具有预热水箱的组合式蒸汽发生装置及生产蒸汽的方法与流程

本发明涉及蒸汽供应技术领域，具体来说，涉及一种蒸汽发生器，尤其是一种利用夜间低谷电和白天平电对水进行预热的组合式蒸汽发生装置。

背景技术：

酒店、实验室、工业制造等许多领域都需要用到蒸汽，通常蒸汽来源于市政集中蒸汽供应系统、区域蒸汽供应系统或分布式蒸汽供应系统，蒸汽发生装置是蒸汽供应系统的核心组成部分。蒸汽发生装置主要有电厂抽气蒸汽装置、燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉、电阻锅炉、电磁锅炉和生物质锅炉等多种形式。实质上，蒸汽发生装置是一种能源转换装置，蒸汽发生装置技术的发展追求的是对环境影响的程度、能源转换效率和经济性。

中国专利（公告号：cn102384577b）提供一种液用三相工频电磁双重感应加热装置和加热方法，积极效果是导磁框既导磁也导流，它使所有的循环液体在通过短路与涡流两加热装置之间的通道时流速增加，热交换更充分，有利短路加热装置的使用寿命；导磁框限止了漏磁的辐射，确保了运行安全；导磁框使无功的短路漏磁能转换成热能，节能、省钱。

中国专利（公告号：cn107613596a）涉及一种液用单相工频电磁感应短路加热装置，全部由硅钢片叠合形成一闭合单相磁回路的呈口字形的ci型铁芯；铁芯的两个心柱上各围绕一单相原边绕组，两个绕组按同一磁回路方向串联或并联连接；铁芯和绕组全部封装在一金属外壳内，金属外壳内的空间由绝缘填充物充实；金属外壳沿着单相铁芯的闭合磁回路设置，形成包围铁芯及两绕组的短路副边而成为主发热体；金属外壳由壳体、矩形管、接线座组成；接线座焊接在壳体一侧的上方，单相原边绕组的引接线从接线座中引出；矩形管的左右两面与壳体分别形成包围两绕组的两个短路金属圈，其上下分别形成包围铁芯上下轭铁的两个短路金属圈。该加热装置提高了功率因数，使cosφ≥0.997。

目前的蒸汽发生装置一般是先对来水进行软化处理；然后将软化水进行预热达到一定温度；再将被预热的水加热，达到沸点，引起相变，产生水蒸汽。

中国专利（公告号：cn207555566u），提供了一种低谷电蓄能电加热蒸汽发生器，包括低谷电储热容器和蒸汽发生器，两者相连并在两者之间设置水泵，在蒸汽发生器和水泵之间设置一止回阀，其常压的谷电储热容器和承压的蒸汽发生器上分别配有电热管。利用夜间廉价的谷电将储热容器中的水加热到所需温度，白天供蒸汽发生器加热产生蒸汽，由此将电的使用费用和生产成本降至与其它燃料如煤、天然气和油等相当水平，为企业节省开支。

中国专利（公告号：cn108506914a），公开了一种电蓄热预热蒸汽发生器，包括蓄热开式水箱，蓄热开式水箱的出水口与加压泵的吸入口连接，加压泵的出口与加热承压水罐的进水口连接，蓄热开式水箱的顶部设有呼吸管，蓄热开式水箱的进水口设有液位控制阀，蓄热开式水箱的内部设有加热装置和温度传感器二，加热装置与温度传感器二电连接，加热承压水罐的内部设有电加热器一、液位传感器、压力传感器和温度传感器一，液位传感器与加压泵电连接，压力传感器、温度传感器一分别与电加热器一电连接，加热承压水罐的顶部设有安全阀，安全阀与压力传感器电连接，加热承压水罐的顶部设有蒸汽出口。

上述两种蒸汽发生器的热源均为电热管，也就是通过电阻加热器进行加热，电热管直接插入水箱中，安全性差，电热转换效率低，经济性不好。

中国专利（公告号：cn108591990a），公开了一种组合能源蒸汽发生器，包括燃烧炉膛和电加热炉胆，电加热炉胆的底部设置有排污管，电加热炉胆的顶部设置有压力仪表和蒸汽管，所述燃烧炉膛的底部设置有燃烧器，燃烧炉膛的内部设置有盘旋管，燃烧炉膛的顶部设置有烟囱，盘旋管的一端伸出燃烧炉膛并伸入电加热炉胆内部为电加热炉胆的循环布水管，电加热炉胆的底部设置有循环水管，循环水管上设置有循环水泵，循环水管与盘旋管的另一端相连接，电加热炉胆内设置有电加热器。其采用电能与天然气两种清洁能源的互补应用。白天采用天然气能源，晚上用谷时电采用电热进行热运行。

该专利就是燃气锅炉与电锅炉再配套管道、水泵等的组合。不过，这两锅炉仅设一个蒸汽管（出口），设在电锅炉的顶部；如此，燃气锅产生的蒸汽势必通过电锅炉输出，即一台锅炉运行，承载着两台锅炉的炉体散热损耗，无疑效率低，运行成本高。另外，上述两锅炉设一补水通道，它经过燃气锅炉排烟管道内的冷凝器输送至电锅炉内，而冷凝器是一易损件，它受排烟管道内的高温腐蚀性烟气的影响，一旦损坏，补水中断，两台锅炉同时被迫停止，可靠性差；再者，其循环的给回水盘旋管加热系统，燃气锅炉从初始运行时的低温给水逐渐成为饱和的高温给水，又因盘旋管在炉膛内受热不均，是否会在受热高的盘旋管部位产生汽爆，这一安全性颇值考虑。

技术实现要素：

本发明的目的是克服现有技术的缺陷，提供一种利用电能尤其是廉价的谷电对外来的软水进行预热的，且安全性能好、电热转换效率高的一种具有预热水箱的组合式蒸汽发生装置及其产生蒸汽的方法，既使廉价的谷电得到高效利用，又提高了锅炉的运行效率，能耗减少，成本下降。

为实现上述目的，本发明采取的技术方案是：一种具有预热水箱的组合式蒸汽发生装置，从来水进口到蒸汽出口，包括通过管道依次串联连通的软水处理器、常压加热水系统和蒸汽生产系统；所述的蒸汽生产系统包括蒸汽锅炉、变频给水泵、止回阀和预热进水管道；所述的常压加热水系统包括预热电磁锅炉、预热水箱、循环水泵、电磁阀、冷水管道。

所术的软水处理器的出口通过冷水管道与预热水箱的上部接通，冷水管道上设有电磁阀。

预热水箱的上部设置有人孔和浮球阀，浮球阀和电磁阀电连接。

所述的预热水箱下侧通过循环进水管道与预热电磁锅炉下部的预热电磁锅炉进水口接通，循环进水管道上设有循环水泵。

所述预热电磁锅炉顶部的预热电磁锅炉出水口通过循环出水管道与预热水箱上部接通。

所述的预热水箱的远离预热电磁锅炉一侧的下部通过预热进水管道进入蒸汽锅炉上部的预热水进口，预热进水管道中依次连接有温度表、变频给水泵和止回阀。

所述的蒸汽锅炉上设置有水位仪、蒸汽出口和安全阀，水位仪与变频给水泵电连接。

进一步的，所述的蒸汽锅炉是燃气蒸汽锅炉，包括燃烧器、余热回收装置；所述燃烧器设置在燃气蒸汽锅炉的底部，余热回收装置设置在燃气蒸汽锅炉的烟道内；

所述预热进水管道从余热回收装置的余热回收装置进水口进入余热回收装置后盘绕穿过余热回收装置，经余热回收装置出水口，从燃气蒸汽锅炉上部的预热水进口进入燃气蒸汽锅炉；

从余热回收装置出水口到预热水进口的预热进水管道中设置有高温水温度表、温度传感器和高温水止回阀，温度传感器与预热电磁锅炉的电控箱电连接。

余热回收装置进水口位于烟道的末端，余热回收装置出水口位于烟道的起始端。

进一步的，所述的预热电磁锅炉与预热电磁锅炉的电控箱安装在同一底座上；所述的预热电磁锅炉是三相工频感应电磁锅炉，或者是单相工频感应电磁锅炉。

进一步的所述的预热水箱，其六面绝热保温。

再进一步的，所述的蒸汽锅炉是电锅炉；所述的电锅炉是电阻锅炉或者电磁锅炉中的一种。

应用一种具有预热水箱的组合式蒸汽发生装置生产蒸汽的方法具有以下步骤：

步骤一、将经软化处理的来水经冷水管道输入预热水箱，浮球阀与电磁阀联合作用，使预热水箱保持合理的水位。

步骤二、夜间利用低谷电开启预热电磁锅炉，循环水泵将预热水箱中的水循环输入预热电磁锅炉加热。

步骤三、白天开启燃气蒸汽锅炉的燃烧器，烟道内的烟气将余热回收装置的内的热水进一步加热，热水进入燃气蒸汽锅炉，产生蒸汽。

本发明具有以下积极效果：一是预热电磁锅炉利用电能尤其是谷电将预热水箱中的常温软水经循环水泵循环加热到设定温度储存起来，以供全天使用，相应减少了燃气蒸汽锅炉在加热给水过程中的耗气量；二是变频给水泵将预加热的软水输送经余热回收装置进行再加热,锅炉给水方向与其排烟方向相反，通过对流换热原理，从锅炉排放的高温烟气中回收余热，使锅炉给水的水温提高，供燃气蒸汽锅炉生产蒸汽之用，实现了预热电磁锅炉与燃气蒸汽锅炉组合串联的给水加热，由此提高燃气蒸汽锅炉的给水温度，使锅炉燃烧室温度得到了稳定的提高，燃烧效率高，耗气少；特别是在余热回收装置的末端，靠近高温烟气出口时，水温被加热达到沸点，引起相变吸热，烟气温度随之大幅下降，余热回收效率更高；三是预热电磁锅炉根据需要生产蒸汽的量而使用了三相工频感应电磁锅炉或单相工频感应电磁锅炉，该工频感应电磁锅炉利用“短路加热、磁滞加热、涡流加热”的三位一体加热原理，因磁滞及涡流由短路漏磁产生，漏磁属无功，由此，该锅炉将有功电能及无功电能几乎全部转换成热能，故效率更高；四是变频给水泵根据燃气蒸汽锅炉产汽耗水量同步自动供水，使燃气蒸汽锅炉内水位始终维持在一稳定水平，有利于延长燃气蒸汽锅炉的寿命；五是余热回收装置的末端设置了高温水温度表温度传感器，显示温度的高低，以调整预热水箱中谷电预加热的设定温度，确保余热回收和装置的高温给水。

附图说明

图1为本发明的具有预热水箱的组合式蒸汽发生装置的结构示图。

上述附图中标记如下：蒸汽生产系统1，蒸汽锅炉11，燃气蒸汽锅炉111，燃烧器1111，余热回收装置1112，余热回收装置进口11121，余热回收装置出口11122，烟道1113，水位仪112，蒸汽出口113，安全阀114，变频给水泵12，温度表13，预热进水管道14，止回阀15，高温水温度表16，温度传感器17，高温水止回阀18，预热水进口141，常压加热水系统2，预热电磁锅炉21，预热电磁锅炉进水口211，预热电磁锅炉出水口212，循环出水管道213，预热水箱22，循环进水管道221，循环水泵23，电磁阀24，冷水管道25，人孔26，浮球阀27，电控箱28，软水处理器3；

原水进水方向a，软化水流动方向b，预热水循环方向c，预热水进入燃气蒸汽锅炉的流动方向d；烟气流动方向e。

具体实施方式

实施例1

参见图1，一种具有预热水箱的组合式蒸汽发生装置，从来水进口到蒸汽出口，由通过管道依次串联连通的软水处理器3、常压加热水系统2和蒸汽生产系统1组成；所述的蒸汽生产系统1包括蒸汽锅炉11、变频给水泵12、止回阀13和预热进水管道14；所述的常压加热水系统2包括预热电磁锅炉21、预热水箱22、循环水泵23、电磁阀24、冷水管道25。所述蒸汽锅炉11采用燃气蒸汽锅炉111。所述预热电磁锅炉21采用三相工频感应电磁锅炉或单相工频感应电磁锅炉。

所述的软水处理器3的出口通过冷水管道25与预热水箱22的上部接通，冷水管道25上设有电磁阀24。

预热水箱22的上部设置有人孔26和浮球阀27，浮球阀27和电磁阀24电连接。

所述的预热水箱22下侧通过循环进水管道221与预热电磁锅炉21下部的预热电磁锅炉进水口211接通，循环进水管道221上设有循环水泵23。

所述预热电磁锅炉21顶部的预热电磁锅炉出水口212通过循环出水管道213与预热水箱22上部接通。

所述的预热水箱22的远离预热电磁锅炉21一侧的下部通过预热进水管道14进入燃气蒸汽锅炉111上部的预热水进口141，预热进水管道14上依次设有温度表13、变频给水泵12和止回阀15。

所述的燃气蒸汽锅炉111上设置有水位仪112、蒸汽出口113和安全阀114，水位仪112与变频给水泵12电连接。

进一步的，所述的燃气蒸汽锅炉111，包括燃烧器1111、余热回收装置1112；所述燃烧器1111设置在燃气蒸汽锅炉111的底部，余热回收装置1112设置在燃气蒸汽锅炉111的烟道1113内；

所述预热进水管道14从余热回收装置1112的余热回收装置进口11121进入余热回收装置1112后盘绕设置在余热回收装置1112，再经余热回收装置出口11122，从燃气蒸汽锅炉111上部的预热水进口141进入燃气蒸汽锅炉111；

从余热回收装置出口11122到预热水进口141的预热进水管道14上设置有高温水温度表16、温度传感器17和高温水止回阀18，温度传感器17与预热电磁锅炉21的电控箱28电连接。

余热回收装置进口11121位于烟道1113的末端，余热回收装置出口11122位于烟道1113的起始端。

进一步的，所述的预热电磁锅炉21与预热电磁锅炉21的电控箱28安装在同一底座上，电控箱28中的plc控制程序，对电磁锅炉21的开启与关闭实现了全自动智能化控制；所述的预热电磁锅炉21是三相工频感应电磁锅炉。

进一步的所述的预热水箱22，其六面绝热保温。

还参见图1，本实施例的介质流动方向是：外界水从a处进入软水处理器3软化处理；在软化水在冷水管道25中按b的方向进入预热电磁锅炉21，在循环进水管道221中沿c方向进入预热电磁锅炉21下部；预热水在循环出水管道213中沿c方向进入预热水箱22上部，形成预热循环；预热水在预热进水管道14中沿d方向进入燃气蒸汽锅炉111的上部，经过余热回收装置1112加热，再进入燃气蒸汽锅炉111；燃气蒸汽锅炉111的烟气沿e方向对外排出。

实施例2

实施例2与实施例1的蒸汽发生装置的不同之处在于所述的蒸汽锅炉11采用电锅炉中的电阻锅炉，蒸汽生产系统1中没有余热回收装置1112，其余的与实施例1一样。

实施例3

采用实施例1所述的一种具有预热水箱的组合式蒸汽发生装置生产蒸汽的方法具有如下步骤：

步骤一、将经软化处理的来水经冷水管道25输入预热水箱22，浮球阀27与电磁阀24联合作用，使预热水箱22保持合理的水位。

步骤二、夜间利用低谷电开启预热电磁锅炉21，循环水泵23将预热水箱22中的水循环输入预热电磁锅炉21加热。

步骤三、白天开启燃气蒸汽锅炉111的燃烧器1111，烟道1113内的烟气将余热回收装置1112的内的热水进一步加热，热水进入燃气蒸汽锅炉111，产生蒸汽。

对比例

实施例1中的一种具有预热水箱的组合式蒸汽发生装置与通常燃气蒸汽锅炉在相同工况条件下运行一个月，进行对比检测：软水处理器的出口温度均为49℃，普通燃气蒸汽锅炉系统中进入蒸汽锅炉的水温即为49℃；本发明经预热后进入蒸汽锅炉的水温为89℃，有关检测数据见下表。

从上表可见，本发明中的锅炉效率达到84.62%，远高于普通燃气蒸汽锅炉系统中的锅炉效率75.49%，即使本发明需每吨蒸汽耗电量50.37（kwh/t），但由于环保的强制性，本发明的经济性还是十分显著的。

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