CN107198887A - 一种蒸汽压缩系统及工作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种蒸汽压缩系统，包括离心蒸汽压缩机，螺杆蒸汽压缩机，高温水泵和水泵，其中所述离心压缩机的进口设置有第一阀门和泄水分离器，离心压缩机的出口设置有第一汽液分离器和第一稳压阀，所述螺杆压缩机的出口设置有第二汽液分离器和第二稳压阀，所述高温水泵连通第一汽液分离器的出水口和螺杆压缩机的喷水冷却口，所述水泵连通第二汽液分离器的出水口和离心压缩机的出口，高温水泵的进口设置有软化水管，软化水管也连通水泵的进口。本发明还提供了蒸汽压缩系统的工作方法。本发明能满足大流量、高压比(高饱和温升)、低排汽温度的蒸汽压缩要求，提供可替代锅炉蒸汽的热源蒸汽，可与机械蒸汽再压缩系统相结合，达到工业节能的目的。

Description

一种蒸汽压缩系统及工作方法
技术领域
本发明涉及一种蒸汽压缩系统及方法，具体地说，是涉及一种蒸汽的两级压缩系统及工作方法。
背景技术
蒸馏浓缩系统广泛应用于印染、污水处理、海水淡化、化工精馏等很多工业领域，其运行原理决定这样的工业生产过程会消耗大量的高温热源蒸汽，这些蒸汽通常来源于高能耗的锅炉，同时生产过程也会产生大量的低温蒸汽，并且这些蒸汽通常直接利用冷凝器冷凝排出，伴随大量能源浪费。
机械蒸汽再压缩技术是利用热泵技术，采用机械压缩机压缩低温蒸汽，提高二次蒸汽的热焓，能很好的回收低温蒸汽余热，近年来也不断得到重视。但因为水蒸汽的比容较高、绝热指数较大，很难有一种蒸汽压缩机能提供较大蒸汽流量的同时克服排汽温度的问题，从而实现高压比并提供较高压力和温度的能替代锅炉蒸汽的热源蒸汽，所以机械蒸汽再压缩技术的应用受到一定的限制。
发明内容
本发明的目的是为解决上述问题，将大流量的离心压缩机和高压比的喷水螺杆蒸汽压缩机相结合，分别作为低温蒸汽的一级和二级压缩，提供一种能同时满足大流量和高压比的蒸汽压缩系统和方法，进而实现回收低温蒸汽余热的同时，提供可替代锅炉蒸汽的热源蒸汽。
为达到上述目的，本发明为解决上述问题所采用的技术方案如下：
一种蒸汽压缩系统，包括离心蒸汽压缩机和螺杆蒸汽压缩机，所述离心压缩机的进口管路上设置有第一阀门和泄水分离器，所述离心压缩机的出口与所述螺杆压缩机的进口之间的管路上设置有第一汽液分离器，所述第一汽液分离器的出口还设置有开度受所述第一汽液分离器控制的第一稳压阀，所述螺杆压缩机的出口设置有第二汽液分离器，所述第二汽液分离器的出口设置有开度受所述第二汽液分离器控制的第二稳压阀，还包括高温水泵和水泵，所述高温水泵的进口通过设置有第二阀门的管路连通所述第一汽液分离器的出水口，所述高温水泵的出口通过开度受所述第二汽液分离器控制的第一调节阀连通所述螺杆压缩机的喷水冷却口，所述水泵的进口通过设置有第三阀门的管路连通所述第二汽液分离器的出水口，所述水泵的出口通过开度受所述第一汽液分离器控制的第二调节阀连通所述离心压缩机的出口，所述高温水泵的进口还通过第五阀门设置有软化水管，所述软化水管还通过第四阀门连通所述水泵的进口。
进一步，为延长冷却水与所述离心压缩机出口蒸汽的换热时间，消除蒸汽过热度，使所述第一汽液分离器分离出来的水温尽可能接近对应压力下蒸汽的饱和温度，所述第一汽液分离器的进口管路伸入所述第一汽液分离器的液面以下。
进一步，所述高温水泵和水泵均为调频水泵。可以通过调频来改变泵的出水量。
上述蒸汽压缩系统的工作方法，包括：
步骤一：打开所述第一阀门和所述第三阀门，启动所述离心压缩机；此时低温蒸汽首先通过所述泄水分离器将凝结的水分离，避免水进入所述离心压缩机，接着低温蒸汽经过所述离心压缩机进行一级压缩；
步骤二：启动所述水泵；所述水泵从所述软化水管和第二汽液分离器的出水口吸取冷却水，经过所述第二调节阀对经过所述离心压缩机出口的蒸汽进行冷却；
步骤三：打开所述第二阀门，启动所述螺杆压缩机和所述高温水泵，经过所述离心压缩机压缩的蒸汽经过冷却后进入所述第一汽液分离器，将冷却水与蒸汽分离，然后经过所述第一稳压阀进入所述螺杆压缩机进行二级压缩，在所述螺杆压缩机工作的过程中所述高温水泵从所述第一汽液分离器的出水口和软化水管吸取冷却水，由所述螺杆压缩机的冷却口进入对所述螺杆压缩机进行冷却。
进一步，所述第一稳压阀的开度与所述第一汽液分离器中的蒸汽压力正相关，所述第二稳压阀的开度与所述第二汽液分离器的蒸汽压力正相关。
这样可以控制所述第一汽液分离器和所述第二汽液分离器内的蒸汽压力，进而实现所述离心压缩机的出口、所述螺杆压缩机的进口以及所述螺杆压缩机的出口的压力调节，实现中间压力和所述离心压缩机的压比调节，进而在满足用户或系统对高压蒸汽的需求的同时，提高蒸汽压缩效率。
所述螺杆压缩机的压比较高，工作过程中通过喷水冷却来降低温度，喷入的水主要来至于吸收所述离心压缩机排汽过热后被分离出来的水，其温度与所述螺杆压缩机吸汽温度相接近，可以在压缩过程中有效蒸发，利用其潜热对压缩蒸汽进行冷却。由于未蒸发的水对所述螺杆压缩机内部泄漏通道也有密封作用，提高压缩机性能。
进一步，所述第一调节阀的开度与所述第二汽液分离器中的蒸汽过热度正相关，所述第二调节阀的开度与所述第一汽液分离器中的蒸汽的蒸汽过热度正相关。
进一步，通过控制所述第二阀门和所述第五阀门的开度，实现所述螺杆压缩机的冷却口冷却水的温度调节；通过控制所述第三阀门和所述第四阀门的开度，实现所述离心压缩机出口冷却水的温度调节。
根据所述第一汽液分离器中的蒸汽过热度自动调节所述离心压缩机出口冷却水的量，起到稳定蒸汽压力、温度控制的作用，同样，根据所述第二汽液分离器中的蒸汽过热度自动调节所述螺杆压缩机的冷却口的水量，起到稳定蒸汽压力和温度控制的作用。
有时虽然需要冷却，但不需要其过多蒸发，此时可以通过所述第五阀门将部分低温软化水或蒸馏水与第一汽液分离器出口的高温水混合，或所述第三阀门将第二汽液分离器出口的高温水与部分低温软化水或蒸馏水混合，一起经所述高温水泵或所述水泵升压后喷入所述离心压缩机的出口或所述螺杆压缩机的工作腔内，起到冷却的同时避免过多蒸发。
此外，也可以通过改变所述高温水泵和所述水泵的频率从而控制冷却水的喷水量，以达到更加精确的控制。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明提供的蒸汽压缩系统和方法，能满足大流量、高压比(高饱和温升)、低排汽温度的蒸汽压缩要求，提供可替代锅炉蒸汽的热源蒸汽，可与机械蒸汽再压缩系统相结合，达到工业节能的目的。本发明利用单级离心压缩机对低温、大比容的蒸汽进行一级压缩，在其排汽管路喷水对压缩后的过热蒸汽进行冷却，从而降低作为二级蒸汽压缩的螺杆压缩机吸汽比容，螺杆压缩机工作过程喷水冷却，降低其排汽温度并对其内部泄漏通道进行密封，提高压缩机性能；离心压缩机和螺杆压缩机排汽管路上都设有汽液分离器和稳压阀，用于蒸汽压比调节和压缩蒸汽与未蒸发水的分离；高温水泵吸收离心压缩机排汽过热升温后被分离出来的水作为螺杆压缩机工作过程的喷入水，并能实现喷水温度的调节。
附图说明
图1是本发明实施例的系统构造示意图；
图中：1为第一阀门、2为泄水分离器、3为离心压缩机、4为第一汽液分离器、5为第一稳压阀、6为螺杆压缩机、7为第二汽液分离器、8为第二稳压阀、9为第一调节阀、10为高温水泵、11为第二阀门、12为第五阀门、13为第三阀门、14为第四阀门、15为水泵、16为第二调节阀。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。
系统实施例
如图1所示：一种蒸汽压缩系统，包括离心蒸汽压缩机3和螺杆蒸汽压缩机6，所述离心压缩机3的进口管路上设置有第一阀门1和泄水分离器2，所述离心压缩机3的出口与所述螺杆压缩机6的进口之间的管路上设置有第一汽液分离器4，所述第一汽液分离器4的出口还设置有开度受所述第一汽液分离器4控制的第一稳压阀5，所述螺杆压缩机6的出口设置有第二汽液分离器7，所述第二汽液分离器7的出口设置有开度受所述第二汽液分离器7控制的第二稳压阀8，还包括高温水泵10和水泵15，所述高温水泵10的进口通过设置有第二阀门11的管路连通所述第一汽液分离器4的出水口，所述高温水泵10的出口通过开度受所述第二汽液分离器7控制的第一调节阀9连通所述螺杆压缩机6的喷水冷却口，所述水泵15的进口通过设置有第三阀门13的管路连通所述第二汽液分离器7的出水口，所述水泵15的出口通过开度受所述第一汽液分离器4控制的第二调节阀16连通所述离心压缩机3的出口，所述高温水泵10的进口还通过第五阀门12设置有软化水管，所述软化水管还通过第四阀门14连通所述水泵15的进口。
所述第一汽液分离器4的进口管路伸入所述第一汽液分离器4的液面以下。
所述高温水泵10和水泵15均为调频水泵。
方法实施例
一种蒸汽压缩系统的工作方法，包括如下步骤：
步骤一：打开所述第一阀门1和所述第三阀门13，启动所述离心压缩机3；此时低温蒸汽首先通过所述泄水分离器2将凝结的水分离，避免水进入所述离心压缩机3，接着低温蒸汽经过所述离心压缩机3进行一级压缩；
步骤二：启动所述水泵15；所述水泵15从所述软化水管和第二汽液分离器7的出水口吸取冷却水，经过所述第二调节阀16对经过所述离心压缩机3出口的蒸汽进行冷却；
步骤三：打开所述第二阀门11，启动所述螺杆压缩机6和所述高温水泵10，经过所述离心压缩机3压缩的蒸汽经过冷却后进入所述第一汽液分离器4，将冷却水与蒸汽分离，然后经过所述第一稳压阀5进入所述螺杆压缩机6进行二级压缩，在所述螺杆压缩机6工作的过程中所述高温水泵10从所述第一汽液分离器4的出水口和软化水管吸取冷却水，由所述螺杆压缩机6的冷却口进入对所述螺杆压缩机6进行冷却。
被所述离心压缩机3压缩和喷入冷却水冷却后的蒸汽比容得到有效降低，因此吸汽流量能降低至所述螺杆压缩机6可实现的范围内。
进一步，所述第一稳压阀5的开度与所述第一汽液分离器4中的蒸汽压力正相关，所述第二稳压阀8的开度与所述第二汽液分离器7的蒸汽压力正相关。
这样可以控制所述第一汽液分离器4和所述第二汽液分离器7内的蒸汽压力，进而实现所述离心压缩机3的出口、所述螺杆压缩机6的进口以及所述螺杆压缩机6的出口的压力调节即中间压力和所述离心压缩机3的压比调节，进而在满足用户或系统对高压蒸汽的需求的同时，提高蒸汽压缩效率。
所述螺杆压缩机6的压比较高，工作过程中通过喷水冷却来降低温度，喷入的水主要来至于吸收所述离心压缩机3排汽过热后被分离出来的水，其温度与所述螺杆压缩机6吸汽温度相接近，可以在压缩过程中有效蒸发，利用其潜热对压缩蒸汽进行冷却。由于未蒸发的水对所述螺杆压缩机6内部泄漏通道也有密封作用，提高压缩机性能。
进一步，所述第一调节阀9的开度与所述第二汽液分离器7中的蒸汽的过热度正相关，所述第二调节阀16的开度与所述第一汽液分离器4中的蒸汽的过热度正相关。
进一步，通过控制所述第二阀门11和所述第五阀门12的开度，实现所述螺杆压缩机6的喷水冷却口冷却水的温度调节；通过控制所述第三阀门13和所述第四阀门14的开度，实现所述离心压缩机3出口冷却水的温度调节。
根据所述第一汽液分离器4中的蒸汽压力和温度的乘积自动调节所述离心压缩机3出口冷却水的量，起到稳定蒸汽压力、温度控制的作用，同样，根据所述第二汽液分离器7中的蒸汽过热度自动调节所述螺杆压缩机6的冷却口的水量，起到稳定蒸汽压力和温度控制的作用。
有时虽然需要冷却，但不需要其过多蒸发，此时可以通过所述第五阀门12将部分低温软化水或蒸馏水与第一汽液分离器4出口的高温水混合，或所述第三阀门13将部分第二汽液分离器7出口的高温水与低温软化水或蒸馏水混合，一起经所述高温水泵10或所述水泵15升压后喷入所述离心压缩机3的出口或所述螺杆压缩机6的工作腔内，起到冷却的同时避免过多蒸发。
此外，也可以通过改变所述高温水泵10和所述水泵15的频率从而控制冷却水的喷水量，以达到更加精确的控制。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (7)

1.一种蒸汽压缩系统，其特征在于：包括离心蒸汽压缩机(3)、螺杆蒸汽压缩机(6)，高温水泵(10)和水泵(15)，其中，所述离心压缩机(3)的进口管路上设置有第一阀门(1)和泄水分离器(2)，所述离心压缩机(3)的出口与所述螺杆压缩机(6)的进口之间的管路上设置有第一汽液分离器(4)，所述第一汽液分离器(4)的出口还设置有开度受所述第一汽液分离器(4)控制的第一稳压阀(5)；所述螺杆压缩机(6)的出口设置有第二汽液分离器(7)，所述第二汽液分离器(7)的出口设置有开度受所述第二汽液分离器(7)控制的第二稳压阀(8)；所述高温水泵(10)的进口通过设置有第二阀门(11)的管路连通所述第一汽液分离器(4)的出水口，所述高温水泵(10)的出口通过开度受所述第二汽液分离器(7)控制的第一调节阀(9)连通所述螺杆压缩机(6)的喷水冷却口；所述水泵(15)的进口通过设置有第三阀门(13)的管路连通所述第二汽液分离器(7)的出水口，所述水泵(15)的出口通过开度受所述第一汽液分离器(4)控制的第二调节阀(16)连通所述离心压缩机(3)的出口；所述高温水泵(10)的进口还通过第五阀门(12)设置有软化水管，所述软化水管还通过第四阀门(14)连通所述水泵(15)的进口。
2.根据权利要求1所述一种蒸汽压缩系统，其特征在于：所述第一汽液分离器(4)的进口管路伸入所述第一汽液分离器(4)的液面以下。
3.根据权利要求1所述一种蒸汽压缩系统，其特征在于：所述高温水泵(10)和水泵(15)均为调频水泵。
4.一种根据权利要求1至3任意一项所述蒸汽压缩系统的工作方法，其特征包括如下步骤：
步骤一：打开所述第一阀门(1)和所述第三阀门(13)，启动所述离心压缩机(3)；此时低温蒸汽首先通过所述泄水分离器(2)将凝结的水分离，避免水进入所述离心压缩机(3)，接着低温蒸汽经过所述离心压缩机(3)进行一级压缩；
步骤二：启动所述水泵(15)；所述水泵(15)经阀(13)和阀(14)从所述软化水管和第二汽液分离器(7)的出水口吸取冷却水，经过所述第二调节阀(16)对经过所述离心压缩机(3)出口的蒸汽进行冷却；
步骤三：打开所述第二阀门(11)，启动所述螺杆压缩机(6)和所述高温水泵(10)，经过所述离心压缩机(3)压缩的蒸汽经过冷却后进入所述第一汽液分离器(4)，将冷却水与蒸汽分离，然后经过所述第一稳压阀(5)进入所述螺杆压缩机(6)进行二级压缩，在所述螺杆压缩机(6)工作的过程中所述高温水泵(10)从所述第一汽液分离器(4)的出水口和软化水管吸取冷却水，由所述螺杆压缩机(6)的喷水冷却口进入对所述螺杆压缩机(6)进行冷却。
5.根据权利要求4所述一种蒸汽压缩系统的工作方法，其特征在于：所述第一稳压阀(5)的开度与所述第一汽液分离器(4)中的蒸汽压力正相关，所述第二稳压阀(8)的开度与所述第二汽液分离器(7)的蒸汽压力正相关。
6.根据权利要求4所述一种蒸汽压缩系统的工作方法，其特征在于：所述第一调节阀(9)的开度与所述第二汽液分离器(7)中的蒸汽的过热度(蒸汽温度与其压力相对应的饱和温度差值)正相关，所述第二调节阀(16)的开度与所述第一汽液分离器(4)中的蒸汽的过热度正相关。
7.根据权利要求4所述一种蒸汽压缩系统的工作方法，其特征在于：通过控制所述第二阀门(11)和所述第五阀门(12)的开度，实现所述螺杆压缩机(6)的喷水冷却口冷却水的温度调节；通过控制所述第三阀门(13)和所述第四阀门(14)的开度，实现所述离心压缩机(3)出口冷却水的温度调节。
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