CN107166475A - 大温差换热方法与大温差换热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明给出一种能够降低热网回水温度的大温差换热方法和大温差换热装置，它的工作流程是：(1)从热网来的供暖用高温热水，进入高温蒸发器装置放热，使其中的高温循环水受热蒸发产生高温水蒸汽流出，高温水蒸汽作为驱动蒸汽进入蒸汽喷射器；(2)热网来水从高温蒸发器装置流出，进入供暖换热器放热，用于供暖；(3)热网来水从供暖换热器流出，进入低温蒸发器装置放热，低温循环水受热蒸发产生低温水蒸汽流出；热网来水放热降温后，流回到热网的回水管道；(4)低温蒸发器装置中低温循环水受热蒸发产生的低温水蒸汽，被引射进入蒸汽喷射器的吸纳室，两者混合进入喷射器的扩压管，再进入到凝汽换热器放热用于供暖。
Description
技术领域
本发明涉及热工技术，特别是涉及一种大温差换热方法与大温差换热装置。
背景技术
近年来，随着我国城市建设的不断发展，地区发展和供热需求之间的矛盾也日趋凸显。所有城市城区面积都在不断扩大，主城区规模化小区不断增加，老城区每年大幅新增面积，新城区的面积也不断扩大。从当前城市的热源和热网供热能力上看，远远满足不了城市快速发展的需要。供热如果跟不上，将会使城市发展遭遇瓶颈。
为解决这一事关城市发展和百姓切身利益的矛盾，各地普遍启动了集中供热工程建设，新增供热面积，新增工程投资。具体包括新建管网工程、部分老网改造工程、新建中继泵站、集控调度中心，新建换热站及换热站改造工程等。
供热改造工程分为热源侧和热网侧。
热源侧一般包括机组供热改造及供热首站建设工程，具体为发电厂和热电公司新增入网供热面积，新城区锅炉房热网供热面积，区域供热公司热网供热面积等。
热网侧主要是对老城区超期服役的管道进行更换，供热管道更换后能够有效的控制跑冒滴漏，大大减少因管道漏泄导致的停热次数，极大改善和提高供热效果。
某老城区于1983年9月实现集中供热，管网截至目前已经运行27年。经测量，1985年安装的老管网管径由原来安装时的10mm减薄到4-6mm，而且局部腐蚀严重，并在供热期经常出现漏泄现象。供热管网部分管道已超期服役，在供热期间经常出现管道漏泄现象，导致供热质量下降。如果不进行改造，一旦发生管道漏泄，就得阶段性停热，这会对居民生活造成很大的影响。热电公司投资对老城区供热管网进行改造，更换所有减薄和腐蚀的管道，改造范围管网全长约5公里，涉及57万平米供热面积，约合用户5000户，投入资金1700万元。工程改造完成后，大大提高该区域供热质量和供热的稳定性。经过管网改造，主城区热源充足，能够承受居民、商铺和企业的正常供热。
某电厂供热主管网建设使用年限大多数都在18年以上，有的甚至长达30年。这部分管网由于建设时间长，再加上建设时期技术工艺落后，至使保温、防护层严重破损，管网老化、腐蚀严重。近几年，主管网泄漏事故频繁发生，每个运行期都发生几十次。在每次主管网抢修过程中，抢修人员都面临95℃以上高压、高温水的威胁，每次抢修泄水都长达30多小时，造成大面积居民住宅停热，部分地下管网冻裂的严重局面。集中供热二次网方面存在的问题也较为突出，尤其是早期建筑和近年来并网的弃管小锅炉房供热楼栋，管网老化腐蚀程度之重、数量之多已经严重威胁城市供热安全和影响居民用户的正常生活。
某供热集团供热管网长度666公里，其中一次网长165公里，二次网长501公里。1995年以前建设约为400公里。由于大多数管网建设时间长、老化腐蚀严重，致使管网系统跑冒滴漏十分严重，散热损失达到0.35吉焦/平方米·年。热力管网每公里平均温降都在2℃以上，管网系统平均失水率约为3％。由于失水量大，热量丢失严重，几乎所有的一次网、二次网都存在着不同程度的水力失调问题，由于管网老化又无法科学调节，因此供热企业在供热中难以保证用户的供热质量。
几十年来，集中供热事业为我国城市的发展建设和人民生活水平的提高做出了重大贡献。如今大面积的集中供热管网老化、腐蚀严重已经成为影响集中供热的突出问题，严重威胁着城市的供热安全和百姓正常生活。
实施集中供热管网改造已是做好城市供热工作的当务之急。通过管网改造可大大降低管网的跑冒滴漏，降低能源消耗节约能源，提高能源利用率；通过管网改造可使供热企业大量应用新技术、新工艺，提高供热企业的科学调节能力，提高整体供热水平；通过管网改造可全面提升供热系统安全和供热保障能力，不断提高广大居民用户的用热质量，造福百姓。实施集中供热管网改造是利国利民之举，早实施早受益。
实施集中供热管网改造工程，重点就是拆除废旧供热管道，铺设供热新管道，这需要投入巨大资金。如何能做到利用现有管道，或可以铺设较少或较细的管道，只花费较少的投资，同样可以达到需要的供热量呢？这是设计和施工科技工作者经常思考的问题。
发明内容
针对新建或改造老旧供热管网，解决供热管网普遍存在的供热量不足的问题，本发明给出一种能降低热网回水温度，从而增大供热管网供热量的大温差换热方法与大温差换热装置。
一种能够降低热网回水温度的大温差换热方法，它的具体步骤是：
(1)从热网来的供暖用高温热水，进入高温蒸发器装置放热，使其中的高温循环水受热蒸发产生高温水蒸汽流出，高温水蒸汽进入蒸汽喷射器，作为驱动蒸汽进入喷嘴；
(2)热网来水从高温蒸发器装置流出，进入供暖换热器放热，热用户供暖循环水被加热升温流出，用于供暖；
(3)热网来水从供暖换热器流出，进入低温蒸发器装置放热，低温蒸发器装置中的低温循环水受热蒸发产生低温水蒸汽流出；热网来水放热降温后，流回到热网的回水管道；
(4)低温蒸发器装置中低温循环水受热蒸发产生的低温水蒸汽，被引射进入蒸汽喷射器的吸纳室，受到从喷嘴喷出的高速驱动蒸汽的引射裹挟作用，两者混合进入喷射器的扩压管，减速增压，再进入到凝汽换热器；
(5)在凝汽换热器中，从蒸汽喷射器来的水蒸汽凝结放热，传热给热用户供暖的循环水，供暖循环水被加热升温后流出，用于供暖；
(6)凝汽换热器与供暖换热器并联进行供暖，它们的供暖循环水进水口与出水口相同；该方法的特征在于：所述从高温蒸发器装置中产生，并作为蒸汽喷射器驱动蒸汽的高温水蒸汽，它的绝对压力小于0.1MPa。
一种能够降低热网回水温度的大温差换热装置，它由下列部分组成：高温蒸发器装置、低温蒸发器装置、蒸汽喷射器、供暖换热器、凝汽换热器、凝结水泵、真空泵及一些管路。
高温蒸发器装置包括高温蒸发器和高温换热器，低温蒸发器装置包括低温蒸发器和低温换热器。
从热网来的供暖用高温热水，进入高温换热器，给高温循环水加热后，再进入供暖换热器，给供暖循环水加热后，再进入低温换热器，给低温循环水加热后，返回热网的回水管道。
高温循环水在高温蒸发器中蒸发产生的高温水蒸汽，作为驱动蒸汽进入蒸汽喷射器喷嘴；低温循环水在低温蒸发器中蒸发产生的低温水蒸汽，受蒸汽喷射器的引射作用，进入蒸汽喷射器吸纳室，被高速驱动蒸汽裹挟，两者混合流经喷射器的扩压管，进入到凝汽换热器，给供暖循环水加热。
凝汽换热器与供暖换热器并联向热用户供暖。
蒸汽喷射器是负压水蒸汽喷射器，它的喷嘴进口处的驱动水蒸汽的绝对压力小于0.1MPa。
高温蒸发器装置由下列部分组成：进水口、高温换热器、出水口、高温蒸发器、蒸汽出口、水泵、补充水管。
从热网来的供暖用高温热水，经过进水口，进入高温换热器，热网来水放热，给高温循环水加热；高温蒸发器是一个两效或多效蒸发器，高温循环水从高温蒸发器的顶部进入，逐级喷淋、蒸发、降温，第一效产生的高温水蒸汽从第一效蒸汽出口流出，第二效产生的高温水蒸汽从第二效蒸汽出口流出，最后，剩余水从底部向下流出，经过水泵，进入高温换热器，再被热网来水加热，再循环进入高温蒸发器喷淋蒸发。
低温蒸发器装置由下列部分组成：进水口、低温换热器、出水口、低温蒸发器、蒸汽出口、水泵、补充水管。
热网的来水通过供暖换热器放热后，经过进水口，进入低温换热器，热网来水放热，给低温循环水加热；低温蒸发器是一个两效或多效蒸发器，低温循环水从低温蒸发器的顶部进入，逐级喷淋、蒸发、降温，第一效产生的低温水蒸汽从第一效蒸汽出口流出，第二效产生的低温水蒸汽从第二效蒸汽出口流出，最后，剩余水从底部向下流出，经过水泵，进入低温换热器，再被热网来水加热，再循环进入低温蒸发器喷淋蒸发；热网来水经过低温换热器放热后，返回热网的回水管道。
蒸汽喷射器由下列部分组成：进汽口、喷嘴、吸纳室、吸入口、扩压管和扩压管出口。
高温蒸发器产生的高温水蒸汽，作为喷射器的驱动蒸汽，经过进汽口，通过喷嘴，高速喷射进入吸纳室；低温蒸发器产生的低温水蒸汽，从吸入口进入吸纳室，在吸纳室内，高速驱动蒸汽吸纳裹挟被抽入的低温水蒸汽，两种蒸汽混合均压，再经扩压管增压并形成均匀混合蒸汽后，经过扩压管出口流出。
附图说明
图1是本发明大温差换热方法步骤图；
图2是本发明大温差换热装置实施例的高温蒸发器装置结构图；
图3是本发明大温差换热装置实施例的低温蒸发器装置结构图；
图4是本发明大温差换热装置实施例的喷射器结构图；
图5是本发明大温差换热装置实施例的总体图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步详细描述。
图1给出了本发明大温差换热方法步骤图。
对照图中的大温差换热示意图，说明大温差换热方法的具体步骤如下：
1，经过进水口10，从供热管网来的低于100℃的高温热水，进入高温蒸发器装置100放热，高温蒸发器装置100中的高温循环水受热蒸发产生高温蒸汽，从蒸汽管道进入蒸汽喷射器300，作为驱动蒸汽进入喷嘴；
2，热网来水经过高温蒸发器装置100放热后，进入供暖换热器500继续放热，热用户供暖循环水从进水口30进入后，在供暖换热器500中被加热升温；然后，从出水口40流出，用于供暖；
3，经过两次放热后，热网来水进入低温蒸发器装置200再放热，低温蒸发器装置200中的低温循环水受热蒸发产生低温蒸汽；热网来水放热降温后，通过出水口20回到热网的回水管道；
4，低温蒸发器装置200产生的低温蒸汽，从蒸汽管道被引射进入蒸汽喷射器300，受到从喷嘴喷出的高速驱动蒸汽的引射裹挟作用，两者混合进入喷射器的扩压管，减速增压，再进入到凝汽换热器400；
5，在凝汽换热器400中，从蒸汽喷射器来的蒸汽凝结放热，给热用户供暖的循环水加热。热用户供暖循环水从进水口30进入，被加热升温后，从出水口40流出，用于供暖。
6，凝汽换热器400与供暖换热器500并联进行供暖，它们的供暖循环水进水口30与出水口40相同。
图2给出了本发明大温差换热装置实施例的高温蒸发器装置结构图。
本发明大温差换热装置实施例的高温蒸发器装置，它的结构包括：进水口10、高温换热器120、出水口12、高温蒸发器105、蒸汽出口106、水泵110、补充水管108。
从供热管网来的低于100℃的高温热水，经过进水口10，进入高温蒸发器装置的高温换热器120，在其中，热网来水放热，给高温蒸发器105的高温循环水加热后，从出水口12流出。高温蒸发器105是一个两效或多效蒸发器，高温循环水从高温蒸发器105的顶部进入，逐级喷淋、蒸发、降温。第一效产生的高温蒸汽从第一效蒸汽出口106流出，第二效产生的高温蒸汽从第二效蒸汽出口流出。最后，剩余水从底部向下流出，经过水泵110，进入高温换热器120，再被热网来水加热后，再从顶部进入高温蒸发器105，继续喷淋蒸发。高温蒸发器设有补充水管108。
图3给出了本发明大温差换热装置实施例的低温蒸发器装置结构图。
本发明大温差换热装置实施例的低温蒸发器装置，它的结构包括：进水口18、低温换热器220、出水口20、低温蒸发器205、蒸汽出口206、水泵210、补充水管208。
热网来水经过高温蒸发器装置和供暖换热器两次放热后，经过进水口18，进入低温蒸发器装置的低温换热器220，在其中，热网来水放热，给低温蒸发器205的低温循环水加热后，从出水口20流出，返回供热管网的回水管道。
低温蒸发器205是一个两效或多效蒸发器，循环水从低温蒸发器205的顶部进入，逐级喷淋、蒸发、降温。第一效产生的低温蒸汽从第一效蒸汽出口206流出，第二效产生的低温蒸汽从第二效蒸汽出口流出。最后，剩余水从底部向下流出，经过水泵210，进入低温换热器220，再被热网来水加热后，再从顶部进入低温蒸发器205，继续喷淋蒸发。低温蒸发器设有补充水管208。
图4给出了本发明大温差换热装置实施例的蒸汽喷射器结构图。
本发明大温差换热装置实施例的蒸汽喷射器的结构包括：进汽口301、喷嘴305、吸纳室310、吸入口320、扩压管315和扩压管出口316。
高温蒸发器产生的高温蒸汽，作为喷射器的驱动蒸汽，经过进汽口301，通过喷嘴305，高速喷射进入吸纳室310。由于驱动蒸汽高速喷射，根据佰努力流体方程，使吸纳室310内部出现低压，低温蒸发器产生的低温蒸汽，从吸入口320进入吸纳室310。吸纳室310内，高速驱动蒸汽吸纳裹挟被抽低温蒸汽，两种蒸汽混合均压，再经扩压管315的渐缩管、喉管和渐扩管后，增压并形成均匀混合蒸汽后，经过扩压管出口316排出。
图5给出了本发明大温差换热装置实施例的总体图。
本发明大温差换热装置实施例的总体结构，它的构造包括：高温蒸发器装置、低温蒸发器装置、蒸汽喷射器300、供暖换热器500、凝汽换热器400、凝结水泵410、真空泵405及一些管路。
高温蒸发器装置由高温蒸发器105、高温换热器120和水泵110组成。低温蒸发器装置由低温蒸发器205、低温换热器220和水泵210组成。
它的工作流程为
1，从供热管网来的低于100℃的高温热水，经过进水口10，进入高温换热器120，在其中，热网来水放热，给高温蒸发器105的循环水加热后，从出水口流出。
高温蒸发器105是一个两效或多效蒸发器，循环水从高温蒸发器105的顶部进入，逐级喷淋、蒸发、降温。第一效产生的高温蒸汽从第一效蒸汽出口，流出，第二效产生的高温蒸汽从第二效蒸汽出口流出。
最后，剩余水从底部向下流出，经过水泵110，进入高温换热器120，再被热网来水加热后，再从顶部进入高温蒸发器105，继续喷淋蒸发。
高温蒸发器设有补充水管。
2，热网来水，经高温换热器120，再进入供暖换热器500，在这里，热网来水给供暖循环水加热。供暖循环水从进口30进入，被加热后，从出口40流出，用于供暖。
3，热网来水，经过供暖换热器500，再进入低温换热器220，在其中，热网来水放热，低温蒸发器205的循环水被加热后，从出水口20流出，返回供热管网的回水管道。
低温蒸发器205是一个两效或多效蒸发器，低温循环水从低温蒸发器205的顶部进入，逐级喷淋、蒸发、降温。第一效产生的低温蒸汽从第一效蒸汽出口流出，第二效产生的低温蒸汽从第二效蒸汽出口流出。
最后，剩余水从底部向下流出，经过水泵210，进入低温换热器220，再被热网来水加热后，再从顶部进入低温蒸发器205，继续喷淋蒸发。
低温蒸发器设有补充水管。
4，高温蒸发器105的水受热蒸发产生高温蒸汽，从蒸汽管道进入蒸汽喷射器300，作为驱动蒸汽进入喷嘴；低温蒸发器205的水蒸发产生低温蒸汽，受蒸汽喷射器300的引射作用，从低温蒸发器205的蒸汽出口被引射进入蒸汽喷射器300后，被高速驱动蒸汽裹挟，两者混合进入喷射器的扩压管，减速增压，再通过蒸汽管310，进入到凝汽换热器400。
5，高温蒸发器105的第一效水蒸发产生的高温蒸汽，从蒸汽管道进入蒸汽喷射器，作为驱动蒸汽引射低温蒸发器205的第二效的水蒸发产生的低温蒸汽；高温蒸发器105的第二效水蒸发产生高温蒸汽，从蒸汽管道进入蒸汽喷射器，作为驱动蒸汽引射低温蒸发器205的第一效的水蒸发产生的低温蒸汽。这样交叉引射的结果，各效蒸汽喷射器扩压管出口蒸汽压力比较接近，可以均衡地流入蒸汽管310。
6，各效蒸汽喷射器出口流出的蒸汽，通过蒸汽管310汇总进入凝汽换热器400中，蒸汽凝结放热，用于给热用户供暖循环水加热。凝汽换热器400与供暖换热器500并联向外供热，热用户供暖循环水从进水口30分别进入两个换热器，被加热升温，然后，统一由出水口40流出，用于供暖。
7，在凝汽换热器400的凝结水出口接有一个三通管，向上的出口接到真空泵405，用于抽出系统中的不凝气，向下的出口接到水泵410，用于排出凝结水。
Claims (5)
1.一种能够降低热网回水温度的大温差换热方法，它的具体步骤是：
(1)从热网来的供暖用高温热水，进入高温蒸发器装置放热，使其中的高温循环水受热蒸发产生高温水蒸汽流出，高温水蒸汽进入蒸汽喷射器，作为驱动蒸汽进入喷嘴；
(2)热网来水从高温蒸发器装置流出，进入供暖换热器放热，热用户供暖循环水被加热升温流出，用于供暖；
(3)热网来水从供暖换热器流出，进入低温蒸发器装置放热，低温蒸发器装置中的低温循环水受热蒸发产生低温水蒸汽流出；热网来水放热降温后，流回到热网的回水管道；
(4)低温蒸发器装置中低温循环水受热蒸发产生的低温水蒸汽，被引射进入蒸汽喷射器的吸纳室，受到从喷嘴喷出的高速驱动蒸汽的引射裹挟作用，两者混合进入喷射器的扩压管，减速增压，再进入到凝汽换热器；
(5)在凝汽换热器中，从蒸汽喷射器来的水蒸汽凝结放热，传热给热用户供暖的循环水，供暖循环水被加热升温后流出，用于供暖；
(6)凝汽换热器与供暖换热器并联进行供暖，它们的供暖循环水进水口与出水口相同；该方法的特征在于：所述从高温蒸发器装置中产生，并作为蒸汽喷射器驱动蒸汽的高温水蒸汽，它的绝对压力小于0.1MPa。
2.一种能够降低热网回水温度的大温差换热装置，它由下列部分组成：高温蒸发器装置、低温蒸发器装置、蒸汽喷射器、供暖换热器、凝汽换热器、凝结水泵、真空泵及一些管路；高温蒸发器装置包括高温蒸发器和高温换热器，低温蒸发器装置包括低温蒸发器和低温换热器；从热网来的供暖用高温热水，进入高温换热器，给高温循环水加热后，再进入供暖换热器，给供暖循环水加热后，再进入低温换热器，给低温循环水加热后，返回热网的回水管道；高温循环水在高温蒸发器中蒸发产生的高温水蒸汽，作为驱动蒸汽进入蒸汽喷射器喷嘴；低温循环水在低温蒸发器中蒸发产生的低温水蒸汽，受蒸汽喷射器的引射作用，进入蒸汽喷射器吸纳室，被高速驱动蒸汽裹挟，两者混合流经喷射器的扩压管，进入到凝汽换热器，给供暖循环水加热；凝汽换热器与供暖换热器并联向热用户供暖；其特征在于：所述蒸汽喷射器，它是负压水蒸汽喷射器，它的喷嘴进口处的驱动水蒸汽的绝对压力小于0.1MPa。
3.按照权利要求2所述的一种大温差换热装置，其特征在于：所述高温蒸发器装置，它由下列部分组成：进水口、高温换热器、出水口、高温蒸发器、蒸汽出口、水泵、补充水管；从热网来的供暖用高温热水，经过进水口，进入高温换热器，热网来水放热，给高温循环水加热；高温蒸发器是一个两效或多效蒸发器，高温循环水从高温蒸发器的顶部进入，逐级喷淋、蒸发、降温，第一效产生的高温水蒸汽从第一效蒸汽出口流出，第二效产生的高温水蒸汽从第二效蒸汽出口流出，最后，剩余水从底部向下流出，经过水泵，进入高温换热器，再被热网来水加热，再循环进入高温蒸发器喷淋蒸发。
4.按照权利要求2所述的一种大温差换热装置，其特征在于：所述低温蒸发器装置，它由下列部分组成：进水口、低温换热器、出水口、低温蒸发器、蒸汽出口、水泵、补充水管；热网的来水通过供暖换热器放热后，经过进水口，进入低温换热器，热网来水放热，给低温循环水加热；低温蒸发器是一个两效或多效蒸发器，低温循环水从低温蒸发器的顶部进入，逐级喷淋、蒸发、降温，第一效产生的低温水蒸汽从第一效蒸汽出口流出，第二效产生的低温水蒸汽从第二效蒸汽出口流出，最后，剩余水从底部向下流出，经过水泵，进入低温换热器，再被热网来水加热，再循环进入低温蒸发器喷淋蒸发；热网来水经过低温换热器放热后，返回热网的回水管道。
5.按照权利要求2所述的一种大温差换热装置，其特征在于：所述蒸汽喷射器，它由下列部分组成：进汽口、喷嘴、吸纳室、吸入口、扩压管和扩压管出口；高温蒸发器产生的高温水蒸汽，作为喷射器的驱动蒸汽，经过进汽口，通过喷嘴，高速喷射进入吸纳室；低温蒸发器产生的低温水蒸汽，从吸入口进入吸纳室，在吸纳室内，高速驱动蒸汽吸纳裹挟被抽入的低温水蒸汽，两种蒸汽混合均压，再经扩压管增压并形成均匀混合蒸汽后，经过扩压管出口流出。
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