CN105953198A - 虹吸循环余热蒸汽锅炉 - Google Patents
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Abstract
一种虹吸循环余热蒸汽锅炉：系统集成满液式升膜蒸发器、汽包、汽汽引射器而无需耗电；回收余热加热循环补水，提供升膜蒸发热量，产生低压蒸汽，节省水源热泵加热电费与投资；利用蒸汽管网余压热压缩低压蒸汽，节省水蒸汽压缩机压缩电费与投资；免除节流阀减压以及喷嘴喷淋过程，既可利用虹吸循环大幅降低补水加热的循环泵扬程与功耗，又可实现虹吸循环或强制循环升膜蒸发；实现1份高压蒸汽调制出n+1份中压蒸汽的蒸汽倍增功能。
Description
(一)技术领域
本发明涉及一种虹吸循环余热蒸汽锅炉。
(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。然而很多用户对蒸汽压力需求只有3-5bar，因此在用热设备端口就须设置减温、减压阀，用来实现用热压力需求，从而浪费了蒸汽管网余压。
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：液态余热介质流经蒸发器液态余热介质侧，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，并使液态余热介质放热、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)水蒸汽压缩机的单位吸气量投资10倍于制冷压缩机；
(2)压差超过3bar时，水蒸汽压缩机的等熵效率大幅降低，导致耗电量巨大；
(3)吸气压力小于1bar时，所需水蒸汽压缩机的理论排气量巨大，导致投资巨大；
(4)如果降低水蒸汽压缩机压差，就需提高水源热泵压差，从而导致水源热泵耗电量增大；
(5)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，导致该技术难以推广应用；
(6)经节流阀减压以及喷嘴喷淋，均增大了补水加热的循环泵扬程与功耗；
(7)喷嘴喷淋过程导致补水加热过程，无法利用热虹吸循环；
(8)节流阀减压，限制了强制循环升膜蒸发过程。
(三)发明内容
本发明目的是：回收余热，利用热虹吸循环或强制循环形成升膜蒸发过程产生低压蒸汽，利用蒸汽管网余压驱动汽汽引射器以热压缩低压蒸汽，从而实现虹吸循环余热蒸汽锅炉。
按照附图1所示的虹吸循环余热蒸汽锅炉，其由1-汽包；2-过滤器；3-循环泵；4-止回阀；5-满液式升膜蒸发器；6-汽汽引射器；7-余热介质；8-液位控制器；9-补水流量调节阀组成，其特征在于：
汽包1底部出口通过管道连接补水三通、满液式升膜蒸发器5循环补水侧、汽包1底部进口，组成由高度差导致的补水虹吸循环加热升膜蒸发回路；
汽包1顶部出口通过管道连接汽汽引射器6的引射口以引射低压蒸汽，而管网高压蒸汽则连接汽汽引射器6的进汽口，混合形成的中压蒸汽，经汽汽引射器6出汽口流出，组成低压蒸汽热压缩回路；
汽包1中部设置的液位控制器8依据汽包1中液位信号，闭环控制补水流量调节阀9的开度，组成补水流量调节回路。
汽包1底部出口通过管道连接补水三通、过滤器2、循环泵3、止回阀4、满液式升膜蒸发器5循环补水侧、汽包1底部进口，组成补水强制循环加热升膜蒸发回路。
满液式升膜蒸发器5是液态余热介质7与循环补水的换热器，或是气态余热介质7与循环补水的换热器。
满液式升膜蒸发器5是壳管式的满液式升膜蒸发器5、或是板式的满液式升膜蒸发器5、或是板翅式的满液式升膜蒸发器5、或是套管式的满液式升膜蒸发器5、或是盘管式的满液式升膜蒸发器5的余热介质7加热补水换热器。
本发明的工作原理结合附图1说明如下：
1、虹吸循环余热蒸汽锅炉：虹吸循环余热蒸汽锅炉的工作过程为：汽包1底部出口的循环水经补水三通与补水混合后，流经满液式升膜蒸发器5循环补水侧，以吸收流经另侧余热介质7的热量后，通过热虹吸作用而实现升膜蒸发，在汽包1内分离出低压蒸汽，最后n份低压蒸汽在汽包1顶部设置的汽汽引射器6中，由流经其中的1份高压蒸汽引射后扩压，以调制成为n+1份中压蒸汽。
2、强制循环余热蒸汽锅炉：强制循环余热蒸汽锅炉的工作过程为：汽包1底部出口的循环水经补水三通与补水混合后，流经过滤器2、循环泵3、止回阀4、满液式升膜蒸发器5循环补水侧、汽包1底部进口，以吸收流经另侧余热介质7的热量后，通过强制循环而实现升膜蒸发，在汽包1内分离出低压蒸汽，最后n份低压蒸汽在汽包1顶部设置的汽汽引射器6中，由流经其中的1份高压蒸汽引射后扩压，以调制成为n+1份中压蒸汽。
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)系统集成满液式升膜蒸发器、汽包、汽汽引射器，而无需耗电；
(2)回收余热加热循环补水，提供升膜蒸发热量，产生低压蒸汽，节省水源热泵加热电费与投资；
(3)利用蒸汽管网余压热压缩低压蒸汽，节省水蒸汽压缩机压缩电费与投资；
(4)免除节流阀减压以及喷嘴喷淋过程，利用热虹吸循环大幅降低补水加热的循环泵扬程与功耗；
(5)免除节流阀减压过程，实现虹吸循环或强制循环升膜蒸发；
(6)实现1份高压蒸汽调制出n+1份中压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：系统集成满液式升膜蒸发器、汽包、汽汽引射器而无需耗电；回收余热加热循环补水，提供升膜蒸发热量，产生低压蒸汽，节省水源热泵加热电费与投资；利用蒸汽管网余压热压缩低压蒸汽，节省水蒸汽压缩机压缩电费与投资；免除节流阀减压以及喷嘴喷淋过程，利用热虹吸循环大幅降低补水加热的循环泵扬程与功耗；免除节流阀减压过程，实现虹吸循环或强制循环升膜蒸发；实现1份高压蒸汽调制出n+1份中压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所示的虹吸循环余热蒸汽锅炉，其中：1-汽包；2-过滤器；3-循环泵；4-止回阀；5-满液式升膜蒸发器；6-汽汽引射器；7-余热介质；8-液位控制器；9-补水流量调节阀。
(五)具体实施方式
本发明提出的虹吸循环余热蒸汽锅炉实施例如附图1所示，现说明如下：其由直径1000mm/长度10m/壁厚6mm的水平设置圆柱形不锈钢汽包1；接口直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢过滤器2；接口直径200mm/扬程3mH2O/流量265m3/h的循环泵3；接口直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢止回阀4；加热量1543kW的水平设置碳钢壳管式的满液式升膜蒸发器5，其管程内流经余热介质7，壳程内则通过热虹吸作用而实现补水的加热升膜蒸发；管网10bar蒸汽流量7.5t/h、引射蒸汽流量2.1t/h、出口混合蒸汽流量9.6t/h的汽汽引射器6；116℃饱和废蒸汽7；高度500mm的液位控制器8；接口直径25mm/壁厚1.5mm的不锈钢补水流量调节阀9组成，其特征在于：
汽包1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2、循环泵3、止回阀4、满液式升膜蒸发器5循环补水侧、汽包1底部进口，组成补水强制循环加热升膜蒸发回路；
汽包1顶部出口通过直径200mm/壁厚2.5mm的不锈钢管连接汽汽引射器6的引射口以引射低压蒸汽，而管网高压蒸汽则连接汽汽引射器6的进汽口，混合形成的中压蒸汽，经汽汽引射器6出汽口流出，组成低压蒸汽热压缩回路；
汽包1中部设置的液位控制器8依据汽包1中液位信号，闭环控制补水流量调节阀9的开度，组成补水流量调节回路。
满液式升膜蒸发器5是116℃饱和废蒸汽7与循环补水的换热器。
本发明实施例中，汽包1底部出口的流量265t/h、温度105℃的循环水经补水三通与流量2.1t/h、温度20℃的软化补水混合后，流经过滤器2、循环泵3、止回阀4、满液式升膜蒸发器5循环补水侧，吸收流经另侧116℃饱和废蒸汽7中的1543kW冷凝热量而升温至110℃，而在汽包1内分离出流量2.1t/h、温度105℃的低压蒸汽，并在汽包1顶部设置的汽汽引射器6中，由流经其中的流量7.5t/h、绝压10bar的管网蒸汽引射之后扩压，以调制成为绝压4.2bar的混合中压蒸汽，实现制汽量9.6t/h。
Claims (4)
1.一种虹吸循环余热蒸汽锅炉，其由汽包(1)；过滤器(2)；循环泵(3)；止回阀(4)；满液式升膜蒸发器(5)；汽汽引射器(6)；余热介质(7)；液位控制器(8)；补水流量调节阀(9)组成，其特征在于：汽包(1)底部出口通过管道连接补水三通、满液式升膜蒸发器(5)循环补水侧、汽包(1)底部进口，组成由高度差导致的补水虹吸循环加热升膜蒸发回路；汽包(1)顶部出口通过管道连接汽汽引射器(6)的引射口以引射低压蒸汽，而管网高压蒸汽则连接汽汽引射器(6)的进汽口，混合形成的中压蒸汽，经汽汽引射器(6)出汽口流出，组成低压蒸汽热压缩回路；汽包(1)中部设置的液位控制器(8)依据汽包(1)中液位信号，闭环控制补水流量调节阀(9)的开度，组成补水流量调节回路。
2.按照权利要求1所述的虹吸循环余热蒸汽锅炉，其特征在于：汽包(1)底部出口通过管道连接补水三通、过滤器(2)、循环泵(3)、止回阀(4)、满液式升膜蒸发器(5)循环补水侧、汽包(1)底部进口，组成补水强制循环加热升膜蒸发回路。
3.按照权利要求1所述的虹吸循环余热蒸汽锅炉，其特征在于：满液式升膜蒸发器(5)是液态余热介质(7)与循环补水的换热器，或是气态余热介质(7)与循环补水的换热器。
4.按照权利要求1所述的虹吸循环余热蒸汽锅炉，其特征在于：满液式升膜蒸发器(5)是壳管式的满液式升膜蒸发器(5)、或是板式的满液式升膜蒸发器(5)、或是板翅式的满液式升膜蒸发器(5)、或是套管式的满液式升膜蒸发器(5)、或是盘管式的满液式升膜蒸发器(5)的余热介质(7)加热补水换热器。
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Application publication date: 20160921 |