CN102889573A - 利用高温热泵系统制备锅炉用除氧水的工艺系统 - Google Patents

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张于峰
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Abstract

本发明公开了一种利用高温热泵系统制备锅炉用除氧水的工艺系统，由冷却化工工艺或设备的循环水回路、高温热泵混合工质循环回路和除氧水回路三个回路通过管道连接而成。本发明采用了高温热泵系统，利用高温混合工质，能将低温热提升到100℃左右，这种回收余热的热泵系统的能效比可达到3.5以上。节能效果显著，工业余热经高温热泵回收后，达到工艺需要的温度(20-30℃)返回工艺系统重新利用，减少了对环境的热污染。在实施例中，热泵系统将循环水冷凝热回收的同时，制取高温热水(除氧水)，节省了厂家制取除氧水利用的水蒸汽，降低了厂家的生产成本，具有双重功能。该工艺系统节能效果显著，减轻了企业的经济负担以及对环境的污染。

Description

利用高温热泵系统制备锅炉用除氧水的工艺系统
技术领域
本发明属于资源与环境技术领域，特别涉及冷却塔循环水余热利用、高温热泵、热力除氧制备锅炉除氧水的技术与工艺。
背景技术
余热是在一定经济技术条件下，在能源利用设备中没有被利用的能源，也就是多余、废弃的能源。它包括高温废热余热如高温产品和炉渣的余热、冷却介质余热如循环水余热、化学反应余热如工艺余热、废气、废汽、废液和废料余热等。高温余热可以直接利用，但是低温余热的利用存在技术瓶颈。例如，化工厂中用于冷却化工工艺或设备的循环水进口温度为20-30℃，吸收工艺或设备热量后，出口温度达到50-70℃，为低品位余热，无法直接利用。但化工厂中有大量这样的余热资源，中小型的化工厂其循环水量即能达到每小时几千吨至几万吨。现有的处理方式不得不将携带低品位余热的循环水通入冷却塔，向空气散热，后再返回工艺重新利用，造成了大量的能源浪费。
另一方面，化工厂也存在很多需要大量高品位热源的工艺。比如在锅炉给水处理过程中，除氧是一个非常关键的环节。氧是给水系统和锅炉的主要腐蚀性物质，给水中的氧应当迅速得到清除，否则它会腐蚀锅炉的给水系统和部件。管道腐蚀严重时，甚至会发生管道爆炸事故。现有的除氧技术一般采用高温蒸汽加热除氧。为产生大量高温蒸汽，需要建设蒸汽锅炉，不仅要消耗大量的一次能源，同时也造成了环境污染。
目前，高温热泵可用作回收工业余热极为有效的新技术。其从热力学第二定律出发，以消耗少量的高质能(机械能、电能)或高品位热能为代价，通过热力循环，将低品位能源(空气、水、土壤、太阳能、工业废热等)提升至高品位，再将高品位能源加以利用，以达到节约化石能源的目的，是提高能源利用效率和降低环境污染的有效途径。传统的热泵技术只能产生较低的温度水平(45℃左右)，无法达到锅炉除氧水需要的98℃的温度水平。因此传统的热泵技术无法解决这个问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种利用高温热泵系统制备锅炉用除氧水的工艺系统，解决现有技术中化工厂中用于冷却化工工艺的循环水的大量低品位余热浪费，锅炉除氧消耗大量的一次能源，同时也造成了环境污染的问题。
本发明的技术方案如下：
一种利用高温热泵系统制备锅炉用除氧水的工艺系统，由冷却化工工艺或设备的循环水回路、高温热泵混合工质循环回路和除氧水回路三个回路通过管道连接而成：
冷却化工工艺或设备的循环水回路是指：来自化工工艺的携带低品位余热的水(50-70℃)进入高温热泵系统的蒸发器，工艺用水与高温混合工质在蒸发器内换热达到工艺需要温度(20-30℃)后，返回到工艺系统中循环使用；
高温热泵混合工质循环回路是指：高温混合工质与工艺用水在蒸发器内完成换热后进入压缩机，经压缩机压缩后变成高温高压的状态进入冷凝器，高温混合工质在高温高压下与低温含氧水进行换热后经膨胀阀恢复到低温低压状态，再到蒸发器与工艺用水进行换热，形成混合工质循环回路；
除氧水回路是指：要进入锅炉的低温自然水先进入冷凝器，吸收高温混合工质放出的热量，温度升高，气体的分压力变小，氧气在水中的溶解度变小，低温的含氧水变成高温除氧水进入锅炉或者其他需要除氧水的用户，完成制备除氧水的工艺。
所述高温混合工质是BY-4，由天津大学制冷剂厂生产。
本发明是将高温热泵技术与现有的化工工艺相结合，提取化工工艺低品位余热，将低品位的热量提升为高品位，供给制备锅炉除氧水，替代原有锅炉设备。达到既提供工艺用循环水又提供锅炉除氧水的双重效果。
本发明的有益效果是：本发明采用了高温热泵系统，利用高温混合工质，能将低温热提升到100℃左右，这种回收余热的热泵系统的能效比可达到3.5以上。节能效果显著，工业余热经高温热泵回收后，达到工艺需要的温度(20-30℃)返回工艺系统重新利用，减少了对环境的热污染。在实施例中，热泵系统将循环水冷凝热回收的同时，制取高温热水(除氧水)，节省了厂家制取除氧水利用的水蒸汽，降低了厂家的生产成本，具有双重功能。该工艺系统节能效果显著，减轻了企业的经济负担以及对环境的污染。
附图说明
图1是本发明利用高温热泵系统制备锅炉用除氧水的工艺系统的工艺流程图；
其中1、需冷却化工工艺或设备2、工艺出水(50-70℃)3、蒸发器4、工艺用水(20-30℃)5、压缩机6、冷凝器7、膨胀阀8、低温含氧水(45℃)9、除氧水10、锅炉I、冷却化工工艺或设备的循环水回路II、高温热泵混合工质循环回路III、除氧水回路
具体实施方式
本发明是将高温热泵技术与现有的化工工艺相结合，提取化工工艺低品位余热，将低品位的热量提升为高品位，供给制备锅炉除氧水，替代原有锅炉设备。达到既提供工艺用循环水又提供锅炉除氧水的双重效果。现结合图1工艺系统流程对本发明做详细说明。
本实施案例中，冬季时，来自化工工艺设备1的200t/h冷却水为50℃，工艺要求是20℃；夏季时，来自化工工艺设备1的100t/h冷却水为70℃，工艺要求是30℃。温度较高的工艺出水2进入蒸发器3，高温热泵蒸发器3侧中高温混合工质从循环水中提取温差热Q1(冬季温差30℃，夏季温差40℃)，使循环水温度降低，低温的循环水由蒸发器3出口工艺用水4排出进入工艺系统循环使用。
本流程中，高温热泵的制热性能系数COP拟采用3.5。混合工质流经压缩机5变成高温高压状态后进入冷凝器6，与进入冷凝器6的水进行换热，换热结束，混合工质经膨胀阀7变成低温低压状态后回到蒸发器3再进行吸热，完成高温混合工质传递热量的循环。
该锅炉进水8是45℃的低温含氧水，在冷凝器6中与高温混合工质进行热交换，吸收热量Q2形成98℃的高温水，在高温下，水中的溶解氧分离出来，此时，制得的除氧水9从冷凝器6出来进入蒸汽锅炉10。取代了原有工艺制备除氧水的每年将近8万吨2.5MPa、380℃高温水蒸汽，节省了厂家的生产成本。
本实施例与原有的循环水利用冷却塔散热、除氧水依靠高温水蒸汽制备的方案，每年节省资金70多万元。并且在节能减排方面也有显著效果，其中，每年节省标煤6千多吨、减排CO2 2万多吨、SO2 8百多吨、NOX 4百多吨。
尽管结合附图对本发明进行了上述描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护范围的情况下，还可以做出很多变形，这些均属于本发明的保护之列。

Claims (2)

1.一种利用高温热泵系统制备锅炉用除氧水的工艺系统，其特征在于，由冷却化工工艺或设备的循环水回路、高温热泵混合工质循环回路和除氧水回路三个回路通过管道连接而成：
冷却化工工艺或设备的循环水回路是指：来自化工工艺的携带低品位余热的水进入高温热泵系统的蒸发器，工艺用水与高温混合工质在蒸发器内换热达到工艺需要温度后，返回到工艺系统中循环使用；
高温热泵混合工质循环回路是指：高温混合工质与工艺用水在蒸发器内完成换热后进入压缩机，经压缩机压缩后变成高温高压的状态进入冷凝器，高温混合工质在高温高压下与低温含氧水进行换热后经膨胀阀恢复到低温低压状态，再到蒸发器与工艺用水进行换热，形成混合工质循环回路；
除氧水回路是指：要进入锅炉的低温自然水先进入冷凝器，吸收高温混合工质放出的热量，温度升高，气体的分压力变小，氧气在水中的溶解度变小，低温的含氧水变成高温除氧水进入锅炉或者其他需要除氧水的用户，完成制备除氧水的工艺。
2.根据权利要求1所述利用高温热泵系统制备锅炉用除氧水的工艺系统，其特征在于，所述高温混合工质是BY-4。
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