RU2147101C1

RU2147101C1 - Electric steam and water heater

Info

Publication number: RU2147101C1
Application number: RU99111216/06A
Authority: RU
Inventors: Д.А. Тихомиров; В.Н. Расстригин; С.А. Растимешин
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства
Priority date: 1999-05-26
Filing date: 1999-05-26
Publication date: 2000-03-27

Abstract

FIELD: open hot steam and water supply systems. SUBSTANCE: device has steam and water heater with set of heating elements, water supply and coolant take-off pipelines, and electric superheater. Steam dump connected to coolant take-off outlet pipeline through spider functions to ensure fast transfer from steam generation to hot-water production. Cold-water pipeline accommodates water preheater used to speed up heating process. Heater case houses electrode-type level gages, including emergency one, which control electromagnetic makeup valve and set of heating elements. EFFECT: provision for separate steam and water heating by single device. 4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к сельскому хозяйству и предназначено для раздельного получения пара и горячей воды в одном устройстве при работе в открытых системах горячего паро- и водоснабжения и может быть использовано для приготовления и запаривания кормов, термической обработки овощей и фруктов, пропаривания и промывки молокопроводов, пастеризации молока, санитарно-гигиенических нужд и в других технологических процессах на животноводческих фермах, мини-заводах и цехах по переработке молочной продукции. The invention relates to agriculture and is intended for the separate production of steam and hot water in one device when working in open systems of hot steam and water supply and can be used for cooking and steaming feeds, heat treatment of vegetables and fruits, steaming and washing milk pipelines, pasteurization of milk , sanitary and hygienic needs and other technological processes on livestock farms, mini-factories and workshops for the processing of dairy products.

Известны установки для производства пара и горячей воды (см. книгу: В.Н. Расстригин и др. "Применение систем и средств электротеплоснабжения в животноводстве", 1985, а также Н.Б.Каган и др. "Электротермическое оборудование для сельскохозяйственного производства", 1980 г., стр.84-107), однако они не позволяют в одном устройстве вырабатывать пар и горячую воду. Передвижной пароводонагреватель электродного типа, разработанный НПО "Казсельхозмеханизация" (см. научно-теоретический журнал "Техника в сельском хозяйстве", N4, 1991 г., с.37-38), позволяет получить пар и горячую воду в одном устройстве. В установку входят рама, установленная на колесах, электродный котел пароводонагревателя, струйный водонагреватель, аккумулирующая емкость, питающий бачок, щит управления и шкафы для укладки шланга и кабеля. Недостатками этого устройства являются низкая температура пара - до 105^oC, нестабильная паропроизводительность в течение времени, большие массогабаритные показатели. Для электродных установок, ввиду зависимости теплопроизводительности от удельного электрического сопротивления нагреваемой воды и ограничения по удельной напряженности поля вследствие возможного электрического пробоя и разложения воды, характерны нестабильность работы, необходимость химической подготовки и постоянного контроля качества воды. Для приготовления горячей воды и ее разбора, как правило, требуются дополнительные теплообменные устройства.Known installations for the production of steam and hot water (see the book: V.N. Raststrigin and others. "The use of systems and means of electric heat supply in animal husbandry", 1985, as well as NBKagan and others. "Electrothermal equipment for agricultural production" , 1980, pp. 84-107), but they do not allow steam and hot water to be generated in one device. A portable electrode-type steam heater, developed by the Kazselkhozmekhanizatsiya Scientific Production Association (see the scientific and theoretical journal Engineering in Agriculture, N4, 1991, pp. 37-38), allows you to get steam and hot water in one device. The installation includes a frame mounted on wheels, an electrode boiler of a steam heater, an jet water heater, an accumulating tank, a supply tank, a control panel and cabinets for laying a hose and cable. The disadvantages of this device are the low temperature of the vapor - up to 105 ^o C, unstable steam production over time, large mass and size indicators. For electrode installations, due to the dependence of heat production on the electrical resistivity of the heated water and the limitation on the specific field strength due to possible electrical breakdown and decomposition of water, instability of work, the need for chemical preparation and constant monitoring of water quality are characteristic. For the preparation of hot water and its analysis, as a rule, additional heat exchange devices are required.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является электрическая пароводогрейная установка для выработки пара и горячей воды в одном устройстве (а.с. СССР N 1437608, МКИ F 22 В 1/28, БИ N 42, 1988 г.). Установка содержит корпус с коаксиально расположенным внутри цилиндром, нагревательное устройство, датчик уровня с усилителем, поплавковый регулятор подпитки, электромагнитный клапан, патрубки подвода холодной воды и отбора пара и горячей воды, вентили, терморегулятор, бойлер, циркуляционный насос, манометр. Closest to the technical nature of the present invention is an electric steam and water installation for generating steam and hot water in one device (AS USSR N 1437608, MKI F 22 V 1/28, BI N 42, 1988). The installation comprises a housing with a cylinder coaxially located inside, a heating device, a level sensor with an amplifier, a float-operated make-up regulator, an electromagnetic valve, pipes for supplying cold water and extraction of steam and hot water, valves, a temperature regulator, a boiler, a circulation pump, and a pressure gauge.

Недостатками прототипа является низкая температура пара на выходе, которая не превышает 105^oC, что для некоторых технологических процессов сельского хозяйства недостаточно, невысокая надежность поплавкового регулятора подпитки воды, длительный по времени переход с режима генерации пара к режиму приготовления горячей воды, отсутствие непрерывной подачи пара заданной производительности из-за подпитки котла холодной водой, достаточно высокая скорость образования накипи на нагревательных элементах.The disadvantages of the prototype are the low temperature of the steam at the outlet, which does not exceed 105 ^o C, which is not enough for some agricultural processes, the low reliability of the float controller for water recharge, the long transition from the steam generation mode to the hot water preparation mode, and the lack of continuous steam supply predetermined productivity due to feeding the boiler with cold water, a sufficiently high rate of scale formation on the heating elements.

Задачей предлагаемого изобретения является обеспечение непрерывной подачи пара потребителю заданной производительности, возможность перегрева пара до 120^oC в котлах низкого давления, повышение надежности работы узла подпитки электропароводонагревателя водой, быстрый переход с режима генерации пара к режиму приготовления горячей воды, снижение скорости образования накипи на нагревательных элементах пароводонагревателя.The objective of the invention is to provide continuous steam supply to the consumer of a given capacity, the possibility of steam overheating up to 120 ^o C in low pressure boilers, increasing the reliability of the unit for recharging the electric steam heater with water, quickly switching from the steam generation mode to the hot water preparation mode, reducing the rate of scale formation on heating elements of a steam heater.

В результате использования предлагаемого изобретения с целью повышения эффективности и области применения установки появляется возможность перегрева пара до температуры 120^oC, обеспечивается непрерывность подачи пара потребителю заданной производительности, осуществляется быстрый переход с режима генерации пара к режиму приготовления горячей воды, сокращается время выхода установки на номинальный режим, снижается скорость накипеобразования, повышается производительность и надежность работы электропароводонагревателя.As a result of using the present invention in order to increase the efficiency and scope of the installation, it becomes possible to overheat the steam to a temperature of 120 ^o C, ensure the continuity of steam supply to the consumer of a given capacity, carry out a quick transition from the steam generation mode to the hot water preparation mode, reduce the time the unit reaches the nominal mode, decreases the rate of scale formation, increases the productivity and reliability of the electric steam heater.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что на трубопроводе отбора пара и горячей воды устанавливается электрический пароперегреватель, обеспечивающий необходимый перегрев пара. В трубопровод холодной воды между электромагнитным и обратным клапанами устанавливается предварительный подогреватель воды, который подогревает холодную воду и питает пароводонагреватель горячей водой. Тем самым исчезает температурный скачок между температурой воды в пароводонагревателе и питающей водой, что приводит к непрерывной и равномерной выработке пара заданной производительности. Предварительный подогреватель за счет подогрева воды обеспечивает быстрый выход установки на режим, а также очищает воду от минеральных примесей, которые выделяются и оседают на дне подогревателя и могут быть легко удалены. Вместо поплавкового регулятора используются более надежные и простые электродные датчики уровня воды в пароводонагревателе. На трубопроводе отбора пара и горячей воды потребителю установлено устройство сброса пара, позволяющее быстро перейти от режима генерации пара к режиму приготовления горячей воды. The above technical result is achieved by the fact that an electric superheater is installed on the steam and hot water extraction pipe, providing the necessary superheating of the steam. A water pre-heater is installed in the cold water pipeline between the electromagnetic and non-return valves, which heats the cold water and feeds the hot water heater. Thus, the temperature jump between the temperature of the water in the steam heater and the supply water disappears, which leads to a continuous and uniform production of steam of a given capacity. The preheater due to the heating of water provides a quick exit of the installation to the mode, and also purifies the water from mineral impurities that are released and deposited at the bottom of the heater and can be easily removed. Instead of a float regulator, more reliable and simple electrode water level sensors in a steam heater are used. A steam discharge device has been installed on the consumer’s steam and hot water extraction pipeline, which allows to quickly switch from the steam generation mode to the hot water preparation mode.

Сущность изобретения поясняется фиг.1 и фиг.2. The invention is illustrated in figure 1 and figure 2.

На фиг.1 представлена общая схема устройства электропароводонагревателя. Figure 1 presents the General diagram of the device of the electric steam heater.

На фиг. 2 представлена технологическая схема работы электропароводонагревателя. In FIG. 2 presents a flow chart of the operation of an electric steam heater.

Электропароводонагреватель содержит пароводонагреватель (котел) 1, представляющий собой сварной цилиндрический корпус 2. Корпус 2 имеет теплоизоляцию 3 и закрыт кожухом 4; внутри корпуса размещен блок нагревателей 5 для нагрева воды. Для уменьшения влажности пара внутри корпуса помещен механический сепаратор 6. В крышке корпуса 2 имеется теплоизолированный трубопровод 7 отбора теплоносителей (пара и горячей воды). На этом трубопроводе через крестовину 8 установлены: устройство для сброса пара и выпуска воздуха, включающее в себя патрубок 9, угольник 10, паровой вентиль 11, пароотвод 12; электроконтактный манометр 13 для контроля и регулирования давления пара; предохранительный клапан 14; электрический пароперегреватель 15 для перегрева пара; указатель температуры 16 для визуального наблюдения за температурой отходящих теплоносителей; два вентиля 17, 18 для отбора потребителем горячей воды и пара. На корпусе 2 котла установлены: указатель уровня воды 19 для визуального контроля, датчик 20 для отключения нагревателей во всех режимах при аварийном снижении уровня воды. Верхний 21 и нижний 22 датчики уровня воды предназначены для управления электромагнитным клапаном 23 подпитки воды. Для визуального контроля уровня воды в пароводонагревателе 1 служит специальная водомерная колонка 19. Для регулирования температуры воды в корпусе 2 установлен датчик температуры 24. Трубопровод 25 служит для подачи холодной воды в предварительный подогреватель 29. На трубопроводе 25 установлены вентиль подачи холодной воды 26, вентиль 27 на байпасной линии 35, электромагнитный клапан 23 для подачи воды в автоматическом режиме. Предварительный подогреватель 29, с расположенным внутри него нагревателем 30, соединен трубопроводом 28 с пароводонагревателем 1. На трубопроводе 28 установлены: обратный клапан 31, пробка слива воды 32 из пароводонагревателя 1, предохранительный клапан 33 и запорный вентиль 34. The electric steam heater comprises a steam heater (boiler) 1, which is a welded cylindrical body 2. The housing 2 has thermal insulation 3 and is closed by a casing 4; inside the housing there is a block of heaters 5 for heating water. To reduce steam humidity, a mechanical separator 6 is placed inside the casing. In the lid of the casing 2 there is a thermally insulated pipe 7 for the selection of coolants (steam and hot water). On this pipeline through the crosspiece 8 are installed: a device for discharging steam and exhausting air, including a pipe 9, a square 10, a steam valve 11, a steam vent 12; electrical pressure gauge 13 for monitoring and regulating steam pressure; safety valve 14; electric superheater 15 for superheating steam; temperature gauge 16 for visual observation of the temperature of the waste coolant; two valves 17, 18 for consumer selection of hot water and steam. On the boiler body 2 are installed: a water level gauge 19 for visual control, a sensor 20 for turning off the heaters in all modes in case of an emergency decrease in water level. The upper 21 and lower 22 water level sensors are designed to control the solenoid valve 23 water make-up. For visual control of the water level in the steam heater 1, a special water meter column 19 is used. To regulate the water temperature in the housing 2, a temperature sensor 24 is installed. The pipe 25 serves to supply cold water to the pre-heater 29. A cold water supply valve 26, a valve 27 are installed on the pipeline 25 on the bypass line 35, the solenoid valve 23 for automatically supplying water. The pre-heater 29, with the heater 30 located inside it, is connected by a pipe 28 to a steam heater 1. On the pipe 28 are installed: a check valve 31, a drain plug 32 from the steam heater 1, a safety valve 33 and a shut-off valve 34.

На фиг. 2 представлена технологическая схема работы электропароводонагревателя, которая предусматривает установку следующих основных элементов: блок нагревателей 5 (EK1...EK6) пароводонагревателя 1; электрический пароперегреватель 15 (ЕК7); предварительный подогреватель воды 29 (ЕК8); электромагнитный клапан автоматической подачи воды 23 (YA1) в режиме генерации пара; электродные датчики уровня воды 21 (SL1) и 22 (SL2), управляющие работой электромагнитного клапана 23 (YA1), электродный аварийный датчик уровня 20 (SL3), отключающий блок нагревателей 5 во всех режимах работы при снижении уровня воды в пароводонагревателе 1 ниже допустимого; манометр электроконтактный 13 (SP1) для поддержания давления пара в заданных пределах; указатель температуры 16 (Т1); датчик температуры 24 (ВК1); обратный клапан 31; предохранительные клапаны 14, 33; вентили 26, 27, 34, 11, 17, 18; пробка сливная 32. In FIG. 2 is a flow chart of the operation of an electric steam heater, which provides for the installation of the following main elements: heater block 5 (EK1 ... EK6) of a steam heater 1; electric superheater 15 (ЕК7); water pre-heater 29 (ЕК8); automatic water supply solenoid valve 23 (YA1) in steam generation mode; electrode water level sensors 21 (SL1) and 22 (SL2), which control the operation of the electromagnetic valve 23 (YA1), an electrode emergency level sensor 20 (SL3), which turns off the block of heaters 5 in all operating modes when the water level in the steam heater 1 is lower than acceptable; electrical contact pressure gauge 13 (SP1) to maintain steam pressure within specified limits; temperature gauge 16 (T1); temperature sensor 24 (VK1); check valve 31; safety valves 14, 33; valves 26, 27, 34, 11, 17, 18; drain plug 32.

Электропароводонагреватель работает следующим образом. Electric steam heater operates as follows.

В режиме генерации пара холодная вода из магистрального водопровода через вентиль подачи холодной воды 26 и электромагнитный клапан 23 по трубопроводу 25 поступает в предварительный подогреватель 29, где происходит ее подогрев нагревателем 30. Вентиль 27 на байпасной линии 35 закрыт. Через трубопровод 28, обратный клапан 31 и запорный вентиль 34 нагретая вода попадает в пароводонагреватель 1. При заполнении водой пароводонагревателя 1 до нижнего датчика уровня 22 включается блок нагревателей 5, а при достижении водой верхнего датчика уровня 21 автоматически отключается электромагнитный клапан 23, перекрывая подачу холодной воды. In the steam generation mode, cold water from the main water supply through the cold water supply valve 26 and the electromagnetic valve 23 through the pipeline 25 enters the pre-heater 29, where it is heated by the heater 30. The valve 27 on the bypass line 35 is closed. Through the pipeline 28, the non-return valve 31 and the shut-off valve 34, the heated water enters the steam heater 1. When the steam heater 1 is filled with water to the lower level sensor 22, the heater block 5 is turned on, and when the water reaches the upper level sensor 21, the electromagnetic valve 23 automatically shuts off, blocking the cold flow water.

Работа пароводонагревателя основана на косвенном нагреве воды и превращении ее в пар (в паровом режиме). При этом нагрев и испарение воды производится посредством передачи теплоты от электрических нагревательных элементов сопротивления 5 к воде внутри пароводонагревателя 1. В пароводонагревателе 1 происходит выработка пара с температурой, не превышающей 105^oC, а также отделение пара от капель воды механическим сепаратором 6. Выработка пара осуществляется при рабочем давлении до 0,07 МПа. В случае его превышения электроконтактный манометр 13 отключает блок нагревателей 5. По мере снижения давления пара до величины P_мин, установленной на электроконтактном манометре 13, последний автоматически включит нагреватели 5. Поступая по теплоизолированному трубопроводу отбора теплоносителей 7, пар попадает в электрический пароперегреватель 15, где происходит его перегрев до требуемой температуры и отбор потребителем через вентиль 18.The operation of a steam heater is based on indirect heating of water and turning it into steam (in steam mode). In this case, heating and evaporation of water is carried out by transferring heat from electric heating elements of resistance 5 to water inside the steam heater 1. In the steam heater 1, steam is generated at a temperature not exceeding 105 ^o C, as well as steam is separated from water droplets by a mechanical separator 6. Steam generation carried out at a working pressure of up to 0.07 MPa. If it is exceeded, the electric contact pressure gauge 13 turns off the heater unit 5. As the steam pressure drops to the value of P _min installed on the electric contact pressure gauge 13, the latter will automatically turn on the heaters 5. Entering through the heat-insulated heat transfer pipe 7, the steam enters the electric superheater 15, where it overheats to the required temperature and is selected by the consumer through valve 18.

В процессе расхода пара и снижения уровня воды в пароводонагревателе 1 ниже нижнего датчика уровня 22 автоматически включается электромагнитный клапан 23, и пароводонагреватель 1 снова заполняется подогретой в предварительном подогревателе 29 водой до верхнего датчика уровня 21. В рабочем режиме этот процесс периодически повторяется. Благодаря тому, что подпитка пароводонагревателя 1 осуществляется горячей водой, пар вырабатывается непрерывно и с заданной производительностью. Теплоизоляция трубопровода отбора теплоносителей 7 позволяет снизить конденсацию пара, а также безопасно к нему прикасаться обслуживающему персоналу. Для повышения безопасности работы на трубопроводах 28 и 7 установлено два предохранительных клапана 33 и 14, защищающие пароводонагреватель 1 от аварийного превышения давления. In the process of steam consumption and lowering the water level in the steam heater 1 below the lower level sensor 22, the electromagnetic valve 23 is automatically turned on, and the steam heater 1 is again filled with the water preheated in the preheater 29 to the upper level sensor 21. In the operating mode, this process is periodically repeated. Due to the fact that the recharge of the steam heater 1 is carried out with hot water, the steam is generated continuously and with a given capacity. Thermal insulation of the heat transfer pipe 7 allows you to reduce the condensation of steam, as well as to safely touch the staff. To increase the safety of operation on pipelines 28 and 7, two safety valves 33 and 14 are installed that protect the steam heater 1 from emergency overpressure.

Для быстрого перехода от режима генерации пара к режиму приготовления горячей воды отключается блок нагревателей 5, открывается паровой вентиль 11 устройства сброса пара, закрывается вентиль отбора пара 18 и накопившийся в пароводонагревателе 1 пар через трубопровод 7, крестовину 8, патрубок 9 и пароотвод 12 сбрасывается в специально отведенное место. To quickly switch from the steam generation mode to the hot water preparation mode, the heater block 5 is turned off, the steam valve 11 of the steam vent opens, the steam sampling valve 18 closes and the steam accumulated in the steam heater 1 through pipe 7, cross 8, pipe 9 and steam outlet 12 is discharged to specially designated place.

В водогрейном режиме заполнение водой пароводонагревателя 1 происходит от магистрального водопровода через вентиль подачи холодной воды 26, трубопровод 25, вентиль 27 на байпасной линии 35, предварительный подогреватель 29, трубопровод 28, обратный клапан 31, запорный вентиль 34. Датчики уровня 21 и 22, электромагнитный клапан 23 и пароперегреватель 15 отключены. При заполнении водой пароводонагревателя 1 вентиль подачи холодной воды 26 перекрывается. Предварительный подогреватель 29 в этом режиме может быть включен только в период заполнения пароводонагревателя 1 водой. Нагрев воды осуществляется блоком нагревателей 5 в полном объеме до заданной температуры, которая контролируется датчиком температуры 24. Отбор воды потребителем осуществляется открытием вентиля подачи холодной воды 26. Эти циклы нагрева и отбора воды, при необходимости, повторяются. При этом вентиль отбора горячей воды 17 должен быть все время обязательно открыт. Поскольку корпус 2 пароводонагревателя 1 теплоизолирован, скорость остывания горячей воды в нем составляет 1,5-2^oC в час.In the hot water mode, the filling of the water heater 1 takes place from the main water supply through the cold water supply valve 26, pipeline 25, valve 27 on the bypass line 35, preheater 29, pipeline 28, non-return valve 31, shut-off valve 34. Level sensors 21 and 22, electromagnetic valve 23 and superheater 15 are disabled. When the water heater 1 is filled with water, the cold water supply valve 26 is closed. The preheater 29 in this mode can be turned on only during the period of filling the steam heater 1 with water. Water heating is carried out by the block of heaters 5 in full to a predetermined temperature, which is controlled by a temperature sensor 24. Water is taken by the consumer by opening the cold water supply valve 26. These heating and water selection cycles are repeated, if necessary. At the same time, the hot water selection valve 17 must always be open all the time. Since the housing 2 of the steam heater 1 is thermally insulated, the cooling rate of hot water in it is 1.5-2 ^o C per hour.

Конструкция установки позволяет работать по принципу проточного водонагревателя, когда отбор горячей воды производится вытеснением нагретой вновь постоянно поступающей холодной по байпасной линии 35, а температура нагрева воды регулируется степенью открытия вентиля 26 на трубопроводе холодной воды 25 и контролируется визуально с помощью указателя температуры 16. Предварительный подогреватель 29 при этом постоянно включен. The design of the installation allows you to work on the principle of a flowing water heater, when hot water is selected by displacing the heated, constantly incoming cold bypass line 35, and the temperature of the water heating is controlled by the degree of opening of valve 26 on the cold water pipeline 25 and is visually controlled using a temperature gauge 16. Preheater 29 is always on.

Электрический пароводонагреватель имеет также аварийный датчик уровня воды 20 для отключения нагревательных элементов в любом режиме (паровом, водогрейном) при понижении уровня воды ниже допустимого или при полном отсутствии воды. The electric steam heater also has an emergency water level sensor 20 to turn off the heating elements in any mode (steam, hot water) when the water level drops below the permissible level or in the complete absence of water.

Claims

1. Electric steam heater containing a steam heater with a block of heating elements, pipelines for water supply and selection of coolants, valves, solenoid valve for water supply, pressure gauge, characterized in that it contains an electric superheater that allows superheating of steam to the required temperature and installed on the outlet pipe for the selection of coolants, moreover, on the same pipeline through the crosspiece is connected a steam discharge device for a quick transition from the steam generation mode to the ready mode eniya hot water, and by parovodonagrevatel pipeline on which the pressure relief and return valves connected to the water preheater, wherein a housing mounted parovodonagrevatelya electrode level sensors, including emergency controlling solenoid valve and the make-up water supply heating elements.

2. Electric steam heater according to claim 1, characterized in that the body of the steam heater and the pipe selection of coolants are insulated.

3. An electric steam heater according to claim 1, characterized in that a mechanical separator is used in the steam heater to reduce steam humidity.

4. Electric steam heater according to claim 1, characterized in that on the inlet and outlet pipelines of the steam heater there are two pressure relief valves.