CN103206806B - 余热驱动的氨水热分离系统 - Google Patents

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Abstract

余热驱动的氨水热分离器，包括高温氨气回热器、高温稀氨水回热器、尾气驱动的发生器、气液分离器，其中：高温氨气回热器和高温稀氨水回热器连接，高温氨气回热器、高温稀氨水回热器再和尾气驱动的氨气发生器连接，尾气驱动的氨气发生器再和气液分离器连接，气液分离器再和高温氨气回热器连接，气液分离器和高温稀氨水回热器连接。本发明经过多次回热过程，有效提高了制冷机的性能系数。能回收氨气显热、精馏时的凝结热、溶液显热等。没有设置精馏装置，整个系统结构紧凑，有利于小型化生产。浓氨水以及稀氨水都在管道内部流动，不受船舶颠簸影响。

Description

余热驱动的氨水热分离系统
技术领域
本发明涉及到一种余热驱动的氨水热分离系统。
背景技术
船舶上现有的制冷技术主要有压缩式制冷技术和吸收式制冷技术。压缩式制冷系统机组主要包括制冷压缩机、冷凝器、热交换器、蒸发器和冻结机等。吸收式制冷一般采用氨水吸收式制冷技术，此种系统机组主要包括发生器、精馏器、冷凝器、回热器、过冷器、蒸发器等。
随着船舶作业方式的调整，作业航程渐远，时间加长，人们对船舶运行的节能以及环保要求越来越高。特别是渔船，传统渔船的带冰保鲜方式已越来越不适应现有渔业生产保鲜要求。因此，在船舶上广泛推广应用制冷新技术已成必然。
氨水吸收式制冷机和压缩式制冷机相比，其主要优点是：可以用船舶高温废气驱动，具有节能效果；对大气臭氧层无破坏作用，具有环保效果；整个装置除泵外均为塔、罐等热交换设备，结构简单，便于加工制造；振动、噪音较小；负荷在30～100％范围内调节时，装置的经济性没有明显变化；维修简单、操作方便、易于管理。已有大量研究人员对船舶废气驱动的氨水吸收制冷机的氨气发生系统做了大量有意义的研究。船用氨水吸收制冷机的氨气发生器具有特殊性：(1)发生器的性能需要不受船舶摇晃的影响，所以传统的满液式发生器不再合适；(2)机器结构需要紧凑，传统的精馏装置不再合适；(3)需要具有较高的性能系数，应该充分回收精馏热、氨气显热、稀氨水吸热等。
经对现有技术的文献检索发现，中国专利公开号为：CN 101033898，专利名称为：一种船舶发动机排气余热驱动的船用氨水吸收制冷机。该发明利用船舶排气余热加热充满氨水溶液的发生器，氨气连同溶液一起进入气液分离器，分离出的含水氨气通过分凝器被部分提纯后在冷凝器内冷凝；氨液在套管蒸发器内蒸发产生冷量，冷氨气和未蒸发的含水氨液在盘管过冷器进一步换热，并在重力作用和压差作用下进入满液鼓泡吸收器；氨气泡被自气液分离器并经溶液换热器冷却的稀氨水溶液吸收，浓氨水溶液进入氨水溶液储液器，并由溶液泵将其泵入满液发生器。此发明使用分凝器来提纯氨气，使得系统结构复杂；同时不能有效利用精馏热，从而降低了系统的性能吸收；使用的满液式发生器，由于其具有自由液面，所以其性能将受船舶颠簸很大影响。
中国专利公开号为：CN 2153745Y，专利名称为：船用氨水吸收式余热制冷机。该专利包括发生器、多管式精馏器、冷凝器、蒸发器。精馏器管内装有一定尺寸的高效填料，能保证船只在颠簸摇晃中时吸收器的吸收性能。但此精馏器结构复杂，使得整个系统尺寸较大，不利于系统的小型化。
中国专利公开号为：CN 101017040，专利名称为利用尾气余热的氨水吸收式制冷装置用的尾气换热器。该专利利用余热制冷装置提供温度稳定，连续的制冷效果。尾气换热器采用外接式结构，有利于维修和更换。该外接尾气换热器为管壳式蒸汽发生器，在尾气换热器和余热发生器之间接有汽液分离器。此专利中氨气发生过程中，使用了尾气换热器、余热发生器以及汽液分离器，使得整个系统过于复杂，体积过于庞大，占用船舶过多的容积，不利于在船舶中的实际使用。
专利公开号:CN1444715，专利名称为：用于氨水吸收系统的改进的多柱发生器，该发生器组件包括锅炉部分、热溶液解吸塔部分、绝热解吸塔或GAX解吸塔部分和精馏器部分，它将多根柱子组合在一起，每根柱子都包括一个或多个上述部分，将柱子布置成能使第一柱子的最下端低于第二柱子的顶端，它利用一个或多个可由来自吸收器的供料流驱动的喷射器，将来自低温柱子底部的液体致冷剂泵送到下一级较热柱子的顶部。此发生器中，含有多个柱子，使得结构较为庞大。发生器的性能受船舶摇晃影响。
专利公开号:CN1446305，专利名称为：利用规整填料的改进的氨水吸收系统发生器，该发明包括吸收器、发生器、冷凝器和蒸发器，所述发生器包括：锅炉部分、热溶液解吸塔部分、绝热解吸塔或GAX解吸塔部分、以及精馏器部分，所述发生器的至少一个所述部分的内部空间基本上都填充了规整填充材料，在发生器温度下所述规整填充材料对氨水溶液是惰性的。此发生器中的锅炉、热溶液解吸塔、绝热解吸塔和精馏塔采用串联形式，使得整个结构非常庞大。同时此发生器未能回收精馏热。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提供一种余热驱动的氨水热分离系统，利用多次回热过程，有效提高了制冷机的性能系数。其回热装置有，高温氨气回热器、高温稀氨水回热器、蒸发预冷盘管等，分别回收氨气显热、精馏时的凝结热和溶液显热等；此专利没有精馏装置，整个系统结构紧凑，有利于小型化生产；此专利的浓氨水以及稀氨水在管道中流动，系统的性能不受船舶颠簸摇晃的影响。
本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：高温氨气回热器、高温稀氨水回热器、尾气驱动的发生器、气液分离器，其中：高温氨气回热器和高温稀氨水回热器连接，其连接的管路是，低温浓氨水管和流量分配阀相连，从流量分配阀出来的管路分别进入高温氨气回热器和高温稀氨水回热器；高温氨气回热器、高温稀氨水回热器再和尾气驱动的氨气发生器连接，其连接的管路是，经过回热后的浓氨水管进入尾气驱动的氨气发生器中；尾气驱动的氨气发生器再和气液分离器连接，其连接的管路是，浓氨水管从尾气驱动的氨气发生器出来后，和含气氨水管连接，进入到气液分离器的壳程；气液分离器再和高温氨气回热器连接，其连接的管路为冷凝管从高温氨气回热器的底部出来后，连接到气液分离器的底部，和蒸发预冷盘管连接，氨气管从气液分离器顶部出来，进入到高温氨气回热器的底部；气液分离器和高温稀氨水回热器连接，其连接的管路是，高温稀氨水下降管从气液分离器中下部出来和和高温稀氨水上升管连接，再进入到高温稀氨水回热器壳程的底部。
所述的高温氨气回热器，包括氨气管、冷凝管、氨气回热盘管和高纯度氨气出口，其中：氨气管在高温氨气回热管的底部连接，高纯度氨气出口在高温氨气回热器顶部连接，氨气回热管从高温氨气回热器顶部接入，从底部接出。
所述的高温稀氨水回热器，包括高温稀氨水回热器稀氨水出口、浓氨水回热盘管和高温稀氨水上升管，其中：高温稀氨水上升管在高温稀氨水回热器底部连接，高温稀氨水回热器稀氨水出口和高温稀氨水回热器中上部连接，浓氨水回热盘管在高温稀氨水回热器顶部接入，从底部接出。
所述的尾气驱动的氨气发生器，包括发生器尾气出口、浓氨水管和发生器尾气进口，其中：发生器尾气进口在尾气驱动的发生器的下部连接，发生器尾气出口在尾气驱动的发生器上部连接，浓氨水管从尾气驱动的发生器顶部接入，从底部接出。
所述的气液分离器，包括含气氨水管、高温稀氨水下降管、蒸发预冷盘管、液位控制器、氨气管，其中：含氨气管在气液分离器的底部连接，氨气管在气液分离器的顶部连接，液位控制器安装在气液分离器需要液位的高度上，高温稀氨水下降管从气液分离器的中下部接出，蒸发预冷盘管从气液分离器的底部接入，安装在液位控制器的下部，液位控制器的高度低于高温氨气回热器的底部。
本发明专利和现有技术相比，其主要优点体现在：(1)利用多次回热过程，有效提高了制冷机的性能系数。其回热装置有，高温氨气回热装器、高温稀氨水回热器，分别回收氨气显热、精馏时的凝结热、溶液显热等。当热水温度140℃,冷却水温度26℃，冷媒水出口温度-10℃,此系统用于制冷的氨气纯度可达99.8％，制冷性能系数COP为0.5，而传统系统的性能系数为0.3左右。(2)本发明没有精馏装置，整个系统结构紧凑，有利于小型化生产；(3)本发明的浓氨水以及稀氨水都在管道内部流动，所以可以减少氨水的充足量，同时可以适合在船舶上使用，本发明性能不受船舶颠簸影响。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
如图1所示，本实施例包括：高温氨气回热器19、高温稀氨水回热器3、尾气驱动的发生器8、气液分离器13，其中：高温氨气回热器19和高温稀氨水回热器3连接，其连接的管路是，低温浓氨水管1和流量分配阀2相连，从流量分配阀2出来的管路分别进入高温氨气回热器19和高温稀氨水回热器3；高温氨气回热器19、高温稀氨水回热器3再和尾气驱动的氨气发生器8连接，其连接的管路是，经过回热后的浓氨水管9进入尾气驱动的氨气发生器8中；尾气驱动的氨气发生器8再和气液分离器13连接，其连接的管路是，浓氨水管9从尾气驱动的氨气发生器8出来后，和含气氨水管11连接，进入到气液分离器13的壳程；气液分离器13再和高温氨气回热器19连接，其连接的管路是冷凝管17从高温氨气回热器19的底部出来后，连接到气液分离器13的底部，和蒸发预冷盘管14连接，氨气管16从气液分离器13顶部出来，进入到高温氨气回热器19的底部；气液分离器13和高温稀氨水回热器3连接，其连接的管路是，高温稀氨水下降管12从气液分离器13中下部出来和高温稀氨水上升管7连接，再进入到高温稀氨水回热器3壳程的底部。
所述的高温氨气回热器19，包括氨气管16、冷凝管17、氨气回热盘管18和高纯度氨气出口20，其中：氨气管16在高温氨气回热管19的底部连接，高纯度氨气出口20在高温氨气回热器顶部连接，氨气回热管18从高温氨气回热器顶部接入，从底部接出。
所述的高温稀氨水回热器3，包括高温稀氨水回热器稀氨水出口4、浓氨水回热盘管5和高温稀氨水上升管7，其中：高温稀氨水上升管7在高温稀氨水回热器底部连接，高温稀氨水回热器稀氨水出口4从高温稀氨水回热器3中上部接出，浓氨水回热盘管5在高温稀氨水回热器顶部接入，从底部接出。
所述的尾气驱动的氨气发生器8，包括发生器尾气出口6、浓氨水管9和发生器尾气进口10，其中：发生器尾气进口10在尾气驱动的发生器的下部连接，发生器尾气出口6在尾气驱动的发生器上部连接，浓氨水管9从尾气驱动的发生器顶部接入，从底部接出。
所述的气液分离器13，包括含气氨水管11、高温稀氨水下降管12、蒸发预冷盘管14、液位控制器15、氨气管16，其中：含氨气管11在气液分离器的底部连接，氨气管16在气液分离器的顶部连接，液位控制器15安装在气液分离器需要液位的高度上，高温稀氨水下降管12从气液分离器的中下部接出，蒸发预冷盘管14从气液分离器的底部接入，安装在液位控制器15的下部，液位控制器15的高度低于高温氨气回热器19的底部。
如图1所示，本发明具体工作步骤如下：
1)氨气发生流程：尾气从发生器尾气进口10进入发生器，浓氨水在浓氨水管9中被加热，大量氨气将从浓氨水中被加热出来，从而达到发生氨气的目的，尾气经过浓氨水管9之后，从尾气出口6排出。
2)精馏提纯、回热流程：99％浓度的高温氨气从氨气管16进入到高温氨气回热器19底部，低温浓氨液在氨气回热盘管18内流动，从高温氨气回热器19顶部流入，从底部流出。氨气中的水分在温度较低的氨气回热管表面冷凝成液体，从而实现氨气的精馏提纯目的。冷凝下来的浓氨水在高温氨气回热器底部聚集，再通过冷凝管17流出。同时，高温氨气被低温浓氨水冷却，低温浓氨水被高温氨气加热，从而实现回收热量的目的。
3)高温稀氨水回热流程：高温稀氨水从气液分离器13的下部流出，经过高温稀氨水下降管12以及高温稀氨水上升管7，在高温稀氨水回热器3底部接入，在高温稀氨水回热器上部接出，低温浓氨水在浓氨水回热盘管5内部流动，从高温稀氨水回热器3顶部接入，从高温稀氨水回热器3底部流出，这样高温稀氨水被低温浓氨水冷却，而低温浓氨水被高温稀氨水加热，从而实现回热的目的。
4)冷凝浓氨水蒸发预冷流程：冷凝的浓氨水从高温氨气回热器19的底部流出，经过冷凝管17，在气液分离器13的底部进入蒸发预冷盘管14，浓氨水在蒸发预冷管内被高温稀氨水加热，大量氨气被蒸发出来，同时高温稀氨水被初步冷却。

Claims (5)

1.余热驱动的氨水热分离系统，包括高温氨气回热器、高温稀氨水回热器、尾气驱动的发生器、气液分离器，其特征在于：高温氨气回热器和高温稀氨水回热器连接，其连接的管路是，低温浓氨水管和流量分配阀相连，从流量分配阀出来的管路分别进入高温氨气回热器和高温稀氨水回热器；高温氨气回热器、高温稀氨水回热器再和尾气驱动的氨气发生器连接，其连接的管路是，经过回热后的浓氨水管进入尾气驱动的氨气发生器中；尾气驱动的氨气发生器再和气液分离器连接，其连接的管路是，浓氨水管从尾气驱动的氨气发生器出来后，和含气氨水管连接，进入到气液分离器的壳程；气液分离器和高温氨气回热器连接，其连接的管路为冷凝管从高温氨气回热器的底部出来后，连接到气液分离器的底部，和蒸发预冷盘管连接，氨气管从气液分离器顶部出来，进入到高温氨气回热器的底部；气液分离器和高温稀氨水回热器连接，其连接的管路是，高温稀氨水下降管从气液分离器中下部出来和和高温稀氨水上升管连接，再进入到高温稀氨水回热器壳程的底部。
2.根据权利要求1所述的余热驱动的氨水热分离系统，其特征在于：所述的高温氨气回热器，包括氨气管、冷凝管、氨气回热盘管和高纯度氨气出口，其中：氨气管在高温氨气回热管的底部连接，高纯度氨气出口在高温氨气回热器顶部连接，氨气回热管从高温氨气回热器顶部接入，从底部接出。
3.根据权利要求1所述的余热驱动的氨水热分离系统，其特征在于：所述的高温稀氨水回热器，包括高温稀氨水回热器稀氨水出口、浓氨水回热盘管和高温稀氨水上升管，其中：高温稀氨水上升管在高温稀氨水回热器底部连接，高温稀氨水回热器稀氨水出口从高温稀氨水回热器上部连接，浓氨水回热盘管在高温稀氨水回热器顶部接入，从底部接出。
4.根据权利要求1所述的余热驱动的氨水热分离系统，其特征在于：所述的尾气驱动的氨气发生器，包括发生器尾气出口、浓氨水管和发生器尾气进口，其中：发生器尾气进口在尾气驱动的发生器的下部连接，发生器尾气出口在尾气驱动的发生器上部连接，浓氨水管从尾气驱动的发生器顶部接入，从底部接出。
5.根据权利要求1所述的余热驱动的氨水热分离系统，其特征在于：所述的气液分离器，包括含气氨水管、高温稀氨水下降管、蒸发预冷盘管、液位控制器、氨气管，其中：含氨气管在气液分离器的底部连接，氨气管在气液分离器的顶部连接，液位控制器安装在气液分离器需要液位的高度上，高温稀氨水下降管从气液分离器的中下部接出，蒸发预冷盘管从气液分离器的底部接入，安装在液位控制器的下部，液位控制器的高度低于高温氨气回热器的底部。
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