一种饱和水循环供热系统的制作方法

1.本发明涉及能源设备技术领域，具体涉及一种饱和水循环供热系统。


背景技术：

2.蒸汽锅炉已有四百年历史，目前市场上用于供热的设备大多是蒸汽锅炉，蒸汽锅炉的特性一是能耗高，每产一吨150度的蒸汽需要消耗650000大卡热值，同时需要消耗显热151000大卡和气化潜热500000大卡；二是利用率低，蒸汽在使用的过程中真正用于加热的有用功不到40％，有60％多的蒸汽在管道以及用热设备中被浪费掉。蒸汽锅炉虽然做到了没有燃料废气污染的零排放，但蒸汽锅炉供热的热损耗较大，存在着大量的余热排放和浪费，能量利用率低，供热成本较高。
3.目前市场上出现了饱和水热泵加热技术，其特性是节能且热损耗较少，无法达到高温，最高理论数据不超过120度，其技术领域采用和蒸汽一样的并联方式，没有解决压力不均匀的特点，不是成熟产品；此外，饱和水热泵技术本身在循环的过程中会产生空气，但是目前的技术无法实现将空气排空，使得饱和水的压力增大，无法连续长时间使用。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明的目的是提供一种饱和水循环供热系统。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种饱和水循环供热系统，包括饱和水加热装置和换热器，所述换热器包括第一容器和第二容器，所述第一容器设有第一进液管和第一排液管，所述第二容器设有第二进液管和第二排液管；所述第一容器设置在第二容器内，第一容器与第二容器之间设有换热机构；所述第一排液管与饱和水加热装置的输入端连接，饱和水加热装置的输出端与用热设备的输入端连接，用热设备的输出端与第一进液管连接。
6.作为本发明的一种可选方案，所述饱和水加热装置包括燃烧室，所述燃烧室内部设有环状的加热盘管，所述加热盘管的两端分别设有进水端和出水端，加热盘管的进水端与第一排液管连通，加热盘管的出水端与用热设备的输入端连接；加热盘管的内侧设有燃烧腔，所述燃烧腔的一端设有用于向燃烧腔喷射火焰的燃烧器，燃烧腔的另一端设有排烟机构。
7.作为本发明的一种可选方案，所述加热盘管包括第一盘管和第二盘管，所述第一盘管和第二盘管均呈环状，第一盘管的内侧设置所述燃烧腔，第二盘管套设在第一盘管的外侧，且第二盘管与第一盘管连通；所述第一盘管包括多根呈环状分布的第一管体，第二盘管包括多根呈环状分布的第二管体，所述第一管体与第二管体错位分布，第一管体的两端分别与相邻两第二管体连通，第二管体的两端分别与相邻两第一管体连通。
8.作为本发明的一种可选方案，所述加热盘管还包括第三盘管和第四盘管，所述第三盘管和第四盘管均呈环状，第三盘管套设在第二盘管的外侧，且第三盘管与第二盘管连
通，所述第四盘管套设在第三盘管的外侧，且第四盘管与第三盘管连通；所述第三盘管包括多根呈环状分布的第三管体，第四盘管包括多根呈环状分布的第四管体，所述第三管体与第二管体错位分布，其中一根第二管体与其中一根第三管体连通；所述第四管体和第三管体错位分布，第四管体的两端分别与相邻两第三管体连通，第三管体的两端分别与相邻两第四管体连通。
9.作为本发明的一种可选方案，所述加热盘管还包括两相对设置的支撑盘，所述支撑盘上设有多个安装孔，多个安装孔分别与第一管体、第二管体、第三管体和第四管体匹配；所述第一管体的端部与第二管体的端部之间连接有u形的第一弯头，所述第三管体的端部与第四管体的端部之间连接有u形的第二弯头。
10.作为本发明的一种可选方案，所述排烟机构包括排烟管道，所述排烟管道的一端与燃烧腔连通，排烟管道的另一端连接有烟囱，排烟管道上设有余热回收机构；所述余热回收机构包括用于回收排烟管道余热的余热回收管，所述余热回收管的两端分别设有冷水输入端和热水输出端，所述冷水输入端连接有冷水箱，所述热水输出端与第二进液管连通。
11.作为本发明的一种可选方案，所述换热机构包括环状的换热盘管，所述换热盘管的进液端与第一进液管连通，换热盘管的出液端与第一容器内部连通；所述换热盘管的液体从下至上移动，所述第二容器的液体从上至下移动。
12.作为本发明的一种可选方案，所述换热盘管包括若干相互连通的换热管，所述换热管呈螺旋分布在第一容器外侧；所述换热盘管包括三根相互连通的换热管，分别为第一换热管、第二换热管和第三换热管，所述第一换热管呈螺旋分布在第一容器外侧，第一换热管的出液端与第一容器内部连通；所述第二换热管呈螺旋分布在第一换热管外侧，第二换热管的出液端与第一换热管的进液端连通；所述第三换热管呈螺旋分布在第二换热管外侧，第三换热管的出液端与第二换热管的进液端连通，第三换热管的进液端与第一进液管连通。
13.作为本发明的一种可选方案，所述换热盘管设有支撑件，所述支撑件包括多个用于支撑换热盘管的支撑板，所述支撑板的一端与第一容器的外壁连接。
14.作为本发明的一种可选方案，所述第一容器设有第一水位计、补液管、温度表、压力表、安全阀和排气阀；所述第二容器设有第二水位计和排气管；所述第一容器包括内罐体，所述第二容器包括外罐体，所述内罐体设置在所述外罐体内部，所述外罐体底部设有支撑架。
15.本发明的有益效果为：
16.本发明提供了一种饱和水循环供热系统，包括饱和水加热装置和换热器，第一排液管与饱和水加热装置的输入端连接，饱和水加热装置的输出端与用热设备的输入端连接，用热设备的输出端与第一进液管连接。本发明将饱和水密闭循环加热，其比用蒸汽加热相比能够大幅度节能，而且体积和占地面积明显减少，锅炉造价和基建投资明显降低，燃气减少，燃气成本大幅度降低，温室气体排放量也大幅度减少，而且由于密闭循环加热，没有余热排放损失，不仅节能，也大幅度节水。
附图说明
17.图1是本发明具体实施方式中饱和水循环供热系统的结构示意图；
18.图2是本发明具体实施方式中换热器的一个视角的结构示意图；
19.图3是本发明具体实施方式中换热器的另一个视角的结构示意图；
20.图4是本发明具体实施方式中外罐体的内部结构示意图；
21.图5是本发明具体实施方式中换热盘管的结构示意图。
22.图6是本发明具体实施方式中饱和水加热装置的结构示意图；
23.图7是本发明具体实施方式中加热盘管的立体结构示意图；
24.图8是本发明具体实施方式中加热盘管的正面结构示意图；
25.图9是本发明具体实施方式中第一盘管和第二盘管的立体结构示意图。
26.图中：1-内罐体；2-外罐体；3-第一进液管；4-第一排液管；5-第二进液管；6-第二排液管；7-第一换热管；8-第二换热管；9-第三换热管；10-支撑板；11-第一水位计；12-补液管；13-温度表；14-压力表；15-安全阀；16-排气阀；17-第二水位计；18-排气管；19-燃烧室；20-加热盘管；21-燃烧腔；22-燃烧器；23-第一管体；24-第二管体；25-第三管体；26-第四管体；27-支撑盘；28-第一弯头；29-第二弯头；30-排烟管道；31-余热回收机构；32-冷水箱；33-烟囱；34-固定架；35-进水管；36-出水管。
具体实施方式
27.实施例
28.如图1-图9所示，本实施例提供了一种饱和水循环供热系统，包括饱和水加热装置和换热器，所述换热器包括第一容器和第二容器，所述第一容器设有第一进液管3和第一排液管4，所述第二容器设有第二进液管5和第二排液管6；所述第一容器设置在第二容器内，第一容器与第二容器之间设有换热机构。所述第一进液管3用于向第一容器提供饱和水，饱和水的温度较高，第二进液管5用于向第二容器提供低温自来水，第二进液管5也可以采用饱和水，第二进液管5的低温自来水进入第二容器中，通过换热机构实现饱和水的热能交换。
29.所述第一排液管4与饱和水加热装置的输入端连接，饱和水加热装置的输出端与用热设备的输入端连接，用热设备的输出端与第一进液管3连接。所述第一排液管4、饱和水加热装置、用热设备和第一进液管3依次连通，由此形成一个饱和水的循环。用热设备可以设置多个，其将饱和水的热量吸收后使饱和水重新返回第一进液管3。饱和水加热装置用于对第一排液管4输出的饱和水进行加热得到高温饱和水，加热后的高温饱和水进入用热设备，经过用热设备使用后变为中温饱和水或者低温饱和水，中温饱和水或者低温饱和水通过第一进液管3进入第一容器，通过换热机构将中温饱和水或者低温饱和水的余热传递给低温自来水，中温饱和水或者低温饱和水放热后通过第一排液管4进入饱和水加热装置中重新加热，以此实现饱和水的密闭循环加热供热，低温自来水吸收热量变为热水可供其它的设备使用。
30.本发明的饱和水循环供热系统广泛应用于洗涤、印染、造纸、化工、食品等行业，可替代传统的普通锅炉加热方式和现有的饱和水热泵加热技术，其有效的增加了热量利用率，减少了生产成本，增加了效益。
31.如图6所示，具体地，所述饱和水加热装置包括燃烧室19，燃烧室19具有固定架34，燃烧室19的外侧通常设有隔热保温材料，燃烧室19内部设有环状的加热盘管20，所述加热
盘管20的两端分别设有进水端和出水端，进水端和出水端分别连接有饱和水的进水管35和出水管36，进水管35和出水管36上均可以设置压力表14、温度表13、温度传感器等元件，进水管35与第一排液管4连通，出水管36与用热设备的输入端连接，以此形成一个加热循环。
32.加热盘管20的内侧设有燃烧腔21，所述燃烧腔21的一端设有用于向燃烧腔21喷射火焰的燃烧器22，燃烧腔21的另一端设有排烟机构。燃烧器22喷射火焰对加热盘管20加热，燃烧后的高温废气通过排烟机构排出。本发明采用饱和水作为热源，可以进行循环加热，只消耗预热热量和温差热量，不排放余热，没有余热损失，能量利用率高，供热成本较低，可以减轻用热企业的负担。本发明可以将饱和水密闭循环加热，其比用蒸汽加热相比能够大幅度节能，而且体积和占地面积明显减少，锅炉造价和基建投资明显降低，燃气减少，燃气成本大幅度降低，温室气体排放量也大幅度减少，而且由于密闭循环加热，没有余热排放损失，不仅节能，也大幅度节水。
33.如图7和图8所示，具体地，所述加热盘管20包括第一盘管和第二盘管，所述第一盘管和第二盘管均呈环状，第一盘管的内侧设置所述燃烧腔21，第二盘管套设在第一盘管的外侧，且第二盘管与第一盘管连通。进水管35可以与第一盘管或者第二盘管连接，进水管35向加热盘管20提供饱和水，经过加热后从出水管36排出。第一盘管和第二盘管均可以设置为一根螺旋管，饱和水依次经过第一盘管和第二盘管进行加热，为了提高加热效率，在本实施例中，所述第一盘管包括多根呈环状分布的第一管体23，第二盘管包括多根呈环状分布的第二管体24，所述第一管体23与第二管体24错位分布，第一管体23的两端分别与相邻两第二管体24连通，第二管体24的两端分别与相邻两第一管体23连通。第一管体23和第二管体24沿着燃烧腔21的长度方向设置，第一管体23和第二管体24采用串连的方式，饱和水先进入一根第一管体23，然后进入一根第二管体24，再进入一根第一管体23，依此循环进行加热。
34.如图9所示，在本实施例中，所述加热盘管20还包括第三盘管和第四盘管，所述第三盘管和第四盘管均呈环状，第三盘管套设在第二盘管的外侧，且第三盘管与第二盘管连通，所述第四盘管套设在第三盘管的外侧，且第四盘管与第三盘管连通。优选地，所述第三盘管包括多根呈环状分布的第三管体25，第四盘管包括多根呈环状分布的第四管体26，所述第三管体25与第二管体24错位分布，其中一根第二管体24与其中一根第三管体25连通；所述第四管体26和第三管体25错位分布，第四管体26的两端分别与相邻两第三管体25连通，第三管体25的两端分别与相邻两第四管体26连通。第三管体25和第四管体26沿着燃烧腔21的长度方向设置，第三管体25和第四管体26采用串连的方式，饱和水进入第一管体23，经过第一管体23和第二管体24加热后，再从第二管体24进入一根第三管体25，然后进入一根第四管体26，再进入一根第三管体25，依此循环进行加热，最终从出水管36排出。
35.所述加热盘管20还包括两相对设置的支撑盘27，所述支撑盘27上设有多个安装孔，多个安装孔分别与第一管体23、第二管体24、第三管体25和第四管体26匹配。所述第一管体23的端部与第二管体24的端部之间连接有u形的第一弯头28，所述第三管体25的端部与第四管体26的端部之间连接有u形的第二弯头29。第一管体23、第二管体24、第三管体25和第四管体26的两端均穿过支撑盘27的安装孔，并在第一管体23的端部与第二管体24的端部连接第一弯头28，第三管体25的端部与第四管体26的端部连接第二弯头29，实现饱和水的循环加热。
36.如图6所示，在本实施例中，所述排烟机构包括排烟管道30，排烟管道30呈u形，所述排烟管道30的一端与燃烧腔21连通，排烟管道30的另一端连接有烟囱33，排烟管道30上设有余热回收机构31。余热回收机构31可以对排烟管道30中高温废气进行余热回收，进一步提高能量利用效率。具体地，所述余热回收机构31包括用于回收排烟管道30余热的余热回收管，所述余热回收管的两端分别设有冷水输入端和热水输出端，所述冷水输入端连接有冷水箱32，所述热水输出端与第二进液管5连通，用于对第二容器提供自来水，可实现自来水的进一步加热。冷水箱32设置在燃烧室19上方，其为换热管提供冷水，冷水经过高温废气加热后从热水输出端排出，可供使用者直接使用。
37.如图2、图3和图4所示，在本实施例中，所述第一容器包括内罐体1，所述第二容器包括外罐体2，所述内罐体1设置在所述外罐体2内部，所述外罐体2底部设有支撑架。内罐体1和外罐体2为两个独立的容器，可分别存放不同的液体。所述换热机构包括环状的换热盘管，所述换热盘管的进液端与第一进液管3连通，第一进液管3贯穿外罐体2并伸入内罐体1内部与换热盘管的进液端连接，换热盘管的出液端与第一容器内部连通，第一容器和第二容器的液体通过换热盘管进行换热。第一进液管3向第一容器提供用热设备使用后的具有一定余热的高温液体，第二进液管5用于向第二容器提供低温液体，高温液体从第一进液管3进入换热盘管内部，低温液体从第二进液管5进入第二容器内并与换热盘管外壁接触，低温液体与高温液体发生热交换从而实现热量的回收利用；此外，外罐体2内部的低温液体可以直接与内罐体1的外壁接触，进一步加强换热效果。
38.本发明通过设置换热盘管可以加强高温液体与低温液体之间的换热效果，由于第一容器设置在第二容器内，第一容器中高温液体的大部分热量最终都会传递给第二容器中的低温液体，其能够有效的减少热量损失，实现能量的高效回收。第一进液管3用于向第一容器提供饱和水，饱和水的温度较高，第二进液管5用于向第二容器提供低温自来水，第二进液管5也可以采用饱和水，第二进液管5的低温自来水下落到换热盘管上，可产生部分水蒸气，该水蒸气可以作为其它设备使用。本发明的高效换热器换热效果好，可大大提高饱和水的能量利用率，降低供热成本。为了加强换热盘管的换热效果，所述换热盘管的液体从下至上移动，所述第二容器的液体从上至下移动。
39.如图5所示，所述换热盘管包括若干相互连通的换热管，所述换热管呈螺旋分布在第一容器外侧。换热管的数量可根据具体需求选择使用，在本实施例中，所述换热盘管包括三根相互连通的换热管，分别为第一换热管7、第二换热管8和第三换热管9，所述第一换热管7呈螺旋分布在第一容器外侧，第一换热管7的出液端与第一容器内部连通；所述第二换热管8呈螺旋分布在第一换热管7外侧，第二换热管8的出液端与第一换热管7的进液端连通；所述第三换热管9呈螺旋分布在第二换热管8外侧，第三换热管9的出液端与第二换热管8的进液端连通，第三换热管9的进液端与第一进液管3连通。第一换热管7靠近内罐体1的内壁，第一换热管7中的饱和水从下向上螺旋运动，并进入第二换热管8中，第二换热管8中饱和水从上向下螺旋运动，并进入第三换热管9中，第三换热管9中的饱和水从下向上螺旋运动，最终进入内罐体1中，第一换热管7、第二换热管8和第三换热管9具有一定的间隙，确保低温自来水与各个换热管充分接触，实现热量的高效回收利用。
40.为了提高换热盘管的强度，所述换热盘管设有支撑件。具体地，所述支撑件包括多个用于支撑换热盘管的支撑板10，支撑板10呈环状分布在第一容器的外侧，所述支撑板10
的一端与第一容器的外壁连接，支撑板10的另一端伸到换热盘管的底部，以对换热盘管进行支撑。
41.所述第一容器设有第一水位计11、补液管12、温度表13、压力表14、安全阀15和排气阀16。现有的饱和水供热系统技术不太成熟，其在循环的过程中会产生空气，但是目前的技术无法实现将空气排空，使得饱和水的压力增大，无法连续长时间使用。本发明通过设置第一水位计11监测内罐体1中饱和水的储量，温度表13监测内罐体1中饱和水的温度，压力表14监测内罐体1中饱和水的气压，当饱和水的气压达到一定值时可以通过排气阀16排出空气，当饱和水的气压较大时，安全阀15可自动排气，提高内罐体1的安全性。饱和水排气后整个饱和水供热系统中饱和水的总量将会减少，因此设计了补液管12，通过补液管12向内罐体1中补充饱和水，确保内罐体1长时间安全稳定运行。
42.所述第二容器设有第二水位计17和排气管18。第二水位计17用于监测外罐体2中自来水的储量，由于换热盘管中饱和水的温度较高，低温自来水与换热盘管接触时会产生部分水蒸气，通过排气管18可以将水蒸气输出并对水蒸气进行进一步利用。低温自来水经过加热后可供其它设备使用，为了减少外罐体2的热量损失，外罐体2可设置纳米绝热板、硅酸铝层、反射层等多层隔热保温材料。
43.本发明的饱和水循环供热系统，燃烧室19内部烟气全部被加热盘管20覆盖，加热后高温水进入用热设备使用后再回到换热器，实现循环加热，温差在10％左右；燃烧室19的烟气通过余热回收机构31进行回收从而大大降低了排烟温度，并确保了饱和水加热装置的安全运行。加热盘管20受热面积大，烟道流速设置合理，在结构上保证加热盘管20充分的受热。
44.本发明使用饱和水做热源优越性：闭式饱和水循环供热系统的热损失基本为散热损失，整体传热效率高；而传统的蒸汽系统有较大的疏水阀及排汽损失，在部分加热设备中，由于冷凝水的传热特性差，设备若采用饱和水可大大提高传热效果，同时热损失较少。
45.饱和水循环供热系统的用热设备构成了一个密闭循环加热系统，150℃的饱和水进入用热设备，排出130℃后进入换热器，然后经过饱和水加热装置重新加热至150℃，以此循环，没有疏水阀和排汽损失。
46.蒸汽锅炉是保持一定水位的加热，如果水位计失灵或水烧干，就要引起爆炸，存在安全隐患。本发明通过循环泵循环，安全隐患很小，饱和水一旦发生泄漏，泄漏温度会瞬间下降，饱和水接触空气后产生雾状，安全性高。
47.蒸汽锅炉由于水沸腾加热，使锅炉筒壁及管子结垢，锅炉给水需要用离子交换器除去水里的离子，如ca、mg等离子。本发明是快进快出动态循环加热，避免了ca、mg等离子的持续加入，所以水为普通水可不用软化处理。
48.本发明由小于30l水的若干模块组成，不属于锅炉压力容器监管范围，可以放在车间里同用热设备连接，并做到无人值守。
49.本发明解决了蒸汽加热能耗过高的弊端，提高了能源利用率，降低了能耗成本，使企业大大节能，有利于可持续发展。
50.本发明使用饱和水替代传统蒸汽作为热媒介进行换热的设备，系统采用燃气对加热盘管20进行加热，通过对温度、压力、流速的控制使水流在管道中不发生相变，热效率检测高达99％，大大高于国家规定86％。
51.本发明燃烧室19设计型膛的尺寸(直径、长度)及加热盘管20层数、间隔的设计，使燃烧器22火焰的粗细长度与型膛相适应，火焰不冲刷受热面，且在燃烧器22出力炉膛内背压曲线下，大空间型膛结构有利于燃料充分燃烧，一方面确保燃料99.99％的完全燃烧程度，型膛设计耐热强度高、密封性能好。饱和水循环供热系统在出厂前做气密性实验，保证供热系统密封性能。
52.增加型膛的使用寿命：整体烟箱的设计便于维护保养，优质的阀门仪表的安全高效运行，保证系统的使用寿命。
53.能够根据电脑计算自动调节管式饱和水循环流量、蒸汽流量、燃料耗量，通过消耗水、电、燃气计算出每天完成的产能，大大节省了用户的运行成本；同时还具有故障诊断预知功能，能够预先发现故障的隐患，使用户防患于未然；压力、水位、温度、燃气泄露全自动连锁保护；强大的数据记录功能，可将系统运行、操作等参数记录于系统内存中，自动化程度可实现无人值守运行，大大减低了操作人工成本，降低管理成本。
54.烟气低碳排放完全符合地方和国家标准，燃烧池效率高，燃烧室19使用年限超过5年以上。更环保无污水零排放，噪音低，烟尘技术指标完全可满足国家最严格的环保要求。外观美观新颖采用不锈钢板材，框架为高温磨沙喷漆，平整美观，坚固耐用，且易于保养维护。
55.焊接部分处理：加热盘管20，换热盘管，型膛等均采用自动焊接，成形美观，对机器不能进入的小空间内的焊缝，选用手工钨极氩弧焊打底，手工电弧焊填充盖面的工艺。该工艺能保证焊缝根部的熔透，保证焊缝的质量。
56.可根据工厂用热情况量身定制，系统工程设计，配套设备安装与调试，达到用户能节能的实际效果。
57.目前基于环保能源产业结构调整，现阶段30t/h以下蒸汽燃煤锅炉必须强制改用燃气(油，醇)采用燃气锅炉每产生1吨的150℃蒸汽需燃气成本328元，是燃煤(按蒸汽1吨为180元)的两倍。天然气目前1立方米价格3.85元方，用饱和水循环供热系统，密闭循环加热相同热量热水燃气费用224元左右，降低成本费用40％以上(造纸、印刷、洗涤、印染、医疗、化工等领域)采用饱和水循环供热系统，节约燃气能耗达60％以上。
58.饱和水循环供热系统的循环加热方式这一创新技术，能够填补国内技术空白，设备节能效果显著，可降低能耗，大大节约用水成本，减少碳排放，没有余压余热及疏水阀排放，有利于改善环境，为清洁能源政策提供有力的技术和产业支撑。
59.在本发明描述中，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等应做广义理解，可以是固定连接，可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接或电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对本领域技术人员而言，可以理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，实施例描述的具体特征、结构等包含于至少一种实施方式中，在不相互矛盾的情况下，本领域技术人员可以将不同实施方式的特征进行组合。本发明的保护范围并不局限于上述具体实例方式，根据本发明的基本技术构思，本领域普通技术人员无需经过创造性劳动，即可联想到的实施方式，均属于本发明的保护范围。