CN112781431A - 换热装置及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种换热装置及其控制方法，包括控制器和换热器，所述换热器包括入口、出口以及并联连接在所述入口和所述出口之间的多个换热通路，所述换热通路上设置有检测装置和电控阀，所述控制器分别与所述检测装置和所述电控阀电性连接；所述检测装置包括流量计，所述流量计用于检测所在换热通路内换热介质的流量，并在流量达到流量阈值时向所述控制器发送流量检测信号；所述控制器接收所述流量检测信号，并向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号，以通过所述电控阀关闭其他的至少一个所述换热通路；使换热介质以相对较快的流速通过打开状态的换热通路，实现在换热装置运行状态下清扫换热通路，减少检修或更换成本。
Description
技术领域
本发明属于换热装置领域，特别涉及一种换热装置及其控制方法。
背景技术
目前，列管式换热器是较为常见的一种换热设备，煤气化装置系统可以通过管式换热器来实现余热回收的目的。
然而由于这种换热器多为金属管式换热器，管内流过的是高温高压的渣水，管外流过的是待预热的气体或液体。一般情况下，渣水中含有灰渣，加上管式换热器带来的阻力，长时间运行后将在管式换热器的换热管内壁积灰乃至结垢，进而导致换热器的热效率大幅度下降。
由于管式换热器的清洗方法十分麻烦，需要将列管式换热器的压紧盖打开，然后用高压水枪喷洗每一根加热管。因此，列管式换热器的清洗过程耗时较长、消耗人工较大，是对人力资源的极大浪费；并且，由于在高压水枪喷洗过程中不能实现水的循环利用，也是对水资源的浪费。
由于管式换热器特殊的管状构造难以彻底清洗，大多数企业及个人对换热设备结垢的影响及清除工艺还停留在机械、高压水、化学酸洗等传统的“破坏性”工艺和观念方面；通常认为设备清洗只有在严重影响生产的情况下才会考虑，往往忽视生成水垢后对企业能耗的影响，吞噬着企业的利润。
然而为了降低清洗费用，选择对设备有损害和腐蚀的清洗方法，造成设备报废和生产停滞，为此付出比清洗剂高数倍的代价。例如，采用草酸清洗换热设备，清洗频率增加，由此对应增加停机停产时间，间接地给企业造成了损失。
发明内容
鉴于现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种能够自动清洁换热通路上结垢的换热装置及换热装置的控制方法。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案是：
一种换热装置，包括控制器和换热器，所述换热器包括入口、出口以及并联连接在所述入口和所述出口之间的多个换热通路，所述换热通路上设置有检测装置和电控阀，所述控制器分别与所述检测装置和所述电控阀电性连接；
所述检测装置包括流量计，所述流量计用于检测所在换热通路内换热介质的流量，并在流量达到流量阈值时向所述控制器发送流量检测信号；
所述控制器接收所述流量检测信号，并向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号，以通过所述电控阀关闭其他的至少一个所述换热通路。
可选地，所述检测装置还包括温度计，所述温度计用于检测所在换热通路内换热介质的温度，并在温度达到温度阈值时向所述控制器发送温度检测信号；
所述控制器在接收到所述温度检测信号和/或所述流量检测信号时，向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号。
可选地，所述电控阀为电磁阀。
可选地，所述控制器为PLC控制器。
另一方面，本发明还提供一种换热装置的控制方法，其中，所述换热装置包括控制器和换热器，所述换热器包括入口、出口以及并联连接在所述入口和所述出口之间的多个换热通路，所述换热通路上设置有检测装置和电控阀，所述检测装置包括流量计，所述控制器分别与所述流量计和所述电控阀电性连接；所述方法包括：
通过所述流量计检测所在换热通路内换热介质的流量，在所述流量计所在换热通路内换热介质的流量达到流量阈值时，向所述控制器发送流量检测信号；
所述控制器响应于所述流量检测信号，并向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号，以通过所述电控阀关闭其他的至少一个所述换热通路。
可选地，在所述流量计所在换热通路内换热介质的流量达到流量阈值时，向所述控制器发送流量检测信号，具体为：
在所述流量计所在换热通路内换热介质的流量与一预设流量值之间的偏差达到第一偏差阈值时，向所述控制器发送流量检测信号。
可选地，所述第一偏差阈值为所述预设流量值的10％。
可选地，所述检测装置还包括与所述控制器电气连接的温度计，所述方法还包括：
通过所述温度计检测所在换热通路内换热介质的温度，在所述温度计所在换热通路内换热介质的温度达到温度阈值时，向所述控制器发送温度检测信号；
所述控制器响应于所述温度检测信号和/或所述流量检测信号，并向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号，以通过所述电控阀关闭其他的至少一个所述换热通路。
可选地，在所述温度计所在换热通路内换热介质的温度达到温度阈值时，向所述控制器发送温度检测信号，具体为：
在所述温度计所在换热通路内换热介质的温度与一预设温度值之间的偏差达到第二偏差阈值时，向所述控制器发送温度检测信号。
可选地，所述第二偏差阈值为所述预设温度值的10％。
与现有技术相比较，本发明的有益效果在于：
本发明实施例的换热装置，通过所述流量计检测所换热通路内换热介质的流量，并在流量达到流量阈值时向所述控制器发送流量检测信号，该流量阈值用于表征换热通路可能发生结垢；所述控制器接收所述流量检测信号，并向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号，以通过所述电控阀关闭其他的至少一个所述换热通路，使得原本流经多个换热通路的换热介质此时仅能够从一个处于打开状态的换热通路通过，因此，由于换热介质的液压的增加，必然导致换热介质的流速相对于之前的流速大幅提高，进而能够有效冲刷换热通路内的结垢，达到清洗的目的，避免换热通路发生结垢而导致换热效率下降，使换热装置保持较高的换热效率，避免结垢对换热通路的损伤，进而提高换热装置的使用寿命，并相应地减少检修或更换成本。
由于本发明实施例的换热装置实现自动控制，且未在换热通路内设置可循环利用的固体颗粒物，如小球、清洁珠等，使得换热装置的结构更为简单，操作更为便利，有效降低劳动强度。
附图说明
图1为本发明实施例的换热装置的结构示意图；
图2为本发明实施例的换热装置的控制方法的流程图。
附图标记说明
1入口 2换热通路 3流量计
4温度计 5电控阀 6控制器 7出口
具体实施方式
下面，结合附图对本发明的具体实施例进行详细的描述，但不作为本发明的限定。为使本领域技术人员更好的理解本公开的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本公开作详细说明。下面结合附图和具体实施例对本公开的实施例作进一步详细描述，但不作为对本公开的限定。
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
参见图1，在本申请实施例的换热装置正常运行过程中，特别是在所述换热装置的换热通路2中产生积灰乃至结垢后，直接导致换热器的热效率大幅度下降，且在换热通路2内的结垢长时间驻留导致后期清洗更困难。然而，换热通路2在通过传统方式，例如，机械、高压水、化学酸洗等传统的“破坏性”工艺进行清洗后，会对换热通路2造成严重损害，进而缩短换热装置使用寿命。
另外，需要说明的是，本发明实施例换热装置的换热通路2内的换热介质为包含不同固体颗粒物质的液体，例如渣水、污水等。
为避免发生上述技术问题，本发明实施例公开一种换热装置，结合图1，换热装置包括控制器6和换热器，换热器包括入口1、出口7以及并联连接在入口1和出口7之间的多个换热通路2，换热通路2上设置有检测装置和电控阀5，控制器6分别与所述检测装置和电控阀5电性连接；所述检测装置包括流量计3，流量计3用于检测所在换热通路2内换热介质的流量，并在流量达到流量阈值时向控制器6发送流量检测信号；控制器6接收所述流量检测信号，并向其他的至少一个换热通路2上的电控阀5发送关闭信号，以通过电控阀5关闭其他的至少一个换热通路2。需要说明的是，该其他的至少一个换热通路2是指换热器的多个换热通路2中除发送流量检测信号的流量计3所在换热通路2之外的其他至少一个换热通路2。
在本发明实施例中换热通路2为由不同结构、形状构成或由不同材料组成的管线。
由于本发明实施例的换热装置通过自动控制，实施清洁并维持换热通路2处于较高的换热效率，同时还防止换热通路2的过度磨损。特别地，一旦换热通路2内发生结垢，其内径变小，流量会降低，通过流量计3实时检测所在换热通路2内换热介质的流量，并设定用于表征换热通路2可能发生结垢的流量阈值，流量计3在检测到所在换热通路2换热介质的流量达到流量阈值时，向控制器6发送流量检测信号，控制器6通过电控阀5关闭其他至少一个换热通路2，这样，使得原本流经多个换热通路2的换热介质此时仅能够从一个处于打开状态的换热通路2通过，因此，由于换热介质的液压的增加，必然导致换热介质的流速相对于之前的流速大幅提高，进而能够有效冲刷换热通路2内的结垢，达到清洗的目的，无需人工参与，整个检测过程操作更为精确。另外，由于能够及时准确发现换热通路2内发生结垢并进行及时处理，有效避免结垢对换热通路2的损坏，由此提高换热装置的使用寿命，且由于在无需停工状态下进行清洁处理，进而相应地减少检修或更换成本。
在一些实施例中，为提高实时评估换热通路2的内部结垢状况，所述检测装置还包括温度计4，温度计4用于检测所在换热通路2内换热介质的温度，并在温度达到温度阈值时向控制器6发送温度检测信号；控制器6在接收到所述温度检测信号和/或所述流量检测信号时，向其他的至少一个换热通路2上的电控阀5发送关闭信号。由于换热介质的流量和温度对于结垢的产生存在不同程度的影响，在具体实施过程中，在结合换热介质的物理属性基础上，在结垢与换热介质的流量、温度之间设置对应关系，并在流量计3和温度计4所对应检测的流量和温度后，通过对应关系获得结垢的当前状态，进而做出是否进行清洁的决定，为自动清洁结垢提供了准确的依据。
在一些实施例中，电控阀5为电磁阀。由于电磁阀是用电磁控制的工业设备，用来控制流体的自动化基础元件，属于执行器，并不限于液压、气动。且电磁阀可以配合不同的电路来实现预期的控制，而控制的精度和灵活性都能够保证。
在一些实施例中，控制器6为PLC控制器6。PLC控制器6为可编程逻辑控制器6，其中，可编程逻辑控制器6具体为一种具有微处理器的用于自动化控制的数字运算控制器6，可以将控制指令随时载入内存进行储存与执行。在本实施例中，由于测量参数随着换热装置的换热通路2的截面积大小及流过换热通路2内的换热介质的组分及对应的流量等参数的变化，因此，通过PLC控制器6能够进行及时进行对应的调整。
为充分理解本发明实施例的工作流程，在此以图1中所示的示例性构造为例进行说明，具体可参照图1所示。
当所述换热装置仅包括两个换热通路2时，流量计3检测所在换热通路2内换热介质的流量，并在其中一个换热通路2的流量达到流量阈值时，向控制器6发送流量检测信号；控制器6接收所述流量检测信号后，并向另一个换热通路2上的电控阀5发送关闭信号，并通过电控阀5关闭另一个换热通路2。
在具体的实施过程中，还可以结合换热通路2内换热介质的温度，并与流量进行综合考虑，由于流量和温度均为测量参数，在测量过程中可根据换热通路2的物理结构进行调整，并对应的调整阈值范围。
另外，如图1中所示，当所述换热装置仅包括三个或超过三个换热通路2时，考虑到两个换热通路2同时满足阈值在实际应用过程中出现的概率非常小，然而，在本申请实施例中并不排除同时发生两个换热通路2内换热介质满足阈值的情况。因此，为了理解本申请实施例的工作流程，在此，仅考虑当一个换热通路2内换热介质的测量参数满足阈值的情况，此时，重复上述过程，即，控制器6接收所述流量检测信号后，并向其他两个或两个以上换热通路2上的电控阀5发送关闭信号，最终关闭其他两个或两个以上的换热通路2，仅保留一个换热通路2处于持续打开的状态。
换热通路2内换热介质经过上述流程，使得原本流经多个换热通路2的换热介质此时仅能够从一个处于打开状态的换热通路2通过，因此，由于换热介质的液压的增加，必然导致换热介质的流速相对于之前的流速大幅提高，进而能够有效冲刷换热通路2内的结垢，达到清洗的目的。
另一方面，基于相同的技术构思，本发明还提供一种换热装置的控制方法，该控制方法通过实时测量换热通路2的换热效率，实时评估结垢状况，根据评估结果及时处理，由此有效提高换热装置的使用寿命，并相应地减少检修或更换成本。
如图2所示，为本发明实施例的换热装置的控制方法的流程图。本发明实施例中的该方法可以包括：其中，所述换热装置包括控制器6和换热器，所述换热器包括入口1、出口7以及并联连接在入口1和出口7之间的多个换热通路2，换热通路2上设置有检测装置和电控阀5，所述检测装置包括流量计3，控制器6分别与流量计3和电控阀5电性连接；所述方法包括：
步骤1：通过流量计3检测所在换热通路2内换热介质的流量，在流量计3所在换热通路2内换热介质的流量达到流量阈值时，向控制器6发送流量检测信号；
步骤2：控制器6响应于所述流量检测信号，并向其他的至少一个换热通路2上的电控阀5发送关闭信号，以通过电控阀5关闭其他的至少一个换热通路2。
具体的，当检测的换热通路2的流量时，步骤1进一步包括，在流量计3所在换热通路2内换热介质的流量达到流量阈值时，向控制器6发送流量检测信号，具体为：在流量计3所在换热通路2内换热介质的流量与一预设流量值之间的偏差达到第一偏差阈值时，向控制器6发送流量检测信号。并且，由于在结垢后，换热通路2的截面积相应缩小，换热通路2内换热介质通过的流量必然发生改变，当所述第一偏差阈值为所述预设流量值的10％，向控制器6发送流量检测信号。关于所述第一偏差阈值与所述预设流量值之间波动幅度的比例关系，可结合换热装置在运行过程中的具体情况进行相应的调整，例如，考虑到换热通路2的截面积大小、换热通路2的长度、换热通路2内换热介质的粘稠度及所包含颗粒物的浓度等，最终在设置波动幅度值时尽可能将其设置为一较为合理的具体数值或处于合理区间，避免出现设置不够合理所导致的问题，例如，由于波动区间设置较小，使得测量更加敏感，造成频繁关闭换热通路2导致换热装置运行的稳定性；或由于波动区间设置较大，使得测量较迟钝，导致结垢严重才开始做清洁处理，由此可能造成换热通路2的损坏。
在步骤2中，控制器6响应于所述流量检测信号，并向其他的至少一个换热通路2上的电控阀5发送关闭信号，以通过电控阀5关闭其他的至少一个换热通路2。由于关闭其他的至少一个换热通路2，使得换热通路2内通过的换热介质集中通过未关闭的换热通路2，换热通路2中换热介质压力的提高导致换热介质的流速相应提高，由此，换热通路2中结垢在快速流过的换热介质冲刷下，实现对换热通路2的自动清洁，由此带来在无需人工操作的前提下，实现快速清洁换热通路2的有益效果。
为提高检测准确性和可靠性，在本实施例中还提供其他的判断手段。具体为，所述检测装置还包括与控制器6电气连接的温度计4，所述方法还包括：
通过温度计4检测换热通路2内换热介质的温度，在温度计4所在换热通路2内换热介质的温度达到温度阈值时，向控制器6发送温度检测信号；控制器6响应于所述温度检测信号和/或所述流量检测信号，并向其他的至少一个换热通路2上的电控阀5发送关闭信号，以通过电控阀5关闭其他的至少一个换热通路2。
由于换热介质的温度直接影响换热介质的运动状态，事实也是如此，温度高流速相应较快，反之亦然；因此在本实施例中将换热介质的温度也作为参数，更加准确地反映和判断换热通路2中当前的结垢状态，其中，在温度计4所在换热通路2内换热介质的温度达到温度阈值时，向控制器6发送温度检测信号，具体为：
在温度计4所在换热通路2内换热介质的温度与一预设温度值之间的偏差达到第二偏差阈值时，向控制器6发送温度检测信号。其中，所述第二偏差阈值为所述预设温度值的10％。当换热介质的温度的波动幅度超过10％的情况下，向控制器6发送流量检测信号。
关于所述第二偏差阈值与所述预设温度值之间波动幅度的比例关系，可结合换热装置在运行过程中的具体情况进行相应的调整，例如，考虑到换热通路2的截面积大小、换热通路2的长度、换热通路2内换热介质的粘稠度、换热通路2外环境的温度值及所包含颗粒物的浓度等，最终在设置波动幅度值时尽可能将其设置为一较为合理的具体数值或处于合理区间，避免出现设置不够合理所导致的问题，例如，由于波动区间设置较小，使得测量更加敏感，造成频繁关闭换热通路2导致换热装置运行的稳定性；或由于波动区间设置较大，使得测量较迟钝，导致结垢严重才开始做清洁处理，由此可能造成换热通路2的损坏。
此外，尽管在此描述了说明性的实施例，但是范围包括具有基于本公开的等效要素、修改、省略、组合(例如，跨各种实施例的方案的组合)、调整或变更的任何和所有实施例。权利要求中的要素将基于权利要求中使用的语言进行宽泛地解释，而不限于本说明书中或在本申请的存续期间描述的示例。此外，所公开的方法的步骤可以以任何方式进行修改，包括通过重新排序步骤或插入或删除步骤。因此，意图仅仅将描述视为例子，真正的范围由以下权利要求及其全部等同范围表示。
以上描述旨在是说明性的而非限制性的。例如，上述示例(或其一个或多个方面)可以彼此组合使用。在阅读以上描述之后，例如本领域普通技术人员可以使用其他实施例。而且，在以上详细描述中，可以将各种特征组合在一起以简化本公开。这不应被解释为意图未请求保护的公开特征对于任何权利要求是必不可少的。因此，以下权利要求作为示例或实施例结合到具体实施方式中，其中每个权利要求自身作为单独的实施例，并且可以预期这些实施例可以以各种组合或置换彼此组合。应参考所附权利要求以及这些权利要求所赋予的等同物的全部范围来确定本发明的范围。
Claims (10)
1.一种换热装置，其特征在于，包括控制器和换热器，所述换热器包括入口、出口以及并联连接在所述入口和所述出口之间的多个换热通路，所述换热通路上设置有检测装置和电控阀，所述控制器分别与所述检测装置和所述电控阀电性连接；
所述检测装置包括流量计，所述流量计用于检测所在换热通路内换热介质的流量，并在流量达到流量阈值时向所述控制器发送流量检测信号；
所述控制器接收所述流量检测信号，并向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号，以通过所述电控阀关闭其他的至少一个所述换热通路。
2.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述检测装置还包括温度计，所述温度计用于检测所在换热通路内换热介质的温度，并在温度达到温度阈值时向所述控制器发送温度检测信号；
所述控制器在接收到所述温度检测信号和/或所述流量检测信号时，向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号。
3.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述电控阀为电磁阀。
4.根据权利要求1所述的换热装置，其特征在于，所述控制器为PLC控制器。
5.一种换热装置的控制方法，其特征在于，所述换热装置包括控制器和换热器，所述换热器包括入口、出口以及并联连接在所述入口和所述出口之间的多个换热通路，所述换热通路上设置有检测装置和电控阀，所述检测装置包括流量计，所述控制器分别与所述流量计和所述电控阀电性连接；所述方法包括：
通过所述流量计检测所在换热通路内换热介质的流量，在所述流量计所在换热通路内换热介质的流量达到流量阈值时，向所述控制器发送流量检测信号；
所述控制器响应于所述流量检测信号，并向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号，以通过所述电控阀关闭其他的至少一个所述换热通路。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，在所述流量计所在换热通路内换热介质的流量达到流量阈值时，向所述控制器发送流量检测信号，具体为：
在所述流量计所在换热通路内换热介质的流量与一预设流量值之间的偏差达到第一偏差阈值时，向所述控制器发送流量检测信号。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于，所述第一偏差阈值为所述预设流量值的10％。
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于，所述检测装置还包括与所述控制器电气连接的温度计，所述方法还包括：
通过所述温度计检测所在换热通路内换热介质的温度，在所述温度计所在换热通路内换热介质的温度达到温度阈值时，向所述控制器发送温度检测信号；
所述控制器响应于所述温度检测信号和/或所述流量检测信号，并向其他的至少一个所述换热通路上的所述电控阀发送关闭信号，以通过所述电控阀关闭其他的至少一个所述换热通路。
9.根据权利要求8所述的控制方法，其特征在于，在所述温度计所在换热通路内换热介质的温度达到温度阈值时，向所述控制器发送温度检测信号，具体为：
在所述温度计所在换热通路内换热介质的温度与一预设温度值之间的偏差达到第二偏差阈值时，向所述控制器发送温度检测信号。
10.根据权利要求9所述的控制方法，其特征在于，所述第二偏差阈值为所述预设温度值的10％。
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