CN102913888B - 多级式可调温调压蒸汽加热装置及其热交换系统 - Google Patents

Abstract

一种锅炉蒸汽生产技术领域的多级式可调温调压蒸汽加热装置及其热交换系统，该装置包括：一个输出单元、至少一个反馈单元以及至少一个带有雾化喷头组的加热单元，输出单元的输入端与加热单元的输出端以及反馈单元的输出端相连，加热单元的反馈端与反馈单元的输入端相连，雾化喷头组设置于加热单元输入端，本发明利用钢的传导速度快以及半导体感应技术对换热的缸体电磁感应加热，通过雾化阵列喷头将液态水分散成相应单位体积较小、质量较轻、含动能的360°水热交换水幕，然后由200℃～400℃的换热器筒体表面积进行多级热源的快速热交换产生过热蒸汽，突破了原始锅炉汽包产蒸汽方式。

Description

多级式可调温调压蒸汽加热装置及其热交换系统

技术领域

本发明涉及的是一种锅炉蒸汽生产技术领域的装置，具体是一种双工质高效热泵半导体加热多级式可调温调压蒸汽加热装置及其热交换系统。

背景技术

电锅炉产蒸汽过程消耗的功率过大，水煮加热方式产蒸汽方式过于原始，不节能。传统电锅炉的产汽方式是利用电热管对相对静止的水进行加热，因水的比热容较大，热导率小在常规大气压下602mW/(m.℃)，传统电锅炉加热方式对水加热电热管加热做功，一是发热慢，二是有功功率低，有效功率在60％～70％之间。

经过对现有技术的检索发现，中国专利文献号CN101893224A，公开日2010-11-24，记载了一种“小型电磁感应低压过热蒸汽发生器”，该技术是由输送管依次串接在一起的进水泵、节流阀、预热管、单向阀、汽化管、过热管以及外围的高频发生和电控器构成，其中高频发生和电控器的预热电磁线圈、汽化电磁线圈、过热电磁线圈分别盘绕套设在预热管、汽化管、过热管外侧。但该技术的缺陷在于：系统输入的液态水需要预热，产汽速度/功率比、能效比较低，且切断电源后未输出的蒸汽及加热的液态水所携带的热量将直接造成能源浪费。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种多级式可调温调压蒸汽加热装置及其热交换系统，利用钢的传导速度快以及半导体感应技术对换热的缸体电磁感应加热，通过雾化阵列喷头将液态水分散成相应单位体积较小、质量较轻、含动能的360°水热交换水幕，然后由200℃～400℃的换热器筒体表面积进行多级热源的快速热交换产生过热蒸汽，突破了原始锅炉汽包产蒸汽方式。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种多级式可调温调压蒸汽加热装置，包括：一个输出单元、至少一个反馈单元以及至少一个带有雾化喷头组的加热单元，其中：输出单元的输入端与加热单元的输出端以及反馈单元的输出端相连，加热单元的反馈端与反馈单元的输入端相连，雾化喷头组设置于加热单元输入端，所述输出单元、加热单元以及反馈单元均设有电磁感应加热装置。

所述的至少一个包括但不限于：

a)一个输出单元、若干个加热单元以及一个反馈单元的组合，或者是

b)一个输出单元、一个加热单元以及若干个反馈单元的组合，满足输出端对于不同温度、不同输出量、不同压力的过热蒸汽要求，以进一步提升能源利用率。

所述的输出单元包括：一个或多个级联的带有电磁感应加热装置的耐高压筒体.

所述的输出单元的耐高压筒体上设有：手动蒸汽排气阀、减压阀、压力变送器以及隔热保温层，其中：隔热保温层设置于耐高压筒体的外部且通过玻璃纤维带固定，所述电磁感应加热装置设置于隔热保温层外部。

所述的加热单元包括：带有电磁感应加热装置且在输入端内部设有雾化喷头组的耐高压筒体，其中：加热单元的筒体内壁设有若干导热条，其作用为增加加热单元的发热面积，进一步提高发热量。

所述的导热条沿加热单元内部轴向设置，其材质为碳钢或铜铝合金材料制成。

所述的雾化喷头组包括：3至24个环形设置的水雾喷嘴，所有水雾喷嘴设置于加热单元的同一横截面上。

所述的水雾喷嘴的喷口方向与加热单元的轴向夹角为115-165°，并且水雾喷嘴的喷口方向与加热单元的径向夹角为15-72°；优选为水雾喷嘴的喷口方向与加热单元的轴向夹角135°，水雾喷嘴的喷口方向与加热单元的径向夹角小于等于45°；设置一定的仰角能够使高压雾化的水雾通过压力贴着加热单元的内部管壁，雾化的水雾与高温管壁接触迅速膨胀产生过热蒸汽。

所述的水雾喷嘴包括设置于喷管内部的滤网及位于喷管末端的喷口，其中：滤网的密度为300目以上，喷口的孔径为0.6-1.4mm。

所述的反馈单元包括：一个或多个级联的带有电磁感应加热装置的耐高压筒体，该反馈单元的输入端与加热单元的反馈端相连并接收加热暂缓过程中收集到的残余液态水或低温蒸汽并进行二次加热后输出至输出单元。

所述的电磁感应加热装置包括：电磁加热线圈、高频电源以及高温感温探头，其中：电磁加热线圈缠绕设置于每一个输出单元、加热单元或反馈单元的主体外部并与各自独立的高频电源相连，高温感温探头分别设置于每一个输出单元、加热单元或反馈单元的内部并与高频电源相连以实现超温保护。

本发明进一步涉及一种多级式可调温调压蒸汽热交换系统，包括：一次加热机构和与之相连的所述多级式可调温调压蒸汽加热装置，其中：一次加热机构包括依次串联的水质软化处理器、高压水泵、热泵水加热机组和两位三通阀，两位三通阀的反馈端与高压水泵的输入端相连，输出端通过电磁阀组与多级式可调温调压蒸汽加热装置相连。

所述的两位三通阀设置关断水温为85℃；

所述的一次加热机构中优选设有压力调节阀和具有保温层的热水箱，其中：压力调节阀的输入端与两位三通阀的输出端相连，压力调节阀的溢流端与热水箱相连，输出端通过电磁阀组与多级式可调温调压蒸汽加热装置相连。

液态水经一次加热机构中的水质软化处理器进行软化处理并由高压水泵经过热泵水加热机组进行一次加热，当水温小于85℃时经两位三通阀流返高压水泵，当达到或超过85℃时断开两位三通阀的一端，并经另一端输出至多级式可调温调压蒸汽加热装置，通过精细雾化多喷嘴喷头以设定交换角度喷入加热单元内，利用高频磁场进行感应加热至200℃到400℃，精细雾化的水幕迅速转化为过热蒸汽，并经输出单元或反馈单元的多次加热交换以达到输出要求的压力和温度。当增设有压力调节阀时，压力调节阀将液态热水喷入多级式可调温调压蒸汽加热装置中，并在压力/温度超过输出要求时将液态热水导入具有保温功能的热水箱内，进一步提高能源利用率。

技术效果

本发明多级式可调温调压蒸汽加热装置是多个换热器的串联(两个或更多个)和加热输出单元，本发明的产蒸汽的量多少，可以根据喷嘴的电动阀门关闭水量来控制蒸汽量。用户可以选择性使用，从而达到节能的目的。本发明结合热泵的节能特性以及压缩机能效比3.5以上的优点，利用高温热泵将低热量的水转换成高热量、高动能的热水再进行二次加热产蒸汽，实现高能效比和高有效功率想结合快速产汽。

附图说明

图1为本发明系统结构示意图；

图中：(a)为主视图；(b)为剖视图。

图2为实施例结构示意图；

图中：(a)为示例结构1；(b)为示例结构2。

图3为导热条示意图；

图4为水雾喷头轴向设置示意图；

图5为水雾喷头径向设置示意图；

图6为喷口示意图；

图7为加热单元内水幕示意图。

图8为实施例2结构示意图；

图9为实施例2改进结构示意图；

图中：18水质软化处理器、19高压水泵、20热泵水加热机组、21两位三通阀、22电磁阀组、23压力调节阀、24热水箱。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

如图1(a)所示，本实施例涉及多级式可调温调压蒸汽加热装置0包括：一个输出单元1、一个反馈单元2以及一个带有雾化喷头组4的加热单元3，其中：输出单元1的输入端与加热单元3的输出端以及反馈单元2的输出端相连，加热单元3的反馈端与反馈单元2的输入端相连，雾化喷头组4设置于加热单元3输入端，所述输出单元1、加热单元3以及反馈单元2均设有电磁感应加热装置5。

如图2(a)和图2(b)所示，在实际应用过程中也可以参考以下方式进行设置，如：

a)一个输出单元1、若干个加热单元3以及一个反馈单元2的组合，或者是

b)一个输出单元1、一个加热单元3以及若干个反馈单元2的组合，满足输出端对于不同温度、不同输出量、不同压力的过热蒸汽要求，以进一步提升能源利用率。

上述组合的优势在于：当加热单元3换热得到蒸汽不符合输出要求时，通过多个反馈单元2，在压力不变的情况下，可以在短时间内提高输出蒸汽温度，使得使用范围更广阔；同时能够解决加热单元3换热不完全剩下的水流入串联反馈单元2来继续产生蒸汽，多个串联可以根据用户需求，随时增加换热量，相比现有技术的进步在于：在压力不变的情况下，一套设备可以多种产汽方式，对蒸汽的温度随意调节，利用范围更广，适应不同的工作温度。

所述的输出单元1包括：一个或多个级联的带有电磁感应加热装置5的耐高压筒体6，该耐高压筒体6满足每100Kg液态水输入对应0.3m²的内表面积。

所述的输出单元1的耐高压筒体6上设有：手动蒸汽排气阀7、减压阀8、压力变送器9以及隔热保温层10，其中：隔热保温层10设置于耐高压筒体6的外部且通过玻璃纤维带固定，所述电磁感应加热装置5设置于隔热保温层10外部。

如图3所示，所述的加热单元3包括：带有电磁感应加热装置5且在输入端内部设有雾化喷头组4的耐高压筒体6，其中：加热单元3的筒体6内壁设有若干导热条11，其作用为增加加热单元3的发热面积，进一步提高发热量。

所述的导热条11沿加热单元3内部轴向设置，其材质为碳钢或铜铝合金材料制成。

如图4-图6所示，所述的雾化喷头组4包括：3至24个环形设置的水雾喷嘴12，所有水雾喷嘴12设置于加热单元3的同一横截面上。

所述的水雾喷嘴12的喷口14方向与加热单元3的轴向夹角为α＝115-165°，并且水雾喷嘴12的喷口14方向与加热单元3的径向夹角为θ＝15-72°，即360°/水雾喷嘴12个数；优选为水雾喷嘴12的喷口14方向与加热单元3的轴向夹角α＝135°，水雾喷嘴12的喷口14方向与加热单元3的径向夹角为β小于等于30°；如图7所示，通过设置一定的仰角能够使高压雾化的水雾通过压力贴着加热单元3的内部管壁，雾化的水雾与高温管壁接触迅速膨胀产生过热蒸汽。

所述的水雾喷嘴12包括设置于喷管内部的滤网13及位于喷管末端的喷口14，其中：滤网13的密度为300目以上，喷口14的孔径为0.6-1.4mm。

所述的反馈单元2包括：一个或多个级联的带有电磁感应加热装置5的耐高压筒体6，该耐高压筒体6满足每100Kg液态水输入对应0.3m²的内表面积。

该反馈单元2的输入端与加热单元3的反馈端相连并接收加热暂缓过程中收集到的残余液态水或低温蒸汽并进行二次加热后输出至输出单元1。

如图1(b)所示，所述的电磁感应加热装置5包括：电磁加热线圈15、高频电源(图中未示出)以及高温感温探头17，其中：电磁加热线圈15缠绕设置于每一个输出单元1、加热单元3或反馈单元2的主体外部并与各自独立的高频电源16相连，高温感温探头17分别设置于每一个输出单元1、加热单元3或反馈单元2的内部并与高频电源16相连以实现超温保护。

实施例2

如图8所示，本实施例一种多级式可调温调压蒸汽热交换系统，包括：一次加热机构和与之相连的所述多级式可调温调压蒸汽加热装置0，其中：一次加热机构包括依次串联的水质软化处理器18、高压水泵19、热泵水加热机组20和两位三通阀21，两位三通阀21的反馈端与高压水泵19的输入端相连，输出端通过电磁阀22组与多级式可调温调压蒸汽加热装置0相连。

所述的两位三通阀21设置关断水温为85℃；

如图8和图9所示，所述的一次加热机构与多级式可调温调压蒸汽加热装置0之间优选设置电磁阀22，该电磁阀22能够控制一次加热机构的出水温度，提高蒸汽质量和节能的目的。

所述的一次加热机构中优选设有压力调节阀23和具有保温层的热水箱24，其中：压力调节阀23的输入端与两位三通阀21的输出端相连，压力调节阀23的溢流端与热水箱24相连，输出端通过电磁阀22组与多级式可调温调压蒸汽加热装置0相连。

本系统通过以下方式进行工作：液态水经一次加热机构中的水质软化处理器18进行软化处理并由高压水泵19经过热泵水加热机组20进行一次加热，当水温小于85℃时经两位三通阀21流返高压水泵19，当达到或超过85℃时断开两位三通阀21的一端，并经另一端输出至多级式可调温调压蒸汽加热装置0，通过精细雾化多喷嘴12喷头以设定交换角度喷入加热单元3内，利用高频磁场进行感应加热至200℃到400℃，精细雾化的水幕迅速转化为过热蒸汽，并经输出单元1或反馈单元2的多次加热交换以达到输出要求的压力和温度。当增设有压力调节阀23时，压力调节阀23将液态热水喷入多级式可调温调压蒸汽加热装置0中，并在压力/温度超过输出要求时将液态热水导入具有保温功能的热水箱24内，进一步提高能源利用率。

本系统与现有电锅炉系统效益比较如下表(1吨蒸汽/日)

注：该表中能源单价以上海地区标准.3240000÷0.9＝3600000度电。

综上，传统锅炉是靠蒸汽压力来提升温度，本发明是靠多次热交换来升高温度，本系统在三公斤压力可以达到250℃蒸汽温度，只要搭配合理，温度输出范围极大；本发明能实现低压锅炉达无法输出的过热蒸汽。同时，本发明特破了原始电锅炉的产汽方式，能提供多种温度的蒸汽，能在设备停机时实现动态的节能，多能源的结合，实现本产品比同类蒸汽锅炉节能。相比同类锅炉。

Claims (10)

1.一种多级式可调温调压蒸汽加热装置，其特征在于，包括：一个输出单元、至少一个反馈单元以及至少一个带有雾化喷头组的加热单元，其中：输出单元的输入端与加热单元的输出端以及反馈单元的输出端相连，反馈单元的输入端与加热单元的反馈端相连并接收加热暂缓过程中收集到的残余液态水或低温蒸汽并进行二次加热后输出至输出单元，雾化喷头组设置于加热单元输入端，所述输出单元、加热单元以及反馈单元均设有电磁感应加热装置。

2.根据权利要求1所述的多级式可调温调压蒸汽加热装置，其特征是，所述的输出单元包括：一个或多个级联的带有电磁感应加热装置的耐高压筒体；所述的反馈单元包括：一个或多个级联的带有电磁感应加热装置的耐高压筒体；该耐高压筒体满足每100Kg液态水输入对应0.3m²的内表面积。

3.根据权利要求1或2所述的多级式可调温调压蒸汽加热装置，其特征是，所述的输出单元的耐高压筒体上设有：手动蒸汽排气阀、减压阀、压力变送器以及隔热保温层，其中：隔热保温层设置于耐高压筒体的外部且通过玻璃纤维带固定，所述电磁感应加热装置设置于隔热保温层外部。

4.根据权利要求1所述的多级式可调温调压蒸汽加热装置，其特征是，所述的加热单元包括：带有电磁感应加热装置且在输入端内部设有雾化喷头组的耐高压筒体，其中：加热单元的筒体内壁设有若干导热条，其作用为增加加热单元的发热面积，进一步提高发热量。

5.根据权利要求4所述的多级式可调温调压蒸汽加热装置，其特征是，所述的导热条沿加热单元内部轴向设置，其材质为碳钢或铜铝合金材料。

6.根据权利要求1或4所述的多级式可调温调压蒸汽加热装置，其特征是，所述的雾化喷头组包括：3至24个环形设置的水雾喷嘴，所有水雾喷嘴设置于加热单元的同一横截面上。

7.根据权利要求6所述的多级式可调温调压蒸汽加热装置，其特征是，所述的水雾喷嘴的喷口方向与加热单元的轴向夹角为115-165°，水雾喷嘴的喷口方向与加热单元的径向夹角小于等于45°。

8.根据权利要求6所述的多级式可调温调压蒸汽加热装置，其特征是，所述的水雾喷嘴包括设置于喷管内部的滤网及位于喷管末端的喷口，其中：滤网的密度为300目以上，喷口的孔径为0.6-1.4mm。

9.一种多级式可调温调压蒸汽热交换系统，其特征在于，包括：一次加热机构和与之相连的上述任一权利要求所述的多级式可调温调压蒸汽加热装置，其中：一次加热机构包括依次串联的水质软化处理器、高压水泵、热泵水加热机组和两位三通阀，两位三通阀的反馈端与高压水泵的输入端相连，输出端通过电磁阀组与多级式可调温调压蒸汽加热装置相连。

10.根据权利要求9所述的多级式可调温调压蒸汽热交换系统，其特征是，所述的一次加热机构中设有压力调节阀和具有保温层的热水箱，其中：压力调节阀的输入端与两位三通阀的输出端相连，压力调节阀的溢流端与热水箱相连，输出端通过电磁阀组与多级式可调温调压蒸汽加热装置相连。

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