.水浴式飽和蒸汽發(fā)生器；6a.分流器；6b.水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥；6c.溢流閥；6d.排污閥；6e.水浴式飽和蒸汽發(fā)生器自動排氣閥；7.水位計；8.補水泵；10.蒸汽干燥換熱器；IOa.飽和蒸汽進口 ；10a’.飽和蒸汽出口 ；10b.過熱蒸汽進口 ；10b’.過熱蒸汽出口 ；11.蒸汽換熱器；Ila.蒸汽換熱器物料入口 ；llb.蒸汽換熱器物料出口 ；llc.蒸汽換熱器蒸汽入口 ；lld.蒸汽換熱器冷凝水出口 ；lle.破真空器；llf.蒸汽換熱器自動排氣閥；Ilg.蒸汽換熱器疏水閥；llh. U形水封；14.冷凝水換熱器；14a.冷凝水換熱器物料進口 ；14b.冷凝水換熱器物料出口 ；14c.冷凝水換熱器冷凝水進口 ；14d.冷凝水換熱器冷凝水出口 ；15.集水罐；15a.集水罐進口 ；15b.集水罐出口 ； 16a. PLC控制器；16b.第一溫度傳感器；16c.第二溫度傳感器；16d. DCS系統(tǒng)；16e.報警器。
具體實施例方式如圖I所示，本發(fā)明的低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，包括過熱蒸汽管、水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6、補水泵8、蒸汽干燥換熱器10、蒸汽換熱器11、冷凝水換熱器14、集水罐15和PLC控制器16a。水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6的筒體下部為液相空間，筒體上部為汽相空間，汽相空間的頂壁上設有水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥6b，水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6的液相空間中設有分流器6a。水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6的側壁安裝有水位計7及溢流閥6c，溢流閥6c可以采用浮球式疏水閥。補水泵8的出口與水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6的底部相連且根據水位計7的水位控制信號向水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6中補充適量的冷凝水。水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6的筒體底部安裝有排污閥6d，排污閥6d與溢流閥6c的出口均接入排放管。水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6的頂部安裝有水浴式飽和蒸汽發(fā)生器自動排氣閥6e。水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥6b的出口管路上安裝有蒸汽干燥換熱器10，過熱蒸汽的汽源管道上安裝有壓力表2和前蒸汽截止閥3，前蒸汽截止閥3的出口與蒸汽干燥換熱器10的過熱蒸汽進口 IOb連接，蒸汽干燥換熱器10的過熱蒸汽出口 10b’與受控于PLC控制器16a的壓力控制閥4的進口連接，壓力控制閥4的出口通過后蒸汽截止閥5與水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6的分流器6a連接。蒸汽干燥換熱器10的飽和蒸汽進口 IOa與水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥6b的出口相連接，蒸汽干燥換熱器10的飽和蒸汽出口 10a’與蒸汽換熱器11的蒸汽換熱器蒸汽入口 Ilc連接。蒸汽換熱器11的蒸汽換熱器冷凝水出口 Ild依次安裝有蒸汽換熱器疏水閥Ilg和U形水封llh，U形水封Ilh的出口與冷凝水換熱器14的冷凝水換熱器冷凝水進口 14c連接，冷凝水換熱器14的冷凝水換熱器冷凝水出口 14d與集水罐15的集水罐進口 15a連接，集水罐15的集水罐出口 15b與補水泵的入口連接。物料入口管與冷凝水換熱器14的冷凝水換熱器物料進口 14a連接，冷凝水換熱器14的冷凝水換熱器物料出口 14b與蒸汽換熱器11的蒸汽換熱器物料入口 IIa連接，蒸汽換熱器11的蒸汽換熱器物料出口 Ilb接物料出口管。蒸汽換熱器11的汽相空間頂部安裝有破真空器Ile和蒸汽換熱器自動排氣閥Hf。物料出口管上安裝有第一溫度傳感器16b，U形水封Ilh的下降管段上安裝有第二 16a的信號輸入端，PLC控制器16a的控制信號線接入壓力控制閥，PLC控制器16a根據第一溫度傳感器16b測得的溫度信號控制壓力控制閥4的開度。PLC控制器16a的相應信號端還與DCS系統(tǒng)16d及報警器16e相連接。蒸汽換熱器疏水閥Ilg的前后分別串聯有前疏水截止閥和后疏水截止閥，前疏水截止閥的入口與后疏水截止閥的出口并聯有旁通截止閥。工作中，過熱蒸汽I依次經過前蒸汽截止閥3進入蒸汽干燥換熱器10，在蒸汽干燥換熱器10中過熱蒸汽對飽和蒸汽進行間接加熱，過熱蒸汽從蒸汽干燥換熱器10的過熱蒸汽出口 10b’流出通過壓力控制閥4和后蒸汽截止閥5進入分流器6a，從分流器6a出來的蒸汽被降溫并從液相空間溢出，從頂壁的水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥6b流出后進入蒸汽干燥換熱器10，在蒸汽干燥換熱器10中過熱蒸汽對飽和蒸汽進行間接加熱使之完全成為干飽和蒸汽。從蒸汽干燥換熱器10的飽和蒸汽出口 10a’流出的干飽和蒸汽進入蒸汽換熱器11的蒸汽換熱器蒸汽入口 Ilc對物料進行間接再加熱，從蒸汽換熱器冷凝水出口 Ild流出的冷凝水由蒸汽換熱器疏水閥Ilg排出，經過U形水封Ilh后進入冷凝水換熱器14的冷凝水換熱器冷凝水進口 14c，在冷凝水換熱器14中冷凝水繼續(xù)釋放顯熱對物料進行間接預熱，降溫后的冷凝水從冷凝水換熱器冷凝水出口 14d流出，再從集水罐進口 15a進入集水罐15，從集水罐出口 15b流出的冷凝水由補水泵8泵入水浴式飽和蒸汽發(fā)生器6中。物料從物料入口管進入冷凝水換熱器14的冷凝水換熱器物料進口 14a，在冷凝水換熱器14中由冷凝水對物料進行間接預熱，預熱后的物料從冷凝水換熱器物料出口 14b進入蒸汽換熱器11的蒸汽換熱器物料入口 11a，在蒸汽換熱器11中干飽和蒸汽對物料進行再次加熱，最后物料從蒸汽換熱器物料出口 Ilb流出進入物料出口管。第一溫度傳感器16b探測物料出口管中物料的溫度并提供給PLC控制器16a，PLC控制器16a根據物料出口溫度調節(jié)壓力控制閥4的開度，從而控制水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的供汽壓力。第二溫度傳感器16c通過探測冷凝水水溫可以感知蒸汽換熱器疏水閥Ilg的工作狀態(tài)，一旦蒸汽換熱器疏水閥Ilg發(fā)生泄漏，第二溫度傳感器16C探測到的溫度將高于PLC控制器16a設定的最高溫度，反之一旦蒸汽換熱器疏水閥Ilg發(fā)生堵塞，第二溫度傳感器16c探測到的溫度將低于PLC控制器16a設定的最低溫度。第二溫度傳感器16c探測到的溫度不在PLC控制器16a設定的最高溫度和最低溫度之間時，PLC控制器16a驅動報警器16e報警,并向DCS系統(tǒng)16d發(fā)送信號。破真空器lie可以根據蒸汽換熱器11內的壓力自動開啟和關閉，當系統(tǒng)停運后，隨著殘留在系統(tǒng)中的蒸汽逐漸冷凝為冷凝水，蒸汽換熱器11汽相空間的壓力逐漸降低，一旦蒸汽換熱器11汽相空間的壓力低于大氣壓，破真空器lie自動打開，空氣進入蒸汽換熱器11內，以保持蒸汽換熱器11汽相空間的壓力與大氣壓相同，避免真空造成設備受壓破壞，同時防止引起冷凝水倒吸，并避免由于冷凝水倒吸而引起的設備內積水、金屬腐蝕和換熱面結垢。蒸汽換熱器11啟動時，破真空器將自動關閉。破真空器優(yōu)選使用臺灣漢強T55型破真空器，或英國斯派莎克的VB破真空器。由于不凝性氣體比蒸汽輕，所以向上流動在設備的頂部積聚，由于不凝性氣體的 溫度低于蒸汽的溫度，自動排氣閥內的填充液收縮使閥門開啟，不凝性氣體被外排；排氣之后，自動排氣閥內又充滿蒸汽，溫度升高，閥內的填充液膨脹使閥門關閉；如此自動排氣閥間隙自動啟閉，將不凝性氣體排出。自動排氣閥優(yōu)選采用臺灣漢強S61型自動排氣閥，或英國斯派莎克spirax、美國阿姆斯壯armstrong的同類型產品。以上所述僅為本發(fā)明之較佳可行實施例而已，非因此局限本發(fā)明的專利保護范圍。除上述實施例外，本發(fā)明還可以有其他實施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術方案，均落在本發(fā)明要求的保護范圍內。
權利要求
1.一種低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，包括水浴式飽和蒸汽發(fā)生器及補水泵，所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的筒體下部為液相空間，筒體上部為汽相空間，所述汽相空間的頂壁上設有排汽閥，所述液相空間中設有分流器，所述補水泵的出口與所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的底部相連，其特征在于所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥的出口管路上安裝有蒸汽干燥換熱器，所述蒸汽干燥換熱器的過熱蒸汽進口與過熱蒸汽的汽源管道連接，所述蒸汽干燥換熱器的過熱蒸汽出口安裝有受控于PLC控制器的壓力控制閥，所述壓力控制閥的出口與所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的分流器連接，所述蒸汽干燥換熱器的飽和蒸汽進口與所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器排汽閥的出口相連接，所述蒸汽干燥換熱器的飽和蒸汽出口與蒸汽換熱器的蒸汽入口連接，蒸汽換熱器的冷凝水出口設有疏水閥且疏水閥的出口與冷凝水換熱器的冷凝水進口連接，冷凝水換熱器的冷凝水出口與集水罐的進口連接，集水罐的出口與所述補水泵的入口連接；物料入口管與所述冷凝水換熱器的物料進口連接，冷凝水換熱器的物料出口與所述蒸汽換熱器的物料入口連接，蒸汽換熱器的物料出口接物料出口管；所述物料出口管上安裝有第一溫度傳感器，所述蒸汽換熱器疏水閥的出口安裝有第二溫度傳感器，所述第一溫度傳感器和第二溫度傳感器的信號線分別接入所述PLC控制器的信號輸入端，所述PLC控制器的控制信號線接入所述壓力控制閥。
2.根據權利要求I所述的低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，其特征在于所述水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的頂部安裝有自動排氣閥。
3.根據權利要求I所述的低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，其特征在于所述蒸汽換熱器的汽相空間頂部安裝有破真空器和自動排氣閥。
4.根據權利要求I所述的低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，其特征在于所述蒸汽換熱器疏水閥的出口與所述冷凝水換熱器的冷凝水進口之間設有U形水封。
5.根據權利要求4所述的低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，其特征在于所述第二溫度傳感器安裝在所述U形水封的下降管段上。
6.根據權利要求I至5中任一項所述的低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，其特征在于所述蒸汽換熱器疏水閥的前后分別串聯有前疏水截止閥和后疏水截止閥，所述前疏水截止閥的入口與所述后疏水截止閥的出口并聯有旁通截止閥。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種低濕度蒸汽兩效換熱系統(tǒng)，水浴式飽和蒸汽發(fā)生器的液相空間中設有分流器，其排汽管路上安裝有蒸汽干燥換熱器，過熱蒸汽通過壓力控制閥進入分流器，飽和蒸汽發(fā)生器出來的濕飽和蒸汽被過熱蒸汽加熱為干飽和蒸汽，干飽和蒸汽進入蒸汽換熱器對物料再次加熱后成為冷凝水，冷凝水進入冷凝水換熱器，在冷凝水換熱器中冷凝水繼續(xù)釋放顯熱對物料進行加熱，降溫后的冷凝水進入集水罐，再由補水泵泵入飽和蒸汽發(fā)生器中，PLC控制器根據物料出口溫度調節(jié)壓力控制閥的開度。該系統(tǒng)實現了蒸汽熱能的梯級利用，確保蒸汽熱能吃干榨盡，提高能效。
文檔編號F22G5/12GK102889576SQ20121039398
公開日2013年1月23日 申請日期2012年10月17日 優(yōu)先權日2012年10月17日
發(fā)明者楊曉輝, 張基虎, 楊思倫, 張夢穎 申請人:億恒節(jié)能科技江蘇有限公司