本發(fā)明屬于熱力工程領(lǐng)域，尤其是節(jié)能技術(shù)。

背景技術(shù)：

本發(fā)明的真空蒸汽供暖系統(tǒng)設(shè)有凝結(jié)水回水和系統(tǒng)負(fù)壓調(diào)節(jié)并聯(lián)子系統(tǒng)，適用于將熱源的熱流傳遞至用戶(hù)，供住宅建筑物、公共建筑物和工業(yè)建筑物、溫室和畜牧場(chǎng)等的自主供暖使用。

為高效率傳遞熱流，所述真空蒸汽傳熱法采用了基于蒸汽熱能摩爾高速傳遞的封閉蒸發(fā)-冷凝循環(huán)。

所述真空蒸汽傳熱法由包含蒸汽鍋爐的系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；所述蒸汽鍋爐設(shè)有載能體供給自動(dòng)控制和聯(lián)鎖裝置、鍋爐水位與集汽箱蒸汽壓力目視檢查儀表和確保鍋爐安全工作用安全閥。所述系統(tǒng)水平設(shè)置上配汽管道、設(shè)有通往凝結(jié)水收集箱和鍋爐的機(jī)械泵送凝結(jié)水排放器的凝結(jié)水管道、向加熱器分配管供汽的垂直分汽管道以及用于建立初始負(fù)壓和通過(guò)泵工作自動(dòng)控制改變系統(tǒng)真空度而確保載熱體溫度質(zhì)量調(diào)節(jié)的真空水環(huán)泵。憑借熱流從熱源傳遞至用戶(hù)時(shí)的最小能量消耗以及蒸汽消耗量的集中質(zhì)量和數(shù)量調(diào)節(jié)，可實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的高有效系數(shù)，并借助載能體供給自動(dòng)控制和聯(lián)鎖裝置及負(fù)壓調(diào)節(jié)子系統(tǒng)可確保這個(gè)高有效系數(shù)。與類(lèi)似的真空蒸汽供暖系統(tǒng)和低于大氣壓供暖系統(tǒng)相比，本供暖系統(tǒng)的特征在于具有凝結(jié)水至蒸汽鍋爐回水子系統(tǒng)和提供不同負(fù)壓(真空)度的基于所需溫度的可控載熱體(質(zhì)量調(diào)節(jié))，并借助爐膛燃燒裝置載能體供給自動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)載熱體消耗量的數(shù)量調(diào)節(jié)。本系統(tǒng)具有89％的有效高傳熱系數(shù)和高達(dá)38％的顯著載能體節(jié)約率。本系統(tǒng)還通過(guò)以下方式來(lái)確保其能量效率：凝結(jié)水至蒸汽鍋爐回水裝置不消耗電能，而真空水環(huán)泵處于周期性工作狀態(tài)。

通過(guò)設(shè)有機(jī)械泵送凝結(jié)水排放器(冷凝泵)的凝結(jié)水至鍋爐回水獨(dú)立子系統(tǒng)來(lái)確保本真空蒸汽供暖系統(tǒng)在運(yùn)行期間的連續(xù)性和穩(wěn)定性，而系統(tǒng)負(fù)壓的維持與調(diào)節(jié)則通過(guò)采用了真空水環(huán)泵工作自動(dòng)控制系統(tǒng)的真空處理子系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

已知的真空蒸汽系統(tǒng)包括設(shè)有集汽箱的鍋爐、通過(guò)閥門(mén)與蒸汽管道連接的加熱器、與凝結(jié)水管道連接的凝結(jié)水排放器以及抽真空裝置(俄羅斯聯(lián)邦專(zhuān)利no.2195608，f24d1/00，2002年12月27日)。該系統(tǒng)具有高金屬耗用量和高密封性損失概率的特點(diǎn)。系統(tǒng)中沒(méi)有考慮載能體消耗量調(diào)節(jié)和鍋爐防爆安全性。

眾所周知的裝置還有真空蒸汽加熱裝置(原出版物參見(jiàn)如下網(wǎng)頁(yè)：ngpedia.ru/id427980p1.html，“石油天然氣大百科全書(shū)—真空蒸汽系統(tǒng)”)。該裝置包括蒸汽鍋爐、分配管線(xiàn)、供汽豎管、加熱器、凝結(jié)水排出豎管、過(guò)濾器、真空泵和空氣分離器。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是連續(xù)工作并消耗大量電能的真空泵通過(guò)空氣分離器與蒸汽鍋爐串聯(lián)，氣蝕發(fā)生概率高。因?yàn)樵撓到y(tǒng)中泵在抽出空氣的同時(shí)還要抽出蒸汽和熱凝結(jié)水，空氣分離器在向大氣排氣時(shí)，如果其內(nèi)部有余壓則不能有效將凝結(jié)水返回至蒸汽鍋爐，而鍋爐內(nèi)絕對(duì)壓力低于大氣壓時(shí)，則外界空氣被吸入鍋爐的概率較大。鍋爐沒(méi)有設(shè)置防爆安全系統(tǒng)。

最接近的類(lèi)似裝置是已知的真空蒸汽系統(tǒng)(原著作者п.н.加米涅夫、а.н.斯卡納維、в.н.博戈斯拉夫斯基，“采暖通風(fēng)，第1部分”，莫斯科стройиздат建筑出版社，1975年)，該裝置構(gòu)造圖中包括蒸汽鍋爐、帶加熱器的凝水管、凝結(jié)水排放器、凝結(jié)水箱、系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)裝置以及抽真空與凝結(jié)水抽送用水環(huán)泵。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是真空水環(huán)泵密封裝置密封性損失概率高，不能利用膜式調(diào)壓器對(duì)不同真空值進(jìn)行調(diào)節(jié)，因?yàn)閼?yīng)用該調(diào)壓器時(shí)，泵的開(kāi)關(guān)只能針對(duì)一個(gè)規(guī)定真空度確定值，而對(duì)于其他真空度值則需要重新調(diào)整調(diào)壓器。不定時(shí)停止真空水環(huán)泵時(shí)，鍋爐凝結(jié)水的供給將會(huì)停止，因?yàn)楸煤湾仩t是串聯(lián)的。泵在長(zhǎng)期工作過(guò)程中會(huì)消耗大量電能。帶有蒸汽鍋爐的供熱點(diǎn)只能被限制設(shè)在地下室，因?yàn)橹挥性谙鄬?duì)于真空泵排出管線(xiàn)壓頭，蒸汽形成背壓時(shí)凝結(jié)水才能返回鍋爐。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的在于提供一種有效使用載能體(天然氣和電力等)的供暖系統(tǒng)，通過(guò)可靠和安全的廉價(jià)材料以及方便的安裝條件，提供方便的維護(hù)與運(yùn)行功能，從而確保蒸汽鍋爐既能布置在地下室方案中，也能布置在地面和屋頂方案中。

本發(fā)明技術(shù)方案的實(shí)現(xiàn)在于借助真空蒸汽法進(jìn)行熱流傳遞，該方法的基礎(chǔ)是熱源到用戶(hù)之間沿管道(蒸汽管道和凝結(jié)水管道)密封循環(huán)系統(tǒng)的具有高熱流傳遞系數(shù)的熱能超導(dǎo)性。采用真空蒸汽傳熱法能夠通過(guò)降低室內(nèi)供暖系統(tǒng)的熱能傳遞消耗來(lái)降低能耗，例如在具有大靜水壓力的熱水供暖系統(tǒng)中，可取消載熱體供給提升泵。載熱體(真空蒸汽)輸送裝置可使用廉價(jià)材料(低碳鋼管、金屬塑料管、普通管件和截止蒸汽閥等)。這都得益于在系統(tǒng)中引入了定期工作真空水環(huán)泵。所述真空水環(huán)泵設(shè)有基于系統(tǒng)狀態(tài)和給定負(fù)壓參數(shù)的自動(dòng)控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)可最大程度排除溫度不超過(guò)96℃的中間載熱體(水和防凍劑)中的溶解空氣。所述蒸汽鍋爐中引入載能體供給自動(dòng)調(diào)節(jié)裝置可允許進(jìn)行載熱體(蒸汽)消耗量的集中數(shù)量調(diào)節(jié)，而載能體供給聯(lián)鎖系統(tǒng)和向鍋爐充注嚴(yán)格計(jì)算定量的中間載熱體又可以確保鍋爐的防爆安全性。少量充注中間載熱體還可以降低鍋爐內(nèi)中間載熱體快速加熱用載能體的消耗，從而在極大程度上節(jié)約水資源。在蒸汽鍋爐中應(yīng)用凝結(jié)水回水子系統(tǒng)既能將供熱點(diǎn)布置地下室方案中，又能布置地面和屋頂方案中，因?yàn)闄C(jī)械泵送凝結(jié)水排放器可以根據(jù)鍋爐所產(chǎn)生的工作蒸汽輸出壓力，產(chǎn)生16兆帕以下的回水壓力。

請(qǐng)注意，壓縮機(jī)儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣可以用作凝結(jié)水抽送的工作介質(zhì)。泵送凝結(jié)水排放器將凝結(jié)水輸送至較大高度的能力既能讓供熱點(diǎn)布置在地下室方案中，又能布置在地面和屋頂方案中。

附圖說(shuō)明

圖1為設(shè)有凝結(jié)水至鍋爐回水和系統(tǒng)真空處理并聯(lián)子系統(tǒng)的真空蒸汽供暖系統(tǒng)示意圖。

具體實(shí)施方式

所述真空蒸汽供暖系統(tǒng)由(見(jiàn)圖1)如下子系統(tǒng)構(gòu)成：蒸汽、凝結(jié)水至鍋爐回水、蒸汽真空處理和質(zhì)量調(diào)節(jié)、以及室內(nèi)供暖子系統(tǒng)。

蒸汽子系統(tǒng)包括：蒸汽鍋爐1，集汽箱2，爐膛3，旋塞閥4，鍋爐補(bǔ)水閥5，軟化水給水管閥6，蒸汽子系統(tǒng)排水閥7，鍋爐水位指示器8，安全閥9，載能體供給中斷時(shí)用燃料供給自動(dòng)調(diào)節(jié)與聯(lián)鎖裝置，以及目視檢查子系統(tǒng)真空壓力用真空壓力表。

凝結(jié)水至鍋爐回水子系統(tǒng)包括：機(jī)械泵送凝結(jié)水排放器(冷凝泵)10，設(shè)有構(gòu)成浮子裝置13的鍋爐12內(nèi)蒸汽供汽浮子閥的凝結(jié)水收集箱11，針型閥14和箱內(nèi)凝結(jié)水水位指示器15，凝結(jié)水至鍋爐供給管道16，止回閥17，放水閥18，鍋爐內(nèi)蒸汽供給管道19(用于凝結(jié)水至鍋爐供給管道內(nèi)背壓平衡)，凝結(jié)水供給管道20，止回閥21，工作蒸汽至凝結(jié)水排放器供給管道22，放水閥23，廢工作蒸汽排放管道24，中央凝結(jié)水管道25，集污器26，網(wǎng)式過(guò)濾器27和工作蒸汽供給閥28。

真空處理和質(zhì)量調(diào)節(jié)子系統(tǒng)包括：真空水環(huán)泵29，設(shè)有止回閥31的空氣分離器30，泵內(nèi)水環(huán)形成用供水管道32，閥門(mén)33，系統(tǒng)內(nèi)空氣吸入管道34，止回閥35，隨凝結(jié)水管道25內(nèi)空氣一起吸入的蒸汽凝結(jié)水混合液冷卻器36，抽出空氣和冷卻凝結(jié)水供給管道37，閥門(mén)38，溢流水返回凝結(jié)水管道用供給管道39，止回閥40，電磁閥(常開(kāi))41，真空水環(huán)泵和電磁閥工作自動(dòng)控制裝置，電接觸壓力表，閥門(mén)42，泵啟動(dòng)用預(yù)充水閥門(mén)43以及系統(tǒng)負(fù)壓減壓閥門(mén)51。

室內(nèi)供暖子系統(tǒng)包括：配汽管道44，“閥后”調(diào)壓器45，蒸汽閥46，垂直分汽閥47，垂直凝結(jié)水管道48，耗汽量閥49以及加熱器50。

請(qǐng)?zhí)貏e注意，為實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的合格密封水平，安裝后應(yīng)在99％空氣、1％氦氣和6千克/平方厘米注入壓力的實(shí)驗(yàn)環(huán)境中，對(duì)每個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行強(qiáng)制性泄漏試驗(yàn)。利用氦檢漏器進(jìn)行泄漏檢查。

所述真空蒸汽供暖系統(tǒng)運(yùn)行方式如下：將旋塞閥4置于“關(guān)閉”位置，將閥門(mén)6、7、18、23、33和51置于“關(guān)閉”位置，將閥門(mén)5、28、38、46和49置于“□開(kāi)”位置。將裝有軟化水的校準(zhǔn)罐軟管與閥門(mén)43連接，并將閥門(mén)置于“□開(kāi)”位置，預(yù)充水使水位達(dá)到空氣分離器溢流管套管位置水平，然后將閥門(mén)置于“關(guān)閉”位置并斷開(kāi)軟管。打開(kāi)閥門(mén)6、5，向蒸汽鍋爐充水，觀察水位指示器8，使水位達(dá)到鍋爐容水空間上水位，充水后將閥門(mén)置于“關(guān)閉”位置。

將校準(zhǔn)罐軟管與閥門(mén)18連接，將閥門(mén)18置于“打開(kāi)”位置，預(yù)充水并觀察水位指示器15，使水位達(dá)到浮子底部表面，充水后斷開(kāi)軟管，并將閥門(mén)置于“關(guān)閉”位置。凝結(jié)水收集箱相對(duì)于鍋爐的適當(dāng)高度設(shè)置，以確保箱內(nèi)充水位對(duì)應(yīng)于蒸汽鍋爐內(nèi)的水位。

打開(kāi)真空水環(huán)泵29和電磁閥41工作自動(dòng)控制裝置，將電接觸壓力表真空度指示器設(shè)置在壓力值為рв＝-0.7千克/平方厘米的壓力狀態(tài)，與絕對(duì)壓力р絕對(duì)＝0.3千克/平方厘米相對(duì)應(yīng)。

以如下方式啟動(dòng)真空水環(huán)泵：將閥門(mén)33置于“□開(kāi)”位置，向泵工作空間充水，然后再啟動(dòng)泵。啟動(dòng)泵時(shí)，電磁閥41將自動(dòng)置于“關(guān)閉”位置，然后從系統(tǒng)中抽出的空氣將通過(guò)止回閥31排向大氣。當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)達(dá)到預(yù)定真空度時(shí)，泵自動(dòng)關(guān)閉，同時(shí)，閥門(mén)41置于“□開(kāi)”位置，將溢流到空氣分離器的凝結(jié)水回注至凝結(jié)水管道。

按如下順序啟動(dòng)蒸汽鍋爐：將旋塞閥4設(shè)在“□開(kāi)”位置，裝置自動(dòng)使鍋爐爐膛內(nèi)的燃燒裝置3進(jìn)入工作狀態(tài)，沸騰時(shí)形成的蒸汽在集汽箱內(nèi)分離，干燥度達(dá)到х＝0.85，然后通過(guò)在試驗(yàn)臺(tái)上調(diào)準(zhǔn)的絕對(duì)壓力設(shè)為р絕對(duì)＝0.9千克/平方厘米的“閥后”調(diào)壓器，沿配汽管道44進(jìn)入室內(nèi)供暖子系統(tǒng)，即進(jìn)入加熱器50，冷凝并將大部分蒸發(fā)潛熱傳遞至加熱器，然后再以高傳熱系數(shù)傳遞到室內(nèi)。凝結(jié)水沿垂直凝結(jié)水管道流向中央凝結(jié)水排放器，再自流進(jìn)入機(jī)械泵送凝結(jié)水排放器，排放器借助沿管道22進(jìn)入的工作蒸汽將凝結(jié)水沿管道20輸送至凝結(jié)水收集箱。隨著箱內(nèi)凝結(jié)水的充注，箱供汽裝置內(nèi)的浮子上升，使針型閥向箱內(nèi)注入蒸汽，同時(shí)，箱內(nèi)形成與管道16中相同的壓力，止回閥17開(kāi)啟，凝結(jié)水在自身重力作用下流向鍋爐。此時(shí)，浮子裝置影響針型閥，使其隔斷蒸汽通路，從而允許向箱內(nèi)注入下一批凝結(jié)水。

請(qǐng)?zhí)貏e注意，在真空水環(huán)泵未工作時(shí)，泵工作時(shí)進(jìn)入空氣分離器30的冷卻凝結(jié)水將通過(guò)止回閥40和常開(kāi)電磁閥，沿管道39返回中央凝結(jié)水管道25，從而保證系統(tǒng)具有穩(wěn)定的水量平衡，即確保蒸汽鍋爐中的額定水位不變，不需要在系統(tǒng)工作時(shí)額外補(bǔ)水(不需要水除氧裝置)。在系統(tǒng)絕對(duì)壓力為р絕對(duì)＝0.9千克/平方厘米時(shí)，蒸汽溫度將為96℃，從而允許將蒸汽導(dǎo)入金屬塑料管和聚乙烯管系統(tǒng)中，而不會(huì)對(duì)管道造成腐蝕。

不消耗電能的機(jī)械泵送凝結(jié)水排放器(冷凝泵)、不參與凝結(jié)水泵送的周期性工作的真空水環(huán)泵以及凝結(jié)水回水與真空處理子系統(tǒng)之間是分開(kāi)的，從而提高了系統(tǒng)效率。

取決于工作氣體(蒸汽或壓縮空氣)壓力的冷凝泵將凝結(jié)水輸送至較大高度的能力使鍋爐既能設(shè)置在地下室方案中，也能設(shè)置在地面和屋頂方案中。同時(shí)，泵送凝結(jié)水排放器自身應(yīng)設(shè)置在中央凝結(jié)水管道下方至少200毫米處。

所述供暖系統(tǒng)的特點(diǎn)在于，系統(tǒng)被分成彼此獨(dú)立工作的凝結(jié)水回水子系統(tǒng)，其中采用了機(jī)械泵送凝結(jié)水排放器以及設(shè)有向凝結(jié)水收集箱供應(yīng)平衡蒸汽用浮子閥的凝結(jié)水收集箱，并且，凝結(jié)水收集箱向鍋爐少量循環(huán)供應(yīng)熱凝結(jié)水，這種供應(yīng)方式不會(huì)破壞水沸騰過(guò)程的穩(wěn)定性。泵送凝結(jié)水排放器強(qiáng)制將凝結(jié)水抬升至較大高度的能力允許將供熱點(diǎn)布置在不同方案中。不同真空值使自動(dòng)控制真空處理子系統(tǒng)可以在рв＝0.1千克/平方厘米到рв＝0.7千克/平方厘米足夠?qū)挼恼婵斩确秶鷥?nèi)對(duì)系統(tǒng)溫度實(shí)施質(zhì)量調(diào)節(jié)，在該負(fù)壓值范圍內(nèi)載熱體溫度差為96℃-68℃，符合衛(wèi)生保健要求正常值。

在室內(nèi)供暖子系統(tǒng)中采用了上部分配蒸汽及蒸汽與凝結(jié)水伴隨運(yùn)行的方案，可降低蒸汽高速運(yùn)行所產(chǎn)生的噪音，同時(shí)，與傳統(tǒng)熱水供暖系統(tǒng)和大氣蒸汽供暖系統(tǒng)相比，系統(tǒng)傳熱系數(shù)也大大提高。工業(yè)樣品的熱工分析顯示，所述真空蒸汽供暖系統(tǒng)的有效系數(shù)為89％，而載能體節(jié)約率為38％。

所述供暖系統(tǒng)維護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行安全可靠，可確保安全、不間斷地供暖。