一种蓄热型直流式蒸汽发生系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及蒸汽发生技术领域，具体涉及一种蓄热型直流式蒸汽发生系统及其控制方法。


背景技术：

2.蒸汽发生器是利用燃料或其他能源的热能把水加热成为热水或蒸汽的机械设备。蒸汽发生器作为一种热能设备，它的焚烧介质能够分为许多种。以焚烧介质来分类蒸汽发生器，蒸汽发生器分为燃气蒸汽发生器、燃煤蒸汽发生器、燃油蒸汽发生器、电加热蒸汽发生器。燃煤锅炉最大的缺陷便是其不环保，含硫量较大，焚烧后排放物会对空气造成严峻污染，面临着被逐步淘汰的境况。生物质蒸汽发生器，初始投入成本较高，生物质蒸汽发生器锅炉系统一般比石油或天然气为燃料的锅炉要大很多，而且燃料需要一个单独的存储区域，本质上它只是把燃料从燃煤换成了成物质，所以会占用会很大空间。另外燃烧生物质仍然会产生烟尘和灰烬，不仅会污染大气和土地，也会附着在燃烧室内壁，使得设备的热效率不断降低。燃油和燃气蒸汽发生器应用也比较广泛，但燃油和燃气的运输、装卸、储存、使用的危险性也很高，需要防明火，又要防高温、又要防静电，燃油和燃气运输、蒸汽生产时容易酿成严重的事故。
3.电蒸汽发生器是目前蒸汽发生器里面绝对最环保的，也是现在大力推荐的传统燃煤锅炉的替代品之一，尤其是很多对蒸汽需求量没那么大的场景，使用电蒸汽发生器的非常普遍。但是，较大功率的蒸汽发生器需要三相电，而有些地方并不具备这个条件，如果单独请电力公司拉线，安装和使用成本还是比较高的，而且电蒸汽发生器的预热时间会比燃油燃气的稍微长一点。
4.《特种设备安全监察条例》中对锅炉的范畴规定，锅炉内胆水容量＞30l属于压力容器，为国家特种设备。小型内胆式锅炉水容量大多数《30l，可以不归技术监督部门监管，但其储量太小，难以满足工业需要，为了解决这一问题，现有技术中，蒸汽发生器在直流管路内部加热成为热水或者蒸汽时，不需要储水，节省了蒸汽发生器所需锅炉的安装、使用费用，同时也能提供持续、大量的蒸汽需求。
5.直流蒸汽锅炉是工质一次通过各受热面、没有循环的强制流动的产蒸汽的蒸汽发生器。对于直流蒸汽锅炉，储热能力不大，当扰动发生时，自补偿能力不足，参数速度变化大。所以当负荷发生变化时，必须同时调节给水量和供热量，以保持物质平衡和能量平衡，才能稳住汽压和汽温。
6.所以一般的直流蒸汽发生器产生的蒸汽压力极其不稳定，热量容易散失，需要另外加设压力控制装置进行稳压后才能平稳供给蒸汽。
7.因此，如何解决大容量存储式内胆蒸汽发生器的安全生产问题、同时解决直流式蒸汽发生器蒸汽压力不稳定、热量容易散失的问题，提供一种相对安全生产蒸汽，安装和使用成本较低、热能利用率高的蒸汽发生器是本领域技术人员亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明的第一个目的在于，针对现有技术中蒸汽发生器蒸汽不稳定等问题，提供一种蓄热型直流式蒸汽发生系统。
9.为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
10.一种蓄热型直流式蒸汽发生系统，其特征在于：包括高温储能器和蒸汽发生器管，高温储能器包括储能本体、低温气体进口通道和热气通道，低温气体自低温气体进口通道进入储能本体换热生成高温气体，高温气体通入热气通道，蒸汽发生器管伸入热气通道连续加热，水流流经蒸汽发生器管后受热生成蒸汽，通过蒸汽发生器管出口通出；所述蒸汽发生器管在出口设置温度传感器和压力传感器，通过pid负反馈控制高温气体的流通速度，保持出口蒸汽恒温或者恒压。
11.在采用上述技术方案的同时，本发明还可以采用或者组合采用如下技术方案：
12.作为本发明的优选技术方案：所述蒸汽发生器管包括多个沿水流流向交替串联的上升管段和换热管段，换热管段垂直于高温气体流通方向，上升管段中水流的流动方向与高温气体流动方向相逆，水流在上升管段和换热管段实现叠加换热；或，所述蒸汽发生器管并联设置多个。
13.作为本发明的优选技术方案：所述热气通道在进口设置进口风门电机，通过pid负反馈控制进口风门电机运行直接控制高温气体进入热器通道的流通速度，调整高温气体对蒸汽发生器管内的水流升温气化并雾化的温度和压力。
14.作为本发明的优选技术方案：所述热气通道在出口处设置循环风机和风门电机连通低温气体进口通道的进口；
15.所述蒸汽发生器管出口连接汽水分离器，汽水分离器在排气端排出饱和蒸汽或过饱和蒸汽，在疏水端通出水汽，其中汽水分离器的在疏水端的连通软化水箱，软化水箱向蒸汽发生器管的进水口输送待气化和雾化的水汽避免热能损失。
16.作为本发明的优选技术方案：所述高温储能器储能温度至少高于目标蒸汽温度30℃；所述高温储能器为电储能器，利用电加热储能以充分利用谷电加热储能。
17.本发明第二个目的在于，针对现有技术中存在的不足，提供一种蓄热型直流式蒸汽发生系统的控制方法
18.为此，本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
19.一种蓄热型直流式蒸汽发生系统的控制方法，所述控制方法包括对高温储能器的储能控制和对蒸汽发生的控制，获取蓄热型直流式蒸汽发生系统的目标工作温度或目标工作压力，设定高温储能器提前储能，预设蒸汽发生器管的水流和高温气体的流通速度；
20.判断高温储能器储能充能完成，启动产生蒸汽，向蒸汽发生器管输送水流，通过pid负反馈控制系统根据蒸汽出口的压力表和温度表实时调整高温气体的流通速度，实现产生的蒸汽达到目标蒸汽压力或温度。
21.作为本发明的优选技术方案：所述控制方法包括如下步骤：
22.s1:设定目标蒸汽温度或压力；
23.s2:高温储能器预先储能，储能温度至少高于目标蒸汽温度30℃，且储能温度不高于580 摄氏度；
24.s3:判断s2完成，蒸汽发生器管输送水流，启动控制高温储能器换热，通过pid负反
馈控制系统实时根据蒸汽出口的压力和温度实时调控高温气体的流通速度以调整出口蒸汽恒压或者恒温输出。
25.作为本发明的优选技术方案：步骤s2中，高温储能器为电储能器，设定谷电时段自动储能，充能至580℃自动停止。
26.本发明提供一种蓄热型直流式蒸汽发生系统及其控制方法，利用高温储能器蓄热，为直流式蒸汽发生器提供热能，实现了蒸汽稳定产生的蒸汽发生器，本发明的蒸汽发生器，利用直流式蒸汽发生方式，改变了内胆式蒸汽发生器的安全问题，和蒸汽产生流量有限的问题，提供了一种稳定生产的蒸汽发生装置，本发明中的高温储能器，可以选择太阳能蓄热、利用谷电蓄热，有效降低了生产成本；且本发明中的储能本体供热，能实时停止或者开始，在安全有效的情况下，实时产生或者停止产生蒸汽，避免蒸汽产生的浪费。
附图说明
27.图1本发明的结构示意图；
28.图2为本发明的控制流程图；
29.图3为本发明实施例1的工作流程图；
30.附图中：高温电储能器1；储能本体101；低温气体进口通道102；热气通道103；进口风门电机104；高压注水泵2；循环风机3；风门电机4；压力表4；单向阀5；流量计6；过滤阀7；汽水分离器8；蒸汽发生器管12；上升管段1201；换热管段1202；排气孔13；软化水箱14。
具体实施方式
31.参照附图和具体实施例对本发明作进一步详细地描述。
32.如图1-图3所示，本发明的一种蓄热型直流式蒸汽发生系统，选用电蓄热器，包括一高温储能器1，储能温度280℃至580℃，在高温储能器换热后热气流过方向的热气通道103内，包括高温储能器和蒸汽发生器管，高温储能器包括储能本体、低温气体进口通道和热气通道，低温气体自低温气体进口通道102进入储能本体换热生成高温气体，高温气体通入热气通道 103，蒸汽发生器管12伸入热气通道103连续加热生产蒸汽，水流流经蒸汽发生器管12后受热生成蒸汽，通过蒸汽发生器管12出口通出；所述蒸汽发生器管12在出口设置温度传感器和压力传感器，通过pid负反馈控制高温气体的流通速度，保持出口蒸汽恒温或者恒压。
33.本发明中，利用高温储能器1和直流式蒸汽发生器的结合，提供一种安全、蒸汽压力稳定的蒸汽发生装置，利用高温储能器1解决了热能材料运输过程中和热能产生过程中带来的不安全因素，选用高温储能器1为直流式的蒸汽发生提供稳定热能，改变了直流蒸汽发生器的蒸汽压力不稳定的问题。
34.本发明中的高温储能器1，可以利用电蓄热、太阳能蓄热等方式蓄热。
35.本发明中，所述蒸汽发生器管12包括多个沿水流流向交替串联的上升管段1201和换热管段1202，换热管段1202垂直于高温气体流通方向，上升管段1201中水流的流动方向与高温气体流动方向相逆，水流在上升管段1201和换热管段1202实现叠加换热；所述蒸汽发生器管12并联设置多个，增加与热气通道103内与高温气体接触和换热的面积，提升换热效率。同时，换热管段1202和上升管段1201的组合，实现水流从热器通道103换热后的偏低
温度段逐步进入到未经换热的偏高温度段，水流与高温气体热气逆向接触，实现两者充分交汇换热，提升了换热效率，同时，上升管段1201与换热管段1202交替串联，实现了换热管段1202 与热气流连续、逐步升温的换热，提升蒸汽产生效率。
36.所述热气通道在进口设置进口风门电机104，通过pid负反馈控制进口风门电机运行直接控制高温气体进入热器通道的流通速度，调整高温气体对蒸汽发生器管12内的水流升温气化并雾化的温度和压力。
37.所述热气通道在出口处设置循环风机3和风门电机4连通低温气体进口通道102的进口；
38.所述蒸汽发生器管出口连接汽水分离器8，汽水分离器8在排气端排出饱和蒸汽或过饱和蒸汽，在疏水端通出水汽，其中汽水分离器8的在疏水端的连通软化水箱14，软化水箱14 向蒸汽发生器管12的进水口输送待气化和雾化的水汽避免热能损失。
39.本发明中，低温气体进口通道102通入低温气体通过储能本体换热后生成高温气体，通入热气通道供蒸汽发生器管内的水流换热产生蒸汽，所述热气通道103在进口设置进口风门电机104，进口风门电机控制换热后高温气体气流流通速度和流量，以通入热气通道103在蒸汽发生器管连续换热产生蒸汽，所述热气通道103在出口处设置循环风机3和风门电机4 连通低温气体进口通道102的进口。
40.本发明中的，热气通道103中高温气体经过换热后变成低温气体，通过低温气体进口通道102再次进入储能本体101，与储能本体101换热生成高温气体，在此进入热气通道103，高温储能器的热能并未发生浪费，而是在次加热，提升了高温气体生成的效率，也降低了热能损失。
41.另外，蒸汽发生器管12在出口一端，通过汽水分离器8分离出的符合目标蒸汽的蒸汽后余下的带有余温的水汽，通过汽水分离器8的疏水端在次进入蒸汽发生器管12，二次换热生成蒸汽，提升了蒸汽发生器管12内的初始水流的温度，进一步提升了水流气化或雾化的效率。
42.本发明中，利用本发明中的蓄热型直流式蒸汽发生系统，高温储能器1储蓄的能量，部分生成蒸汽，部分通过低温气体进口102进入高温储能器1循环再用，部分通入蒸汽发生器管12循环再用，基本实现了热能的零损耗。
43.所述蒸汽发生器管12在进水口一端连接高压注水泵2，高压注水泵2向蒸汽发生器管12 注水的管道上配设压力表4、单向阀5和流量计6，控制进水水量和进水流速。
44.所述高压注水泵2在进水一侧配设过滤阀7，实现进水过滤。
45.所述汽水分离器8在进气一端的管路上设置安全阀9、数字压力表10、温度保护器11和温度表5，实时监测产生蒸汽的温度和压力，其与pid负反馈控制系统连接，供负反馈调控。
46.所述高温储能器1选用电储能器，可以充分利用谷电进行储能，减少蒸汽运行成本。电储能器改变了直流电供热方式，改变了其蒸汽发生量小的问题，且改变了难以满足直流式蒸汽发生的电能供应的问题。同时，也降低了电供应时间，有效利用谷电，降低了生产成本，减缓了电能供应紧张情势。
47.本发明的一种蓄热型直流式蒸汽发生系统的控制方法，所述控制方法包括对高温储能器的储能控制和对蒸汽发生的控制，获取蓄热型直流式蒸汽发生系统的目标工作温度
或目标工作压力，设定高温储能器提前储能，预设蒸汽发生器管的水流和高温气体的流通速度；
48.判断高温储能器储能充能完成，启动产生蒸汽，向蒸汽发生器管输送水流，通过pid负反馈控制系统根据蒸汽出口的压力表和温度表实时调整高温气体的流通速度，实现产生的蒸汽达到目标蒸汽压力或温度。
49.本发明的蓄热型直流式蒸汽发生系统，所述高温储能器选用电储能器，所述控制方法包括如下步骤：
50.s1:设定目标蒸汽温度或压力；
51.s2:高温储能器预先储能，储能温度至少高于目标蒸汽温度30℃，且储能温度不高于580 摄氏度；
52.s3:判断s2完成，蒸汽发生器管输送水流，启动控制高温储能器换热，通过pid负反馈控制系统实时根据蒸汽出口的压力和温度实时调控高温气体的流通速度以调整出口蒸汽恒压或者恒温输出。
53.步骤s2中，高温储能器为电储能器，设定谷电时段自动储能，充能至580℃自动停止。
54.本发明中的蓄热型直流式蒸汽发生系统，在使用时，需先对各个温度、压力、泵等传感元件进行自检，自检不正常时会发出异常警报，自检正常时，进入操作员、管理员和维护员操作界面操作，对高温储能器1的充电储能时间进行设定，对蒸汽的压力、温度和流量进行预设。预设完成之后，进行高温储能器的储能充电，自动储能默认在谷电时段储能，储能温度达到580℃时自动停止，若不自动停止，一旦储能温度达到600℃，高温储能器会自动报警并断开电源。
55.设定目标蒸汽温度230℃，蒸汽压力16公斤，当储能温度达到580℃后，需要生产蒸汽时，按压蒸汽启动按钮，先启动蒸汽发生器管12的水流，pid负反馈控制系统检测到蒸汽发生器管12在进口一端的压力和流量正常工作时，判断高温储能器1的充能温度是否达到280 摄氏度，若温度未达到280℃，则停止蒸汽生产进入高温储能器1的充能，若充能温度大于 280℃时，根据预设的温度或者压力生产蒸汽，pid负反馈控制系统实时根据蒸汽出口的压力和温度实时调控高温气体的流通速度以调整出口蒸汽恒压或者恒温输出。在蒸汽产生过程中，实时监控蒸汽发生器官12的水流进口是否正常。
56.本发明中的一种蓄热型直流式蒸汽发生系统及其控制方法，蒸汽发生器的热能来源稳定，与内胆式的蒸汽发生器相比，蒸汽发生器的压力稳定，流量稳定便于控制，可实现恒功率的直流式蒸汽发生，为经济、安全、精准控制的蒸汽发生提供了新思路。
57.本发明的一种蓄热型直流式蒸汽发生系统及其控制方法，利用储能本体进行换热提供稳定的热能，为直流式蒸汽发生器提供稳定的热能，便于生成压力稳定的蒸汽。本发明中，储能本体可以利用谷电进行蓄热，也可以有效利用太阳能蓄热，降低了热能利用成本，降低了燃油、燃气等运输成本，减少了蒸汽发生成本。本发明的蓄热型直流式蒸汽发生系统的控制方法，利用储能本体换热，与直流式蒸汽发生装置配合，能够即时停止或者启动蒸汽发生，蒸汽发生装置的负载调节能力较强，能够实现1-100％的完全负载的控制，实时停止供热，实时停止蒸汽发生，且热能损失极少，极为节能，蒸汽发生过程中的能源浪费极低，在蒸汽发生器领域具有广泛的应用前景。
58.上述具体实施方式用来解释说明本发明，仅为本发明的优选实施例，而不是对本发明进行限制，在本发明的精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改、等同替换、改进等，都落入本发明的保护范围。