工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)安全控制裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)安全控制裝置。該自動(dòng)安全控制裝置基于工業(yè)余熱回收系統(tǒng)，在熱管式取熱器上安裝溫度傳感器分別用于測量取熱器表面的溫度，在冷凝器的進(jìn)出口安裝有溫度傳感器測量整個(gè)系統(tǒng)的取熱量，在冷凝器上安裝壓力傳感器來測量系統(tǒng)內(nèi)部工質(zhì)的壓力，上述傳感器的信號輸入到控制系統(tǒng)，通過控制系統(tǒng)內(nèi)工質(zhì)數(shù)量來實(shí)現(xiàn)工業(yè)余熱的安全、有效利用。
【專利說明】工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)安全控制裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及自動(dòng)控制領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)安全控制裝置。【背景技術(shù)】
[0002]工業(yè)余熱普遍存在于電力、冶金、化工等行業(yè)，其鍋爐尾部煙氣蘊(yùn)含巨大的熱量，所以如何將煙氣中的熱量取出并充分利用上述能源是節(jié)能減排的主要研究內(nèi)容之一。目前工業(yè)余熱利用中的高效換熱方式主要包括以下兩種:熱交換器直接換熱和熱管換熱器。對于熱交換器直接換熱方式而言，由于是被加熱物質(zhì)直接與煙氣進(jìn)行換熱，溫差較大，容易導(dǎo)致?lián)Q熱器表面發(fā)生腐蝕，嚴(yán)重影響換熱器的壽命。
[0003]目前應(yīng)用較多的余熱回收方式是熱管換熱器，由于熱管是采用工質(zhì)相變的原理進(jìn)行換熱，因此可以有效的保證換熱器的表面溫度維持在煙氣的露點(diǎn)溫度以上，克服煙氣的露點(diǎn)腐蝕問題。
[0004]然而，現(xiàn)有的采用熱管換熱器的工業(yè)余熱回收系統(tǒng)中，由于熱管換熱器的結(jié)構(gòu)確定后，其換熱量很難根據(jù)系統(tǒng)的換熱量需求進(jìn)行調(diào)整，在熱負(fù)荷發(fā)生劇烈波動(dòng)時(shí)熱管換熱器內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力甚至發(fā)生爆裂。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一 )要解決的技術(shù)問題
[0006]鑒于上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)安全控制裝置，以提升工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的安全性。
[0007]( 二 )技術(shù)方案
[0008]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)安全控制裝置。該工業(yè)余熱回收系統(tǒng)包括:熱管式取熱器(100);冷凝器(200)，其蒸汽入口通過蒸汽管路與熱管式取熱器(100)的蒸汽出口相連接，其凝結(jié)液出口通過回液管路連接至熱管式取熱器
(100)的凝結(jié)液入口，其排氣口連通至外界；水泵(300)，其取液端連接至工質(zhì)液池(700)，其出液端連接至冷凝器的補(bǔ)液口。該自動(dòng)安全控制裝置包括:壓力傳感器(601)，設(shè)置于冷凝器(200)內(nèi)，用于測量冷凝器(200)內(nèi)部的壓力；放氣閥(603)，為電磁閥，設(shè)置于所述冷凝器工質(zhì)排出口和外界環(huán)境之間；控制裝置(500)，連接至所述壓力傳感器(601)，用于執(zhí)行以下控制流程:當(dāng)壓力傳感器(601)感應(yīng)的數(shù)值超過第三閾值時(shí)，發(fā)送指令使放汽閥
(603)打開。
[0009](三)有益效果
[0010]從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)安全控制裝置具有以下有益效果:
[0011](I)在冷凝器內(nèi)設(shè)置壓力傳感器，在壓力到達(dá)預(yù)設(shè)閾值時(shí)，控制裝置發(fā)送指令使放汽閥(603)打開，從而使冷凝器內(nèi)的壓力保持在安全水平，避免了用戶熱負(fù)荷發(fā)生劇烈波動(dòng)時(shí)熱管換熱器內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很大的工質(zhì)壓力和熱應(yīng)力，余熱回收系統(tǒng)發(fā)生爆裂的危險(xiǎn)；
[0012](2)在冷凝器200的進(jìn)出口處安裝有溫度傳感器用于余熱回收系統(tǒng)所回收的熱量，對比余熱系統(tǒng)的余熱回收量和用戶的熱量需求量調(diào)整系統(tǒng)內(nèi)部二質(zhì)的數(shù)量，從而改變整個(gè)系統(tǒng)的換熱量，進(jìn)一步避免了用戶熱負(fù)荷發(fā)生劇烈波動(dòng)時(shí)熱管換熱器內(nèi)部會(huì)產(chǎn)生很大的工質(zhì)壓力和熱應(yīng)力，余熱回收系統(tǒng)發(fā)生爆裂的危險(xiǎn)；
[0013](2)在余熱回收系統(tǒng)取熱器100的外部安裝有溫度傳感器用于測量取熱器外表面的溫度和煙氣的溫度，并通過控制裝置控制余熱回收系統(tǒng)取熱器表面的溫度，保證取熱器的外表面溫度高于煙氣的露點(diǎn)溫度，克服了現(xiàn)有余熱回收系統(tǒng)中常見的換熱設(shè)備露點(diǎn)腐蝕問題。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為本發(fā)明實(shí)施例工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]【本發(fā)明主要元件符號說明】
[0016]100-熱管式取熱器；200-冷凝器；
[0017]300-水泵；401-第一溫度傳感器；
[0018]402-第二溫度傳感器；403-第三溫度傳感器；
[0019]500-控制裝置；601-壓力傳感器；
[0020]602-進(jìn)液閥；603-放氣閥；
[0021]700-工質(zhì)液池。
【具體實(shí)施方式】
[0022]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。需要說明的是，在附圖或說明書描述中，相似或相同的部分都使用相同的圖號。附圖中未繪示或描述的實(shí)現(xiàn)方式，為所屬【技術(shù)領(lǐng)域】中普通技術(shù)人員所知的形式。另外，雖然本文可提供包含特定值的參數(shù)的示范，但應(yīng)了解，參數(shù)無需確切等于相應(yīng)的值，而是可在可接受的誤差容限或設(shè)計(jì)約束內(nèi)近似于相應(yīng)的值。實(shí)施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向。因此，使用的方向用語是用來說明并非用來限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0023]本發(fā)明提供了一種工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)安全控制裝置。該自動(dòng)安全控制裝置中，在取熱器上安裝溫度傳感器分別用于測量取熱器表面的溫度，在冷凝器的進(jìn)出口安裝有溫度傳感器測量整個(gè)系統(tǒng)的取熱量，在冷凝器上安裝壓力傳感器來測量系統(tǒng)內(nèi)部工質(zhì)的壓力，上述傳感器的信號輸入到PLC控制系統(tǒng)，控制系統(tǒng)內(nèi)二質(zhì)數(shù)量來實(shí)現(xiàn)二業(yè)余熱的安全、有效利用。
[0024]在本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例中，提供了一種自動(dòng)安全控制裝置。請參照圖1，該自動(dòng)安全控制裝置基于包括熱管式取熱器100、冷凝器200和水泵300的工業(yè)余熱回收系統(tǒng)。
[0025]熱管式取熱器100由多塊相同的取熱板組成，取熱板數(shù)量由所需要的熱負(fù)荷確定。每塊取熱板表面帶有翅片作為擴(kuò)展換熱面，擴(kuò)展換熱面表面上有波紋，用于增加煙氣測的擾動(dòng)提高對流換熱系數(shù)，同時(shí)增加取熱板表面的換熱面積。取熱板內(nèi)部空腔的內(nèi)表面刻有微尺度槽道用于強(qiáng)化取熱器內(nèi)部的換熱。
[0026]冷凝器200，其蒸汽入口端通過蒸汽管路與熱管式取熱器100相連接，其凝結(jié)液出口通過回液管路輸送回?zé)峁苁饺崞鞯哪Y(jié)液入口 ；其排氣口連通至外界。冷凝器200與取熱器100之間的蒸汽軟管和回液管路為金屬軟管，方便取熱器和冷凝器的布置。冷凝器根據(jù)被加熱物料的不同設(shè)計(jì)成不同的結(jié)構(gòu)形式
[0027]水泵300，其取液端連接至工質(zhì)液池700，其出液端連接至冷凝器200的補(bǔ)液口，用于在需要增加系統(tǒng)取熱量補(bǔ)充系統(tǒng)內(nèi)部的工質(zhì)數(shù)量。
[0028]熱管式取熱器100從煙氣中吸收熱量，驅(qū)使其內(nèi)部的液態(tài)工質(zhì)發(fā)生相變，成為蒸汽。該蒸汽通過蒸汽管路輸送至冷凝器200。冷凝器200利用蒸汽中攜帶的熱量加熱物料，同時(shí)，蒸汽釋放熱量后冷凝為液態(tài)工質(zhì)。該液態(tài)工質(zhì)通過回液管路回流至熱管取熱器100。
[0029]該自動(dòng)安全控制裝置包括:溫度傳感器組、PLC控制裝置500、壓力傳感器601、進(jìn)液閥602和放氣閥603。以下分別對本實(shí)施例工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的各組成部分進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0030]溫度傳感器組，包括若干個(gè)溫度傳感器，其中:第一溫度傳感器401，設(shè)置于熱管式取熱器外表面外側(cè)，用于探測熱管式取熱器100所在環(huán)境煙氣的溫度；第二溫度傳感器402，設(shè)置于熱管式取熱器的外表面，用于探測取熱器表面的溫度；第三溫度傳感器403，設(shè)置于冷凝器外側(cè)入口端的外表面，用于測量冷凝器外側(cè)入口端外表面的溫度；第三溫度傳感器404，設(shè)置于冷凝器外側(cè)出口端的外表面，用于測量冷凝器外側(cè)出口端外表面的溫度；
[0031]壓力傳感器601，設(shè)置于冷凝器200內(nèi)，用于測量冷凝器內(nèi)部的壓力。放氣閥603，為電磁閥，設(shè)置于所述冷凝器工質(zhì)排出口和外界環(huán)境之間，用于在需要降低余熱回收系統(tǒng)取熱量時(shí)減少工業(yè)余熱回收系統(tǒng)內(nèi)部的工質(zhì)數(shù)量。進(jìn)液閥602，設(shè)置于水泵300的出液端與冷凝器工質(zhì)注入口之間，用于在需要的情況下增加工業(yè)余熱回收系統(tǒng)內(nèi)部的工質(zhì)數(shù)量。
[0032]PLC控制裝置500通過有線或無線方式連接至所述第一溫度傳感器401、第二溫度傳感器402、第三溫度傳感器403和壓力傳感器601，通過上述傳感器的信號，控制系統(tǒng)中水泵300、水泵的進(jìn)液閥602和冷凝器的放汽閥603的開關(guān)，達(dá)到調(diào)節(jié)系統(tǒng)換熱量，防止表面發(fā)生露點(diǎn)腐蝕和系統(tǒng)爆裂的目的，其控制流程包括:
[0033](I)當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?01感應(yīng)的溫度值大于設(shè)定第一閾值時(shí),表明煙氣溫度較高，可以從煙氣中提取熱量，此時(shí)發(fā)送指令使水泵300、進(jìn)液閥602、放汽閥603打開，對余熱回收系統(tǒng)充裝一定數(shù)量的蒸餾水。而后發(fā)送指令使水泵300和進(jìn)液閥602關(guān)閉，保持放汽閥302處于打開狀態(tài)，待不凝性氣體基本排完后，發(fā)送指令使放汽閥60關(guān)閉3。此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入開始余熱回收，其中，該第一閾值一般設(shè)定為50°C ；
[0034](2)當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅?02感應(yīng)的溫度值與煙氣露點(diǎn)溫度的差小于第二閾值時(shí)，發(fā)送指令使放汽閥603打開，減少工業(yè)余熱回收系統(tǒng)內(nèi)部的工質(zhì)數(shù)量，從而降低系統(tǒng)的取熱量，防止取熱取熱器表面的露點(diǎn)腐蝕，其中，該第二閾值一般設(shè)定為10°C ；
[0035](3)當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅?02感應(yīng)的溫度值與煙氣露點(diǎn)溫度的差值大于第三閾值時(shí)，發(fā)送指令使水泵300和進(jìn)液閥602打開，增加系統(tǒng)內(nèi)部工質(zhì)的數(shù)量，增加系統(tǒng)的換熱量，其中，該第三閾值一般設(shè)定為40°C ；
[0036](4)當(dāng)壓力傳感器601感應(yīng)的的數(shù)值超過第三閾值時(shí)，發(fā)送指令使放汽閥603打開，確保系統(tǒng)的安全，其中，該第三閾值一般設(shè)定為工業(yè)余熱回收系統(tǒng)所能承受的最大壓力值的80%。
[0037](5)當(dāng)?shù)谌郎囟葌鞲衅?03和第四溫度傳感器404的溫差小于第四閾值時(shí)，發(fā)送指令使水泵300和進(jìn)液閥602打開，增加系統(tǒng)內(nèi)部工質(zhì)的數(shù)量以增加系統(tǒng)的換熱量，其中，第四閾值取決于對冷凝器內(nèi)物料的加熱需求，例如，需要將物料從環(huán)境溫度加熱50°C。
[0038]需要說明的是，上述各控制流程并沒有嚴(yán)格意義上的先后關(guān)系，其中根據(jù)情況擇一執(zhí)行即可。
[0039]至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本實(shí)施例進(jìn)行了詳細(xì)描述。依據(jù)以上描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)對本發(fā)明工業(yè)余熱回收系統(tǒng)有了清楚的認(rèn)識。
[0040]此外，上述對各元件的定義并不僅限于實(shí)施方式中提到的各種具體結(jié)構(gòu)或形狀，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可對其進(jìn)行簡單地熟知地替換，例如:
[0041](I)目前余熱回收系統(tǒng)中使用的工質(zhì)蒸餾水還可以換成其他汽化潛熱大、易于獲取工質(zhì)；
[0042]⑵PLC控制系統(tǒng)可采用其他控制系統(tǒng)替代；
[0043](3)可以根據(jù)需要來合理設(shè)置第一閾值、第二閾值、第三閾值和第四閾值的值。
[0044]綜上所述，本發(fā)明工業(yè)余熱回收系統(tǒng)解決了現(xiàn)有余熱回收系統(tǒng)中存在的露點(diǎn)腐蝕、換熱量不可調(diào)，以及換熱量發(fā)生劇烈變化時(shí)產(chǎn)生爆裂的技術(shù)缺陷，可以控制取熱器表面的溫度防止低于露點(diǎn)，通過測量煙氣的溫度控制取熱量，防止系統(tǒng)壓力過高，大大提升了工業(yè)余熱回收的安全性和效率。
[0045]以上所述的具體實(shí)施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種工業(yè)余熱回收系統(tǒng)的自動(dòng)安全控制裝置，該工業(yè)余熱回收系統(tǒng)包括: 熱管式取熱器(100)； 冷凝器(200)，其蒸汽入口通過蒸汽管路與熱管式取熱器(100)的蒸汽出口相連接，其凝結(jié)液出口通過回液管路連接至熱管式取熱器(100)的凝結(jié)液入口，其排氣口連通至外界； 水泵(300)，其取液端連接至工質(zhì)液池(700)，其出液端連接至冷凝器的補(bǔ)液口 ； 其特征在于，該自動(dòng)安全控制裝置包括: 壓力傳感器(601)，設(shè)置于冷凝器(200)內(nèi)，用于測量冷凝器(200)內(nèi)部的壓力； 放氣閥(603)，為電磁閥，設(shè)置于所述冷凝器工質(zhì)排出口和外界環(huán)境之間； 控制裝置(500)，連接至所述壓力傳感器(601)，用于執(zhí)行以下控制流程:當(dāng)壓力傳感器(601)感應(yīng)的數(shù)值超過第三閾值時(shí)，發(fā)送指令使放汽閥(603)打開。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)安全控制裝置，其特征在于，所述第三閾值為所述工業(yè)余熱回收系統(tǒng)所能承受的最大壓力值的80%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自動(dòng)安全控制裝置，其特征在于，還包括: 溫度傳感器組，包括: 第二溫度傳感器(402)，設(shè)置于所述熱管式取熱器(100)的外表面，用于探測熱管取熱器(100)表面的溫度； 進(jìn)液閥(602)，為電磁閥，設(shè)置于所述水泵的出液端與冷凝器工質(zhì)注入口之間； 所述控制裝置(500)，連接至所述第二溫度傳感器(402)，用于執(zhí)行以下控制流程:當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅?402)感應(yīng)的溫度值與煙氣露點(diǎn)溫度的差小于第二閾值時(shí)，發(fā)送指令使放汽閥(603)打開；或當(dāng)?shù)诙囟葌鞲衅?402)感應(yīng)的溫度值與煙氣露點(diǎn)溫度的差值大于第三閾值時(shí)，發(fā)送指令使水泵(300)和進(jìn)液閥(602)打開。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)安全控制裝置，其特征在于，所述第二閾值為10°C。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的自動(dòng)安全控制裝置，其特征在于: 所述溫度傳感器組還包括:第三溫度傳感器(403)，設(shè)置于冷凝器外側(cè)入口端的外表面，用于測量冷凝器外側(cè)入口端外表面的溫度；第四溫度傳感器(404)，設(shè)置于冷凝器外側(cè)出口端的外表面，用于測量冷凝器外側(cè)出口端外表面的溫度； 所述控制裝置(500)，連接至所述第一溫度傳感器(401)，還用于執(zhí)行以下控制流程:當(dāng)?shù)谌郎囟葌鞲衅?03和第四溫度傳感器404的溫差小于第四閾值時(shí)，發(fā)送指令使水泵(300)和進(jìn)液閥(602)打開。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)安全控制裝置，其特征在于，所述第四閾值取決于對冷凝器內(nèi)物料的加熱需求。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的自動(dòng)安全控制裝置，其特征在于: 所述溫度傳感器組還包括:第一溫度傳感器(401)，設(shè)置于熱管式取熱器外表面外側(cè)，用于探測熱管式取熱器100所在環(huán)境煙氣的溫度； 所述控制裝置(500)，連接至所述第一溫度傳感器(401)，用于執(zhí)行以下控制流程:當(dāng)?shù)谝粶囟葌鞲衅?401)感應(yīng)的溫度值大于設(shè)定第一閾值時(shí)，發(fā)送指令使水泵(300)、進(jìn)液閥(602)和放汽閥(603)打開；而后發(fā)送指令使水泵(300)和進(jìn)液閥(602)關(guān)閉，保持放汽閥(302)處于打開狀態(tài)，待不凝性氣體基本排完后，發(fā)送指令使放汽閥(603)關(guān)閉。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的自動(dòng)安全控制裝置，其特征在于，所述第一閾值為50°C。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的自動(dòng)安全控制裝置，其特征在于: 所述熱管式取熱器(100)由多塊相同的取熱板組成，每塊取熱板表面帶有翅片作為擴(kuò)展換熱面，擴(kuò)展換熱面表面上有波紋。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的自動(dòng)安全控制裝置，其特征在于:所述工質(zhì)為蒸餾水。`
【文檔編號】F28F27/00GK103486898SQ201310416323
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2013年9月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月13日
【發(fā)明者】王濤, 胡學(xué)功, 郭朝紅, 于東, 郭聰, 唐大偉 申請人:中國科學(xué)院工程熱物理研究所