低谷电蓄热过热度可调的自净化蒸汽发生方法技术

本发明专利技术提出了一种低谷电蓄热过热度可调的自净化蒸汽发生方法，属于电能利用技术领域。蓄热过程：利用电能加热蓄热池中的蓄热介质，将电能转换为热能进行贮存。放热过程：将水通入蓄热系统的换热盘管中，水被加热为过热蒸汽，过热蒸汽进入到直接接触换热器，部分过热蒸汽与水进行直接接触换热，产生所需的蒸汽。自净化过程：设置直接接触换热器和沉淀池对碳酸盐水垢实现沉淀分离。优点在于：所用的热源是低谷电，低谷电不但清洁无污染，而且价格低廉；采用简单的热力净化沉淀池实现自净化；通过调节液位高度来调节蒸汽出口过热度。产生的蒸汽可以直接使用，也可以通过制冷机转换实现制冷，或者其它任何需要使用蒸汽的场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于电能利用
，特别涉及一种，利用低谷电蓄热，借助沉淀池和直接接触换热器来实现过热度可调的自净化蒸汽发生。
技术介绍
近年来，电能消耗的增长速度非常迅速，峰谷电差极为可观。但是由于国民经济快速发展和人民生活用电急剧增长，全国缺电局面并未根本改变，高峰电短缺严重，不得不拉闸限电。低谷电利用以其独特的优势，如价格低廉，可以改善用电质量，缓解用电压力，稳定供电秩序等，受到越来越多的重视，应用前景十分广泛。目前，我国已经投入使用的低谷电利用技术有抽水蓄能电站、蓄冷空调、蓄热空调、蓄电池和电动汽车等。在利用低谷电产生热水或蒸汽方面，各国学者已有不少专利和研究论文报道，这些结果主要集中在将低谷电蓄热能转换为热水。例如，美国专利No.4885915和欧洲专利No.0183328中介绍了一种将廉价的夜间电能转换成热能储存起来供白天使用的方法，其中展示了一种接触式蓄热器装置，用于家庭热水器。瑞典人利夫.雅各森专利技术的“蒸汽冷凝方法及设备”(中国专利公开号CN1042771A)提出了一种使用廉价夜间电能转换并贮存热量，借助热交换系统和蓄热器进行蒸汽冷凝的方法及其设备，可以产生所需要的热水。欧洲专利No.83903597.9公开了一种与热交换器相结合的更有效的蓄热器，该方法采用一个水箱作为储能容器，这需要有巨大的空间和昂贵的设备来提供合理水平的能量存储能力，这偏离了利用廉价的夜间能源的优点。在利用低谷电供热方面，现有技术存在下列几方面的应用一种是直接将从蓄热器出来的蒸汽全部通入水中，蒸汽在放热的过程中全部转换为热水，主要用来供应热水，该方法未能提供蒸汽；另一种是将从蓄热器出来的蒸汽直接使用，没有控制蒸汽的过热度，而且该方法需要设置复杂的除垢装置。除了采用电能产生热水或蒸汽，也可利用化学能产生热水或蒸汽。在这方面，过去大多数蒸汽发生装置是间接式的蒸汽发生装置，燃料燃烧间接加热水流通过的锅炉或管道，从而产生蒸汽，这类装置热效率低，装置笨重，污染环境。近年来，国内和国际上开始研究直接式蒸汽发生装置，将燃料和空气燃烧后直接与水接触，燃烧产生的热量传递给水而产生蒸汽。这种装置也存在许多缺点，如将水大量喷入火焰周围和中心时容易将火焰熄灭，这些因素直接限制了直接接触式发生装置的应用推广。尽管如此，仍有不少学者对直接接触式发生装置进行了研究，并报道了不少专利，如中国矿业大学的王逢旦等人专利技术了“可自动控制的蒸汽发生装置及其发生蒸汽的方法”(中国专利公开号为CN1419071A)，该方法通过控制燃料和空气的比例来控制蒸汽，燃料燃烧时直接与水接触来产生蒸汽，其不足之处是蒸汽中含有燃烧产物，而且结构比较复杂。我们克服了上述专利技术的不足，提出了一种产生蒸汽的方法利用低谷电蓄热来产生过热度可调的蒸汽，同时为了使设备结构简单，通过设置直接接触换热器和沉淀池对饱和水进行热力自净化。本专利技术具有如下优势所用的热源是低谷电，低谷电不但清洁无污染，而且价格低廉；采用沉淀池对饱和水进行热力自净化，这样可以省去复杂的除垢装置，使设备结构简单；采用独特的直接接触换热器进行换热，这样可以通过调节其液位高度，来调节蒸汽的过热度。为了快速获得过热度可调的蒸汽，本专利技术采用汽液直接接触换热的方式。直接接触式换热是将过热水蒸汽通入直接接触换热器，与其中的水进行直接接触换热的一种换热方式，属于汽液两相流动换热。直接接触式的多相流换热与传统的间壁式换热相比，具有腐蚀小、无结垢、换热效率高、传热温差小、压降较小和投资低等优点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种，通过调节过热度迅速获得所需过热度的蒸汽。为了简化装置的结构，对于工作介质——城市供水或地下水的除垢采用热力除垢方式，可以除去占水垢大部分的碳酸盐水垢，所谓“碳酸盐水垢”指溶解在水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁被加热分解为碳酸盐沉淀所形成的水垢。本专利技术采用了换热效率较高的直接接触式换热方式，并通过调节直接接触换热器的液位高度来调节最终出口蒸汽的过热度。本专利技术的设计思路为，在夜间利用低谷电对蓄热介质加热，将电能转化为热能进行储存。这种蓄热介质需要具有较高的密度、热容量和相变热，才可以利用它的显热和潜热来大量吸收热能。需要使用所存储的热量时，将水通入蓄热系统的换热盘管中，水被加热为过热蒸汽，过热蒸汽进入到直接接触换热器，通过调节与液态水进行直接接触换热的蒸汽量，产生所需过热度的蒸汽。水被加热到较高温度时，溶解在水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁被加热分解为碳酸盐沉淀，形成碳酸盐水垢，设置沉淀池对碳酸盐水垢实现沉淀分离。本专利技术提供了一种，包括蓄热系统、放热系统和自净化系统。工艺过程包括1.蓄热过程利用夜间的低谷电(也可用非低谷电)电能加热蓄热池中的蓄热介质1，将电能转换为热能进行贮存；2.放热过程即蒸汽发生过程。打开进水阀门，来自供水系统的水流入直接接触换热器10中，当水位达到饱和水出口17的高度时就会由于重力作用流入沉淀池8，当沉淀池8的水位达到出口位置后，水沿着管道进入换热盘管2被加热成过热蒸汽，过热蒸汽通过管道进入直接接触换热器10，从蒸汽喷管11喷出后，一部分从液面以下的小孔中喷出，与水进行直接接触换热使水升温，另一部分直接从液面以上的小孔喷出。启动时，由于直接接触换热器10中水温较低，因此喷入到液面下的过热蒸汽，其热量被吸收，发生相变变成水，只有从液面以上的小孔喷出的蒸汽直接从蒸汽出口12流出。该过程持续到直接接触换热器10中的液位高度逐渐稳定，上部的水达到饱和状态(液体和蒸汽处于动态平衡的状态称为饱和状态)。此时溶解在水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁被加热分解为碳酸盐沉淀，形成碳酸盐水垢。夹带有碳酸盐水垢的饱和水(当水温达到压力p对应的饱和温度时，称为饱和水)从侧面的饱和水出口17流入沉淀池8。饱和水在向上流经沉淀池8的过程中，大部分碳酸盐水垢由于重力作用而沉淀分离。经净化后的水从沉淀池8的侧上方流出，进入到换热盘管2，由于沿途热损失，此时，水为未饱和状态。在换热盘管2的流动过程中，吸收蓄热介质中的热量，再次到达饱和状态，然后发生相变变为饱和蒸汽，最后被加热成为过热蒸汽。过热蒸汽在压差的驱动下向前流动，进入直接接触换热器10。过热蒸汽从蒸汽喷管11喷出，一部分从液面以下的小孔中喷出，与水进行直接接触换热后逸出液面，同时部分饱和水吸收蒸汽的热量后汽化形成蒸汽逸出液面，另一部分直接从液面以上的小孔中喷出。三股蒸汽在液面上方的空间混合后，形成所需过热度的蒸汽，从蒸汽出口12流出。3.自净化过程水在直接接触换热器10中被加热到较高温度时，溶解在水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁被加热分解为碳酸盐沉淀，形成碳酸盐水垢，设置沉淀池8对碳酸盐水垢实现沉淀分离。蓄热系统包括保温材料、蓄热池、蓄热介质、加热元件和温控单元。保温材料为硅酸铝耐火纤维毡或板；蓄热池为用耐热不锈钢、耐热铸铁或陶瓷类材料制成的容器；蓄热介质为熔点温度高于300℃和低于1000℃的金属材料或盐类无机非金属材料；加热元件为放置在封闭蓄热池外表面(不和蓄热介质接触的表面)或放置在蓄热池内部并埋入蓄热介质内的电加热装置或元件；温控单元包括测温元件、继电器和定时器，用以实现定时将蓄热介质加热到设定的温度。放热系统包括换热盘管、连接管道、阀门和直接接触换热器。换热盘管采用不锈钢管，浇注在本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低谷电蓄热过热度可调的自净化蒸汽发生方法，包括：蓄热系统、放热系统和自净化系统；其特征在于：ａ、蓄热过程：利用电能加热蓄热池中的蓄热介质（１），将电能转换为热能进行贮存；ｂ、放热过程：打开进水阀门，来自供水系统的水流入直 接接触换热器（１０）中，当水位达到饱和水出口（１７）的高度时就会由于重力作用流入沉淀池（８），当沉淀池（８）的水位达到出口位置后，水沿着管道进入换热盘管（２）被加热成为为过热蒸汽，过热蒸汽通过管道进入直接接触换热器（１０），从蒸汽喷管（１１）喷出，一部分从液面以下的小孔中喷出，与水进行直接接触换热使水升温，另一部分直接从液面以上的小孔中喷出。启动时，由于直接接触换热器（１０）中水温较低，因此喷入到液面下的过热蒸汽，其热量被吸收，发生相变变成水，只有从液面以上的小孔中喷出的蒸汽直接从蒸汽出口（１２）流出；该过程持续到直接接触换热器（１０）中的液位逐渐稳定，上部的水达到饱和；此时溶解在水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁被加热分解为碳酸盐沉淀，形成碳酸盐水垢；夹带有碳酸盐水垢的饱和水从侧面的饱和水出口（１７）流入沉淀池（８）；饱和水在向上流经沉淀池（８）的过程中，大部分碳酸盐水垢由于重力作用而沉淀分离；经净化后的水从沉淀池（８）的上方流出，进入到换热盘管（２），由于沿途热损失，此时，水为未饱和状态；在换热盘管（２）的流动过程中，吸收蓄热介质中的热量，再次到达饱和状态，然后发生相变变为饱和蒸汽，最后被加热成为过热蒸汽；过热蒸汽在压差的驱动下向前流动，进入直接接触换热器（１０）；过热蒸汽从蒸汽喷管（１１）喷出，一部分从液面以下的小孔中喷出，与水进行直接接触换热后逸出液面，同时部分饱和水吸收蒸汽的热量后汽化形成蒸汽逸出液面，另一部分直接从液面以上的小孔中喷出；三股蒸汽在液面上方的空间混合后，形成所需过热度的蒸汽，从蒸汽出口（１２）流出；ｃ、自净化过程：水在直接接触换热器（１０）中被加热到较高温度时，溶解在水中的碳酸氢钙和碳酸氢镁被 加热分解为碳酸盐沉淀，形成碳酸盐水垢，在沉淀池（８）中对碳酸盐水垢实现沉淀分离。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王立，尹少武，董继昌，童莉葛，周筠清，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]