一种干燥系统蒸汽热能梯级利用装置的制作方法

本技术属于干燥附属设备，具体涉及一种干燥系统蒸汽热能梯级利用装置。

背景技术：

1、在现代化大型工厂中经常采用大型干燥系统，为了保障产品的品质和干燥效率、降低能源消耗、以及安全稳定的生产，系统日趋复杂，对设备、工艺和控制系统的可靠性要求日趋严格。

2、大型工厂往往自备电厂，根据电厂热电平衡要求的不同向各个生产车间提供的蒸汽中有饱和蒸汽，也有过热度很高的过热蒸汽。大型干燥系统针对所处理物料在干燥、冷却、输送、储运等不同阶段的不同要求，往往需要利用多种蒸汽热源、分设多个加热单元，且每个加热单元的加热要求也不尽相同，所以在大型干燥系统内，不同加热单元排出的冷凝水参数相差较大；大型干燥系统出于开、停车环节以及稳定生产的要求，加热单元的疏水系统也会出现开启旁路排放蒸汽到冷凝水管路的情况；从设备使用上看，冷凝水疏水阀长期使用中常常会有1％～3％的漏汽量，不同压力的冷凝水排出加热单元后降压闪蒸也会产生闪蒸乏汽。因此对大型、复杂的干燥系统来讲，其疏水管道中常常出现蒸汽和冷凝水同时排放的工况，增加了后续处理的难度。

3、对于大型干燥系统，一般都会将各路冷凝水统一排放到厂区集中设置的冷凝水罐中储存，罐体顶部设排空管，将冷凝水中夹杂的漏气或闪蒸汽排放到大气中。这种处理方法会造成较大的能源浪费，排出的水汽造成安全问题和视觉污染。

4、实际生产中，也有将疏水管路中的汽水混合物通入干燥系统的热风主加热器组的冷风入口段的第一片或前几片中，将冷凝水中的蒸汽冷凝下来，同时也可降低冷凝水温度，然后排放到厂区集中冷凝水罐中。

5、现有的大型干燥系统的蒸汽加热流程和设备存在诸多技术问题：

6、1.现有干燥系统将冷凝水直接排放到环境中，或者将各路冷凝水集中到厂区集中设置的冷凝水罐中储存，冷凝水的温度偏高，冷凝水中夹杂的漏汽或闪蒸汽直接排放到大气中，以上两种情形都会造成较大的能源浪费；排出的水汽还会造成安全问题和视觉污染。另外，冷凝水温度过高，会造成冷凝水输送泵吸入能力下降甚至不能正常输送。

7、2.采用将疏水系统后冷凝水通入热风主换热器的第一片或前几片对乏汽吸收并降低冷凝水温度的余热回收方法，冷凝水中夹带的蒸汽快速冷凝时会造成水击现象，影响设备的使用寿命。

8、3.特别是对大型干燥系统的的翅片管空气换热器组，直接抽取大量环境空气进行加热，由于环境温度、湿度随季节变化较大，因此换热器的工况复杂多变。尤其是在北方地区冬季，环境温度普遍低于-10℃，汽水混合物进入空气入口的换热片中，会造成严重的水击现象。

9、另外，由于冷凝水流量和热量不足，又会造成前几片换热器出现过度换热的情况，容易造成局部换热管结冰而冻裂的情形。

技术实现思路

1、本实用新型的目的在于解决上述问题，提供了一种干燥系统蒸汽热能梯级利用装置，本实用新型中主加热单元按照气流流动方向依次设置循环水预热模块、水汽混合加热模块和蒸汽加热模块，循环水预热模块、水汽混合加热模块、蒸汽加热模块对空气进行依次加热，由于循环水温度低于含汽冷凝水的温度，而含汽冷凝水的温度低于蒸汽的温度，对空气实现了梯级加热，充分利用了蒸汽的热量，并能够将空气温度加热到接近甚至超过过饱和蒸汽热源的饱和温度，用于后续的干燥过程干燥效率更高。另外本实用新型利用余热回收器能够回收蒸汽、冷凝水的热量对循环水加热，实现了热量的回收利用并消除了冷凝水中的乏汽；通过循环水预热模块的预热降低水汽混合加热模块与加热气体的温差，避免了水击现象。

2、本实用新型所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：一种干燥系统蒸汽热能梯级利用装置，包括主加热单元、余热回收器、循环水泵和第一疏水阀；

3、所述主加热单元按照气流流动方向依次设置有循环水预热模块、水汽混合加热模块和蒸汽加热模块，所述蒸汽加热模块进口设置有第一蒸汽管道，所述蒸汽加热模块出口处设置有第一疏水阀，所述第一疏水阀出口通过第一汽液管道与水汽混合加热模块进口相连，所述水汽混合加热模块出口通过第二汽液管道与余热回收器的第一汽液入口相连；

4、所述余热回收器内设有循环水，余热回收器的循环水出口与循环水预热模块的进水口相连，所述循环水泵设置在余热回收器和循环水预热模块之间，循环水预热模块的出水口与余热回收器的循环水进口相连；

5、所述余热回收器用于回收蒸汽、冷凝水并将蒸汽、冷凝水与循环水进行热交换。

6、本实用新型的技术方案还有：还包括汽液分离器；

7、所述主加热单元还包括按照气流流动方向设置在蒸汽加热模块后方的过热蒸汽加热模块，所述过热蒸汽加热模块进口设置有第二蒸汽管道，所述过热蒸汽加热模块出口与汽液分离器相连，所述汽液分离器出水口设置有第二疏水阀，所述汽液分离器出气端与第一蒸汽管道进气端相连；

8、所述第二疏水阀出口通过第一汽液管道与水汽混合加热模块进口相连。当汽源是过热蒸汽且过热度较高时，利用过热蒸汽的显热能够将进风温度进一步加热到接近甚至超过所在蒸汽压力的饱和温度，提高干燥过程的热利用率。通过在主换热单元增加过热蒸汽加热模块，在循环水预热模块、水汽混合加热模块、蒸汽加热模块逐级加热的基础上，利用过热蒸汽的显热进一步提升出风温度，由于过热蒸汽换热时蒸汽侧的平均温度远高于饱和温度，故能将出风温度加热到接近甚至超过过饱和蒸汽热源所在压力下的饱和温度。由于过热蒸汽加热模块出口排出的常常是含部分冷凝水的湿蒸汽，降低了蒸汽侧即蒸汽加热模块冷凝放热的传热系数，为保证蒸汽加热模块输入的为蒸汽，需要在汽液分离器中将冷凝水去除再用于蒸汽加热模块。

9、本实用新型的技术方案还有：所述余热回收器由上往下依次设置有相互连通的乏汽吸收腔和冷凝水混合降温腔，所述循环水存储在冷凝水混合降温腔内，所述乏汽吸收腔沿横截面设置有位于循环水液面上方的乏汽吸收层；

10、所述第一汽液入口位于乏汽吸收层的下方；

11、所述余热回收器的循环水进口位于乏汽吸收层的上方。为实现对冷凝水和蒸汽的回收利用，在乏汽吸收腔沿横截面设置位于循环水液面上方的乏汽吸收层，由于第一汽液入口位于乏汽吸收层的下方，循环水进口位于乏汽吸收层上方，因此冷凝水蒸汽混合物和循环水排入余热回收器后，冷凝水与下方的循环水实现混合。而蒸汽上升穿过乏汽吸收层，从循环水进口进入的循环水下落穿过乏汽吸收层，蒸汽与冷却后的循环水在乏汽吸收层实现充分的热交换，从而被吸收并实现对冷却后的循环水的加热。

12、本实用新型的技术方案还有：所述余热回收器在乏汽吸收层上方设置有与循环水进口相连的喷头；

13、所述余热回收器在乏汽吸收层下方设置有与第一汽液入口相连的第一喷淋管，所述第一喷淋管位于循环水液面上方。由于余热回收器内循环水流动性差，为保证循环水与蒸汽实现充分的热交换，余热回收器在乏汽吸收层上方设置与循环水进口相连的喷头，将循环水均匀的喷淋到乏汽吸收层。在乏汽吸收层下方设置与第一汽液入口相连的第一喷淋管，由于第一喷淋管位于循环水液面上方，喷淋过程中蒸汽均匀分布上升，被乏汽吸收层均匀吸收，从而对上方落下的循环水实现均匀加热。冷凝水被第一喷淋管喷淋到空中散成液滴，在空中与乏汽吸收层落下的水滴均匀混合实现快速热交换，并且经过第一喷淋管喷淋的冷凝水水滴落到下方的循环水液面上，也能够与下方的循环水实现快速的热交换，达到快速提高循环水温度的效果。

14、本实用新型的技术方案还有：还包括第三汽液管道，所述第一疏水阀出口和第二疏水阀出口通过第三汽液管道与第一汽液入口相连；

15、所述第一汽液管道上设置有第一节流阀，所述第三汽液管道上设置有第三节流阀。在换热过程中，当冷凝水中含汽较多时，水汽混合加热模块仍可能产生水击现象，此时可通过阀门切换将第一疏水阀和第二疏水阀内的冷凝水部分或全部送入余热回收器内，将乏汽分离吸收。具体的，第一节流阀和第三节流阀用于控制第一疏水阀和第二疏水阀输出的冷凝水和蒸汽混合物通往余热回收器和水汽混合加热模块的比例，第一节流阀和第三节流阀的相应控制主要是根据水汽混合加热模块是否出现水击现象进行调整，在冷凝水中蒸汽量过多时或者主加热单元入口风温偏低时会出现水击现象。如果不出现水击现象，优选的将第一疏水阀和第二疏水阀输出的冷凝水和蒸汽混合物全部输入水汽混合加热模块；当出现水击时，开启第三节流阀让部分冷凝水和蒸汽混合物输入余热回收器提升循环水温度，直到水击现象消除。

16、本实用新型的技术方案还有：所述第二汽液管道上设置有第二节流阀。第二节流阀的作用主要是与第一节流阀配合将水汽混合加热模块从整个装置中切除，避免水汽混合加热模块因水击损坏时漏水到热风侧或环境中。

17、本实用新型的技术方案还有：还包括第一液位计、第一温度传感器、第一注水管道、第一排水管道和第一循环水外排泵；

18、所述第一液位计、第一注水管道和第一排水管道设置在余热回收器上；

19、所述第一排水管道上设置有第一循环水外排泵；

20、所述第一液位计用于监测余热回收器内循环水的液位高度；在系统启动前，通过打开第一注水管道上的第一注水阀门，向余热回收器注入一定液位的循环水，保证泵初始启动并在余热回收器和循环水预热模块之间形成水循环；利用第一液位计监测余热回收器内循环水的液位高度，利用液位信号自动控制或手动控制第一排水管道上的第一排水阀门的开度或启闭(或者利用液位信号控制循环水外排泵的转速)，将循环水排出，实现固定液位控制或者高低液位控制，即保证循环水的液位处于设定液位或位于设定液位范围内；

21、所述第一温度传感器设置在余热回收器上或余热回收器与循环水预热模块之间的输送管道上，所述第一温度传感器用于监测余热回收器循环水的出水温度。当第一温度传感器监测到余热回收器内的循环水的温度低于设定温度时，说明回收的冷凝水、蒸汽对循环水补充的热量无法满足循环水预热模块的换热要求，此时可提高从气液入口进入的汽水混合物流量、温度或蒸汽比例，进而提高循环水的温度，以满足循环水预热模块的换热效率要求。

22、当第一温度传感器监测到余热回收器内的循环水的温度高于设定温度时，说明循环水温度高于循环水泵工作要求温度，此时可降低从气液入口进入的汽水混合物流量、温度或蒸汽比例，或者打开注水管道上的注水阀门，向余热回收器注入一定温度的冷却水，使循环水的温度保持在循环水泵工作温度范围。

23、第一排水管道位于循环水管路之外，可独立操作实现对循环水的外排，减小对循环水泵功率的需求，循环水管路只需选用较低功率的水泵，节省电耗。

24、本实用新型的技术方案还有：还包括第二液位计、第二温度传感器、第三温度传感器、第二注水管道和第二排水管道；

25、所述第二液位计和第二注水管道设置在余热回收器上，所述第二排水管道与循环水预热模块的出水口相连；

26、所述第二液位计用于监测余热回收器内循环水的液位高度；在系统启动前，通过打开第二注水管道上的第二注水阀门，向余热回收器注入一定液位的循环水，保证泵初始启动并在余热回收器和循环水预热模块之间形成水循环；利用第二液位计监测余热回收器内循环水的液位高度，利用液位信号自动控制或手动控制第二排水管道上的第二排水阀门的开度或启闭(或者利用液位信号控制循环水外排泵的转速)，将循环水排出，实现固定液位控制或者高低液位控制，即保证循环水的液位处于设定液位或位于设定液位范围内；

27、所述第二温度传感器设置在余热回收器上或余热回收器与循环水预热模块之间的输送管道上，所述第二温度传感器用于监测余热回收器循环水的出水温度；当第二温度传感器监测到余热回收器内的循环水的温度低于设定的低限温度即最低温度时，说明回收的冷凝水、蒸汽对循环水补充的热量无法满足循环水预热模块的换热要求，此时可提高从气液入口进入的汽水混合物流量、温度或蒸汽比例，进而提高循环水的温度，以满足循环水预热模块的换热效率要求；

28、当第二温度传感器监测到余热回收器内的循环水的温度高于设定的高限温度即最高温度时，说明循环水温度高于循环水泵工作要求温度，此时可降低从气液入口进入的汽水混合物流量、温度或蒸汽比例，或者打开第二注水管道上的第二注水阀门，向余热回收器注入一定温度的冷却水，使循环水的温度保持在循环水泵工作温度范围；

29、所述第三温度传感器设置在循环水预热模块出口端，所述第三温度传感器用于监测循环水预热模块出口循环水的温度。当第三温度传感器监测到循环水预热模块出口循环水的温度高于设定温度时，就需要检查循环泵工作水温是否超出泵允许的循环水温，或者检查循环水预热模块的换热过程是否正常。通过调整操作参数或设备检修，使系统恢复正常工作状态。

30、通过第三温度传感器监测循环水预热模块出口循环水的温度，保证排出的循环水温度低于设定值，从而实现对冷凝水温度的充分利用。

31、从循环水预热模块出口引出第二排水管道的优点是排水温度能够进一步降低，余热回收率更高；同时循环水通过循环水预热模块的流量更高，提供的热量更多。

32、本实用新型的技术方案还有：还包括呼吸阀；

33、所述余热回收器在乏汽吸收层上方设置有排空口，所述排空口上设置有呼吸阀。现有的冷凝水回收罐体上方设置排空口，主要用于排出多余蒸汽避免正压，或者吸入空气避免罐体负压，为避免安全风险和蒸汽污染，需要引出到室外安全位置。在本实用新型中，由于乏汽已经被有效吸收，余热回收器内的气体通过排空口可就近引出后接呼吸阀，避免余热回收器的罐体承压，且无蒸汽排放。

34、本实用新型的技术方案还有：所述乏汽吸收层为耐受水蒸气的温度及剧烈温度波动的材料制成的填料吸收层；

35、优选的，所述乏汽吸收层包括金属制的波纹填料、丝网填料或散堆金属填料。

36、本实用新型的发明构思：

37、蒸汽系统中根据原理的不同，水击分为两种：

38、1、直接水击：多见于输送管道，高速的蒸汽流过冷凝水表面产生“波浪”，当“波浪”覆盖过整个管道或者有足够的迎风面积时，冷凝水会被蒸汽推动形成水弹。

39、正常水系统的流速在2m/s～3m/s，而蒸汽的流速达到25m/s～40m/s，当水弹被蒸汽推动以25m/s～40m/s的流速通过弯头、阀门等设备时，水弹会被停止，释放大量的能量，对管道和阀门造成破坏。

40、2、溃灭水击：多见于冷凝水管道，在蒸汽进入到冷凝水中，蒸汽气泡会散热冷凝，体积会瞬间减小，特别是在低压的冷凝水管道内，由于二次蒸汽的压力低，二次蒸汽冷凝体积会瞬间缩小到原来的1/1000，此时蒸汽冷凝形成的“真空区域”，使四周的冷凝水瞬间填满这个区域，冷凝水在这种抽吸力的作用下相互撞击形成“溃灭水击”。

41、本实用新型利用余热回收器对冷凝水中的乏汽进行释放回收，避免对循环水预热模块循环管道产生“溃灭水击”。

42、另外本实用新型通过循环水预热模块对空气进行预热，减小被加热空气与水汽混合加热模块的温度差，避免在水汽混合加热模块出现“溃灭水击”。

43、并且本实用新型通过循环水预热模块、水汽混合加热模块、蒸汽加热模块或循环水预热模块、水汽混合加热模块、蒸汽加热模块、过热蒸汽加热模块对空气进行逐级加热，在蒸汽热源温度不变的情况下，进一步提升了最终通入干燥系统的热气温度，提高能量利用率的同时提高了后续的干燥效率。

44、与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

45、1.对于厂区提供的蒸汽热源，利用本技术的装置，能充分利用蒸汽的热量来提高干燥进风温度，使加热后的气体温度接近或超过过饱和蒸汽的饱和温度，用于后续的干燥系统，可获取更高的热风干燥的热效率。

46、2.利用一次冷凝水中的乏汽加热循环水，将循环水通入主加热单元的循环水预热模块对低温环境空气进行加热，彻底解决了汽水混合物换热时可能出现的水击现象，以及局部换热管结冰而冻裂的问题，提高了大型翅片式空气换热器运行特别是冬季运行的稳定性，节约了设备更换和维修的成本。

47、3.由于循环水内不含有乏汽，采用循环水泵对循环水进行大流量强制循环，换热管内流速数倍于直接利用一次冷凝水进行换热的流速，提高了各换热管的换热系数，再通过合理设置循环水预热模块的换热器数量，可有效降低冷凝水的温度，冷凝水排出系统的温度可降低到50℃以下，比现有系统低20～30℃，且冷凝水中不含蒸汽，节能降耗效果显著。不向环境排放蒸汽也消除了水汽造成的安全问题和视觉污染，简化了工程设计。