CN103123107B - 一种多级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽的装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种多级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽的装置，以热水（或低压蒸汽、汽水混合物两相流）为循环介质，吸收装置中的高温余热，经闪蒸、扩容闪蒸、蒸汽喷射式热泵增压后变成可供装置使用压力能级的蒸汽，蒸汽经使用后变成凝液返回本系统，与扩容闪蒸后的低温热水再送往装置吸收高温余热，形成密闭循环。不仅能够充份吸收能量、根据需要远距离输送到用热点且能够稳定供热、且能适应用热单元用热变化的余热回收及供应蒸汽。
Description
技术领域
本发明属于高温余热利用技术领域，尤其是涉及一种多级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽的装置。
背景技术
在化工装置中往往存在一些高温余热，如精馏塔顶的气相、反应器的出口物料、塔釜的高温物料等都含有大量的热能，很多企业采用空冷或循环水冷却的方式，将能量白白浪费。如何将这些热量进行回收并加以充份利用，是一项非常重要的节能耗措施，然而实际应用中存在着诸多问题。
例如，部分企业采用与冷物料换热的方法进行回收热能，但实际使用中，两者的供求往往不匹配，很难完全回收其中的热量，使得余热利用不充分。而且部分企业的产热点与用热点距离远，无法两者连接起来，可连接起来运行成本非常高。此外，当用热点用热不稳定时，会影响产热装置的热量及时被吸收，使其中的热量产生浪费。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种能够充份吸收能量、能够根据需要远距离输送到用热点且能够稳定供热、且能适应用热单元用热变化的余热回收及供应蒸汽装置，以热水（或低压蒸汽、汽水混合物两相流）为循环介质，吸收装置中的高温余热，经闪蒸、扩容闪蒸、蒸汽喷射式热泵增压后变成可供装置使用压力能级的蒸汽，蒸汽经使用后变成凝液返回本系统，与扩容闪蒸后的低温热水再送往装置吸收高温余热，形成密闭循环。
为了达到以上目的，本装置中包括一套热水压力控制阀，以保证高温热水的压力，防止热水汽化；至少一个闪蒸罐，高温热水在闪蒸罐内高效闪蒸产生所需压力的蒸汽，并入蒸汽管网使用；一个蒸汽喷射式热泵和扩容闪蒸罐，经闪蒸罐排出的热水先进入扩容闪蒸罐，扩容闪蒸罐的蒸汽由热泵将其增压到所需压力，并入蒸汽管网使用；蒸汽喷射式热泵投入运行后可以保持蒸汽管网的压力稳定；上述的闪蒸罐和蒸汽喷射式热泵、扩容闪蒸罐可根据实际热水温度和蒸汽用户压力等级的情况，按需多级串联使用；至少一台热水循环泵，将最后扩容闪蒸后的低温热水送回供出装置回收装置余热；闪蒸后的蒸汽经用户使用后变成冷凝液，用于补充热水闪蒸的量保持热水流量平衡。
具体地说，本发明提供了以下技术方案：
一种多级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽的装置，包括通过管道进行连接的压力调节阀、至少一组闪蒸组件和至少一台热水循环泵，所述闪蒸组件包括闪蒸罐、蒸汽喷射式热泵和扩容闪蒸罐，压力调节阀与闪蒸罐相连，闪蒸罐产生的蒸汽进入蒸汽管网中、产生的热水进入扩容闪蒸罐，扩容闪蒸罐产生的蒸汽通过蒸汽喷射式热泵进入蒸汽管网中、产生的热水经温度控制系统控制温度后通过热水循环泵送回高温余热供出设备吸收余热并被最终送至压力调节阀处，蒸汽管网中的蒸汽被使用后经回收蒸汽使用设备后被送入热水循环泵，所述闪蒸罐和扩容闪蒸罐上均安装有液位控制系统。
作为本发明的一种改进方案，所述闪蒸组件至少为两组且相互串联连接，每组闪蒸组件为不同的蒸汽管网输出蒸汽。串联的方式为第n组闪蒸组件产生的蒸汽进入蒸汽管网n中，蒸汽管网n中的蒸汽被使用后经回收蒸汽使用设备n后被送入热水循环泵；第n组闪蒸组件中的扩容闪蒸罐产生的热水进入第n+1组闪蒸组件中的闪蒸罐中，第n+1组闪蒸组件产生的蒸汽进入蒸汽管网n+1中、产生的热水经温度调节阀控制温度后通过热水循环泵送回高温余热供出设备吸收余热并被最终送至压力调节阀处，蒸汽管网n+1中的蒸汽被使用后经回收蒸汽使用设备n+1后被送入热水循环泵，其中n>0且n为整数。
作为本发明的一种改进方案，所述闪蒸罐和扩容闪蒸罐上均安装有温度显示仪表。
作为本发明的一种改进方案，所述闪蒸罐和扩容闪蒸罐上均安装有压力显示仪表。
作为本发明的一种优选方案，所述液位控制系统包括液位调节阀和液位变送器。
作为本发明的一种优选方案，所述温度控制系统包括温度调节阀和温度变送器。
作为本发明的一种优选方案，所述压力调节阀为自立式调节阀或气动调节阀或电动调节阀。
作为本发明的一种优选方案，所述液位调节阀为自立式调节阀或气动调节阀或电动调节阀。
本装置中的闪蒸罐、蒸汽喷射式热泵和扩容闪蒸罐可根据需要增加台数，可产生不同压力等级的蒸汽供用热设备使用。与现有技术相比，本发明具有如下优点和技术效果：
1、在充分吸收余热的基础上，还能产生蒸汽，充分利用剩余能量，节约资源。
2、以水（或低压蒸汽或汽水混合物）为载热体，优先考虑以热水为载热体，安全可靠。
3、采用泵输送热水，可实现远距离输送，解决了高温余热无法给较远用热系统供热的难题。
4、在高温热水管线上设置了压力控制阀，用以控制进入本系统的高温热水的压力，防止高温热水在输送管道内汽化，产生振动并影响输送。
5、本发明采用闪蒸汽、扩容闪蒸、采用蒸汽喷射式热泵使其供出的蒸汽压力稳定、并可根据下游用能设备的蒸汽用量的变化，在一定范围实现自动调节产汽量，抗干扰性强。
6、根据实际热水温度和蒸汽用户压力等级的情况，可采用多级闪蒸罐和扩容闪蒸罐相配合，能充分吸收余热，尽可能多地利用能量。
7、本发明对余热供出装置的热负荷波动不敏感，在一定范围内余热供出单位供出的能量增加或减少，本装置都能稳定供出用热设备所需的蒸汽量，而使用热设备不受影响。
8、本发明经闪蒸后，低温热水的温度稳定，在一定范围内，不受供热能力和用热能力的变化影响，使余热供出装置的运行稳定。
9、本装置的热水、产出的蒸汽实现密闭循环，不冒汽、不产生二次污染。
10、本装置全密闭运行，杜绝了氧气、二氧化碳等水溶冷腐蚀性气体对凝结水和蒸汽的污染，保持水质良好，处长了设备、管路的使用寿命。
附图说明
图1为二级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽装置的结构框图；
图2为四级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽装置的结构框图。
附图标记列表：
一级闪蒸罐V-01、二级扩容闪蒸罐V-02、三级闪蒸罐V-03、四级扩容闪蒸罐V-04、热水循环泵P-01、压力调节系统PIC-01、压力调节阀PV-01、热水压力变送器PE-01、蒸汽管网压力调节系统PIC-02、蒸汽喷射式热泵PV-02、蒸汽压力变送器PE-01、热水总管温度控制系统TIC-01、温度调节阀TV-01、温度变送器TE-01、液位控制系统LIC-01、液位调节阀LV-01、液位变送器LE-01、液位控制系统LIC-02、液位调节阀LV-02、液位变送器LE-02、温度显示仪表ⅠTI-01、压力显示仪表ⅠPI-01、温度显示仪表ⅡTI-02、压力显示仪表ⅡPI-02、温度显示仪表ⅢTI-03、压力显示仪表ⅢPI-03、温度显示仪表ⅣTI-04、压力显示仪表ⅣPI-04。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
实施例一：
图1为二级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽装置的结构框图，其中包括：一级闪蒸罐V-01、二级扩容闪蒸罐V-02、热水循环泵P-01、压力调节阀PV-01、蒸汽喷射式热泵PV-02、热水总管温度控制系统TIC-01（包括温度调节阀TV-01和温度变送器TE-01）、一级闪蒸罐V-01上安装有液位控制系统LIC-01（包括液位调节阀LV-01和液位变送器LE-01）、二级扩容闪蒸罐V-02上安装有液位控制系统LIC-02（包括液位调节阀LV-02和液位变送器LE-02），各装置之间通过管道连接，管道中以水（或低压蒸汽或汽水混合物）为载热体，优先考虑以热水为载热体，安全稳定。
作为进一步的改进，可在一级闪蒸罐V-01和二级扩容闪蒸罐V-02上可安装温度显示仪表TI-01、TI-02和压力显示仪表PI-01、PI-02以分别测试一级闪蒸罐V-01和二级扩容闪蒸罐V-02的压力值和温度值。
在高温余热供出管道上设置有与压力调节阀PV-01相配合的热水压力变送器PE-01，我们可以把压力调节阀PV-01和热水压力变送器PE-01作为一个整体来看，命名为压力调节系统PIC-01，通过热水压力变送器PE-01作用可自动调节压力调节阀PV-01的开度。压力调节系统PIC-01用于控制经高温余热设备加热后的热水管网的压力，其压力的设定值要略高于相应热水温度的饱和蒸汽压力，过低则可能因调节压力波动引起热水汽化，过高则造成泵的输送压力增大，相应能耗增加。压力调节系统PIC-01的控制方式不限，可根据使用现场的实际情况采用现场就地控制、PLC控制、DCS远程控制，调节阀PV-01的形式不限，可根据使用现场的实际情况选用自立式调节阀控制、气动调节阀、电动调节阀等。
一级闪蒸罐V-01用于将进入的热水进行初级闪蒸，产生所需压力等级的蒸汽，并入蒸汽管网使用；闪蒸后热水通过液位控制系统LIC-01的控制，进入二级扩容闪蒸罐V-02，通过液位变送器LE-01作用可调节液位调节阀LV-01的开度，从而控制闪蒸罐的液位稳定。液位控制系统LIC-01的控制方式不限，可根据使用现场的实际情况采用现场就地控制、PLC控制、DCS远程控制，液位调节阀LV-01的形式不限，可根据使用现场的实际情况选用自立式调节阀控制、气动调节阀、电动调节阀等。
作为进一步的改进，可在一级闪蒸罐V-01上安装温度显示仪表ⅠTI-01和压力显示仪表ⅠPI-01以测试一级闪蒸罐V-01的压力值和温度值。
二级扩容闪蒸罐V-02用于将进入的热水进行二级闪蒸，产生的蒸汽进入蒸汽喷射式热泵PV-02。闪蒸后热水经热水循环泵P-01送往高温余热供出装置换热，温度控制系统TIC-01用于控制吸收高温余热后的热水的温度，其中安装在高温余热供出装置输出端的温度变送器TE-01可控制安装在高温余热供出装置输入端的温度调节阀TV-01，以保持高温余热供出装置输出端出水温度稳定。
作为进一步的改进，可在二级扩容闪蒸罐V-02上安装温度显示仪表ⅡTI-02和压力显示仪表ⅡPI-02以测试二级扩容闪蒸罐V-02的压力值和温度值。
蒸汽喷射式热泵PV-02采用较高品位蒸汽作为动力，可将二次蒸发汽增压后蒸汽压力值达到2倍以上，较高品位蒸汽进入蒸汽喷射式热泵PV-02后，将二级扩容闪蒸蒸汽增压，两股汽体混合后排往蒸汽管网使用。蒸汽管网上设有蒸汽压力变送器PE-02，通过蒸汽管网压力调节系统PIC-02作用可自动调节蒸汽喷射式热泵PV-02的开度，从而调节动力蒸汽量，使蒸汽管网压力保持稳定，为回收蒸汽使用设备提供稳定充足的蒸汽源；如因特殊原因，停止热水的循环，蒸汽喷射式热泵的动力蒸汽也能足量供应蒸汽，供回收蒸汽使用设备使用，我们可以将蒸汽喷射式热泵PV-02和蒸汽压力变送器PE-02命名为一个整体即蒸汽管网压力调节系统PIC-02。
高温热水闪蒸产生的蒸汽和经蒸汽喷射式热泵增压后的蒸汽混合后，供往回收蒸汽使用设备使用，蒸汽变成凝液，在液位控制系统LIC-02的作用下，将凝液返送到热水循环泵P-01入口，以补充闪蒸减少的热水量，保持水量平衡，通过设置在二级扩容闪蒸罐V-02上的液位变送器LE-01作用可调节设置在热水循环泵P-01入口处的液位调节阀LV-01的开度，从而控制二级扩容闪蒸罐V-02的液位稳定。
热水循环泵P-01采用高温型热水泵，其流量应能满足高温余热供出设备的所需的水量，扬程应能满足热水往返所需；热水循环泵可根据系统的要求，设置一台或多台，一般为一开一备，采用2台配置。
实施例二：
图2为四级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽装置的简易结构示意图，包括：一级闪蒸罐V-01、二级扩容闪蒸罐V-02、三级闪蒸罐V-03、四级扩容闪蒸罐V-04、热水循环泵P-01（可根据工艺特点，设备多台）、包括压力调节阀PV-01、蒸汽喷射式热泵PV-02、包括蒸汽喷射式热泵PV-03、每个闪蒸罐均配备一个液位控制系统：即液位控制系统LIC-01（包括液位调节阀LV-01和液位变送器LE-01）、液位控制系统LIC-02（包括液位调节阀LV-02和液位变送器LE-02）、液位控制系统LIC-03（包括液位调节阀LV-03和液位变送器LE-02）、液位控制系统LIC-04（包括液位调节阀LV-04和液位变送器LE-02）、热水总管温度控制系统TIC-01（包括温度调节阀TV-01和温度变送器TE-01）），各装置之间通过管道连接，管道中以水（或低压蒸汽或汽水混合物）为载热体，优先考虑以热水为载热体，安全稳定。
在高温余热供出管道上设置有与压力调节阀PV-01相配合的热水压力变送器PE-01，我们可以把压力调节阀PV-01和热水压力变送器PE-01作为一个整体来看，命名为压力调节系统PIC-01，通过热水压力变送器PE-01作用可自动调节压力调节阀PV-01的开度。压力调节系统PIC-01用于控制经高温余热设备加热后的热水管网的压力，其压力的设定值要略高于相应热水温度的饱和蒸汽压，一般要出50-150kPa，过低则可能因调节压力波动引起热水汽化，过高则造成泵的输送压力增大，相应能耗增加。压力调节系统PIC-01的控制方式不限，可根据使用现场的实际情况采用现场就地控制、PLC控制、DCS远程控制，压力调节阀PV-01的形式不限，可根据使用现场的实际情况选用自立式调节阀控制、气动调节阀、电动调节阀等。
一级闪蒸罐V-01用于将进入的热水进行一级闪蒸，产生所需压力等级的蒸汽，并入蒸汽管网1使用；闪蒸后热水通过液位控制系统LIC-01的控制，进入二级扩容闪蒸罐V-02。液位控制系统LIC-01的控制方式不限，可根据使用现场的实际情况采用现场就地控制、PLC控制、DCS远程控制，液位调节阀LV-01的形式不限，可根据使用现场的实际情况选用自立式调节阀控制、气动调节阀、电动调节阀等。
作为进一步的改进，可在一级闪蒸罐V-01上安装温度显示仪表ⅠTI-01和压力显示仪表ⅠPI-01以测试一级闪蒸罐V-01的压力值和温度值。
二级扩容缓闪蒸罐V-02用于将进入的热水进行二级闪蒸，闪蒸出的蒸汽进入蒸汽喷射式热泵PV-02。闪蒸后热水通过液位控制系统LIC-02的控制，进入三级闪蒸罐V-03。二级闪蒸罐上的压力显示PI-02、温度显示TI-02为可选项。液位控制系统LIC-02的控制方式不限，可根据使用现场的实际情况采用现场就地控制、PLC控制、DCS远程控制，液位调节阀LV-02的形式不限，可根据使用现场的实际情况选用自立式调节阀控制、气动调节阀、电动调节阀等。
作为进一步的改进，可在二级扩容缓闪蒸罐V-02上安装温度显示仪表ⅡTI-02和压力显示仪表ⅡPI-02以测试二级扩容缓闪蒸罐V-02的压力值和温度值。
蒸汽喷射式热泵PV-02采用较高品位蒸汽作为动力，较高品位蒸汽进入蒸汽喷射式热泵PV-02后，在入口侧产生相对低压，将二级扩容闪蒸蒸汽吸入，两股汽体混合后排往蒸汽管网1使用。蒸汽管网1上设有蒸汽压力变送器PE-02，通过蒸汽管网压力调节系统PIC-02作用可自动调节蒸汽喷射式热泵PV-02的开度，从而调节动力蒸汽量，使蒸汽管网1压力保持稳定，为回收蒸汽使用设备提供稳定充足的蒸汽源；如因特殊原因，停止热水的循环，蒸汽喷射式热泵的动力蒸汽也能足量供应蒸汽，供回收蒸汽使用设备使用，我们可以将蒸汽喷射式热泵PV-02和蒸汽压力变送器PE-02命名为一个整体即蒸汽管网压力调节系统PIC-02。
三级闪蒸罐V-03用于将进入的热水进行再次闪蒸，产出所需压力等级的蒸汽，并入蒸汽管网2使用；闪蒸后热水通过液位控制系统LIC-03的控制，进入四级扩容闪蒸罐V-04。液位控制系统LIC-03的控制方式不限，可根据使用现场的实际情况采用现场就地控制、PLC控制、DCS远程控制，液位调节阀LV-03的形式不限，可根据使用现场的实际情况选用自立式调节阀控制、气动调节阀、电动调节阀等。
作为进一步的改进，可在三级闪蒸罐V-03上安装温度显示仪表ⅢTI-03和压力显示仪表ⅢPI-03以测试三级闪蒸罐V-03的压力值和温度值。
四级扩容缓闪蒸罐V-04用于将进入的热水进行四级闪蒸，闪蒸出的蒸汽进入蒸汽喷射式热泵PV-03。闪蒸后热水经热水循环泵P-01送往高温余热供出装置换热。
作为进一步的改进，可在四级扩容缓闪蒸罐V-04上安装温度显示仪表ⅣTI-04和压力显示仪表ⅣPI-04以测试四级扩容缓闪蒸罐V-04的压力值和温度值。
蒸汽喷射式热泵PV-03采用较高品位蒸汽作为动力，较高品位蒸汽进入蒸汽喷射式热泵PV-03后，将二级扩容闪蒸蒸汽吸入，两股汽体混合后排往蒸汽管网2使用。蒸汽管网2上设有蒸汽压力变送器PE-03，通过蒸汽管网压力调节系PIC-03作用可自动调节蒸汽喷射式热PV-03的开度，从而调节动力蒸汽量，使蒸汽管网2压力保持稳定，为回收蒸汽使用设备提供稳定充足的蒸汽源；如因特殊原因，停止热水的循环，蒸汽喷射式热泵的动力蒸汽也能足量供应蒸汽，供回收蒸汽使用设备用汽，我们可以将蒸汽喷射式热泵PV-03和蒸汽压力变送器PE-03命名为一个整体即蒸汽管网压力调节系统PIC-03。
高温热水闪蒸产生的蒸汽和经蒸汽喷射式热泵增压，按压力等级分为2个管网送往相应的回收蒸汽使用设备1和2使用，蒸汽变成凝液，凝液汇总后通过调节阀LV-04，在LIC-04的作用下，将凝液返送到P-01入口，以补充闪蒸减少的热水量，保持水量平衡。
热水循环泵P-01采用高温型热水泵，其流量应能满足高温余热供出设备的所需的水量，扬程应能满足热水往返所需；热水循环泵可根据系统的要求，设置一台或多台，一般为一开一备，采用2台配置。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
Claims (4)
1.一种多级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽的装置，其特征在于：建立热能梯级利用的换热网络，包括通过管道连接的压力调节阀、至少一个由闪蒸模块和热泵供热模块两个模块组成的换热单元，至少一台热水循环泵；闪蒸模块包括一台闪蒸罐，热泵供热模块包括可调蒸汽喷射式热泵和一台扩容闪蒸罐；由闪蒸模块排出的热水进入热泵供热模块的扩容闪蒸罐，由其产生的二次蒸发汽通过可调蒸汽喷射式热泵增压后进入蒸汽管网；通过换热设备用汽后产生的蒸汽冷凝水由热水循环泵送回高温余热回收设备吸收余热，产生的高温热水进行温度控制后再通过压力控制系统，控制高温热水供出压力，其压力设定值略高于热水温度对应的饱和蒸汽压力，满足克服流体阻力损失和防止高温热水在流动中产生汽化，温度控制系统由安装在高温余热回收设备输出端热水管道上的温度变送器和其输入端管道上的温度调节阀组成，温度变送器可控制温度调节阀用于保持通过高温余热回收设备后的热水温度稳定，所述闪蒸罐和扩容闪蒸罐上均安装有液位控制系统。
2.根据权利要求1所述的多级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽的装置，其特征在于：所述蒸汽喷射式热泵为可调式热泵，调节热泵能够实现蒸汽流量调节，所述的闪蒸罐供出不带水的高质量二次蒸发汽。
3.根据权利要求1所述的多级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽的装置，其特征在于：所述每个换热单元至少由一个闪蒸模块和热泵供热模块组成，两个模块通过管道连接，蒸汽冷凝水串联依序扩容闪蒸，两个模块供出同一压力等级的蒸汽进入蒸汽管网。
4.根据权利要求1或3所述的多级扩容闪蒸回收余热并供应蒸汽的装置，其特征在于：设置一个或多个换热单元，各单元间通过管道连接，每个单元均可按热用户要求供出不同压力等级的蒸汽进入蒸汽管网。
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