CN102901086B - 一种内干燥蒸汽三效换热系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种内干燥蒸汽三效换热系统，水浴式饱和蒸汽发生器的液相空间中设有分流器，汽相空间设有蒸汽干燥换热器，过热蒸汽通过压力控制阀依次进入蒸汽干燥换热器和分流器，湿饱和蒸汽向上溢出经蒸汽干燥换热器加热成为干饱和蒸汽，干饱和蒸汽进入主蒸汽换热器对物料第三次加热后成为高温冷凝水，高温冷凝水的闪蒸汽在闪蒸汽换热器中对物料进行第二次加热，闪蒸汽冷凝后进入冷凝水换热器，在冷凝水换热器中冷凝水继续释放显热对物料进行第一次加热，降温后的冷凝水进入集水罐，再由补水泵泵入饱和蒸汽发生器中，PLC控制器根据物料出口温度调节压力控制阀的开度。该系统实现了蒸汽热能的梯级利用，确保蒸汽热能吃干榨尽，提高能效。

Description

一种内干燥蒸汽三效换热系统

技术领域

本发明涉及一种蒸汽换热系统，特别涉及一种内干燥蒸汽三效换热系统。

背景技术

间接换热时，饱和蒸汽换热效率高于过热蒸汽，且过热度越高，换热效率越低。当只有过热蒸汽来源时，则需对过热蒸汽进行减温，降低过热度。一般采用蒸汽减温器如喷雾式减温器、表面式减温器等，减温后过热度越低，蒸汽带水越严重，蒸汽品质越差。若需要将蒸汽温度降至所需用汽压力对应的饱和温度，则通常要使用水浴式饱和蒸汽发生器，又称为水浴式蒸汽减温器。

水浴式饱和蒸汽发生器的筒体下部为液相空间，筒体上部为汽相空间，汽相空间的顶壁上设有水浴式饱和蒸汽发生器排汽阀，液相空间中设有分流器，过热蒸汽管伸入水浴式饱和蒸汽发生器中与分流器连接，水浴式饱和蒸汽发生器的侧壁安装有水位计及溢流阀，顶壁上安装有压力探头，补水泵的出口与水浴式饱和蒸汽发生器的底部相连，且根据水位计的水位控制信号向水浴式饱和蒸汽发生器中补充适量的冷凝水。过热蒸汽管上安装有压力表及压力控制阀，压力探头测得的饱和蒸汽压力信号提供给PLC控制器，PLC控制器控制压力控制阀的开度。过热蒸汽从分流器流出，经与液相空间的水换热降温成为湿饱和蒸汽向上溢出，从顶壁的水浴式饱和蒸汽发生器排汽阀流出。现有水浴式饱和蒸汽发生器的不足之处在于：饱和蒸汽中的含水率较高，蒸汽品质差。

经蒸汽换热器换热后，蒸汽释放潜热，并冷凝成相同压力下的高温冷凝水，高温冷凝水经疏水阀排入冷凝水管。高温冷凝水进入冷凝水管后，沿程不断压降，部分高温冷凝水闪蒸为蒸汽，体积膨胀1000余倍，流速增加约10倍，极易形成汽阻；汽阻后疏水阀的背压增加，疏水阀两端压差降低，疏水排量下降，导致换热器中产生的冷凝水不能及时排除，换热器效率下降，物料温度不能达到工艺要求，从而影响正常生产。为保证生产，往往需要开启与疏水阀并联的截止阀进行直排，截止阀泄漏的蒸汽压力抵消了汽阻阻力；虽保证了生产，但蒸汽利用率降低，单位产品蒸汽消耗增加。因此现有的换热系统换热效率及能效较低。

发明内容

本发明的目的在于，克服现有技术中存在的问题，提供一种内干燥蒸汽三效换热系统，能降低饱和蒸汽中的含水率，充分利用蒸汽的潜热和冷凝水的显热。

为解决以上技术问题，本发明的一种内干燥蒸汽三效换热系统，包括水浴式饱和蒸汽发生器及补水泵，所述水浴式饱和蒸汽发生器的筒体下部为液相空间，筒体上部为汽相空间，所述汽相空间的顶壁上设有排汽阀，所述液相空间中设有分流器，所述补水泵的出口与所述水浴式饱和蒸汽发生器的底部接口相连，过热蒸汽管上安装有受控于PLC控制器的压力控制阀，所述水浴式饱和蒸汽发生器的汽相空间中设有蒸汽干燥换热器，所述蒸汽干燥换热器的进口与所述压力控制阀的出口连接，所述蒸汽干燥换热器的出口与所述分流器连接，所述水浴式饱和蒸汽发生器的排汽阀的出口与主蒸汽换热器的蒸汽入口连接，主蒸汽换热器的冷凝水出口设有疏水阀且疏水阀的出口与闪蒸罐的冷凝水进口连接，闪蒸罐的冷凝水出口与冷凝水换热器的冷凝水进口连接，冷凝水换热器的冷凝水出口与集水罐的进口连接，集水罐的出口与所述补水泵的入口连接；所述闪蒸罐的顶部安装有定压溢流阀且定压溢流阀的出口与闪蒸汽换热器的蒸汽进口连接，闪蒸汽换热器的冷凝水出口连接有疏水阀且疏水阀的出口与冷凝水换热器的冷凝水进口连接；物料入口管与所述冷凝水换热器的物料进口连接，冷凝水换热器的物料出口与所述闪蒸汽换热器的物料进口连接，闪蒸汽换热器的物料出口与所述主蒸汽换热器的物料入口连接，主蒸汽换热器的物料出口接物料出口管；所述物料出口管上安装有第一温度传感器，所述主蒸汽换热器疏水阀的出口安装有第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器的信号线分别接入所述PLC控制器的信号输入端，所述PLC控制器的控制信号线接入所述压力控制阀。

相对于现有技术，本发明取得了以下有益效果：过热蒸汽通过压力控制阀进入水浴式饱和蒸汽发生器，先经过蒸汽干燥换热器再进入分流器，从分流器出来的蒸汽经与液相空间的水换热降温后成为湿饱和蒸汽向上溢出，此时饱和蒸汽的含水率较高，流经蒸汽干燥换热器时过热蒸汽对饱和蒸汽进行间接加热，使湿饱和蒸汽中的液态水蒸发为蒸汽，成为干饱和蒸汽。干饱和蒸汽进入主蒸汽换热器对物料进行第三次间接加热，释放潜热后成为高温冷凝水，从主蒸汽换热器流出的高温冷凝水由疏水阀排出。高温冷凝水送入闪蒸罐中扩压闪蒸为压力较低的闪蒸蒸汽，闪蒸蒸汽的压力由闪蒸罐顶部的定压溢流阀设定；闪蒸蒸汽进入闪蒸汽换热器中释放潜热并对物料进行第二次间接加热，释放潜热后的闪蒸蒸汽冷凝为低温冷凝水。由闪蒸汽换热器疏水阀排出的低温冷凝水及闪蒸罐排出的低温冷凝水进入冷凝水换热器，在冷凝水换热器中冷凝水继续释放显热对物料进行第一次间接预热，进一步降温后的冷凝水进入集水罐，再由补水泵泵入水浴式饱和蒸汽发生器中。第一温度传感器探测物料出口管中物料的温度并提供给PLC控制器，PLC控制器根据物料出口温度调节压力控制阀的开度，从而控制水浴式饱和蒸汽发生器的供汽压力。第二温度传感器通过探测冷凝水水温可以感知主蒸汽换热器疏水阀的工作状态，PLC控制器将第二温度传感器探测的温度与设定的最高温度和最低温度进行比较：若疏水阀后冷凝水温度介于PLC控制器设定的最高温度和最低温度之间，则疏水阀工作正常；若疏水阀后冷凝水温度高于PLC控制器设定的最高温度，则疏水阀泄漏，系统报警，以便提示操作人员及时维护；若疏水阀后冷凝水温度低于PLC控制器设定的最低温度，则疏水阀已堵塞，系统亦报警，以便提示操作人员及时排除故障，避免影响生产。物料首先进入冷凝水换热器，与低温冷凝水进行第一次换热，低温冷凝水虽然传热系数比蒸汽低，但此时物料的温度最低，两者之间的温差比较大，具有较好的换热效果；预热后的物料再进入闪蒸汽换热器进行第二次换热，虽然物料的温度比刚进入时得以升高，但闪蒸蒸汽的传热系数比低温冷凝水高且潜热很大，物料与闪蒸蒸汽之间仍具有较好的换热效果；最后物料进入主蒸汽换热器进行第三次换热，此时物料已经过两次加热，温度较高，但与之换热的是温度最高的干饱和蒸汽且传热系数最大，继续保持了很好的换热效果，这种逆流换热的方式总体保持了很高的换热效率，而且实现了蒸汽热能的梯级利用，保证热能吃干榨尽，确保了换热系统的能效。

作为本发明的优选方案，所述水浴式饱和蒸汽发生器的顶部安装有自动排气阀。补水泵所补冷凝水未经除氧，不凝性气体受热后与湿饱和蒸汽一起向上溢出；由于不凝性气体比蒸汽轻，所以不凝性气体易于在设备顶部积聚。由于不凝性气体的温度低于蒸汽的温度，所以当不凝性气体在设备顶部积聚时，自动排气阀内的填充液收缩使阀门开启，不凝性气体被外排；排气之后，自动排气阀内又充满蒸汽，温度升高，阀内的填充液膨胀使阀门关闭；如此自动排气阀间隙自动启闭，将不凝性气体排出。

作为本发明的优选方案，所述主蒸汽换热器的汽相空间顶部安装有破真空器和自动排气阀。破真空器可以根据主蒸汽换热器内的压力自动开启和关闭，当系统停运后，随着残留在系统中的蒸汽逐渐冷凝为冷凝水，主蒸汽换热器汽相空间的压力逐渐降低，一旦主蒸汽换热器汽相空间的压力低于大气压，破真空器自动打开，空气进入主蒸汽换热器内，以保持主蒸汽换热器汽相空间的压力与大气压相同，避免真空造成设备受压破坏，同时防止引起冷凝水倒吸，并避免由于冷凝水倒吸而引起的设备内积水、金属腐蚀和换热面结垢。

作为本发明的优选方案，所述主蒸汽换热器疏水阀的出口与所述闪蒸罐的闪蒸罐冷凝水进口之间设有U形水封。正常状态下，U形水封中存满了冷凝水，主蒸汽换热器疏水阀排出的冷凝水速度和冲击力很大，流经U形水封时，U形水封的阻力将使冷凝水的流速下降，冲击力减小，起到消能的作用。 

作为本发明的优选方案，所述第二温度传感器安装在所述U形水封的下降管段上。此处的温度比较稳定，波动小，利于测定准确。

作为本发明的优选方案，所述主蒸汽换热器疏水阀和闪蒸汽换热器疏水阀的前后分别串联有前疏水截止阀和后疏水截止阀，所述前疏水截止阀的入口与所述后疏水截止阀的出口并联有旁通截止阀。关闭前疏水截止阀和后疏水截止阀，开启旁通截止阀，即可对疏水阀进行维护或更换，不影响系统的运行。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明，附图仅提供参考与说明用，非用以限制本发明。

图1为本发明内干燥蒸汽三效换热系统的结构示意图。

图中：1.过热蒸汽；2.压力表；3.前蒸汽截止阀；4.压力控制阀； 5.后蒸汽截止阀；6.水浴式饱和蒸汽发生器；6a.分流器；6b.水浴式饱和蒸汽发生器排汽阀；6c.溢流阀；6d.排污阀；6e.水浴式饱和蒸汽发生器自动排气阀；7.水位计；8.补水泵； 9.蒸汽干燥换热器；11.主蒸汽换热器；11a.主蒸汽换热器物料入口；11b.主蒸汽换热器物料出口；11c.主蒸汽换热器蒸汽入口；11d.主蒸汽换热器冷凝水出口；11e.破真空器；11f. 主蒸汽换热器自动排气阀；11g.主蒸汽换热器疏水阀；11h.U形水封；12.闪蒸罐；12a.闪蒸罐冷凝水进口；12b.闪蒸罐冷凝水出口；12c.闪蒸罐定压溢流阀；13.闪蒸汽换热器；13a.闪蒸汽换热器物料进口；13b.闪蒸汽换热器物料出口；13c.闪蒸汽换热器蒸汽进口；13d.闪蒸汽换热器冷凝水出口；13e.闪蒸汽换热器疏水阀；14.冷凝水换热器；14a.冷凝水换热器物料进口；14b.冷凝水换热器物料出口；14c.冷凝水换热器冷凝水进口；14d.冷凝水换热器冷凝水出口；15.集水罐；15a.集水罐进口；15b.集水罐出口；16a.PLC控制器；16b.第一温度传感器；16c.第二温度传感器；16d.DCS系统；16e.报警器。

具体实施方式

如图1所示，本发明的内干燥蒸汽三效换热系统包括过热蒸汽管、水浴式饱和蒸汽发生器6、补水泵8、主蒸汽换热器11、闪蒸罐12、闪蒸汽换热器13、冷凝水换热器14、集水罐15和PLC控制器16a。

水浴式饱和蒸汽发生器6的筒体下部为液相空间，筒体上部为汽相空间，汽相空间的顶壁上设有水浴式饱和蒸汽发生器排汽阀6b，水浴式饱和蒸汽发生器6的液相空间中设有分流器6a。水浴式饱和蒸汽发生器6的汽相空间中设有蒸汽干燥换热器9。

过热蒸汽的汽源管道上依次安装有压力表2、前蒸汽截止阀3、压力控制阀4和后蒸汽截止阀5，后蒸汽截止阀5的出口接蒸汽干燥换热器9的入口，蒸汽干燥换热器9的出口接分流器6a。

水浴式饱和蒸汽发生器6的侧壁安装有水位计7及溢流阀6c，溢流阀6c可以采用浮球式疏水阀。补水泵8的出口与水浴式饱和蒸汽发生器6的底部相连且根据水位计7的水位控制信号向水浴式饱和蒸汽发生器6中补充适量的冷凝水。水浴式饱和蒸汽发生器6的筒体底部安装有排污阀6d，排污阀6d与溢流阀6c的出口均接入排放管。水浴式饱和蒸汽发生器6的顶部安装有水浴式饱和蒸汽发生器自动排气阀6e以排放不凝性气体。

水浴式饱和蒸汽发生器排汽阀6b的出口与主蒸汽换热器11的主蒸汽换热器蒸汽入口11c连接，主蒸汽换热器11的主蒸汽换热器冷凝水出口11d依次安装有主蒸汽换热器疏水阀11g和U形水封11h，U形水封11h的出口与闪蒸罐12的闪蒸罐冷凝水进口12a连接，闪蒸罐12的闪蒸罐冷凝水出口12b与冷凝水换热器14的冷凝水换热器冷凝水进口14c连接，冷凝水换热器14的冷凝水换热器冷凝水出口14d与集水罐15的集水罐进口15a连接，集水罐15的集水罐出口15b与补水泵的入口连接。

闪蒸罐12的顶部安装有闪蒸罐定压溢流阀12c，闪蒸罐定压溢流阀12c的出口与闪蒸汽换热器13的闪蒸汽换热器蒸汽进口13c连接，闪蒸汽换热器13的闪蒸汽换热器冷凝水出口13d连接有闪蒸汽换热器疏水阀13e，闪蒸汽换热器疏水阀13e的出口与冷凝水换热器冷凝水进口14c连接。

物料入口管与冷凝水换热器14的冷凝水换热器物料进口14a连接，冷凝水换热器14的冷凝水换热器物料出口14b与闪蒸汽换热器13的闪蒸汽换热器物料进口13a连接，闪蒸汽换热器13的闪蒸汽换热器物料出口13b与主蒸汽换热器11的主蒸汽换热器物料入口11a连接，主蒸汽换热器11的主蒸汽换热器物料出口11b接物料出口管。主蒸汽换热器11的汽相空间顶部安装有破真空器11e和主蒸汽换热器自动排气阀11f。

物料出口管上安装有第一温度传感器16b，U形水封11h的下降管段上安装有第二温度传感器16c，第一温度传感器16b和第二温度传感器16c的信号线分别接入PLC控制器16a的信号输入端，PLC控制器16a的控制信号线接入压力控制阀，PLC控制器16a根据第一温度传感器16b测得的温度信号控制压力控制阀4的开度。PLC控制器16a的相应信号端还与DCS系统16d及报警器16e相连接。

主蒸汽换热器疏水阀11g和闪蒸汽换热器疏水阀13e的前后分别串联有前疏水截止阀和后疏水截止阀，前疏水截止阀的入口与后疏水截止阀的出口并联有旁通截止阀。

工作中，过热蒸汽1依次经过前蒸汽截止阀3、压力控制阀4和后蒸汽截止阀5进入内置于水浴式饱和蒸汽发生器6中的蒸汽干燥换热器9，再从蒸汽干燥换热器9进入分流器6a，从分流器6a出来的蒸汽被降温并从液相空间溢出，经过蒸汽干燥换热器9时，过热蒸汽对饱和蒸汽进行间接加热使之完全成为干饱和蒸汽。干饱和蒸汽从水浴式饱和蒸汽发生器排汽阀6b流出进入主蒸汽换热器11的主蒸汽换热器蒸汽入口11c对物料进行间接第三次加热，从主蒸汽换热器冷凝水出口11d流出的冷凝水由主蒸汽换热器疏水阀11g排出，经过U形水封11h后进入闪蒸罐12的闪蒸罐冷凝水进口12a，在闪蒸罐12中一部分冷凝水闪蒸成为闪蒸蒸汽从闪蒸罐定压溢流阀12c排出进入闪蒸汽换热器13的闪蒸汽换热器蒸汽进口13c，在闪蒸汽换热器13中闪蒸蒸汽对物料进行第二次间接加热，闪蒸蒸汽释放潜热后再次成为冷凝水从闪蒸汽换热器冷凝水出口13d流出，经闪蒸汽换热器疏水阀13e排出并进入冷凝水换热器14的冷凝水换热器冷凝水进口14c，闪蒸罐12的冷凝水也从冷凝水换热器冷凝水进口14c进入冷凝水换热器14，在冷凝水换热器14中冷凝水继续释放显热对物料进行第一次间接预热，降温后的冷凝水从冷凝水换热器冷凝水出口14d流出，再从集水罐进口15a进入集水罐15，从集水罐出口15b流出的冷凝水由补水泵8泵入水浴式饱和蒸汽发生器6中。

物料从物料入口管进入冷凝水换热器14的冷凝水换热器物料进口14a，在冷凝水换热器14中由冷凝水对物料进行第一次间接预热，预热后的物料从冷凝水换热器物料出口14b进入闪蒸汽换热器物料进口13a，在闪蒸汽换热器13中闪蒸蒸汽对物料进行第二次间接加热，然后物料从闪蒸汽换热器物料出口13b流出，从主蒸汽换热器物料入口11a进入主蒸汽换热器11，在主蒸汽换热器11中干饱和蒸汽对物料进行第三次加热，最后物料从主蒸汽换热器物料出口11b流出进入物料出口管。第一温度传感器16b探测物料出口管中物料的温度并提供给PLC控制器16a，PLC控制器16a根据物料出口温度调节压力控制阀4的开度，从而控制水浴式饱和蒸汽发生器的供汽压力。

第二温度传感器16c通过探测冷凝水水温可以感知主蒸汽换热器疏水阀11g的工作状态，一旦主蒸汽换热器疏水阀11g发生泄漏，第二温度传感器16c探测到的温度将高于PLC控制器16a设定的最高温度，反之一旦主蒸汽换热器疏水阀11g发生堵塞，第二温度传感器16c探测到的温度将低于PLC控制器16a设定的最低温度。第二温度传感器16c探测到的温度不在PLC控制器16a设定的最高温度和最低温度之间时，PLC控制器16a驱动报警器16e报警，并向DCS系统16d发送信号。

破真空器11e可以根据主蒸汽换热器11内的压力自动开启和关闭，当系统停运后，随着残留在系统中的蒸汽逐渐冷凝为冷凝水，主蒸汽换热器11汽相空间的压力逐渐降低，一旦主蒸汽换热器11汽相空间的压力低于大气压，破真空器11e自动打开，空气进入主蒸汽换热器11内，以保持主蒸汽换热器11汽相空间的压力与大气压相同，避免真空造成设备受压破坏，同时防止引起冷凝水倒吸，并避免由于冷凝水倒吸而引起的设备内积水、金属腐蚀和换热面结垢。主蒸汽换热器11启动时，破真空器将自动关闭。破真空器优选使用台湾汉强T55型破真空器，或英国斯派莎克的VB破真空器。

由于不凝性气体比蒸汽轻，所以向上流动在设备的顶部积聚，由于不凝性气体的温度低于蒸汽的温度，自动排气阀内的填充液收缩使阀门开启，不凝性气体被外排；排气之后，自动排气阀内又充满蒸汽，温度升高，阀内的填充液膨胀使阀门关闭；如此自动排气阀间隙自动启闭，将不凝性气体排出。自动排气阀优选采用台湾汉强S61型自动排气阀，或英国斯派莎克spirax、美国阿姆斯壮armstrong的同类型产品。

以上所述仅为本发明之较佳可行实施例而已，非因此局限本发明的专利保护范围。除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围内。

Claims (6)

1.一种内干燥蒸汽三效换热系统，包括水浴式饱和蒸汽发生器及补水泵，所述水浴式饱和蒸汽发生器的筒体下部为液相空间，筒体上部为汽相空间，所述汽相空间的顶壁上设有排汽阀，所述液相空间中设有分流器，所述补水泵的出口与所述水浴式饱和蒸汽发生器的底部接口相连，其特征在于：过热蒸汽管上安装有受控于PLC控制器的压力控制阀，所述水浴式饱和蒸汽发生器的汽相空间中设有蒸汽干燥换热器，所述蒸汽干燥换热器的进口与所述压力控制阀的出口连接，所述蒸汽干燥换热器的出口与所述分流器连接，所述水浴式饱和蒸汽发生器的排汽阀的出口与主蒸汽换热器的蒸汽入口连接，主蒸汽换热器的冷凝水出口设有疏水阀且疏水阀的出口与闪蒸罐的冷凝水进口连接，闪蒸罐的冷凝水出口与冷凝水换热器的冷凝水进口连接，冷凝水换热器的冷凝水出口与集水罐的进口连接，集水罐的出口与所述补水泵的入口连接；所述闪蒸罐的顶部安装有定压溢流阀且定压溢流阀的出口与闪蒸汽换热器的蒸汽进口连接，闪蒸汽换热器的冷凝水出口连接有疏水阀且疏水阀的出口与冷凝水换热器的冷凝水进口连接；物料入口管与所述冷凝水换热器的物料进口连接，冷凝水换热器的物料出口与所述闪蒸汽换热器的物料进口连接，闪蒸汽换热器的物料出口与所述主蒸汽换热器的物料入口连接，主蒸汽换热器的物料出口接物料出口管；所述物料出口管上安装有第一温度传感器，所述主蒸汽换热器疏水阀的出口安装有第二温度传感器，所述第一温度传感器和第二温度传感器的信号线分别接入所述PLC控制器的信号输入端，所述PLC控制器的控制信号线接入所述压力控制阀。

2.根据权利要求1所述的内干燥蒸汽三效换热系统，其特征在于：所述水浴式饱和蒸汽发生器的顶部安装有自动排气阀。

3.根据权利要求1所述的内干燥蒸汽三效换热系统，其特征在于：所述主蒸汽换热器的汽相空间顶部安装有破真空器和自动排气阀。

4.根据权利要求1所述的内干燥蒸汽三效换热系统，其特征在于：所述主蒸汽换热器疏水阀的出口与所述闪蒸罐的冷凝水进口之间设有U形水封。

5.根据权利要求4所述的内干燥蒸汽三效换热系统，其特征在于：所述第二温度传感器安装在所述U形水封的下降管段上。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的内干燥蒸汽三效换热系统，其特征在于：所述主蒸汽换热器疏水阀和闪蒸汽换热器疏水阀的前后分别串联有前疏水截止阀和后疏水截止阀，所述前疏水截止阀的入口与所述后疏水截止阀的出口并联有旁通截止阀。