CN204420952U - 一种电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制系统。所述电蒸汽发生器，包括：用于对自来水软化处理的软化水机组、用于存储软水的水箱、用于软水加热的热泵机组、用于进行水雾化的高压泵、用于产生蒸汽的反应釜、用于软水循环的循环泵、以及用于对所述热泵机组和反应釜加热的电磁加热器，所述热泵机组为空气能热泵机组；所述反应釜的蒸汽输出口通过管网并联到储汽罐。通过本实用新型的技术方案，能够实现零污染、零排放、高效节能的供气、供暖，并且可无人值守、实现远程集中管理。

Description

一种电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制系统

技术领域

本实用新型涉及蒸汽发生设备领域，尤其涉及一种电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制系统。

背景技术

目前，国内普遍采用化学燃料蒸汽发生器产生蒸汽，即向蒸汽发生器输入煤、燃油或燃气等化学燃料中的化学能，蒸汽发生器输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体。但是这种方式消耗的化学燃料较多，且化学燃料燃烧过程中带来的污染比较大。基于此，引入了电蒸汽发生器，是一种自动补水、加热，同时连续地产生一定压力蒸汽的锅炉设备，主要由供水系统、自动控制系统、炉胆与加热系统等组成。电蒸汽发生器的工作原理为：通过自动控制系统，确保运行过程中液体控制器或高、中、低电极探棒反馈控制水泵的开启、闭合、供水量长短、炉胆加热时间；由压力继电器调定的最高蒸汽压力随着蒸汽的不断输出，炉胆水位不断下降，当处于低水位(机械式)、中水位(电子式)时，水泵自动补水，到高水位时，水泵停止补水；与此同时，炉胆内电热管继续加热，源源不断产生蒸汽。然而，现有的电蒸汽发生器产生蒸汽速度较慢，导致生产效率低下。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制系统，能够实现零污染、零排放、高效节能的供气、供暖，并且可无人值守、实现远程集中管理。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种电蒸汽发生器，包括：用于对自来水软化处理的软化水机组、用于存储软水的水箱、用于软水加热的热泵机组、用于进行水雾化的高压泵、用于产生蒸汽的反应釜、用于软水循环的循环泵、以及用于对所述热泵机组加热的第一电磁加热器和对反应釜加热的第二电磁加热器，所述热泵机组为空气能热泵机组；

所述软化水机组的软水出口连接所述水箱的第一进水口，所述水箱的出水口连接所述循环泵的进水口，所述循环泵的出水口连接所述热泵机组的进水口，所述热泵机组的出水口通过第一电磁阀连接所述水箱的第二进水口，所述热泵机组的出水口还通过第二电磁阀连接所述高压泵的进水口，所述高压泵的高压管路通过单向阀连接反应釜的入口，所述反应釜的蒸汽出口连接到储汽罐。

其中，所述反应釜容积小于等于30L，反应釜为工作温度350℃-400℃的高温反应釜。

其中，所述高压泵为工作压强5-12MP的高压泵。 

其中，所述第一电磁加热器、第二电磁加热器均包括耐高温电感线圈、以及与所述耐高温电感线圈连接的电磁加热组；

所述第二电磁加热器包括：在金属容器上缠绕上5厘米厚度的隔热材质，在隔热材质上缠绕的耐高温感应线圈，以及连接感应线圈两端的电磁加热组。

一种对所述电蒸汽发生器进行控制的电蒸汽发生器控制系统，包括：软化水机组控制子系统、用于控制第一电磁加热器和/或第二电磁加热器进行中/高频加热的电磁加热控制子系统，用于控制热泵机组输出高温水的热泵机组控制子系统，用于控制高压泵进行水雾化的雾化控制子系统，用于蒸汽输出量管理的蒸汽智能管控子系统，用于强制水冷却的循环水冷却子系统，以及用于对系统设备进行管理、实现远程工业PC机集中管理监控的人机交互控制子系统；

所述软化水机组控制子系统包括用于检测水箱中液位的液位计、与液位计信号连接的软化水机组控制中心；

所述热泵机组控制子系统包括用于检测热泵机组的出口水水温的温度传感器、与温度传感器连接的热泵机组控制中心；

所述电磁加热控制子系统包括：用于采集热泵机组水温的第一温度探头、用于采集反应釜温度的第二温度探头、以及与所述第一温度探头、第二温度探头信号连接的加热控制中心。

其中，还包括：用于对电磁加热电路进行保护的电磁加热保护子系统。

其中，所述雾化控制子系统包括用于检测高压泵的高压管路的实际压力的压力表，以及与所述压力表信号连接的雾化控制中心。

其中，所述蒸汽智能管控子系统包括：设于储汽罐上的泄压阀、压力变送器、温度表、蒸汽流量计，以及与所述泄压阀、压力变送器、温度表、蒸汽流量计信号连接的蒸汽控制中心。

实施本实用新型实施例，具有如下有益效果：

本实用新型实施例的电蒸汽发生器，通过包含多个子系统的控制系统实现了新型供气、供暖的零污染、零排放的高效节能的蒸汽输出，并且实现了无人值守、远程集中控制的效果；

其中，通过软化水机组控制子系统保证热泵机组等蒸汽发生器部件内部无水垢，保证电蒸汽发生器的长期不间断工作；

通过使用电磁加热器替代传统电热管加热，节省了染料，提高能量转换效率，并且减少了环境污染，更加环保；

通过空气能热泵机组可对反应釜释放到周围的环境中的余热进行利用，更节能、环保，有效的提高了热利用率；

通过循环水冷却子系统通过对水箱、循环泵进行水温检测闭环控制系统，实现强制冷却效果，保证了蒸汽发生过程中的安全性；

通过高压泵将雾化的水的引入反应釜，在高温的反应釜中立刻被气化为高温、高压的蒸汽，提高了蒸汽产生的速度；

通过蒸汽智能管控子系统负责根据不同的客户用气量控制蒸汽的输出，以及实时对用户用气管路进行压力控制和系统的超压停机保护；

通过人机交换控制系统提供系统组态显示、运行记录显示、显示设备运行状态、历史数据显示、以及报警显示等，方便操作人员进行参数设置、操作控制、以及故障记录、诊断、维修、维护等，实现远程控制现场信号采集、控制输出等，达到了远程集中管理的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型实施例的电蒸汽发生器的结构示意图；

图2是本实用新型实施例的反应釜的电磁加热器的结构示意图；

图3是本实用新型实施例的循环水冷却子系统的结构示意图；

图4是本实用新型实施例的雾化控制子系统的结构示意图；

图5是本实用新型实施例的人机交互控制子系统的结构示意图。

附图标记说明：1-循环泵，2-高压泵，3-超声波液位计，4-软水出口，5-废水出口，6-自来水进水口，7-电磁加热组，8-电感线圈，9-反应釜，10-冷水塔，11-冷却水水箱，12-冷却泵，14-压力表，15-单向阀，16-喷头。

具体实施方式

下面结合本实用新型的附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

结合图1-5对本实用新型的实施例的电蒸汽发生器及蒸汽发生器控制系统进行说明。

本实施例的电蒸汽发生器包括：用于对自来水软化处理的软化水机组、用于存储软水的水箱、用于软水加热的热泵机组、用于进行水雾化的高压泵2、用于产生蒸汽的反应釜9、用于软水循环的循环泵1、以及用于对所述热泵机组加热的第一电磁加热器和对反应釜9加热的第二电磁加热器，所述热泵机组为空气能热泵机组。其中，所述软化水机组的软水出口4连接所述水箱的第一进水口，所述水箱的出水口连接所述循环泵1的进水口，所述循环泵1的出水口连接所述热泵机组的进水口，所述热泵机组的出水口通过第一电磁阀连接所述水箱的第二进水口，所述热泵机组的出水口还通过第二电磁阀连接所述高压泵2的进水口，所述高压泵2的高压管路通过单向阀15连接反应釜9的入口，所述反应釜9的蒸汽输出口通过管网并联到储汽罐。

优选的，本实施例中所述第一电磁加热器、第二电磁加热器均包括耐高温电感线圈8、以及与所述耐高温电感线圈8连接的电磁加热组7。

传统的加热管加热的热量利用率最高只有50％左右。而通过电磁感应加热，是通过电流产生磁场，使得铁质金属器件自身发热，再加上隔热材质，防止管道热量的散发，热利用率高，理论上节电效果好。考虑到不同质量的电磁感应 加热控制器的能量转换效率是不太相同的，以及不同的生产设备和环境，节电效果也不同。将电磁加热器应用到蒸汽发生器引起了蒸汽发生器的反应釜的结构变化。

具体的，本实施例中所述第二电磁加热器包括：在金属容器(反应釜9)上缠绕上5cm的保温棉(隔热材质)，然后用耐高温导线紧密的绕在保温棉上作为感应线圈8。电磁加热组7连接感应线圈8的两端。电磁加热组7工作时，高速变化的高频高压电流流过感应线圈8会产生高速变化的交变磁场，在金属容器(反应釜9)表面即具切割交变磁力线而在反应釜9底部金属部分产生交变的电流(即涡流)，涡流使金属容器底部的铁原子高速无规则运动，原子互相碰撞、摩擦而产生热能。

本实施例中，所述电蒸汽发生器可为0-3吨的用电型锅炉或用电型蒸汽发生器。该蒸汽发生器由于采用的反应釜9，是将软水雾化后喷射进反应釜9。传统的电蒸汽发生器将常温水雾化、再次高温气化所需要的热能相当大，而本实施例的蒸汽发生器基本可避免传统锅炉的高压容器资质审核，将反应釜9容积都设计在30L以内，所以反应釜9内的高温蒸发面积仅仅只有0.3平方米，只需将软水加温到50℃以上，更有效的提高了反应釜9的热效率。整套蒸汽发生器在运行中反应釜9会有一些余热释放到周围的环境中，采用空气能热泵机组能够更节能、环保，同时置换环境热量。

针对0-3吨的用电型锅炉或用电型蒸汽发生器，本实用新型实施例提供了一种电蒸汽发生器控制系统，包括：软化水机组控制子系统、用于控制第一电磁加热器和/或第二电磁加热器进行中/高频加热的电磁加热控制子系统，用于控制热泵机组向高压泵2输出高温水的热泵机组控制子系统，用于控制高压泵2进行水雾化的雾化控制子系统，用于对蒸汽输出量进行管理的蒸汽智能管控子 系统，用于强制水冷却的循环水冷却子系统，以及用于对系统设备进行管理、实现远程工业PC机集中管理监控的人机交互控制子系统。

优选的，所述软化水机组控制子系统包括用于检测水箱中液位的液位计、与液位计信号连接的软化水机组控制中心，所述软化水机组控制子系统具体用于：软水进入水箱，当所述水箱中液位到达预设的第一液位时，控制软化水机组停止；当所述水箱中液位到达预设的第二液位时，控制软化水机组启动；当所述水箱中液位到达预设的第三液位时，控制所述电蒸汽发生器停机。所述第一液位高于第二液位，第二液位高于第三液位。

水为整个蒸汽发生的基础环节，只有软化后的水才能保证设备内部很少的水垢，从而保证整个设备的长期不间断工作。通过软化水机组控制子系统对软化水机组进行控制，软化后的水进入软化水箱，采用超声波液位计3对水箱液位进行测量，当软化水达到第一液位(如水箱容积的上限时)的时候，控制停止软化水机组。当水箱液位到第二液位(如水箱容积的1/2时)的时候，控制软化水机组自动启动。当水箱液位到达第三液位(如水箱容积的1/10时)的时候，锅炉系统、电蒸汽发生器整个系统自动停机。较佳的，所述软化水机组控制子系统还可提示“软化系统缺水”，用户可根据不同蒸汽发生器用水量设定上述三个液位，本实施例中，可通过人机交互控制子系统接收用户设定的液位。

优选的，所述热泵机组控制子系统包括用于检测热泵机组的出口水水温的温度传感器、与温度传感器连接的热泵机组控制中心，所述热泵机组控制子系统具体用于：当热泵机组的出口水水温低于设定的第一温度时，控制所述第一电磁阀Y1打开，使得热泵机组中的热水回流到所述水箱；当热泵机组的出水口水温达到设定的第二温度时，控制所述第二电磁阀Y2打开、所述第一电磁阀关闭，使得热泵机组中的热水进入高压泵2。

优选的，所述电磁加热控制子系统包括：用于采集热泵机组水温的第一温度探头、用于采集反应釜9温度的第二温度探头、以及与所述第一温度探头、第二温度探头信号连接的加热控制中心，所述加热控制中心用于控制热泵机组的水温、所述反应釜9的温度在各自预设温度范围内。其中，所述控制中心根据热泵机组的水温、设定的反应釜9工作温度采用PID算法得出对应的模拟量或者开关量，并根据所述模拟量或者开关量对电磁加热器进行控制，以控制热泵机组的水温在其设定工作温度内。

需要说明的是，在过程控制中，按差值的比例(P)、积分(I)和微分(D)进行控制的PID控制器(亦称PID调节器)是应用最为广泛的一种自动控制器。它具有原理简单，易于实现，适用面广，控制参数相互独立，参数的选定比较简单等优点；而且在理论上可以证明，对于过程控制的典型对象──“一阶滞后+纯滞后”与“二阶滞后+纯滞后”的控制对象，PID控制器是一种最优控制。

优选的，本实施例中，将反应釜9的工作温度控制在350℃-400℃高温，通过高压泵2将软水雾化后喷射到反应釜9内，立刻就可以将水气化产生高温水蒸气。

本实施例中，可通过温度探头PT100对热泵机组的水温(即炉温)进行实时测量，热泵机组的水温记为PT，再根据设定的反应釜9工作温度(记为ST),根据PT和ST，采用PID算法得出的对应的模拟量或者开关量，用所述模拟量或者开关量对电磁加热器进行控制，保证炉温控制在设定的反应釜9工作温度ST内。当炉温PT大于设定反应釜9工作温度ST时，控制电磁加热器自动停止对热泵机组继续加热。另外，为了保证反应釜9的钢结构及配件不因为测温探头故障引起的超温现象，系统设定了反应釜9的超高温度值(如420度)，当反应釜9温度大于所述超高温度值时，控制进行断电保护，同时对温度测量探头也 进行断路保护或短路保护。

优选的，其中，针对大功率(20KW-60KW)的电磁加热器，必须采用强制水冷的方式才能有效降温，才能保证整个系统24小时不间断长期运转。同时为了满足高温的反应釜9的运行需求，原来的高温导线感应线圈使用铜管绕制，铜管内部也使用循环水进行强制冷却。整个冷却系统需通过对水箱、循环泵1、冷却水水温检测闭环控制系统，实现强制冷却效果。

本实施例电蒸汽发生器，软化后的软水经过热泵机组加温后的高温水通过高压泵2加压到5-12MP，通过高压管路引入反应釜9的雾化喷嘴，产生雾化的高温水。在350℃-400℃的高温反应釜9立刻被气化，产生高温、高压蒸汽。优选的，所述雾化控制子系统包括用于检测高压泵2的高压管路的实际压力的压力表14，以及与所述压力表14信号连接的雾化控制中心，所述雾化控制子系统还用于根据所述高压泵2的高压管路的实际压力判断所述高压管路的喷头16是否堵死/孔径变大，若是，输出提醒信号提醒用户更换喷头16。

优选的，本实施例所述蒸汽智能管控子系统包括：设于储汽罐上的泄压阀、压力变送器、温度表、蒸汽流量计，以及与所述泄压阀、压力变送器、温度表、蒸汽流量计信号连接的蒸汽控制中心；所述蒸汽控制中心具体用于，当储汽罐的蒸汽压力与设定的蒸汽压力的差值超过设定差值上限值时，控制电蒸汽发生器待机，待机状态下，关闭电磁加热器、热泵机组、高压泵2、循环泵1；以及当储汽罐的蒸汽压力与设定的蒸汽压力的差值低于设定的差值下限时，控制电蒸汽发生器启动。

可根据不同的客户用气量，将所有反应釜9的蒸汽输出口通过管网并联到储汽罐。在储汽罐上安装泄压阀、压力变送器、温度表、以及在总管输出口安装蒸汽流量计。设定好“蒸汽压力”、“差值上限”、“差值下限”。系统会根据实 际用气状态，当蒸汽压力超过设定蒸汽压力的差值上限时，电蒸汽发生器的机组自动待机，进入待机状态，自动关闭电磁加热器、热泵机组、高压泵2、循环泵1等设备。更大程度上提高了设备的利用率，节省能耗。

本实施例的电蒸汽发生器控制系统还包括：用于对电磁加热电路进行保护的电磁加热保护子系统，具体用于当反应釜9温度大于预设的超高温度值(如420℃)时，控制蒸汽发生器断电保护。另外，所述电蒸汽发生器控制系统还可对蒸汽发生器的电磁加热器进行水冷却保护、电磁加热器线路缺相保护、输出短路保护。同时对反应釜9也添加了超温保护、测温探头故障保护、高压管路超压保护、高压管路欠压提示保护、反应釜9并联后总管路安装泄压阀机械保护、同时对用户用气管路安装压力变送器进行压力控制和超压停机保护。

通过人机交互控制子系统，电蒸汽发生器控制系统涉及到的所有电气设备都可通过工业可编程控制器PLC进行现场信号采集、控制输出，并在现场进行工业人机界面触摸屏组态显示、参数设置、操作控制、运行记录显示、图形界面化动态显示设备运行状态、历史数据显示、以及报警显示、记录和故障诊断、维修、维护提示等功能。每个子控制系统，可通过以太网或者其它工业网络(如RS485)连接至办公室或远程操作站的工业PC上，通过用户名登陆进行远程监控操作。在工业PC机上可以进行现场触摸屏上的所有操作外，能够更全面的记录电蒸汽发生器中设备的整个运行参数、数据记录、统计系统总用电量、产气量。根据实际需求可以手/自动打印日报表、月报表等信息。并且可以通过一台PC连接多个子控制系统进行远程操作和数据处理(至少可以连接32套子控制系统，理论上可以实现64-128套控制系统)。

通过本实用新型实施例，通过多个子控制系统的综合管理控制实现了新型供气、供暖的零污染、零排放的高效节能遵旨，并通过智能控制实现了无人值 守、远程集中管理的效果。

以上所揭露的仅为本实用新型较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利要求范围，因此，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims (9)

1.一种电蒸汽发生器，其特征在于，包括：用于对自来水软化处理的软化水机组、用于存储软水的水箱、用于软水加热的热泵机组、用于进行水雾化的高压泵、用于产生蒸汽的反应釜、用于软水循环的循环泵、以及用于对所述热泵机组加热的第一电磁加热器和对反应釜加热的第二电磁加热器，所述热泵机组为空气能热泵机组；

所述软化水机组的软水出口连接所述水箱的第一进水口，所述水箱的出水口连接所述循环泵的进水口，所述循环泵的出水口连接所述热泵机组的进水口，所述热泵机组的出水口通过第一电磁阀连接所述水箱的第二进水口，所述热泵机组的出水口还通过第二电磁阀连接所述高压泵的进水口，所述高压泵的高压管路通过单向阀连接反应釜的入口，所述反应釜的蒸汽出口连接到储汽罐。

2.如权利要求1所述电蒸汽发生器，其特征在于，所述反应釜容积小于等于30L，反应釜为工作温度350℃-400℃的高温反应釜。

3.如权利要求1所述电蒸汽发生器，其特征在于，所述高压泵为工作压强5-12MP的高压泵。

4.如权利要求1-3任一所述电蒸汽发生器，其特征在于，所述第一电磁加热器、第二电磁加热器均包括耐高温电感线圈、以及与所述耐高温电感线圈连接的电磁加热组。

5.如权利要求4所述电蒸汽发生器，其特征在于，所述第二电磁加热器包括：在金属容器上缠绕上5厘米厚度的隔热材质，在隔热材质上缠绕的耐高温感应线圈，以及连接感应线圈两端的电磁加热组。

6.一种对如权利要求1-3任一所述电蒸汽发生器进行控制的电蒸汽发生器控制系统，其特征在于，包括：软化水机组控制子系统、用于控制第一电磁加热器和/或第二电磁加热器进行中/高频加热的电磁加热控制子系统，用于控制 热泵机组输出高温水的热泵机组控制子系统，用于控制高压泵进行水雾化的雾化控制子系统，用于蒸汽输出量管理的蒸汽智能管控子系统，用于强制水冷却的循环水冷却子系统，以及用于对系统设备进行管理、实现远程工业PC机集中管理监控的人机交互控制子系统；

所述软化水机组控制子系统包括用于检测水箱中液位的液位计、与液位计信号连接的软化水机组控制中心；

所述热泵机组控制子系统包括用于检测热泵机组的出口水水温的温度传感器、与温度传感器连接的热泵机组控制中心；

所述电磁加热控制子系统包括：用于采集热泵机组水温的第一温度探头、用于采集反应釜温度的第二温度探头、以及与所述第一温度探头、第二温度探头信号连接的加热控制中心。

7.如权利要求6所述电蒸汽发生器控制系统，其特征在于，还包括：用于对电磁加热电路进行保护的电磁加热保护子系统。

8.如权利要求6所述电蒸汽发生器控制系统，其特征在于，所述雾化控制子系统包括用于检测高压泵的高压管路的实际压力的压力表，以及与所述压力表信号连接的雾化控制中心。

9.如权利要求6所述电蒸汽发生器控制系统，其特征在于，所述蒸汽智能管控子系统包括：设于储汽罐上的泄压阀、压力变送器、温度表、蒸汽流量计，以及与所述泄压阀、压力变送器、温度表、蒸汽流量计信号连接的蒸汽控制中心。