CN105674627A - 水源热泵驱动水蒸汽调制机 - Google Patents

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Abstract

一种水源热泵驱动水蒸汽调制机：系统集成循环泵、水源热泵、节流阀、喷嘴、闪蒸罐、喷嘴引射扩压装置；利用水源热泵加热循环补水，以提供闪蒸热量；利用循环加热、节流、喷淋、闪蒸，持续产生二次蒸汽；利用蒸汽管网余压实现二次蒸汽热压缩，节省水蒸汽压缩机压缩电费与投资；投资回收期与水源热泵加热闪蒸和水蒸汽压缩机压缩的相比较可缩短50％；实现1份高压水蒸汽调制出n+1份中压水蒸汽的蒸汽倍增功能。

Description

水源热泵驱动水蒸汽调制机
(一)技术领域
本发明涉及一种水源热泵驱动水蒸汽调制机。
(二)背景技术
考虑输送损失以及最高蒸汽压力需求，通常蒸汽管网维持10bar以上压力。然而很多用户的蒸汽压力需求只有3-5bar，因此在用热设备端口设置减温、减压阀，来实现用热压力需求，从而就浪费了蒸汽管网的余压。
现有水源热泵加热闪蒸和水蒸汽压缩机压缩制取水蒸汽的工艺流程为：液态热载体流经蒸发器液态热载体侧，以使流入蒸发器工质侧的低压两相热泵工质吸收热量而蒸发成为低压过热气态热泵工质，并使液态热载体放热、降温后排出；热泵工质由吸气口吸入压缩机，并压缩成为高压过热气态热泵工质，而送入冷凝器工质侧冷凝成为高压过冷液态热泵工质，最后经膨胀阀节流而重新成为低压两相热泵工质，流入蒸发器工质侧以完成热泵循环，同时把冷凝热量释放给循环补水侧。当闪蒸罐底部出口的循环水经补水三通与补水混合后，流经过滤器、循环泵、止回阀、冷凝器循环补水侧，而被冷凝热量加热升温，再经节流阀的减压以及喷嘴的喷淋，而在闪蒸罐内绝热闪蒸出二次蒸汽，最后二次蒸汽被闪蒸罐顶部设置的水蒸汽压缩机吸入并压缩成为所需压力的水蒸汽。
然而该技术难以推广，其原因为：
(1)水蒸汽压缩机单位吸气量的投资10倍于制冷压缩机；
(2)绝对压差超过3bar时，水蒸汽压缩机的等熵效率大幅降低，因此耗电量巨大；
(3)如果降低水蒸汽压缩机的绝对压差，就需提高水源热泵的绝对压差，从而导致水源热泵的耗电量增大；
(4)由于系统投资与耗电量较大，使其项目投资回收期超过7年，因此难以推广应用。
(三)发明内容
本发明目的是：利用水源热泵产生二次蒸汽，利用蒸汽管网余压实现二次蒸汽热压缩，并使蒸汽流量倍增。
按照附图1所示的水源热泵驱动水蒸汽调制机，其由1-蒸发器；2-热泵工质；3-压缩机；3-1-油分离器；4-冷凝器；5-膨胀阀；5-1-干燥过滤器；5-2-经济器；6-闪蒸罐；7-过滤器；8-循环泵；9-止回阀；10-节流阀；11-喷嘴；12-喷嘴引射扩压装置组成，其特征在于：
蒸发器1工质侧通过管道连接压缩机3、冷凝器4工质侧、干燥过滤器5-1、膨胀阀5，组成水源热泵循环回路；
闪蒸罐6底部出口通过管道连接补水三通、过滤器7、循环泵8、止回阀9、冷凝器4循环补水侧、节流阀10、喷嘴11，组成补水循环加热闪蒸回路；
闪蒸罐6顶部出口通过管道连接喷嘴引射扩压装置12，组成水蒸汽热压缩回路。
水源热泵循环回路中的干燥过滤器5-1出口连接分流三通，一路通过管道串联连接膨胀阀5、经济器5-2蒸发侧、压缩机3补气口，组成水源热泵补气回路；另一路通过管道串联连接经济器5-2过冷侧、膨胀阀5，组成水源热泵过冷回路。
水源热泵循环回路中的压缩机3排气口与冷凝器4进气口之间通过管道串联连接油分离器3-1，油分离器3-1的底部出油口通过管道串联连接干燥过滤器5-1、压缩机3回油口。
经济器5-2的蒸发侧与过冷侧为逆向流动。
本发明的工作原理结合附图1说明如下：液态热载体流经蒸发器1液态热载体侧，以使流入蒸发器1工质侧的低压两相热泵工质2吸收热量而蒸发成为低压过热气态热泵工质2，并使液态热载体放热、降温后排出；热泵工质2由吸气口吸入压缩机3，并压缩成为高压过热气态热泵工质2，而经油分离器3-1的分离送入冷凝器4工质侧冷凝成为高压过冷液态热泵工质2，流经干燥过滤器5-1、分流三通后，一路经膨胀阀5节流而成为中压两相热泵工质2，再流入经济器5-2蒸发侧，以吸收过冷热量而蒸发成为中压过热气态热泵工质2，由补气口吸入压缩机3；另一路则逆流流经经济器5-2过冷侧而放出过冷热量成为高压过冷液态热泵工质2，再经膨胀阀5节流而成为低压两相热泵工质2，而重新流入蒸发器1工质侧以完成热泵循环，同时把冷凝热量释放给循环补水侧。闪蒸罐6底部出口的循环水经补水三通与补水混合后，流经过滤器7、循环泵8、止回阀9、冷凝器4循环补水侧，吸收另侧冷凝热量而升温，再经节流阀10的减压以及喷嘴11的喷淋，而在闪蒸罐6内绝热闪蒸出二次蒸汽，最后n份二次蒸汽在闪蒸罐6顶部设置的喷嘴引射扩压装置12中，由流经其中的1份高压水蒸汽引射后扩压，以调制成为n+1份中压水蒸汽。
因此与现有水源热泵加热闪蒸和水蒸汽压缩机压缩制取水蒸汽的技术相比较，本发明特点如下：
(1)系统集成循环泵、水源热泵、节流阀、喷嘴、闪蒸罐、喷嘴引射扩压装置；
(2)利用蒸汽管网余压实现二次蒸汽热压缩，节省水蒸汽压缩机压缩电费与投资；
(3)投资回收期与水源热泵加热闪蒸和水蒸汽压缩机压缩的相比较可缩短50％；
(4)实现1份高压水蒸汽调制出n+1份中压水蒸汽的蒸汽倍增功能。
因此与现有水源热泵加热闪蒸和水蒸汽压缩机压缩制取水蒸汽的技术相比较，本发明技术优势如下：系统集成循环泵、水源热泵、节流阀、喷嘴、闪蒸罐、喷嘴引射扩压装置；利用水源热泵加热循环补水，以提供闪蒸热量；利用循环加热、节流、喷淋、闪蒸，持续产生二次蒸汽；利用蒸汽管网余压实现二次蒸汽热压缩，节省水蒸汽压缩机压缩电费与投资；投资回收期与水源热泵加热闪蒸和水蒸汽压缩机压缩的相比较可缩短50％；实现1份高压水蒸汽调制出n+1份中压水蒸汽的蒸汽倍增功能。
(四)附图说明
附图1为本发明的系统流程图。
如附图1所示，其中：1-蒸发器；2-热泵工质；3-压缩机；4-冷凝器；5-膨胀阀；6-闪蒸罐；7-过滤器；8-循环泵；9-止回阀；10-节流阀；11-喷嘴；12-喷嘴引射扩压装置。
(五)具体实施方式
本发明提出的水源热泵驱动水蒸汽调制机实施例如附图1所示，现说明如下：其由蒸发吸热量4105kW的蒸发器1；R124热泵工质2；吸气量5000m3/h的压缩机3；进气量5000m3/h的油分离器3-1；冷凝加热量5017kW的管壳式冷凝器4；膨胀阀5；接口直径100mm/壁厚1mm的紫铜干燥过滤器5-1；过冷量205kW的经济器5-2；直径1000mm/高度10m/壁厚6mm的不锈钢闪蒸罐6；接口直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢过滤器7；接口直径200mm/扬程7mH2O/流量857m3/h的循环泵8；接口直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢止回阀9；接口直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢节流阀10；接口直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢喷嘴11；引射蒸汽流量7t/h、出口蒸汽流量9t/h的喷嘴引射扩压装置12组成。
蒸发器1工质侧通过管道连接压缩机3、冷凝器4工质侧、干燥过滤器5-1、膨胀阀5，组成水源热泵循环回路；
闪蒸罐6底部出口通过直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢管连接接口直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢补水三通、过滤器7、循环泵8、止回阀9、冷凝器4循环补水侧、节流阀10、喷嘴11，组成补水循环加热闪蒸回路；
闪蒸罐6顶部出口通过直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢管连接喷嘴引射扩压装置12，组成水蒸汽热压缩回路。
水源热泵循环回路中的干燥过滤器5-1出口连接直径100mm/壁厚1mm的紫铜分流三通，一路通过直径19mm/壁厚0.6mm的紫铜管串联连接膨胀阀5、经济器5-2蒸发侧、压缩机3补气口，组成水源热泵补气回路；另一路通过直径100mm/壁厚1mm的紫铜管串联连接经济器5-2过冷侧、膨胀阀5，组成水源热泵过冷回路。
水源热泵循环回路中的压缩机3排气口与冷凝器4进气口之间通过直径200mm/壁厚1.2mm的紫铜管串联连接油分离器3-1，油分离器3-1的底部出油口通过直径19mm/壁厚0.6mm的紫铜管串联连接干燥过滤器5-1、压缩机3回油口。
经济器5-2的蒸发侧与过冷侧为逆向流动。
本发明实施例中液态热载体为饮料生产线上的清洗水，清洗水流经蒸发器1清洗水侧，以使流入蒸发器1工质侧的低压两相热泵工质2吸收4105kW热量而蒸发成为低压过热气态热泵工质2，并使清洗水放热、降温后排出；热泵工质2由吸气口吸入压缩机3，并压缩成为高压过热气态热泵工质2，而经油分离器3-1的分离送入冷凝器4工质侧冷凝成为高压过冷液态热泵工质2，流经干燥过滤器5-1、分流三通后，一路经膨胀阀5节流而成为中压两相热泵工质2，再流入经济器5-2蒸发侧，以吸收过冷热量而蒸发成为中压过热气态热泵工质2，由补气口吸入压缩机3；另一路则逆流流经经济器5-2过冷侧而放出过冷热量成为高压过冷液态热泵工质2，再经膨胀阀5节流而成为低压两相热泵工质2，而重新流入蒸发器1工质侧以完成热泵循环，同时把5017kW冷凝热量释放给循环补水侧。
闪蒸罐6底部出口流量850t/h、温度87℃的循环水经补水三通与流量7t/h、温度20℃补水混合后，流经过滤器7、循环泵8、止回阀9、冷凝器4循环补水侧，吸收另侧5017kW冷凝热量而升温至92℃，再经节流阀10的减压以及喷嘴11的喷淋，而在闪蒸罐6内绝热闪蒸出流量7t/h、温度87℃的二次蒸汽，最后二次蒸汽在闪蒸罐6顶部设置的喷嘴引射扩压装置12中，由流经其中的流量2t/h、绝压10bar水蒸汽引射后扩压，以调制成为绝压3bar水蒸汽，实现制汽量9t/h。

Claims (4)

1.一种水源热泵驱动水蒸汽调制机，其由其由蒸发器(1)；热泵工质(2)；压缩机(3)；油分离器(3-1)；冷凝器(4)；膨胀阀(5)；干燥过滤器(5-1)；经济器(5-2)；闪蒸罐(6)；过滤器(7)；循环泵(8)；止回阀(9)；节流阀(10)；喷嘴(11)；喷嘴引射扩压装置(12)组成，其特征在于：蒸发器(1)工质侧通过管道连接压缩机(3)、冷凝器(4)工质侧、干燥过滤器(5-1)、膨胀阀(5)，组成水源热泵循环回路；闪蒸罐(6)底部出口通过管道连接补水三通、过滤器(7)、循环泵(8)、止回阀(9)、冷凝器(4)循环补水侧、节流阀(10)、喷嘴(11)，组成补水循环加热闪蒸回路；闪蒸罐(6)顶部出口通过管道连接喷嘴引射扩压装置(12)，组成水蒸汽热压缩回路。
2.按照权利要求1所述的水源热泵驱动水蒸汽调制机，其特征在于：水源热泵循环回路中的干燥过滤器(5-1)出口连接分流三通，一路通过管道串联连接膨胀阀(5)、经济器(5-2)蒸发侧、压缩机(3)补气口，组成水源热泵补气回路；另一路通过管道串联连接经济器(5-2)过冷侧、膨胀阀(5)，组成水源热泵过冷回路。
3.按照权利要求1所述的水源热泵驱动水蒸汽调制机，其特征在于：水源热泵循环回路中的压缩机(3)排气口与冷凝器(4)进气口之间通过管道串联连接油分离器(3-1)，油分离器(3-1)的底部出油口通过管道串联连接干燥过滤器(5-1)、压缩机(3)回油口。
4.按照权利要求1所述的水源热泵驱动水蒸汽调制机，其特征在于：经济器(5-2)的蒸发侧与过冷侧为逆向流动。
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