專利名稱：低谷電蓄熱過熱度可調(diào)的自凈化蒸汽發(fā)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于電能利用技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種低谷電蓄熱過熱度可調(diào)的自凈化蒸汽發(fā)生方法，利用低谷電蓄熱，借助沉淀池和直接接觸換熱器來實現(xiàn)過熱度可調(diào)的自凈化蒸汽發(fā)生。
背景技術(shù)：
近年來，電能消耗的增長速度非常迅速，峰谷電差極為可觀。但是由于國民經(jīng)濟快速發(fā)展和人民生活用電急劇增長，全國缺電局面并未根本改變，高峰電短缺嚴(yán)重，不得不拉閘限電。低谷電利用以其獨特的優(yōu)勢，如價格低廉，可以改善用電質(zhì)量，緩解用電壓力，穩(wěn)定供電秩序等，受到越來越多的重視，應(yīng)用前景十分廣泛。目前，我國已經(jīng)投入使用的低谷電利用技術(shù)有抽水蓄能電站、蓄冷空調(diào)、蓄熱空調(diào)、蓄電池和電動汽車等。
在利用低谷電產(chǎn)生熱水或蒸汽方面，各國學(xué)者已有不少專利和研究論文報道，這些結(jié)果主要集中在將低谷電蓄熱能轉(zhuǎn)換為熱水。例如，美國專利No.4885915和歐洲專利No.0183328中介紹了一種將廉價的夜間電能轉(zhuǎn)換成熱能儲存起來供白天使用的方法，其中展示了一種接觸式蓄熱器裝置，用于家庭熱水器。瑞典人利夫.雅各森發(fā)明的“蒸汽冷凝方法及設(shè)備”(中國專利公開號CN1042771A)提出了一種使用廉價夜間電能轉(zhuǎn)換并貯存熱量，借助熱交換系統(tǒng)和蓄熱器進行蒸汽冷凝的方法及其設(shè)備，可以產(chǎn)生所需要的熱水。
歐洲專利No.83903597.9公開了一種與熱交換器相結(jié)合的更有效的蓄熱器，該方法采用一個水箱作為儲能容器，這需要有巨大的空間和昂貴的設(shè)備來提供合理水平的能量存儲能力，這偏離了利用廉價的夜間能源的優(yōu)點。
在利用低谷電供熱方面，現(xiàn)有技術(shù)存在下列幾方面的應(yīng)用一種是直接將從蓄熱器出來的蒸汽全部通入水中，蒸汽在放熱的過程中全部轉(zhuǎn)換為熱水，主要用來供應(yīng)熱水，該方法未能提供蒸汽；另一種是將從蓄熱器出來的蒸汽直接使用，沒有控制蒸汽的過熱度，而且該方法需要設(shè)置復(fù)雜的除垢裝置。
除了采用電能產(chǎn)生熱水或蒸汽，也可利用化學(xué)能產(chǎn)生熱水或蒸汽。在這方面，過去大多數(shù)蒸汽發(fā)生裝置是間接式的蒸汽發(fā)生裝置，燃料燃燒間接加熱水流通過的鍋爐或管道，從而產(chǎn)生蒸汽，這類裝置熱效率低，裝置笨重，污染環(huán)境。近年來，國內(nèi)和國際上開始研究直接式蒸汽發(fā)生裝置，將燃料和空氣燃燒后直接與水接觸，燃燒產(chǎn)生的熱量傳遞給水而產(chǎn)生蒸汽。這種裝置也存在許多缺點，如將水大量噴入火焰周圍和中心時容易將火焰熄滅，這些因素直接限制了直接接觸式發(fā)生裝置的應(yīng)用推廣。盡管如此，仍有不少學(xué)者對直接接觸式發(fā)生裝置進行了研究，并報道了不少專利，如中國礦業(yè)大學(xué)的王逢旦等人發(fā)明了“可自動控制的蒸汽發(fā)生裝置及其發(fā)生蒸汽的方法”(中國專利公開號為CN1419071A)，該方法通過控制燃料和空氣的比例來控制蒸汽，燃料燃燒時直接與水接觸來產(chǎn)生蒸汽，其不足之處是蒸汽中含有燃燒產(chǎn)物，而且結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。
我們克服了上述發(fā)明的不足，提出了一種產(chǎn)生蒸汽的方法利用低谷電蓄熱來產(chǎn)生過熱度可調(diào)的蒸汽，同時為了使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單，通過設(shè)置直接接觸換熱器和沉淀池對飽和水進行熱力自凈化。本發(fā)明具有如下優(yōu)勢所用的熱源是低谷電，低谷電不但清潔無污染，而且價格低廉；采用沉淀池對飽和水進行熱力自凈化，這樣可以省去復(fù)雜的除垢裝置，使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單；采用獨特的直接接觸換熱器進行換熱，這樣可以通過調(diào)節(jié)其液位高度，來調(diào)節(jié)蒸汽的過熱度。
為了快速獲得過熱度可調(diào)的蒸汽，本發(fā)明采用汽液直接接觸換熱的方式。直接接觸式換熱是將過熱水蒸汽通入直接接觸換熱器，與其中的水進行直接接觸換熱的一種換熱方式，屬于汽液兩相流動換熱。直接接觸式的多相流換熱與傳統(tǒng)的間壁式換熱相比，具有腐蝕小、無結(jié)垢、換熱效率高、傳熱溫差小、壓降較小和投資低等優(yōu)點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種低谷電蓄熱過熱度可調(diào)的自凈化蒸汽發(fā)生方法，通過調(diào)節(jié)過熱度迅速獲得所需過熱度的蒸汽。為了簡化裝置的結(jié)構(gòu)，對于工作介質(zhì)——城市供水或地下水的除垢采用熱力除垢方式，可以除去占水垢大部分的碳酸鹽水垢，所謂“碳酸鹽水垢”指溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀所形成的水垢。本發(fā)明采用了換熱效率較高的直接接觸式換熱方式，并通過調(diào)節(jié)直接接觸換熱器的液位高度來調(diào)節(jié)最終出口蒸汽的過熱度。
本發(fā)明的設(shè)計思路為，在夜間利用低谷電對蓄熱介質(zhì)加熱，將電能轉(zhuǎn)化為熱能進行儲存。這種蓄熱介質(zhì)需要具有較高的密度、熱容量和相變熱，才可以利用它的顯熱和潛熱來大量吸收熱能。需要使用所存儲的熱量時，將水通入蓄熱系統(tǒng)的換熱盤管中，水被加熱為過熱蒸汽，過熱蒸汽進入到直接接觸換熱器，通過調(diào)節(jié)與液態(tài)水進行直接接觸換熱的蒸汽量，產(chǎn)生所需過熱度的蒸汽。水被加熱到較高溫度時，溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢，設(shè)置沉淀池對碳酸鹽水垢實現(xiàn)沉淀分離。
本發(fā)明提供了一種低谷電蓄熱過熱度可調(diào)的自凈化蒸汽發(fā)生方法，包括蓄熱系統(tǒng)、放熱系統(tǒng)和自凈化系統(tǒng)。工藝過程包括1.蓄熱過程利用夜間的低谷電(也可用非低谷電)電能加熱蓄熱池中的蓄熱介質(zhì)1，將電能轉(zhuǎn)換為熱能進行貯存；2.放熱過程即蒸汽發(fā)生過程。打開進水閥門，來自供水系統(tǒng)的水流入直接接觸換熱器10中，當(dāng)水位達到飽和水出口17的高度時就會由于重力作用流入沉淀池8，當(dāng)沉淀池8的水位達到出口位置后，水沿著管道進入換熱盤管2被加熱成過熱蒸汽，過熱蒸汽通過管道進入直接接觸換熱器10，從蒸汽噴管11噴出后，一部分從液面以下的小孔中噴出，與水進行直接接觸換熱使水升溫，另一部分直接從液面以上的小孔噴出。啟動時，由于直接接觸換熱器10中水溫較低，因此噴入到液面下的過熱蒸汽，其熱量被吸收，發(fā)生相變變成水，只有從液面以上的小孔噴出的蒸汽直接從蒸汽出口12流出。該過程持續(xù)到直接接觸換熱器10中的液位高度逐漸穩(wěn)定，上部的水達到飽和狀態(tài)(液體和蒸汽處于動態(tài)平衡的狀態(tài)稱為飽和狀態(tài))。此時溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢。夾帶有碳酸鹽水垢的飽和水(當(dāng)水溫達到壓力p對應(yīng)的飽和溫度時，稱為飽和水)從側(cè)面的飽和水出口17流入沉淀池8。飽和水在向上流經(jīng)沉淀池8的過程中，大部分碳酸鹽水垢由于重力作用而沉淀分離。經(jīng)凈化后的水從沉淀池8的側(cè)上方流出，進入到換熱盤管2，由于沿途熱損失，此時，水為未飽和狀態(tài)。在換熱盤管2的流動過程中，吸收蓄熱介質(zhì)中的熱量，再次到達飽和狀態(tài)，然后發(fā)生相變變?yōu)轱柡驼羝?，最后被加熱成為過熱蒸汽。過熱蒸汽在壓差的驅(qū)動下向前流動，進入直接接觸換熱器10。過熱蒸汽從蒸汽噴管11噴出，一部分從液面以下的小孔中噴出，與水進行直接接觸換熱后逸出液面，同時部分飽和水吸收蒸汽的熱量后汽化形成蒸汽逸出液面，另一部分直接從液面以上的小孔中噴出。三股蒸汽在液面上方的空間混合后，形成所需過熱度的蒸汽，從蒸汽出口12流出。
3.自凈化過程水在直接接觸換熱器10中被加熱到較高溫度時，溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢，設(shè)置沉淀池8對碳酸鹽水垢實現(xiàn)沉淀分離。
蓄熱系統(tǒng)包括保溫材料、蓄熱池、蓄熱介質(zhì)、加熱元件和溫控單元。保溫材料為硅酸鋁耐火纖維氈或板；蓄熱池為用耐熱不銹鋼、耐熱鑄鐵或陶瓷類材料制成的容器；蓄熱介質(zhì)為熔點溫度高于300℃和低于1000℃的金屬材料或鹽類無機非金屬材料；加熱元件為放置在封閉蓄熱池外表面(不和蓄熱介質(zhì)接觸的表面)或放置在蓄熱池內(nèi)部并埋入蓄熱介質(zhì)內(nèi)的電加熱裝置或元件；溫控單元包括測溫元件、繼電器和定時器，用以實現(xiàn)定時將蓄熱介質(zhì)加熱到設(shè)定的溫度。
放熱系統(tǒng)包括換熱盤管、連接管道、閥門和直接接觸換熱器。換熱盤管采用不銹鋼管，澆注在蓄熱介質(zhì)中，當(dāng)水流過換熱盤管時，可以間接吸收蓄熱介質(zhì)的熱量，形成過熱蒸汽，從而將蓄熱介質(zhì)存儲的熱量攜帶出來。直接接觸換熱器是本發(fā)明的關(guān)鍵部件之一，蒸汽和水在其內(nèi)部進行直接接觸式換熱，通過調(diào)節(jié)液位高度，來調(diào)節(jié)出口蒸汽的過熱度。
自凈化系統(tǒng)包括直接接觸換熱器和沉淀池。水在直接接觸換熱器中進行加熱，在沉淀池中對碳酸鹽沉淀進行沉淀分離。沉淀池的進水口位置靠近沉淀池下部，出水口位于沉淀池上部。排污口位于沉淀池底部，用于定期排放沉淀的水垢。本發(fā)明中的工作介質(zhì)為城市供水或地下水，在溫度較高時，溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢。如果碳酸鹽水垢進入換熱盤管則會附著在管壁上，逐漸堵塞換熱盤管，從而影響蒸汽的流通，最終導(dǎo)致爆管等事故。為了達到除垢以及小型化的目的，本發(fā)明采用熱力處理。水在直接接觸換熱器中進行加熱，在沉淀池中，大部分碳酸鹽水垢由于重力作用而沉淀。經(jīng)沉淀分離后的水從沉淀池的上方流出，進入到換熱盤管。
本發(fā)明的工作流程包括蓄熱階段和蒸汽發(fā)生階段。蓄熱階段時，溫控單元6被設(shè)置成在低谷電時段利用電能加熱蓄熱介質(zhì)1，升溫至設(shè)定的溫度，將電能轉(zhuǎn)換為熱能進行儲存，供需要時使用。
本發(fā)明中，在蒸汽發(fā)生時，也可以同時蓄熱。當(dāng)需要大量使用蒸汽時，在蓄熱介質(zhì)中所儲存的熱量不夠用時，可以采用非低谷電時段的電能來加熱蓄熱介質(zhì)，以保證蒸汽的供應(yīng)量。
本發(fā)明涉及將過熱蒸汽噴灑到直接接觸換熱器封閉室內(nèi)的飽和水中獲得過熱度可調(diào)的蒸汽的方法。在現(xiàn)有技術(shù)中，有許多方法可以獲得蒸汽，但都需要復(fù)雜的除垢裝置，而且不方便調(diào)節(jié)過熱度。
本發(fā)明具有如下優(yōu)點所用的熱源是低谷電，低谷電不但清潔無污染，而且價格低廉；采用直接接觸換熱器和沉淀池對水進行熱力自凈化，這樣可以省去復(fù)雜的除垢裝置，使設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單；采用獨特的直接接觸換熱器進行換熱，這樣可以通過調(diào)節(jié)其液位高度，來調(diào)節(jié)蒸汽的過熱度。


圖1是本發(fā)明的一種直接對外供應(yīng)蒸汽的系統(tǒng)示意圖。其中，蓄熱介質(zhì)1、換熱盤管2、加熱元件3、蓄熱池4、保溫材料5、溫控單元6、排污口7、沉淀池8、冷水入口9、直接接觸換熱器10、蒸汽噴管11、蒸汽出口12、閥門13、測溫元件14、過熱蒸汽入口15、壓力傳感器16、飽和水出口17。
圖2是本發(fā)明的直接接觸換熱器的示意圖。
具體實施例方式
圖1顯示了一種直接對外供應(yīng)蒸汽的系統(tǒng)示意圖。主要包括蓄熱系統(tǒng)、沉淀池和直接接觸換熱器。
蓄熱系統(tǒng)主要由蓄熱介質(zhì)1、換熱盤管2、加熱元件3、蓄熱池4、保溫材料5和溫控單元6組成。利用夜間廉價的低谷電能，將電能轉(zhuǎn)換為熱能儲存到蓄熱介質(zhì)中，等需要時再利用換熱盤管2將熱量帶出。換熱盤管2浸沒在蓄熱介質(zhì)中，當(dāng)液態(tài)水流過換熱盤管2時，在換熱盤管2中吸收蓄熱介質(zhì)的熱量，變?yōu)樗羝鲃舆^程中，進一步被加熱為過熱蒸汽。
沉淀池8主要用于水垢的沉淀，防止水垢進入換熱盤管2而堵塞管道。沉淀池進水口位置靠近底部，出水口靠近頂部。本發(fā)明中的工作介質(zhì)為城市供水或地下水，在溫度較高時，溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢。如果水垢進入換熱盤管2則會附著在管壁上，逐漸堵塞換熱盤管2，從而影響蒸汽的流通，最終導(dǎo)致爆管等事故。為了簡化裝置的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明采用熱力處理方式除垢。即在換熱盤管2的前面，設(shè)置沉淀池8。來自直接接觸換熱器10的飽和水，從沉淀池8的側(cè)下方進入。高溫?zé)崴谙蛏狭鹘?jīng)沉淀池8的過程中，大部分碳酸鹽水垢由于重力作用而沉淀。經(jīng)沉淀分離后的水從沉淀池8的側(cè)上方流出，進入到換熱盤管2。在連續(xù)運行時，只需定期打開沉淀池8底部的排污口7，及時將水垢排放。沉淀池8一方面可以沉淀高溫?zé)崴写蟛糠痔妓猁}水垢，另一方面可以穩(wěn)定水流速度，使流入換熱盤管的水不受直接接觸換熱器中水與過熱水蒸汽接觸換熱產(chǎn)生的擾動的影響。
圖2顯示了直接接觸換熱器的示意圖。直接接觸換熱器10由冷水入口9、蒸汽噴管11、蒸汽出口12、閥門13、測溫元件14、過熱蒸汽入口15、壓力傳感器16和飽和水出口17組成。蒸汽噴管11的管壁上均勻開有小孔，形成蒸汽通道。為了使過熱蒸汽進入蒸汽噴管11后能夠均勻噴出，根據(jù)蒸汽噴管11中的阻力平衡，越接近直接接觸換熱器10底端的管壁小孔孔徑越大，即孔徑從上到下按等阻力要求依次增大。直接接觸換熱器10用于蒸汽和水的接觸式換熱，通過調(diào)節(jié)直接接觸換熱器10中的液位高度，達到控制蒸汽出口過熱度的目的。過熱蒸汽從頂部進入直接接觸換熱器10中，從蒸汽噴管11噴出，一部分從液面以下的小孔中噴出，與水進行直接接觸換熱后逸出液面，同時部分飽和水吸收蒸汽的熱量后汽化形成蒸汽逸出液面，另一部分直接從液面以上的小孔中噴出。三股蒸汽在液面上方的空間混合后，形成所需過熱度的蒸汽，從蒸汽出口12流出。蒸汽在傳輸過程中由于管道散熱等原因，如果不加以控制可能導(dǎo)致水蒸汽液化而失去了利用價值。如果能夠控制裝置產(chǎn)生的蒸汽的過熱度，并結(jié)合用戶需求的溫度、過熱度以及輸送過程中的損失量，那么就可以通過調(diào)節(jié)裝置參數(shù)產(chǎn)生所需過熱度的蒸汽。而直接接觸換熱器10就能實現(xiàn)調(diào)節(jié)過熱度的功能。通過調(diào)節(jié)直接接觸換熱器10側(cè)面的飽和水出口17的高度，可以改變換熱器10中的液位高度，從而改變從液面以上的小孔直接噴出的過熱蒸汽量與從液面以下的小孔噴出并與水進行直接接觸換熱后生成的蒸汽量之比，最終調(diào)節(jié)出口蒸汽的過熱度。另外，通過更改蒸汽噴管11的開孔方式和開孔高度，也可以調(diào)節(jié)出口蒸汽的過熱度。
為了防止高溫蒸汽從換熱盤管出口到直接接觸換熱器的途中熱損失，需要對沿途管道采取保溫措施，可防止沿途熱損失。
下面結(jié)合圖1和圖2說明本發(fā)明蒸汽發(fā)生過程。打開進水閥門，來自供水系統(tǒng)的水流入直接接觸換熱器10中，當(dāng)水位達到飽和水出口17的高度時就會由于重力作用流入沉淀池8，當(dāng)沉淀池8的水位達到出口位置后，水沿著管道進入換熱盤管2被加熱成過熱蒸汽，過熱蒸汽通過管道進入直接接觸換熱器10，從蒸汽噴管11噴出后，一部分從液面以下的小孔中噴出，與水進行直接接觸換熱使水升溫，另一部分直接從液面以上的小孔噴出。啟動時，由于直接接觸換熱器10中水溫較低，因此噴入到液面下的過熱蒸汽，其熱量被吸收，發(fā)生相變變成水，只有從液面以上的小孔噴出的蒸汽直接從蒸汽出口12流出。該過程持續(xù)到直接接觸換熱器10中的液位高度逐漸穩(wěn)定，上部的水達到飽和狀態(tài)。此時溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢。夾帶有碳酸鹽水垢的飽和水從側(cè)面的飽和水出口17流入沉淀池8。飽和水在向上流經(jīng)沉淀池8的過程中，大部分碳酸鹽水垢由于重力作用而沉淀分離。經(jīng)凈化后的水從沉淀池8的側(cè)上方流出，進入到換熱盤管2，由于沿途熱損失，此時，水為未飽和狀態(tài)。在換熱盤管2的流動過程中，吸收蓄熱介質(zhì)中的熱量，再次到達飽和狀態(tài)，然后發(fā)生相變變?yōu)轱柡驼羝?，最后被加熱成為過熱蒸汽。過熱蒸汽在壓差的驅(qū)動下向前流動，進入直接接觸換熱器10。過熱蒸汽從蒸汽噴管11噴出，一部分從液面以下的小孔中噴出，與水進行直接接觸換熱后逸出液面，同時部分飽和水吸收蒸汽的熱量后汽化形成蒸汽逸出液面，另一部分直接從液面以上的小孔中噴出。三股蒸汽在液面上方的空間混合后，形成所需過熱度的蒸汽，從蒸汽出口12流出。
實施例1本發(fā)明提供的低谷電蓄熱過熱度可調(diào)的自凈化蒸汽發(fā)生方法及裝置，包括蓄熱系統(tǒng)、直接接觸換熱器、沉淀池以及連接管道，同時包括一些測量儀表，如流量計，溫度計，壓力傳感器。直接接觸換熱器10的內(nèi)徑為112mm，高為462mm。蒸汽噴管10的內(nèi)徑為16mm，外徑為20mm，高為346mm，開孔高度為200mm，相鄰兩孔的間隔為10mm，孔徑為1.5mm，橫向每排開孔6個，縱向開有19排孔。沉淀池8的內(nèi)徑為115mm，高為225mm。換熱盤管2為內(nèi)徑12mm的不銹鋼管，裝置中所有其它連接管道均為內(nèi)徑12mm的銅管。溫控單元6被設(shè)置成晚上10點至第二天早上6點的夜間時間內(nèi)利用電能加熱蓄熱介質(zhì)1，使之熔化，將電能轉(zhuǎn)換為熱能進行儲存。蓄熱介質(zhì)的溫度保持為400℃。蓄熱系統(tǒng)對外可輸出的最大功率為5kW。
蒸汽發(fā)生過程。打開進水閥門，來自供水系統(tǒng)的水流入直接接觸換熱器10中，當(dāng)水位達到飽和水出口17的高度時就會由于重力作用流入沉淀池8，當(dāng)沉淀池8的水位達到出口位置后，水沿著管道進入換熱盤管2被加熱成過熱蒸汽，過熱蒸汽通過管道進入直接接觸換熱器10，從蒸汽噴管11噴出后，一部分從液面以下的小孔中噴出，與水進行直接接觸換熱使水升溫，另一部分直接從液面以上的小孔噴出。啟動時，由于直接接觸換熱器10中水溫較低，因此噴入到液面下的過熱蒸汽，其熱量被吸收，發(fā)生相變變成水，只有從液面以上的小孔噴出的蒸汽直接從蒸汽出口12流出。該過程持續(xù)到直接接觸換熱器10中的液位高度逐漸穩(wěn)定，上部的水達到飽和狀態(tài)。此時溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢。夾帶有碳酸鹽水垢的飽和水從側(cè)面的飽和水出口17流入沉淀池8。飽和水在向上流經(jīng)沉淀池8的過程中，大部分碳酸鹽水垢由于重力作用而沉淀分離。經(jīng)凈化后的水從沉淀池8的側(cè)上方流出，進入到換熱盤管2，由于沿途熱損失，此時，水為未飽和狀態(tài)。在換熱盤管2的流動過程中，吸收蓄熱介質(zhì)中的熱量，再次到達飽和狀態(tài)，然后發(fā)生相變變?yōu)轱柡驼羝?，最后被加熱成為過熱蒸汽。過熱蒸汽在壓差的驅(qū)動下向前流動，進入直接接觸換熱器10。過熱蒸汽從蒸汽噴管11噴出，一部分從液面以下的小孔中噴出，與水進行直接接觸換熱后逸出液面，同時部分飽和水吸收蒸汽的熱量后汽化形成蒸汽逸出液面，另一部分直接從液面以上的小孔中噴出。三股蒸汽在液面上方的空間混合后，形成所需過熱度的蒸汽，從蒸汽出口12流出。
蒸汽出口壓力設(shè)定為0.2MPa，液相水總流量為1.0×10-2m3/h，過熱蒸汽入口15處的過熱蒸汽平均溫度為222℃。調(diào)節(jié)直接接觸換熱器10中的液位高度，來調(diào)節(jié)蒸汽的過熱度。當(dāng)液位高度為250mm時，從蒸汽出口12流出的蒸汽溫度為128℃，過熱度為8℃。當(dāng)液位高度為210mm時，從蒸汽出口12流出的蒸汽溫度為130℃，過熱度為10℃。當(dāng)液位高度為170mm時，從蒸汽出口12流出的蒸汽溫度為141℃，過熱度為21℃。因此可以看出，通過調(diào)節(jié)直接接觸換熱器10中的液位高度，可以調(diào)節(jié)蒸汽的過熱度。所產(chǎn)生的蒸汽可以直接使用，或通過制冷機轉(zhuǎn)換實現(xiàn)制冷，或者其它任何需要使用蒸汽的場合。
權(quán)利要求
1.一種低谷電蓄熱過熱度可調(diào)的自凈化蒸汽發(fā)生方法，包括蓄熱系統(tǒng)、放熱系統(tǒng)和自凈化系統(tǒng)；其特征在于a、蓄熱過程利用電能加熱蓄熱池中的蓄熱介質(zhì)(1)，將電能轉(zhuǎn)換為熱能進行貯存；b、放熱過程打開進水閥門，來自供水系統(tǒng)的水流入直接接觸換熱器(10)中，當(dāng)水位達到飽和水出口(17)的高度時就會由于重力作用流入沉淀池(8)，當(dāng)沉淀池(8)的水位達到出口位置后，水沿著管道進入換熱盤管(2)被加熱成為為過熱蒸汽，過熱蒸汽通過管道進入直接接觸換熱器(10)，從蒸汽噴管(11)噴出，一部分從液面以下的小孔中噴出，與水進行直接接觸換熱使水升溫，另一部分直接從液面以上的小孔中噴出。啟動時，由于直接接觸換熱器(10)中水溫較低，因此噴入到液面下的過熱蒸汽，其熱量被吸收，發(fā)生相變變成水，只有從液面以上的小孔中噴出的蒸汽直接從蒸汽出口(12)流出；該過程持續(xù)到直接接觸換熱器(10)中的液位逐漸穩(wěn)定，上部的水達到飽和；此時溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢；夾帶有碳酸鹽水垢的飽和水從側(cè)面的飽和水出口(17)流入沉淀池(8)；飽和水在向上流經(jīng)沉淀池(8)的過程中，大部分碳酸鹽水垢由于重力作用而沉淀分離；經(jīng)凈化后的水從沉淀池(8)的上方流出，進入到換熱盤管(2)，由于沿途熱損失，此時，水為未飽和狀態(tài)；在換熱盤管(2)的流動過程中，吸收蓄熱介質(zhì)中的熱量，再次到達飽和狀態(tài)，然后發(fā)生相變變?yōu)轱柡驼羝詈蟊患訜岢蔀檫^熱蒸汽；過熱蒸汽在壓差的驅(qū)動下向前流動，進入直接接觸換熱器(10)；過熱蒸汽從蒸汽噴管(11)噴出，一部分從液面以下的小孔中噴出，與水進行直接接觸換熱后逸出液面，同時部分飽和水吸收蒸汽的熱量后汽化形成蒸汽逸出液面，另一部分直接從液面以上的小孔中噴出；三股蒸汽在液面上方的空間混合后，形成所需過熱度的蒸汽，從蒸汽出口(12)流出；c、自凈化過程水在直接接觸換熱器(10)中被加熱到較高溫度時，溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢，在沉淀池(8)中對碳酸鹽水垢實現(xiàn)沉淀分離。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于蓄熱系統(tǒng)包括保溫材料、蓄熱池、蓄熱介質(zhì)、加熱元件和溫控單元。
3.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于放熱系統(tǒng)包括換熱盤管、連接管道、閥門和直接接觸換熱器；蒸汽和水在直接接觸換熱器(10)內(nèi)部進行直接接觸式換熱，通過調(diào)節(jié)直接接觸換熱器(10)的液位高度，來調(diào)節(jié)出口蒸汽的過熱度。
4.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于自凈化系統(tǒng)包括直接接觸換熱器和沉淀池；水在直接接觸換熱器(10)中被加熱到較高溫度時，溶解在水中的碳酸氫鈣和碳酸氫鎂被加熱分解為碳酸鹽沉淀，形成碳酸鹽水垢；夾帶有碳酸鹽水垢的飽和水流入沉淀池(8)，在向上流經(jīng)沉淀池(8)的過程中，大部分碳酸鹽水垢由于重力作用而沉淀分離，從而到達熱力除垢的目的。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種低谷電蓄熱過熱度可調(diào)的自凈化蒸汽發(fā)生方法，屬于電能利用技術(shù)領(lǐng)域。蓄熱過程利用電能加熱蓄熱池中的蓄熱介質(zhì)，將電能轉(zhuǎn)換為熱能進行貯存。放熱過程將水通入蓄熱系統(tǒng)的換熱盤管中，水被加熱為過熱蒸汽，過熱蒸汽進入到直接接觸換熱器，部分過熱蒸汽與水進行直接接觸換熱，產(chǎn)生所需的蒸汽。自凈化過程設(shè)置直接接觸換熱器和沉淀池對碳酸鹽水垢實現(xiàn)沉淀分離。優(yōu)點在于所用的熱源是低谷電，低谷電不但清潔無污染，而且價格低廉；采用簡單的熱力凈化沉淀池實現(xiàn)自凈化；通過調(diào)節(jié)液位高度來調(diào)節(jié)蒸汽出口過熱度。產(chǎn)生的蒸汽可以直接使用，也可以通過制冷機轉(zhuǎn)換實現(xiàn)制冷，或者其它任何需要使用蒸汽的場合。
文檔編號F22B1/10GK1789805SQ200510130229
公開日2006年6月21日 申請日期2005年12月13日 優(yōu)先權(quán)日2005年12月13日
發(fā)明者王立, 尹少武, 董繼昌, 童莉葛, 周筠清 申請人:北京科技大學(xué)