CN102287868A - 移动利用余热蒸汽的方法及供应蒸汽、热水的移动蓄热车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动利用余热蒸汽的方法及供应蒸汽、热水的移动蓄热车：余热蒸汽输入移动蓄热车，热源旁设置临时存储蒸汽蓄热器，收集移动蓄热车不在时产生的蒸汽，并且由移动蓄热车移走；用户端设置用户端蒸汽蓄热器，移动蒸汽蓄热器的蒸汽供入用户端蒸汽蓄热器。移动蓄热车除可以供应蒸汽外，还可以通过内置的盘管换热器供应不同温度的热水，克服了热水移动供热车只能单一供应热水的不足。采用移动利用余热蒸汽供应蒸汽、热水的方法，改变了传统的管道供蒸汽方式，可以对供热系统削峰填谷，利用余热资源节能，进而减少了相应的粉尘、有害气体等污染排放，实现了节能减排。

Description

移动利用余热蒸汽的方法及供应蒸汽、热水的移动蓄热车

 

技术领域

本发明涉及一种利用余热的方法及移动蓄热车，尤其是移动利用余热蒸汽的方法及供应蒸汽、热水的移动蓄热车，属于节能和移动供热领域。

 

背景技术

在工业生产中，有许多废热、余热由于各种原因未能利用而被白白地浪费掉，同时又有许多用户依靠自备燃油燃气锅炉等来生产热能，从而造成了热能浪费和优质能源消耗双重能源损失，并且产生了大量的环境污染。如一些工厂工艺需要建设余热锅炉，但由于没有使用蒸汽环节，大量的蒸汽白白放空，周围也没有能够使用蒸汽单位，为这些余热蒸汽寻找出路就成为工厂增加效益的迫切要求；或者一些供热热源厂、热电厂在冬季供热负荷大，尖峰时间甚至需求大于供应能力，但在夏季供热需求不足，锅炉只能降负荷运行，而低负荷时锅炉热效率大大降低，如果夏季富余生产能力生产的蒸汽能够利用，则锅炉能够运行在热效率较高区间，生产成本可以降低，同时可以增产可增加新的效益。而在需求大于供应能力的高峰时间，如果能够有临时的蒸汽源进行补充，则不必建设新的热源锅炉（可能由于土地原因不能建设），可以大幅度减少建设投资；故如何满足冬季高峰负荷缺口和利用夏季富余的蒸汽增加效益对其也是一道难题。如果能够把其他地方的蒸汽如余热蒸汽不用管道运输过来，补充满足冬季高峰负荷缺口，把夏季生产的富余蒸汽移走利用，显然是解决以上问题的可行思路。

众所周知，能源的输送一般有二种方法，一种是运送燃料，它靠传统的运输工具如汽车、火车、轮船等输送，第二种是通过管网输送热能的区域化集中供热，而作为第三种能源输送的模式——移动蓄能供热在近几年悄然兴起。所谓移动蓄能供热是指利用蓄热材料和装置进行热能的吸收、存储和释放，达到能源储存、运输和合理使用的目的。当前具体的使用实践是，利用相变蓄热模块，置于货柜汽车中，做成移动式热能回收及储运装置，即俗称的“移动热站”，将热电厂、炼钢厂、化工厂等一切能提供排空废热的热源，通过装有该材料的移动热站将热源运送给用户，从而实现了热能的无管网远程输送。该类技术和相应产品已经在一定区域获得使用和推广，如深圳南海酒店与能源管理公司合作，进行移动供热取代酒店锅炉供热改造，取得良好效果，一年可减少燃烧柴油474吨。中国专利公开号CN 1854614A，公开日2005年11月1日，发明名称为移动式供热站，该申请公开了一种移动供应热水的供热站，利用车载的相变蓄热模棒把热源的热量蓄积储存，通过换热盘管在用户端把热量交换给冷水，从而供应用户热水。但是该类移动热站只能供应90℃以下低温卫生热水，不能供应蒸汽，不能满足像医院等单位需要使用高温蒸汽（消毒）的需求。

使用蒸汽的用户一般都是通过购置锅炉自行生产蒸汽，由于环保的日益严格，要求必须使用洁净能源如电、天然气等，导致生产蒸汽成本较高，假如能够使用低成本的余热蒸汽，显然是降低成本的一个有效方法。如果有能够储存余热蒸汽的移动供热装置来提供蒸汽和高温（100°以上）、低温热水，将可以进一步满足像医院等需要蒸汽用户，同时可以补充满足供热热源厂、热电厂冬季高峰负荷缺口，为夏季富余蒸汽的利用消化进而增加效益提供一个好的途径。

发明内容

解决的技术问题

本发明旨在解决的技术问题是如何把余热蒸汽或者富余蒸汽移走利用起来，与用户有机连接，可以同时供应蒸汽和热水给用户。本发明提供了一种移动利用余热蒸汽的方法及可同时供应蒸汽、热水的移动蓄热车，克服了热水移动供热车只能单一供应热水的不足，采用移动式供应蒸汽和热水，架起了余热蒸汽和富余蒸汽资源回收利用满足蒸汽用热的桥梁，改变了传统的管道供热方式，实现了对供热系统的削峰填谷，达到了利用余热资源节能的目的，进而减少了相应的粉尘、有害气体等污染排放。

技术方案

本发明采用的技术方案为，把蒸汽蓄热器装载于载重汽车上，使之成为可以移动的蒸汽蓄热车，对中高温余热蒸汽、富余蒸汽，接入管道把蒸汽的热能蓄入移动蓄热车，在移动蓄热车离开期间，生产蒸汽则由锅炉现场的临时蒸汽蓄热器存储，在蒸汽用户使用现场设置用户端蒸汽蓄热器，移动蓄热车将蒸汽输入用户端蒸汽蓄热器，该用户端蓄热器替代用户原锅炉为用户持续供应蒸汽或者热水；对不需蒸汽仅需要热水单位，则通过移动蓄热车内置的换热器直接输出热水，输入用户保温水箱，输出热水的温度可以根据需要调整。用户端的蒸汽蓄热器一般一个单位设置一个，或者根据需要设置多个蒸汽蓄热器，换言之，移动蓄热车可以一车或多车为多个用户的蒸汽蓄热器或者保温水箱供应蒸汽或者热水。

利用本发明可以获得以下有益效果：

1、余热或者富余蒸汽单位，可以通过移动蒸汽蓄热系统把蒸汽销售出去，使蒸汽生产单位增加效益，蒸汽用户可以低成本地获得蒸汽和热水，同时减少了设备投资和运行费用；

2、开拓了一个新的供热模式——移动蒸汽供热，克服了热水移动供热车只能单一供应热水的不足，满足了更多客户的需求；

3、减少了余热或者富余蒸汽单位的热污染，减少了用能单位的能源生产污染，实现了双重节能减排。

 

附图说明

附图1是移动利用工业余热蒸汽的方法流程图

附图2是移动利用工业余热蒸汽的方法所用移动蓄热车的结构示意图

附图3是移动蓄热车内蓄热器内件示意图

图中标注：1.压力传感器  2.进汽单向阀  3.出汽单向阀  4.气动阀门  5.蒸汽流量计  6.进出蒸汽总阀门  7.盘管换热器  8.冷水入口阀门  9.变频调速循环泵  10.进水、排污阀  11.热水出口阀门  12.蓄热器内部件  13.蒸汽喷头  14.差压变送器  15.载重汽车  16.罐体。

具体实施方式

首先对本发明所依据的储蓄蒸汽原理进行详细说明。

实现储蓄蒸汽的独立装置现在常用的有两种：即变压式蓄汽器和变压式蒸汽蓄热器。

变压式蓄汽器俗称储汽包或干汽包，属干式定容变压式蓄热器，一般为外壁包有保温层的钢制圆柱形压力容器，它直接储蓄蒸汽。在容器蓄存或释放蒸汽时容器内压力随之升高或降低。它的特点是结构简单，能储存过热蒸汽。因为蒸汽的比容大，如果需要储蓄的蒸汽量很多时，就需要体积非常庞大的压力容器。

变压式蒸汽蓄热器简称蒸汽蓄热器，是湿式定容变压式蓄热器，它与上述干汽包的蓄热原理和结构均不相同。它以水为载热体，蓄存蒸汽的热能于高压饱和水中，然后利用饱和水降压后发生闪蒸(或称自蒸发)的原理再产生蒸汽，在相同容积下，它的蓄热量数十倍(或近百倍)于干汽包。

蒸汽蓄热器的工作原理是在压力容器中贮存水，将蒸汽通入水中加热水，即传输热能于水，使容器内水的温度和压力升高，形成具有一定压力的饱和水；然后在容器内压力下降的条件下，饱和水成为过热水，立即沸腾而自蒸发，产生蒸汽。这是以水为载热体间接储蓄蒸汽的蓄热装置。容器中的水既是蒸汽和水进行热交换的传热介质，又是蓄存热能的载热体。

常见的卧式蒸汽蓄热器的外形是钢制圆柱形压力容器，外壁敷有保温层。结构是容器内部装有充蒸汽的分配总管和支管，支管末端装有蒸汽喷头，喷头外围装有水流循环筒(或称换流管)，容器壁上有蒸汽入口和出口、出水口、进水口，其底部有排水口和定位支座。此外，装有压力计、水位计等检测控制仪表，并可根据不同工程的要求，装设蒸汽流量计、远传式压力计等。

一般采用卧式的蒸汽蓄热器较多，也有立式的，均可安装在室外，通常装在蒸汽源的附近。

在一定压力下，1kg蒸汽的焓值比相同压力下1kg饱和水的焓值大，但水的比重远远大于蒸汽的比重，因此在相同容积下水的含热量显著地大于蒸汽的含热量。例如，在0.49MPa(5kgf/cm2)绝对压力下：

饱和蒸汽的焓值为2.75×106J/kg，密度为2.82kg/m3；

饱和水的焓值为0.64×106J/kg，密度为917.43 kg/m3；

因此，1m3饱和蒸汽的含热量为2.75×106×2.62=7.2×106 J；

1m3饱和水的含热量为0.64×106×917.43=584.4×106 J；

即等容积的饱和水和蒸汽的含热比为584.4/7.2=81.2，亦即饱和水的含热量约为蒸汽的八十一倍多。因此，湿式蒸汽蓄热器并不以蒸汽的形态蓄存，而用蒸汽将水加热后以热水形态蓄热。其优点是贮存相同的热量时，与干汽包相比较，容器的容积大为减小，但它放热时的供汽压力低于原充热蒸汽的压力。

变压式蒸汽蓄热器在运行时容器内贮有约占总容积80～90%的热水，水面以上为蒸汽空间。在供汽锅炉按一定的蒸发量稳定地运行中，如用汽负荷小于锅炉蒸发量时，多余的蒸汽(饱和的或过热的)便经充热蒸汽入口止回阀、截止阀而进入蒸汽蓄热器中的蒸汽分配总管和支管，最后通过蒸汽喷嘴而向上扩散在水中并凝结为水，同时释放出热量以加热水，这是伴随着相变的混合式热交换过程，也是传热和传质的热力过程。这时，容器内的压力和水温均升高，水位由于流入的蒸汽凝结为水而升高，水的焓值提高到与容器内压力相对应的饱和水焓值，这就是蓄热器的充热过程。放热时的供汽压力低于原充热蒸汽的压力：饱和水降压自蒸发即还原出蒸汽。

其次必须明确要求蒸汽蓄热器产生的作用。大致可分为四类：

(1)、在保证热用户用汽的压力和干度的条件下，平衡汽源供汽量和波动的用汽负荷，使锅炉能连续地稳定地燃烧。

(2)、配合小容量锅炉蓄积大量蒸汽，以保证瞬间大量用汽的需要。

(3)、使间断供汽的汽源转变为能连续供汽的汽源。

(4)、用以随时蓄存多余的蒸汽备用或蓄存定量的蒸汽供紧急使用。

例如英国某钢铁厂，装有转炉顶吹炼钢炉的烟气余热的废热锅炉，因转炉工作是周期性的，仅在持续10～30min的鼓风时期有废热，间隔30～60min或更多一些时间无废热可利用，这就使废热锅炉间歇地产汽，造成这种蒸汽利用上的困难。由于采用蓄热器，基本上可达到完全的平衡。采用的蒸汽蓄热器的尺寸为直径2.5m，长12m，压降范围为1.8～0.5MPa。在转炉不产生废热时候，蓄热器释放出蒸汽预热锅炉给水，使它从50℃升到140℃，并供汽给其它低压用户。在废热锅炉产汽高峰时，蒸汽以最高充热速率对蓄热器充热。

该厂装用蓄热器后的主要经济效益是充分利用了废热锅炉在产汽高峰时期的蒸汽。蓄热器在转炉每一炉的生产周期中蓄存了5000kg蒸汽，如无蓄热器时这些蒸汽就要放空。

以上对变压式蒸汽蓄热器的原理和应用做了详细阐述，蒸汽蓄热器用于蒸汽的固定存储已经得到广泛成熟应用，但移动存储蒸汽，分散供应应用还未见报道。

随着经济的发展，大量的流体物质需要运输，如液化石油气通过槽罐车运输，移动式压力容器槽罐车也得到了快速发展，已经有适应不同压力和温度的槽罐车，压力容器领域的移动式槽罐车技术已经成熟。如果把变压式蒸汽蓄热器装在货车上，蒸汽不就可以移动利用了吗，换言之，把变压式蒸汽蓄热器和移动式压力容器槽罐车嫁接到一起，不就可以实现蒸汽的移动存储和运输，实现蒸汽的移动利用了吗？通过检索，发现类似的产品和应用目前仍然是空白，经过论证和设计，认为此思路是可行的，辅以其他必要措施，完全可以实现移动利用工业余热蒸汽进行供热供蒸汽。

下面结合附图对本发明的实施例进行说明：

参考附图1,本发明专利的实施步骤为：

（1）对中高温余热、废热通过余热锅炉产生蒸汽，或者一些锅炉生产系统产生的富余蒸汽，通过管道连接输入到移动蓄热车。

（2）在移动蓄热车离开期间，生产的富余蒸汽则由锅炉现场的临时蒸汽蓄热器存储，临时存储蒸汽蓄热器中存储的蒸汽也由移动蓄热车移走，移动蓄热车设置多辆，数量可根据余热蒸汽产生量和客户需求量确定，临时存储蒸汽蓄热器容量与数量与移动蓄热车数量和蓄热间隔时间相匹配。

（3）在蒸汽用户使用现场设置用户端蒸汽蓄热器，移动蓄热车将存储的蒸汽输入用户端蒸汽蓄热器，该用户端蓄热器为用户持续供应蒸汽或者热水；对不需要蒸汽仅需要热水的单位，则可通过移动蓄热车内置的盘管换热器生产热水，输入用户保温水箱，输出热水的温度可以根据用户的需要进行调节。用户端蒸汽蓄热器一般一个单位设置一个，也可根据用户的需要设置多个用户端蒸汽蓄热器。

实现上述方法的移动蓄热车其结构如附图2、图3所示：

移动蓄热车包括一个卧式蒸汽蓄热器罐体16和一辆载重汽车15，卧式蒸汽蓄热器罐体16通过汽车缓冲、减震以及承重梁与汽车载重轮相连接的。当有富余蒸汽或余热锅炉蒸汽时，移动蓄热车到达现场进行蓄热，蓄蒸汽和供蒸汽或热水的过程为：首先把富余蒸汽管道接入移动蓄热车进出蒸汽管道，然后打开气动阀门4再打开进出汽总阀门6，让锅炉蒸汽进入蓄热器罐体16，在进汽单向阀3的作用下防止蒸汽从出汽口进入。蓄汽完毕，关闭所有阀门。锅炉旁设置的临时蒸汽蓄热器也通过同样方式给移动蓄热车供汽。移动蓄热车可以给用户端蒸汽蓄热器提供蒸汽或者直接给用户供蒸汽和热水。在供蒸汽时，移动蓄热车进出蒸汽管道和用户进汽管道相连接，然后打开进出汽总阀门6和用户进汽管道阀门，根据现场用户压力需求调节供汽量和放出蒸汽压力，通过蒸汽流量计5控制蒸汽供给量，从而完成向用户提供蒸汽，其中进汽单向阀2防止罐体16内的水流出。完成供汽后，关闭所有阀门。供给热水时，将进水管道接入罐体16的进水口，出水口接入水箱，打开进水口阀门8和出水口阀门11，使水通过内置盘管换热器7与罐体16内热水换热，通过设置在入水管道上的变频调速泵9调节出水温度，满足用户用水温度要求，在出水管道上的流量计控制热水流量，完成供水后关闭所有阀门。移动蓄热车释放完蒸汽进行下一次蓄热。进水、排污阀10控制罐体16内水位和清洁度。

本发明型专利实施例：一年产120Kt的硫酸厂，硫酸厂的余热锅炉每小时生产出的余热参数为：产汽率15000kg/h，压力：3.82Mpa，温度：450℃，在余热锅炉旁设置一个容积为600m3的球式蓄热器。同时配备了5台容积为45m3-90 m3的卧式移动蓄热车，在余热锅炉工作期间，移动蓄热车进入硫酸厂，余热锅炉产生的蒸汽输入到移动蓄热车，输入蒸汽的参数为压力：3.82Mpa，温度：450℃，当移动蓄热车内的压力为2.85Mpa时，进汽阀门关闭蓄汽过程结束，在移动蓄热车离开期间，余热锅炉产生的蒸汽输入球式蓄热器，球式蓄热器的蒸汽也由移动蓄热车移走。装载蒸汽的移动蓄热车进入需要蒸汽的建材蒸压砌块厂、某合成氨厂和某军队医院，在建材蒸压砌块厂和某合成氨厂分别设置了一台100m3容积的卧式蓄热器，在军队医院设置了一台50m3容积的卧式蓄热器，蒸汽蓄热车以1.8Mpa的压力将蒸汽输入建材蒸压砌块厂和某合成氨厂的卧式蓄热器，当其卧式蓄热器的压力为1.6Mpa，停止输蒸汽，卧式蓄热器为建材蒸压砌块厂提供1.0Mpa的蒸汽；移动蓄热器为军队医院卧式蓄热器供应0.6Mpa蒸汽，医院利用汽水换热器生产卫生热水。

通过本专利方法及装置的使用，架起了余热蒸汽和富余蒸汽资源回收利用满足蒸汽用热的桥梁，改变了传统的管道供蒸汽方式，可以对供热系统削峰填谷。

Claims (11)

1.一种移动利用余热蒸汽的方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

富余蒸汽或余热经余热锅炉产生的蒸汽输入移动蓄热车；

锅炉旁设置的临时存储蒸汽蓄热器用以收集移动蓄热车不在时产生的蒸汽，该部分蒸汽也由移动蓄热车移走；

在用户端设置蒸汽蓄热器，移动蓄热车供给用户端蒸汽蓄热器蒸汽或直接供给用户不同压力的蒸汽或不同品位温度的热水；

用户端蒸汽蓄热器根据需要向用户供应不同压力的蒸汽或不同品位温度的热水。

2.如权利要求1所述的移动利用余热蒸汽的方法，其特征在于：临时存储蒸汽蓄热器需能存储5小时以上的热源蒸汽，在热源蒸汽产生量超过5T/h时，优选用球式蒸汽蓄热器。

3.如权利要求1所述的移动利用余热蒸汽的方法，其特征在于：临时存储蒸汽蓄热器内的蒸汽输入移动蓄热车，移动蒸汽蓄热器内的压力等级低于临时存储蒸汽蓄热器内的压力等级，再由移动蓄热车输入用户端蒸汽蓄热器内，用户端蒸汽蓄热器内的压力等级低于移动蒸汽蓄热器内的压力等级。

4.如权利要求1所述的移动利用余热蒸汽的方法，其特征在于：移动蓄热车可以根据用户需要提供不同压力的蒸汽或不同品位温度的热水。

5.如权利要求1所述的移动利用余热蒸汽的方法，其特征在于：用户端蒸汽蓄热器可以根据用户需要提供不同压力蒸汽或不同品位温度的热水。

6.如权利要求4或5所述的移动利用余热蒸汽的方法，其特征在于：不同压力指蒸汽压力在0.6—3.82Mpa范围内。

7.如权利要求1所述的可供应蒸汽、热水的移动蓄热车，其特征在于：移动蓄热车是由一卧式蒸汽蓄热器装载于载重汽车上，卧式蒸汽蓄热器内设置有盘管换热器。

8.如权利要求7所述的可供应蒸汽、热水的移动蓄热车，其特征在于：卧式蒸汽蓄热器是通过汽车缓冲、减震以及承重梁与汽车载重轮相连接的。

9.如权利要求7所述的可供应蒸汽、热水的移动蓄热车，其特征在于：水的进出口位置在罐体中下部，进口处设置串联变频调速泵，通过调节流速来调节水温，以输出不同温度热水。

10.如权利要求7所述的可供应蒸汽、热水的移动蓄热车，其特征在于：罐体内安装有盘管换热器。

11.如权利要求7所述的可供应蒸汽、热水的移动蓄热车，其特征在于：蒸汽进、出管道均设置有单向阀，进、出汽管道在罐体尾部外合为一体，并由总阀门控制。

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