CN109899774B - 一种太阳能辅助加热制造蒸汽的方法 - Google Patents

Abstract

一种太阳能辅助加热制造蒸汽的方法，包括冷水补给系统、太阳能集热系统、电磁蒸汽发生器和热水回收系统，冷水补给系统、太阳能集热系统和电磁蒸汽发生器依次串联，还包括中央智能控制系统，中央控制系统通过电连接的方式与冷水补给系统、太阳能集热系统、电磁蒸汽发生器、热水回收系统的检测控制装置以及电磁蒸汽发生器连接。本发明还包括一种采用上述太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成制造蒸汽的方法。本发明在太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成上增设中央智能控制系统，实现对制造蒸汽过程的自动化控制，方便操作，确保各个环节的工艺参数满足工业生产标准，所有设备的蒸汽压力处于安全范围，蒸汽制造过程本质安全。

Description

一种太阳能辅助加热制造蒸汽的方法

技术领域

本发明涉及能量转换设备技术领域，尤其是涉及一种太阳能辅助加热制造蒸汽的方法。

背景技术

淘汰燃煤锅炉、发展新能源既符合国家去环保政策及行业的发展方向，也符合公司发展要求：既提高了能源利用效率，也减少了环境污染，又降低了生产成本，减少了厂区占地面积等。

制造蒸汽，需要将水升温至90℃以上，若采用太阳能集热器，虽然能将水加热，作一般的热水使用，但无法满足工业生产对蒸汽的产能要求；若采用电磁蒸汽发生器，利用电磁加热水的效率高，能将95%以上的电能转化为水的热能，如果将20~30℃度的水加热成为蒸汽或95℃以上的水，消耗的电能大，电磁蒸汽发生器，虽然能高效率的转化能量，因电价太高，作为工业用途也失去新技术的价值。将太阳能集热板与电磁蒸汽发生器组合利用，将成就一种改变工业领域的新成果，替代工业与生活锅炉，极大减少我国的碳及“三废”排放，催生出太阳能辅助加热中央蒸汽发生器系统。

采用太阳能辅助蒸汽发生器对冷水进行加热，再将热水输送至蒸汽发生器以产生蒸汽，充分发挥太阳能的节省效果，又能利用电磁蒸汽发生器将热水加热到能广泛利用的蒸汽。该过程中，冷水的输入量、太阳能加热系统的水处理量以及蒸汽发生器的蒸汽产生量需要相互匹配，以避免设备超负荷工作，提升能量的转换效率。

为了使太阳能加热系统充分吸收太阳能，太阳能加热系统需要设置在向阳位置

（例如屋顶或者向阳的山坡、空地），距离其他设备的位置较远，信号传递不便，虽然能够对单台设备或单项功能进行控制，但达不到组合使用的控制要求，即难以将所设备的工作状态进行控制，以维持各个设备之间的最佳工作状态。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，将现有的太阳能加热和电磁加热两种方式组合使用，提供一种信号传输快、自动化程度高的太阳能辅助加热智能蒸汽发生器系统总成。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成，包括冷水补给系统、太阳能集热系统、电磁蒸汽发生器和热水回收系统，冷水补给系统、太阳能集热系统和电磁蒸汽发生器依次串联，所述太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成还包括中央智能控制系统，中央控制系统通过电连接的方式与冷水补给系统、太阳能集热系统、电磁蒸汽发生器、热水回收系统的检测控制装置以及电磁蒸汽发生器连接。

所述中央控制系统为控制终端，所述检测控制装置包括热水泵、节流阀、循环泵、电子水位计、温度控制器、压力传感器、报警器以及电磁阀中的一个或者多个；检测控制装置电连接在控制终端的处理器上。

所述太阳能集热系统包括一个以上的太阳能集热板和保温水箱，保温水箱通过管道分别连接至冷水补给系统、热水回收系统和电磁蒸汽发生器；热水泵设置在保温水箱和电磁蒸汽发生器之间的管道上，保温水箱设置有温度控制器。

所述太阳能集热系统还包括保温水罐，保温水罐与保温水箱通过节流阀连通。

所述冷水补给系统为位于太阳能加热系统上方的高位水池，高位水池下方通过带有截止阀的管道与保温水箱连接；高位水池设有电子水位计。

优选地，所述冷水补给系统还包括雨水净化装置，雨水净化装置包括雨水收集池和蒸馏池，雨水收集池与蒸馏池通过过滤网或者过滤芯隔开，雨水收集池上部开口；蒸馏池顶部由塑料膜密封，底部通过带有电磁阀的管道连接至高位水池。

所述热水回收系统包括热水箱和循环泵，热水箱通过保温管道连接在生产线用蒸汽设备和保温水箱之间，循环泵位于热水箱与保温水箱之间的保温管道上。

所述电磁蒸汽发生器安装有蒸汽贮存室，蒸汽贮存室设有压力传感器。

进一步，所述控制终端包括电信号放大器和信号发射接收模块，电信号放大器、信号发射接收模块以电连接的方式连接至处理器。

本发明还包括一种太阳能辅助加热制造蒸汽的方法，其特征在于，采用如前所述的太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成，依次包括下述步骤：

（1）利用太阳能集热系统将冷水加热获得热水；

（2）将步骤1的热水输送至电磁蒸汽发生器并加热为蒸汽；

（3）将步骤（2）中的蒸汽用于生产线用蒸汽设备，蒸汽转化为热水排出，并将热水收集返回至步骤（1）的太阳能集热系统。

通过电子水位计检测高位水池和热水箱内的水位，通过设置水位阈值，当水位高度超过上限或者低于下限时，电子水位计向控制终端发送信号，由控制终端启动报警器，并控制电磁阀或者循环泵的开启或者关闭，调整高位水池或者热水箱的水位；或者当高位水池水位高度超过上限时，将高位水池的水导入保温水箱，打开分流阀，保温水箱内的水部分进入保温水罐，相对于对保温水箱进行扩容，即保温水箱处理的水量更大，并通过温度控制器持续对保温水箱内的水进行加热；

利用控制终端设置保温水箱内的加热温度阈值以及蒸汽贮存室的蒸汽压力阈值，通过温度控制器检测并控制保温水箱内的加热温度，当温度达到加热上限值时，由温度控制器向控制终端发送信号，打开分流阀，增加保温水箱处理的水量，当温度达到加热下限值时， 增加输入到温度控制器的电功率；通过控制终端设置蒸汽贮存室的蒸汽压力阈值，由压力传感器检测蒸汽贮存室的蒸汽压力，当蒸汽压力不足时，发送信号至控制终端，由控制终端控制电磁蒸汽发生器，增加蒸汽的产生量，增大贮存室的蒸汽压力。

通过电信号放大器将电子水位计、温度控制器和压力传感器的反馈信号放大，并由信号发射接收模块发送，通过互联网系统转发至其他远程控制终端上，并由远程控制终端将操作信号返回至信号发射接收模块，对热水泵、节流阀、循环泵、温度控制器、报警器以及电磁阀进行远程操控。

优选地，所述蒸汽贮存室的容积为20~28升，所述步骤（1）将冷水加热到60~95℃。

本发明的有益效果：

（1）本发明将太阳能集热系统与电磁蒸汽发生器组合利用，将热水加热制造蒸汽，充分利用了太阳能集热系统的节能优势和电磁蒸汽发生器的高能量转化率的优势，符合国家产业政策，实现了零排放，节能又环保；

（2）在太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成上增设中央智能控制系统，实现对制造蒸汽过程的自动化控制，方便操作，确保各个环节的工艺参数满足工业生产标准，确保电磁蒸汽发生器的蒸汽压力处于安全范围，本质安全；

（3）在中央智能控制系统的基础上，进一步增加远程控制部分，在控制系统上增加信号发射接收模块，将保温水箱的温度和水位高度、蒸汽贮存室的蒸汽压力等工作状况通过互联网实时发送到手机上，并可在手机上进行实时操作，该系统实现了无人化、远距离操作及监制，完全消除了工业锅炉，必须有专业人员值班操作等复杂程序，是热能工程（锅炉）里程碑的创新；

（4）本发明具有明显的节能、零排放的优势，没有管道损耗，整套系统本质安全，能实现无人化及远程控制操作，整个系统除循环泵外，没有需要维修的设备，检测控制装置损坏可随更换，企业没有停产检修的损失及麻烦；

（5）太阳能加热系统还能根据太阳能辐射强度，加大传热介质的循环力度，加快太阳能与介质的热交换，尽可能多的贮存太阳能；优选地，太阳能加热系统将水的温度控制在60~95℃，温度过低，则没有充分利用太阳能的热能，能量转化率较低；若温度过高，保温水箱内的热水部分形成蒸汽而溢出，造成能量损耗；

（6）太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成没有压力容器，无需劳动局审批，不在安监范围内，也无需环保监管、培训和年审。

附图说明

图1—实施例1提供的太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成的示意图；

图2—实施例1提供的太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成的电连接示意图；

图3—实施例1中雨水净化装置的示意图；

图4—实施例1中太阳能集热系统的示意图。

附图标记说明：

1太阳能集热系统、1.1太阳能集热板、1.2保温水箱、1.3第一进水口、1.4第二进水口、

1.5出水口、1.6保温水罐、1.7节流阀、2高位水池、3热水箱、4循环泵、5保温管道、6生产线用蒸汽设备、7电磁蒸汽发生器、7.1蒸汽贮存室、8电子水位计、9报警器、10温度控制器、11压力传感器、12控制终端、13雨水净化装置、13.1雨水收集池、13.2蒸馏池、13.3塑料膜、13.4 过滤网、14电磁阀、15截止阀、16热水泵。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参照图1~4，实施例1提供的一种太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成，包括冷水补给系统、太阳能集热系统1、电磁蒸汽发生器7和热水回收系统，冷水补给系统、太阳能集热系统1和电磁蒸汽发生器7依次串联，所述太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成还包括中央智能控制系统，中央控制系统通过电连接的方式与冷水补给系统、太阳能集热系统1、电磁蒸汽发生器、热水回收系统的检测控制装置以及电磁蒸汽发生器7连接。

所述中央控制系统为控制终端12，所述检测控制装置包括热水泵16、节流阀1.7、循环泵4、电子水位计8、温度控制器10、压力传感器11、报警器9以及电磁阀14；检测控制装置电连接在控制终端12的处理器上。

所述太阳能集热系统包括一个以上的太阳能集热板1.1和保温水箱1.2，保温水箱1.2通过管道分别连接至冷水补给系统、热水回收系统和电磁蒸汽发生器7；热水泵16设置在保温水箱1.2和电磁蒸汽发生器7之间的管道上，保温水箱1.2设置有温度控制器10。

所述太阳能集热系统还包括保温水罐1.6，保温水罐1.6与保温水箱1.2通过节流阀1.7连通。

所述冷水补给系统为位于太阳能加热系统上方的高位水池2，高位水池2下方通过带有截止阀15的管道与保温水箱1.2的第一进水口1.3连接。

所述热水回收系统包括热水箱3和循环泵4，热水箱3通过保温管道5连接在生产线用蒸汽设备6和保温水箱1.2的第二进水口1.4之间，循环泵4位于热水箱3与保温水箱1.2之间的保温管道5上。

所述电磁蒸汽发生器7安装有蒸汽贮存室7 .1。

所述冷水补给系统还包括雨水净化装置13，雨水净化装置13包括雨水收集池13.1和蒸馏池13.2，雨水收集池13.1与蒸馏池13.2通过过滤网13 .4隔开，雨水收集池13.1上部开口；蒸馏池13.2顶部由塑料膜13.3密封，底部通过带有电磁阀14的管道连接至高位水池2。

所述蒸汽贮存室7 .1的容积为20~28升。

所述生产线用蒸汽设备6为敞口式设备。

本实施例提供的太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成，还包括中央智能控制系统，中央智能控制系统为控制终端12，温度控制器10用于检测和控制保温水箱1.2的热水温度，压力传感器11用于检测蒸汽贮存室7.1的蒸汽压力，高位水池2和热水箱3内设有电子水位计8。

所述控制终端12包括电信号放大器和信号发射接收模块，电信号放大器、信号发射接收模块以电连接的方式连接至处理器。

本实施例的工作原理及使用方法：

本实施例提供的太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成设计，可先计算需要消耗的能量，根据使用地的气候、太阳能辐射的强度、生产所需要的能量确定太阳能集热板1.1 的个数，最大限度地将冷水介质加热至90℃左右。根据使用蒸汽的频率，环境及使用状况， 确定电磁蒸汽发生器7的加热功率及台数。

太阳能集热板1.1可安装在屋顶及向阳的山坡、空地，作为太阳能辅助加热蒸汽发

生器的热能供应系统，将来自冷水补给系统的冷水加热为60~95℃的热水，通过电磁蒸汽发生器7，将水分子由液态加热至蒸汽（气态），由蒸汽贮存室7.1集聚，通过控制终端12控制电磁蒸汽发生器7的蒸汽产生量，将蒸汽的压力控制在工艺所需的数值范围，再输送至生产线用蒸汽设备6（例如熔化罐的夹层内，用以熔化化工材料）。所述生产线用蒸汽设备6为敞口式设备，不会出现接收的蒸汽过多，导致蒸汽压力过大的现象，使用安全。

生产线用蒸汽设备6使用完蒸汽，蒸汽又由气相转化液相（热水），排出并汇集到热水箱3，由循环泵4将其送回至保温水箱1.2，重新作为进入电磁蒸汽发生器7的热水使用，充分回收由蒸汽转化而来的热水余热。

冷水补给系统为位于太阳能加热系统上方的高位水池2，提供水的自然重力进入保温水箱1.2，省去了冷水补给系统和太阳能加热系统之间的水泵。通过雨水净化装置13，可收集雨水，并将雨水净化后收集至高位水池2，作为冷水补给系统的冷水使用。安装时，将蒸馏池13.2安装在向阳位置，雨水经过滤网13.4过滤后进入蒸馏池13.2，通过太阳的照射，蒸发产生水汽，水汽逐渐饱和，与塑料膜13.3接触遇冷凝结成水珠，再滑落至蒸馏池13.2中。本过程利用太阳照射，与太阳能集热系统1结合，可在雨天收集雨水作为冷水供应，晴天对冷水进行加热，根据天气进行交替作业。所述雨水净化装置13也可采用现有技术中的其它结构。

所述热水回收系统中，热水回收过程的运输通过保温管道5实现，可尽量保持回收热水的余温，避免热能过多的损耗。所述保温管道5可采用现有的保温管，例如在管道表面包覆保温层，保温层可以是硬质聚氨酯泡沫塑料或气凝胶毡。

中央智能控制系统用于对前述的过程进行自动化控制。

通过电子水位计8检测高位水池2和热水箱3内的水位，通过控制终端12设置水位阈值，当水位高度超过上限或者低于下限时，电子水位计8向控制终端12发送信号，由控制终端12启动报警器9，并控制电磁阀14或者循环泵4的开启或者关闭，调整高位水池2或者热水箱3的水位。或者当高位水池2水位高度超过上限时，将高位水池2的水导入保温水箱1.2，打开分流阀1.7，保温水箱1.2内的水部分进入保温水罐1.6，相对于对保温水箱1.2进行扩容，即保温水箱1.2处理的水量更大，并通过温度控制器10持续对保温水箱1.2内的水进行加热。

同理，利用控制终端12设置保温水箱1.2内的加热温度阈值以及蒸汽贮存室7.1的蒸汽压力阈值，通过温度控制器10检测并控制保温水箱1.2内的加热温度，当温度达到加热上限值时，也可由温度控制器10向控制终端12发送信号，打开分流阀1.7，增加保温水箱1.2处理的水量，当温度达到加热下限值时，增加输入到温度控制器10的电功率。通过控制终端12设置蒸汽贮存室7.1的蒸汽压力阈值，由压力传感器11检测蒸汽贮存室7.1的蒸汽压力，当蒸汽压力不足时，发送信号至控制终端12，由控制终端12控制电磁蒸汽发生器7，增加蒸汽的产生量，增大贮存室7.1的蒸汽压力，保障蒸汽产生具有足够的压力。本实施例中的蒸汽贮存室容积为20~28升，能够确保蒸汽产生过程安全，又能整个太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成不存在压力容器（蒸汽发生器容积在30L以下均不属于压力容器的范畴），确保蒸汽产生过程本质安全。

所述控制终端12包括电信号放大器和信号发射接收模块，通过电信号放大器将上述反馈信号放大，并由信号发射接收模块发送，通过互联网系统转发至其他远程控制终端（例如手机）上，并由远程控制终端将操作信号返回至信号发射接收模块，实现对太阳能辅助加热的智能蒸汽发生器系统总成的远程操控。

Claims (7)

1.一种太阳能辅助加热制造蒸汽的方法，依次包括下述步骤：（1）利用太阳能集热系统将冷水加热为60-95℃的热水；（2）将步骤1的热水输送至电磁蒸汽发生器并加热为蒸汽；（3）将步骤（2）中的蒸汽用于生产线用蒸汽设备，蒸汽转化为热水排出，并将热水收集返回至步骤（1）的太阳能集热系统；其特征在于： 通过电子水位计检测高位水池和热水箱内的水位，通过设置水位阈值，当水位高度超过上限或者低于下限时，电子水位计向控制终端发送信号，由控制终端启动报警器，并控制电磁阀或者循环泵的开启或者关闭，调整高位水池或者热水箱的水位；或者当高位水池水位高度超过上限时，将高位水池的水导入保温水箱，打开分流阀，保温水箱内的部分水通过分流阀进入保温水罐，并通过温度控制器持续对保温水箱内的水进行加热；保温水箱内的水通过热水泵输送至电磁蒸汽发生器；利用控制终端设置保温水箱内的加热温度阈值以及蒸汽贮存室的蒸汽压力阈值，通过温度控制器检测并控制保温水箱内的加热温度，当温度达到加热上限值时，由温度控制器向控制终端发送信号，打开分流阀，增加保温水箱处理的水量，当温度达到加热下限值时，增加输入到温度控制器的电功率；通过控制终端设置蒸汽贮存室的蒸汽压力阈值，由压力传感器检测蒸汽贮存室的蒸汽压力，当蒸汽压力不足时，发送信号至控制终端，由控制终端控制电磁蒸汽发生器，增加蒸汽的产生量，增大贮存室的蒸汽压力；通过电信号放大器将电子水位计、温度控制器和压力传感器的反馈信号放大，并由信号发射接收模块发送，通过互联网系统转发至远程控制终端上，并由远程控制终端将操作信号返回至信号发射接收模块，对热水泵、分流阀、循环泵、温度控制器、报警器以及电磁阀进行远程操控。

2.如权利要求1所述的太阳能辅助加热制造蒸汽的方法，其特征在于：所述电磁蒸汽发生器安装有所述蒸汽贮存室，蒸汽贮存室设有所述压力传感器。

3.如权利要求1或2所述的太阳能辅助加热制造蒸汽的方法，其特征在于：所述太阳能集热系统包括一个以上的太阳能集热板和所述保温水箱，保温水箱通过管道分别连接至冷水补给系统、热水回收系统和电磁蒸汽发生器；保温水箱设置有所述温度控制器。

4.如权利要求3所述的太阳能辅助加热制造蒸汽的方法，其特征在于：所述太阳能集热系统还包括所述保温水罐。

5.如权利要求3所述的太阳能辅助加热制造蒸汽的方法，其特征在于：蒸汽用于生产线用蒸汽设备后通过所述热水回收系统返回至太阳能集热系统，所述热水回收系统包括热水箱和所述循环泵，所述热水箱通过保温管道连接在生产线用蒸汽设备和保温水箱之间，所述循环泵位于热水箱与保温水箱之间的保温管道上。

6.如权利要求3所述的太阳能辅助加热制造蒸汽的方法，其特征在于：所述冷水补给系统为位于太阳能集热系统上方的所述高位水池，高位水池下方通过带有截止阀的管道与所述保温水箱连接，高位水池设有所述电子水位计。

7.如权利要求6所述的太阳能辅助加热制造蒸汽的方法，其特征在于：所述冷水补给系统还包括雨水净化装置，所述雨水净化装置包括雨水收集池和蒸馏池，所述雨水收集池与蒸馏池通过过滤网或者过滤芯隔开，雨水收集池上部开口；蒸馏池顶部由塑料膜密封，底部通过带有所述电磁阀的管道连接至所述高位水池。

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