CN106440487B - 一种组合型双级蒸汽热泵系统 - Google Patents
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Abstract
一种组合型双级蒸汽热泵系统，包括用于加热物料的重沸器，所述重沸器的蒸汽入口连接喷射式热泵的过热蒸汽排出口，所述喷射式热泵的蒸汽产生部分连接用于与所述蒸汽产生部分进行热交换的蒸汽压缩式热泵。本发明的一种组合型双级蒸汽热泵系统，以高温高压蒸汽作为动力，能够回收80℃工业废水中的热量，同时生产出饱和温度在160℃左右的过热蒸汽供重沸器利用。
Description
技术领域
本发明涉及一种蒸汽热泵系统。特别是涉及一种在回收化工行业余热同时为该行业的塔底重沸器提供加热介质的组合型双级蒸汽热泵系统。
背景技术
经过对多个石化企业的现场调研和统计分析，石化行业中普遍存在大量80℃以上的工业余热需要冷却，冷却方式多采用水冷或空冷，这些冷却设备功耗很大，而生产工艺中的塔底重沸器则需要饱和温度在130-160℃左右的水蒸气对物料进行加热。但是对于如何回收这部分余热来满足重沸器的要求，相关研究很少，目前该品位的余热大都被舍弃，而重沸器则一般利用来自锅炉的高压蒸汽或导热油作为加热介质，造成极大的能源浪费。而且在其他工业行业中也存在类似的能源浪费现象，例如在造纸、轻纺及电力行业，大都是以蒸汽作为加热介质，同时为了达到生产的要求，蒸汽管道上一般都设置有减温减压装置，而一些设备排汽或者是凝结水的闪蒸蒸汽由于达不到生产工艺用热的参数需求则被白白地排放掉了。为了提高能源利用率，减少能源浪费，有必要找到一种方法回收这部分余热。
如利用蒸汽压缩式高温热泵将80℃工业废水取热，制取130℃的高温热水，但这明显不满足大部分重沸器的用热需求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够回收80℃工业废水中的热量，同时生产出饱和温度在160℃左右过热蒸汽的组合型双级蒸汽热泵系统。
本发明所采用的技术方案是：一种组合型双级蒸汽热泵系统，包括用于加热物料的重沸器，所述重沸器的蒸汽入口连接喷射式热泵的过热蒸汽排出口，所述喷射式热泵的蒸汽产生部分连接用于与所述蒸汽产生部分进行热交换的蒸汽压缩式热泵。
所述的喷射式热泵包括有喷射器和闪蒸罐，所述喷射器的一个蒸汽入口通过一个高温高压蒸汽控制阀连接外部高压蒸汽，所述喷射器的另一个蒸汽入口连接所述闪蒸罐的蒸汽出口，所述闪蒸罐与所述的蒸汽压缩式热泵相连，用于将内部的循环水与所述的蒸汽压缩式热泵进行热交换产生喷射器所需的蒸汽。
所述的闪蒸罐还设置有用于进行补充水的补水口，所述补水口通过一个补水控制阀连接工业废水。
所述的蒸汽压缩式热泵包括有蒸发器和冷凝器，所述蒸发器外部循环侧的第一入口连接工业废水，蒸发器外部循环侧的第一出口为工业废水回水端，所述蒸发器内部循环侧的第二入口连接所述冷凝器内部循环侧的第一出口，所述蒸发器内部循环侧的第二出口连接所述冷凝器内部循环侧的第一入口，所述冷凝器外部循环侧的第二入口连接喷射式热泵中闪蒸罐的循环水出口端，所述冷凝器外部循环侧的第二出口连接喷射式热泵中闪蒸罐的循环水入口。
所述蒸发器内部循环侧的第二出口通过压缩机连接所述冷凝器内部循环侧的第一入口。
所述蒸发器内部循环侧的第二入口通过膨胀阀连接所述冷凝器的第一出口。
本发明的一种组合型双级蒸汽热泵系统，以高温高压蒸汽作为动力，能够回收80℃工业废水中的热量，同时生产出饱和温度在160℃左右的过热蒸汽供重沸器利用。具有如下有益效果。
(1)经过两种热泵形式的有机匹配，该系统能够回收石化行业工业废水中的余热并为该行业生产工艺中的重沸器提供加热介质，达到工业余热的再生利用效果，降低了冷却工业废水的功耗，并节省了原有工艺的高质能消耗量，达到节能减排的综合效果。
(2)闪蒸罐内的补充水也是来自工业废水，因此该系统中不仅包含工业废水余热的回收利用，还包含工业废水的回收，对于腐蚀性不大且较为清洁的工业废水，利用该系统能够在一定程度上降低其排放量。
(3)系统中的主要运动部件只有一台压缩机，不会出现前后两级工况的严重干扰，容易调节且运行稳定。
附图说明
图1是本发明一种组合型双级蒸汽热泵系统的整体构成示意图。
图中
A：喷射式热泵 B：蒸汽压缩式热泵
1：蒸发器 2：压缩机
3：冷凝器 4：膨胀阀
5：补水控制阀 6：闪蒸罐
7：高温高压蒸汽控制阀 8：喷射器
9：重沸器
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种组合型双级蒸汽热泵系统做出详细说明。
本发明的一种组合型双级蒸汽热泵系统，由一台蒸汽压缩式热泵和一台喷射式热泵组成，前级蒸汽压缩式热泵，可将热源温度提升约50℃，后级为喷射式热泵，以高温高压的过热蒸汽为工作蒸汽，可将高温水继续提高到饱和温度为160℃左右的过热蒸汽。此套双级热泵如用于回收80℃工业废水中的余热，即可生产出适于工业利用的高饱和温度的水蒸汽。
如图1所示，本发明的一种组合型双级蒸汽热泵系统，包括用于加热物料的重沸器9，所述重沸器9的蒸汽入口连接喷射式热泵A的过热蒸汽排出口，所述喷射式热泵A的蒸汽产生部分连接用于与所述蒸汽产生部分进行热交换的蒸汽压缩式热泵B。
所述的蒸汽压缩式热泵B构成本发明的第一级，包括有蒸发器1和冷凝器3，所述蒸发器1外部循环侧的第一入口11连接工业废水，蒸发器1外部循环侧的第一出口12为工业废水回水端，所述蒸发器1内部循环侧的第二入口14连接所述冷凝器3内部循环侧的第一出口32，所述蒸发器1内部循环侧的第二出口13连接所述冷凝器3内部循环侧的第一入口31，所述冷凝器3外部循环侧的第二入口33连接喷射式热泵A中闪蒸罐6的循环水出口端，所述冷凝器3外部循环侧的第二出口34连接喷射式热泵A中闪蒸罐6的循环水入口。
所述蒸发器1内部循环侧的第二出口13通过压缩机2连接所述冷凝器3内部循环侧的第一入口31。所述蒸发器1内部循环侧的第二入口14通过膨胀阀4连接所述冷凝器3的第一出口32。
所述的喷射式热泵A构成本发明的第二级，包括有喷射器8和闪蒸罐6，所述喷射器8的一个蒸汽入口通过一个高温高压蒸汽控制阀7连接外部高压蒸汽，所述喷射器8的另一个蒸汽入口连接所述闪蒸罐6的蒸汽出口，所述闪蒸罐6与所述的蒸汽压缩式热泵B相连，用于将内部的循环水与所述的蒸汽压缩式热泵B进行热交换产生喷射器8所需的蒸汽。
所述的闪蒸罐6还设置有用于进行补充水的补水口，所述补水口通过一个补水控制阀5连接工业废水。
构成第一级的蒸汽压缩式热泵B的作用是将工业余热中的热量提质，即通过蒸发器从工业废水中回收热量，并在冷凝器侧制备130℃左右的热水。该热水将作为闪蒸热水生产构成第二级的喷射式热泵的引射蒸汽。闪蒸罐上部因大量蒸发会使水温快速降低，这部分低温水则被引回冷凝器的入口实现循环，并通过流量的调节使冷凝器侧进出口温差保持在10℃左右。
构成第二级的喷射式热泵A的作用是以高温高压的工作蒸汽为动力，引射低温低压的闪蒸蒸汽，并生产出饱和温度在130-160℃左右的过热压缩蒸汽，该压缩蒸汽将作为重沸器中物料的加热蒸汽，以达到节省高压蒸汽的目的。由于闪蒸蒸汽不断被引射，闪蒸罐内的热水会持续发生闪蒸，热水闪蒸将带走大量的热量导致闪蒸罐内水温降低，这部分热量由高温热泵提供。
结合图1中的系统流程图，蒸汽压缩式热泵采用特殊的高温热泵工质，该工质在蒸发器1中吸收80℃工业废水中的余热，并在冷凝器3中将热量释放给温度约为120℃的热水使其温度升高至130℃，这些热水被送入喷射式热泵的闪蒸罐6中。以3.5MPa的高温高压过热蒸汽作为工作蒸汽，喷射式热泵能够引射闪蒸罐内蒸发温度为120℃左右的饱和蒸汽，并在喷射器8的出口处制取饱和温度为160℃的过热蒸汽，该蒸汽将作为重沸器9的加热介质为需热物料提供热量。闪蒸罐上部因大量蒸发会使水温快速降低，这部分低温水则被引回冷凝器的入口实现循环，同时因引射蒸汽的流失，需要对闪蒸罐进行持续的补水，这部分水量也采用80℃的工业废水。
利用气体动力学原理对喷射器的工作过程进行计算，在上述工况下，生产1t加热蒸汽需要高温高压的工作蒸汽0.72t，同时引射0.28t的闪蒸蒸汽。重沸器原有的加热方式为高温高压的工作蒸汽经过减温加压后直接利用，相比之下，采用本发明中的热泵系统能够节省约28％的工作蒸汽。加热蒸汽的饱和温度由重沸器中物料的需热温度决定，如果需热温度降低，工作蒸汽的节约量还会增大。
本发明的一种组合型双级蒸汽热泵系统的工作原理：
如图1所示，蒸汽压缩式热泵B采用特殊的高温热泵工质，该工质在蒸发器1中吸收80℃工业废水中的余热，并在冷凝器3中将热量释放给温度约为120℃的热水使其温度升高至130℃，这些热水被送入喷射式热泵A的闪蒸罐6中。以3.5MPa的高温高压过热蒸汽作为工作蒸汽，喷射式热泵A能够引射闪蒸罐6内蒸发温度为120℃左右的饱和蒸汽，并在喷射器8的出口处制取饱和温度为160℃的过热蒸汽，该蒸汽将作为重沸器9的加热介质为需热物料提供热量。闪蒸罐6上部因大量蒸发会使水温快速降低，这部分低温水则被引回冷凝器3的入口实现循环，同时因引射蒸汽的流失，需要对闪蒸罐6进行持续的补水，这部分水量也采用80℃的工业废水。
利用气体动力学原理对喷射器的工作过程进行计算，在上述工况下，生产1t加热蒸汽需要高温高压的工作蒸汽0.72t，同时引射0.28t的闪蒸蒸汽。重沸器原有的加热方式为高温高压的工作蒸汽经过减温加压后直接利用，相比之下，采用本发明中的热泵系统能够节省约28％的工作蒸汽。加热蒸汽的饱和温度由重沸器中物料的需热温度决定，如果需热温度降低，工作蒸汽的节约量还会增大。
Claims (4)
1.一种组合型双级蒸汽热泵系统，包括用于加热物料的重沸器（9），其特征在于，所述重沸器（9）的蒸汽入口连接喷射式热泵（A）的过热蒸汽排出口，所述喷射式热泵（A）的蒸汽产生部分连接用于与所述蒸汽产生部分进行热交换的蒸汽压缩式热泵（B）；所述的喷射式热泵（A）包括有喷射器（8）和闪蒸罐（6），所述喷射器（8）的一个蒸汽入口通过一个高温高压蒸汽控制阀（7）连接外部高压蒸汽，所述喷射器（8）的另一个蒸汽入口连接所述闪蒸罐（6）的蒸汽出口，所述闪蒸罐（6）与所述的蒸汽压缩式热泵（B）相连，用于将内部的循环水与所述的蒸汽压缩式热泵（B）进行热交换产生喷射器（8）所需的蒸汽；所述的蒸汽压缩式热泵（B）包括有蒸发器（1）和冷凝器（3），所述蒸发器（1）外部循环侧的第一入口（11）连接工业废水，蒸发器（1）外部循环侧的第一出口（12）为工业废水回水端，所述蒸发器（1）内部循环侧的第二入口（14）连接所述冷凝器（3）内部循环侧的第一出口（32），所述蒸发器（1）内部循环侧的第二出口（13）连接所述冷凝器（3）内部循环侧的第一入口（31），所述冷凝器（3）外部循环侧的第二入口（33）连接喷射式热泵（A）中闪蒸罐（6）的循环水出口端，所述冷凝器（3）外部循环侧的第二出口（34）连接喷射式热泵（A）中闪蒸罐（6）的循环水入口。
2.根据权利要求1所述的一种组合型双级蒸汽热泵系统，其特征在于，所述的闪蒸罐（6）还设置有用于进行补充水的补水口，所述补水口通过一个补水控制阀（5）连接工业废水。
3.根据权利要求1所述的一种组合型双级蒸汽热泵系统，其特征在于，所述蒸发器（1）内部循环侧的第二出口（13）通过压缩机（2）连接所述冷凝器（3）内部循环侧的第一入口（31）。
4.根据权利要求1所述的一种组合型双级蒸汽热泵系统，其特征在于，所述蒸发器（1）内部循环侧的第二入口（14）通过膨胀阀（4）连接所述冷凝器（3）的第一出口（32）。
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