CN102537589B - 用于集中供热的保养提效系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于集中供热的保养提效系统，包括无氧气体发生装置，所述无氧气体发生装置优选以空气为原料气制备氮气的氮气发生装置，其无氧气体出口通过所述无氧气体供气管道连接所述供热系统上的无氧气体进气口，所述供热系统内的无氧气体通道包括了所述供热系统内需要进行无氧气体保养的全部空间，其富氧气体出口通过富氧气体输出管道连接富氧气体储气装置，所述富氧气体储气装置设有富氧气体供气口，所述富氧气体供气口通过富氧气体供气管道连接所述供热系统的锅炉的进风口。本发明可以有效地减少供热系统管网设施在非采暖季的氧化腐蚀，并可有效地提高锅炉的燃烧效率，减低动力消耗，主要适应于各种规模的集中供热系统。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于集中供热的保养提效系统，主要适应于各种规模的集中供热系统，也适应于其他相关的场合。
背景技术
集中供热是现代化城市必不可缺的基础设施，也是城市公用事业的重要组成部分，供热系统包括用于燃烧产热的锅炉以及用于输送蒸汽或水的供热管网，所述供热管网通常包括与锅炉形成循环的一次管网和与采暖器或其他用热设备形成循环的二次管网，一次管网中的介质和二次管网中的介质在热交换器进行热交换，以便将热能传送至二次管网，根据各地区气候的变换，每年冬季前后为采暖季，由供热系统向用户供热，而在非采暖季则停止供热。
我国的集中供热事业已经有了较大的发展，不仅在设计、施工、运行管理等方面积累了丰富的经验，而且在设备、仪器仪表、材料等方面亦有了较大的进步。但是，现有的集中供热系统还存在着许多不足，如供热系统能耗高、效率低，缺少有效的保养使得管网设施（泛指构成介质循环通道的各种管道和设备等，下同）使用寿命短、运行维护量大，如何保养提效的问题突出。
由于缺少有效的保养和提效方法及相应的装置，通常在非供暖期，现有的集中供热系统的管网设施基本谈不上什么保养，往往是停止供暖后，整个管网设施留存的水由于管网设施泄漏点的存在会很快流净，造成空气快速充盈整个管网设施，这样在七八个月的非供暖期，整个管网设施的各管路内壁由于空气的氧化作用而产生较严重的氧化腐蚀，而且会逐年渐重，大大降低了集中供热系统管网设施的运行使用寿命；而在供暖期，现有的集中供热系统的各能耗设备、燃料，如风机、燃煤等，基本上是在各设备的额定效率及燃料的燃烧效率以下运行使用，供热热源的热效率较低，能耗较高。
发明内容
为克服现有技术的上述缺陷，本发明提供了一种用于集中供热的保养提效系统，采用这种系统可以有效地减少供热系统管网设施在非采暖季的氧化腐蚀，并可以有效地提高锅炉的燃烧效率，降低动力消耗。
本发明所采用的技术方案是：
一种用于集中供热的保养提效系统，包括无氧气体发生装置，所述无氧气体发生装置的无氧气体出口通过无氧气体供气管道连接供热系统。
所述供热系统通常可设有用于充入所述无氧气体的无氧气体进气口和用于排放所述无氧气体的无氧气体排气口，所述无氧气体发生装置的无氧气体出口通过所述无氧气体供气管道连接所述供热系统上的无氧气体进气口，所述无氧气体排气口连通大气环境，所述无氧气体进气口至所述无氧气体排气口的无氧气体通道包括了所述供热系统内需要进行无氧气体保养的全部空间。
所述无氧气体进气口的数量可以为一个或多个，所述无氧气体排气口的数量也可以为一个或多个。
通常，所述无氧气体排气口可以设有控制阀。
所述供热系统通常应设有用于输入所述无氧气体的无氧气体进气口和用于排放所述无氧气体的无氧气体排气口，所述无氧气体发生装置的无氧气体出口通过所述的无氧气体供气管道接入所述供热系统上的无氧气体进气口，所述无氧气体排气口通过无氧气体回气管道连接所述无氧气体发生装置的气体进口，所述无氧气体进气口至所述无氧气体排气口的气体通道（即所述供热系统内的无氧气体通道）通常应包括了所述供热系统内需要进行无氧气体保养的全部空间。
所述供热系统内的无氧气体的相对压力优选为0-700kPa，氧含量为优选0.01-5%。
所述无氧气体供气管道上通常可以设有气泵。
优选地，所述无氧气体发生装置可以为以空气为原料气制备氮气的氮气发生装置，其副产品为富氧气体，所述富氧气体可通过富氧气体输出管道连接富氧气体储气装置，所述富氧气体储气装置设有富氧气体供气口，所述富氧气体供气口通过富氧气体供气管道连接所述供热系统的锅炉的进风口。
所述富氧气体供气管道内的供气压力优选为0.1-5kPa，并以不影响所述锅炉内烟气流速的压力为最佳压力值，所述富氧气体的氧含量优选为30-50%，并以提高燃煤热效率较高的氧含量为最佳氧含量值；所述富氧气体的流量优选为1-15 Nm3/min，并以不影响所输送富氧气体的锅炉内烟气流速、且提高燃煤热效率较高的流量为最佳流量值。
所述无氧气体供气管道中的管道连接处和/或所述供热系统中涉及无氧气体保养的管道中的管道连接处设有密封圈，所述密封圈优选改性橡胶密封圈。
本发明的有益效果是：由于设置了无氧气体发生装置，并通过将无氧气体供气管道在非采暖季将无氧气体充入所述供热系统的管网设施中进行无氧气体保养，有效地避免了空气对管网设施的氧化腐蚀，可以明显地提高管网设施的使用寿命；由于可以采用以空气为原料的氮气发生装置制取所述的无氧气体，空气中的氮气含量高，制备成本低，可以有效地减少管网设施无氧气体保养的成本；由于可以采用开放式和循环式两种不同的保养方式，可以适宜于各种供热系统的实际情况；由于可以通过控制阀进行排放流量和管网内无氧气体压力的控制，选定适宜范围内的无压或正压，并且还可以根据实际需要采用间隙式的工作方式，可以在保证无氧气体保养效果的同时，尽可能地减少运行成本；由于可以将氮气发生装置产生的富氧气体送入储气装置，并通过储气装置在锅炉工作时以适当的压力和流量送入锅炉，由此可以有效地提高锅炉进风中的氧含量，有助于改善燃烧状态，提高燃烧效率，降低锅炉风机的动力消耗，进而节省能源、减少污染物排放，减低供暖成本。
经测算，本发明可提高管网设施运行使用寿命5-10年，减少运行维护量20-40%；降低锅炉风机的负荷15%以上，提高锅炉燃煤的燃烧效率10-20%。
附图说明
图1为本发明所述系统的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面，结合附图进一步说明本发明所述的保养提效系统及其工作方式。
在图1所示的实施例中，本发明在现有供热系统中增加无氧气体发生装置1，以空气为原料，将空气分离为以氮气为主的无氧气体及副产品富氧气体，并在非供暖期通过管道将无氧气体充入管网设施中进行无氧气体保养，而将富氧气体储存起来以备采暖季锅炉使用。
在非采暖季，无氧气体发生装置1产生的一定纯度和压力的无氧气体，通过无氧气体供气管道2灌充或补充到集中供热系统的热交换器5两端的一次管网或/和二次管网的供回水管路11或/和12中，包括用户建筑群6的所有供暖热用户13的供热管路中并保持一定的压力和流量。具体实施方式是：停止供暖后，集中供热系统管网设施的管路会存有一定量的水，由于集中供热系统的管网设施复杂庞大且距离远，难免有些管路有泄漏点，通常1-2天管路内的水就会漏完，这样管路内就会充满空气，潮湿的空气在七八个月漫长的非供暖期，会对管网设施的管路产生较严重的管内腐蚀且逐年渐重，严重影响了集中供热系统管网设施的运行效率和使用寿命；基于此，在停止供暖后，优选人为地将管网设施管路的存水放空，当然也可以不进行人为放空，然后，启动无氧气体发生装置1，所示实施例中的无氧气体发生装置1优选为空分制氮机，空分制氮机进入正常产氮（即可输送97%以上纯度的氮气）后，开始通过无氧气体供气管道2向一次管网或二次管网的供回水管路11或12灌充氮气，所充氮气压力优选为0-100kPa，并以保证环境空气不能进入所保养的管网设施管内所需的最小压力作为最佳压力值，通常情况下流量优选为0.1-0.5Nm3/min，并以保证24小时内将其所保养的管网设施的全部管路充满至所述的最佳压力值所需的流量为最佳流量值。上述过程实际是用输送的氮气逐渐将管网设施管路内的空气或空气加水（不放空时）进行置换的过程，最终管网设施管路内充满氮气，利用氮气几乎不和其它物质发生反应的特性，在漫长的非供暖期，对管网设施的所有管路进行有效的保养，解决了非供暖期管网设施各管路内的氧化腐蚀问题，大大提高了其运行使用寿命和效率。根据实际需要，所述无氧气体发生装置可以间隙式工作，以补充管网设施中因泄露而减少的无氧气体，使无氧气体的压力始终保持在一个适宜的范围内。
上述充氮气保养可采用开放式充氮保养或循环式充氮保养，开放式充氮保养是指：空分制氮机生产的氮气灌充或补充到集中供热系统的管网设施后，由安装在管网设施管路的适当位置的排放口进行适量排放，以保证灌充或补充的氮气能有效的置换管网设施管路内的气体，并维持保养所需的流量，所述排放口可以设置控制阀等用于控制和调节的装置；循环式充氮保养是指：空分制氮机生产的氮气灌充或补充到管网设施后，经安装在管网设施管路的适当位置的排放口，通过无氧气体回气管道3排放到空分制氮机的吸入口，其排放量为保证灌充或补充的氮气能有效的置换管网设施管路内的气体所需的保养维持流量；本实施例优选为循环式充氮保养，优点是：由于空分制氮机要分离的气体的氧含量越来越少，所充氮气的纯度会越来越高，可达99.5%以上，从而进一步提高保养效果；同时，空分制氮机的负荷也比较轻，可提高其产氮效率，延长其使用寿命。
在集中供热系统管网设施管路的适当位置，设有带信号传输或不带信号传输的氧含量检测器14或/和压力检测器15或/和流量检测器16，各种检测器可以根据管网结构进行各种灵活设置，其中氧含量检测器14实时检测管网设施管路内氮气的氧含量，压力检测器15实时检测管网设施管路内氮气的压力，流量检测器16实时检测管网设施管路内氮气的流量；以上数据均可远传到控制系统以便实时监控，并设有异常报警功能，保证了充氮保养的安全有效，并可以依据这些信号通过控制柜或其他形式的控制装置对所述无氧气体发生装置的工作状态进行控制。
对管网设施管路内灌充或补充的氮气压力实时有效的检测监控尤为重要，控制氮气压力的原则是：灌充或补充的氮气压力为能保证环境空气不能进入所保养的管网设施管内所需的最小压力即微正压如5-10kPa，当压力检测器15检测的压力小于或大于此值时，上述空分制氮机根据所传数据会自动补充或减少充氮量以满足其压力。
在供暖期，先将集中供热系统管网设施管路中的无氧气体排空，然后再对其注水以便进行供暖。供暖时（即集中供热锅炉房7的供热锅炉8运行时），无氧气体发生装置1优选为空分制氮机，生产的副产品即富氧气体在富氧气体储气装置4（例如储气罐）中保压储存，并通过富氧气体供气管道10向集中供热锅炉房7内的供热锅炉8的炉内燃烧系统或/和供热锅炉风机9的送风口（优选）输送一定量的富氧气体以达到高效助燃，降低锅炉风机负荷，提高燃料燃烧效率的目的。根据实际需要，可以将非采暖季制备的富氧气体储存起来用于锅炉，也可以在采暖季启动无氧气体发生装置1以制备用于锅炉的富氧气体。
综合考虑成本和设备条件以及锅炉的实际需要特点，可选择所述富氧气体的压力小于100kPa，富氧气体的氧含量为25%-65%，富氧气体的流量小于60Nm3/min。
上述富氧气体的压力优选为0.1-5kPa，并以不影响所输送富氧气体的锅炉内烟气流速的压力为最佳压力值；富氧气体的氧含量优选为30%-50%，并以提高燃煤热效率较高的氧含量为最佳氧含量值；富氧气体的流量优选为1-15 Nm3/min，并以不影响所输送富氧气体的锅炉内烟气流速，且提高燃煤热效率较高的流量为最佳流量值；并根据供热锅炉8的运行工况适时适量的输送富氧气体。
对于上述各种管道和其他设施的管道连接处，通常采用橡胶密封圈进行密封，所述橡胶密封圈优选改性橡胶密封圈。为提高密封效果，本发明还同时提供了一种可用作所述改性橡胶密封圈的合成橡胶，其配方和制备方法为：
原料：
异丁烯100kg，纯度要求：正丁烯含量低于0.5%；
异戊二烯3kg，纯度应高于98%；
非极性溶剂：
正己烷，300-1500Kg，纯度应高于95%；
引发剂：
溴化锌1.5kg+三氯化铝0.85kg溶于6kg丙二醇丁醚中；
催化抑制剂：
硬脂酸0.5kg+硬脂酸钙0.4kg+高岭土0.6kg+硅藻土0.3kg+聚乙二醇0.25kg溶（混）于0.25kg水中；
其中，硬脂酸、硬脂酸钙、高岭土和硅藻土均为纳米级粉；
聚合温度：-30℃；
制备方式：
首先将异丁烯和异戊二烯共同制成正己烷溶液，在-30℃、惰性气体保护环境下加入配制好的引发剂溶液混合4-5分钟后，立即在持续混合状态下连续加入催化抑制剂至反应结束，催化抑制剂的加入速率优选根据反应过程逐渐降低，全部反应时间通常可以为0.8～1小时。
以上述合成橡胶制备的密封圈，适应于供暖系统的管道条件，同常见的市售密封圈相比，具有良好的密封性能和抗老化性能，不仅使用寿命长，还可以有效地减少供暖系统涉及的气水（汽）的泄露，有利于减少供暖系统的补水量、能耗和无氧气体保养的成本。
以上所述仅为本发明的一个优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于集中供热的保养提效系统，包括无氧气体发生装置，其特征在于所述无氧气体发生装置的无氧气体出口通过无氧气体供气管道连接供热系统，所述无氧气体供气管道上设有气泵，所述供热系统设有用于输入所述无氧气体的无氧气体进气口和用于排放所述无氧气体的无氧气体排气口，所述无氧气体发生装置的无氧气体出口通过所述的无氧气体供气管道接入所述供热系统上的无氧气体进气口，所述无氧气体排气口通过无氧气体回气管道连接所述无氧气体发生装置的气体进口，所述无氧气体进气口至所述无氧气体排气口的气体通道包括了所述供热系统内需要进行无氧气体保养的全部空间，所述无氧空气为氮气，用输送的氮气逐渐将管网设施管路内的空气或空气加水进行置换，最终管网设施管路内充满氮气，所述无氧气体供气管道中的管道连接处和/或所述供热系统中涉及无氧气体保养的管道中的管道连接处设有密封圈，所述密封圈改性橡胶密封圈，用作所述改性橡胶密封圈的合成橡胶的配方和制备方法为：
原料：
异丁烯100kg，纯度要求：正丁烯含量低于0.5%；
异戊二烯3kg，纯度应高于98%；
非极性溶剂：
正己烷，300-1500Kg，纯度应高于95%；
引发剂：
溴化锌1.5kg+三氯化铝0.85kg溶于6kg丙二醇丁醚中；
催化抑制剂：
硬脂酸0.5kg+硬脂酸钙0.4kg+高岭土0.6kg+硅藻土0.3kg+聚乙二醇0.25kg溶于或混于0.25kg水中；
其中，硬脂酸、硬脂酸钙、高岭土和硅藻土均为纳米级粉；
聚合温度：-30℃；
制备方式：
首先将异丁烯和异戊二烯共同制成正己烷溶液，在-30℃、惰性气体保护环境下加入配制好的引发剂溶液混合4-5分钟后，立即在持续混合状态下连续加入催化抑制剂至反应结束，催化抑制剂的加入速率根据反应过程逐渐降低，全部反应时间为0.8～1小时。
2.如权利要求1所述的用于集中供热的保养提效系统，其特征在于所述无氧气体排气口连通大气环境，所述无氧气体进气口至所述无氧气体排气口的无氧气体通道包括了所述供热系统内需要进行无氧气体保养的全部空间。
3.如权利要求2所述的用于集中供热的保养提效系统，其特征在于所述无氧气体进气口和所述无氧气体排气口的数量分别为一个或多个。
4.如权利要求3所述的用于集中供热的保养提效系统，其特征在于所述无氧气体排气口设有控制阀。
5.如权利要求1、2、3或4所述的用于集中供热的保养提效系统，其特征在于所述供热系统内的无氧气体的相对压力为0-700kPa，氧含量为0.01-5%。
6.如权利要求5所述的用于集中供热的保养提效系统，其特征在于所述无氧气体发生装置为以空气为原料气制备氮气的氮气发生装置，其副产品为富氧气体，所述富氧气体通过富氧气体输出管道连接富氧气体储气装置，所述富氧气体储气装置设有富氧气体供气口，所述富氧气体供气口通过富氧气体供气管道连接所述供热系统的锅炉的进风口。
7.如权利要求6所述的用于集中供热的保养提效系统，其特征在于所述富氧气体供气管道内的供气压力为0.1-5kPa，并以不影响所述锅炉内烟气流速的压力为最佳压力值，所述富氧气体的氧含量为30-50%，并以提高燃煤热效率较高的氧含量为最佳氧含量值；所述富氧气体的流量为1-15 Nm3/min，并以不影响所输送富氧气体的锅炉内烟气流速、且提高燃煤热效率较高的流量为最佳流量值。
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