CN110319600B - 一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统 - Google Patents

一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，包括：依次通过管道连接的太阳能集热器、蓄热水箱、高温热泵、热交换器、高温蒸汽热泵；太阳能集热器的进水口与水源通过管道连接；高温蒸汽热泵的出水口与生产设备通过管道连接；热交换器还分别与第一水箱、第二水箱通过管道连接；第一水箱与生产设备通过管道连接；第二水箱的出水口与蓄热水箱通过管道连接。本申请提供的蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，基于太阳能蓄热技术与高温热泵技术，利用清洁能源的太阳能加热水作为热泵的热端交换热源，同时作为直接加热高温热泵的进水水源，两方面协调作用可以提高热泵的运行效率，有效降低热泵蒸汽机组的高温蒸汽生产成本，提高了电能的利用效率。

Description

一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统
技术领域
本申请涉及机械和热泵节能技术领域，尤其涉及一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统。
背景技术
许多现代科技企业生产时需要高温蒸汽进行生产，常见的高温蒸汽一般通过燃煤锅炉产生。
目前，为符合国家提高能源利用效率、降低污染物排放等的要求，选用电能替代燃煤锅炉。在常见的燃煤锅炉电能替代案例中，普遍使用电锅炉或电蒸汽发生器来替代传统燃煤锅炉。
然而，现有的电锅炉或电蒸汽发生器替代方案中，与天然气、生物质颗粒锅炉相比，存在电能的利用效率低、耗能成本较高、运营成本高的技术问题，导致实施电能替代项目时缺乏市场竞争优势。
发明内容
本申请提供了一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，以解决电能的利用效率低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本申请实施例公开了如下技术方案：
本申请实施例公开了一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，包括：太阳能集热器、蓄热水箱、高温热泵、热交换器、高温蒸汽热泵、第一水箱和第二水箱，其中，所述太阳能集热器、所述蓄热水箱、所述高温热泵、所述热交换器、所述高温蒸汽热泵依次通过管道连接；
所述太阳能集热器的进水口与水源通过管道连接；所述高温蒸汽热泵的出水口与生产设备通过管道连接；
所述热交换器还分别与所述第一水箱、第二水箱通过管道连接，所述第一水箱中的水流经所述热交换器后流向所述第二水箱；
所述第一水箱与所述生产设备通过管道连接；所述第二水箱的出水口与所述蓄热水箱通过管道连接。
可选的，所述太阳能集热器的出水口设置温度控制器和第一电磁阀，所述温度控制器测量所述太阳能集热器内部水的温度，并控制所述第一电磁阀的开关。
可选的，还包括第一液位控制器、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，所述第一液位计测量所述蓄热水箱的液位，并控制所述第二电磁阀、所述第三电磁阀和所述第四电磁阀的开关；
所述第二电磁阀设置在所述太阳能集热器的进水口，控制所述太阳能集热器的进水量；
所述第三电磁阀设置在所述第二水箱的出水口，控制所述第二水箱的出水量；
所述第四电磁阀设置在所述蓄热水箱的出水口，控制所述蓄热水箱的出水量。
可选的，还包括纯水处理器，所述纯水处理器的出水口与所述第一水箱通过管道连接，所述纯水处理器的进水口分别与生产设备、水源通过管道连接。
可选的，还包括第二液位控制器和第五电磁阀，所述第二液位控制器测量所述纯水处理器的液位，所述第二液位控制器控制所述第五电磁阀的开关；所述第五电磁阀控制水源进入所述纯水处理器的进水量。
与现有技术相比，本申请的有益效果为：
本申请提供了一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，包括：太阳能集热器、蓄热水箱、高温热泵、热交换器、高温蒸汽热泵、第一水箱和第二水箱，其中，所述太阳能集热器、所述蓄热水箱、所述高温热泵、所述热交换器、所述高温蒸汽热泵依次通过管道连接；所述太阳能集热器的进水口与水源通过管道连接；所述高温蒸汽热泵的出水口与生产设备通过管道连接；所述热交换器还分别与所述第一水箱、第二水箱通过管道连接，所述第一水箱中的水流经所述热交换器后流向所述第二水箱；所述第一水箱与所述生产设备通过管道连接；所述第二水箱的出水口与所述蓄热水箱通过管道连接。
水源的水通过管道进入所述太阳能集热器，通过太阳能进行初步加热，减少了加热水时的电能消耗。加热后的水经过所述蓄热水箱、所述高温热泵、所述热交换器、所述高温蒸汽热泵产生高温蒸汽后用于工业生产设备进行生产制造。生产制造后产生的废水回流至所述第一水箱，再经过所述热交换器，生产制造后产生的废水具有一定的余热，在所述热交换器中对经过初步加热后的水进行再次加热，提高了能量的利用率。
本申请提供的蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，基于太阳能蓄热技术与高温热泵技术，利用清洁能源的太阳能加热水作为热泵的热端交换热源，同时作为直接加热高温热泵的进水水源，两方面协调作用可以提高热泵的运行效率，确保保温热泵机组加热115℃过热水的能效比达到3以上，使得整个电能制蒸汽的COP达到2级以上，有效降低热泵蒸汽机组的高温蒸汽生产成本，提高了电能的利用效率。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例提供的一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统的结构示意图；
其中，1-太阳能集热器,2-蓄热水箱，3-高温热泵，4-热交换器,5-高温蒸汽热泵，6-第一水箱，7-第二水箱，8-第一液位控制器，9-纯水处理器，10-第二液位控制器，11-温度控制器，12-第一电磁阀，13-第二电磁阀，14-第三电磁阀，15-第四电磁阀,16-第五电磁阀。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
如图1所示，为本申请实施例提供的一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统的结构示意图。
本申请实施例提供了一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，包括：太阳能集热器1、蓄热水箱2、高温热泵3、热交换器4、高温蒸汽热泵5、第一水箱6和第二水箱7，其中，所述太阳能集热器1、所述蓄热水箱2、所述高温热泵3、所述热交换器4、所述高温蒸汽热泵5依次通过管道连接；所述太阳能集热器1的进水口与水源通过管道连接；所述高温蒸汽热泵5的出水口与生产设备通过管道连接。水源的水通过管道进入所述太阳能集热器，通过太阳能进行初步加热，减少了加热水时的电能消耗。加热后的水经过所述蓄热水箱、所述高温热泵、所述热交换器、所述高温蒸汽热泵产生高温蒸汽后用于工业生产设备进行生产制造。
所述热交换器4还分别与所述第一水箱6、第二水箱7通过管道连接，所述第一水箱6中的水流经所述热交换器4后流向所述第二水箱；所述第一水箱6与所述生产设备通过管道连接；所述第二水箱7的出水口与所述蓄热水箱2通过管道连接。生产制造后产生的废水回流至所述第一水箱，再经过所述热交换器，生产制造后产生的废水具有一定的余热，在所述热交换器中对经过初步加热后的水进行再次加热，提高了能量的利用率。
为了能够充分太阳能集热器对进入系统的水进行加热，控制所述太阳能集热器中的水达到一定温度才会被排出利用，所述太阳能集热器的出水口设置温度控制器11和第一电磁阀12，所述温度控制器11测量所述太阳能集热器1内部水的温度，并控制所述第一电磁阀12的开关。当所述温度控制器11测量所述太阳能集热器1内部水的温度达到设定温度时，所述第一电磁阀12打开，所述太阳能集热器1内部水流向所述蓄热水箱2。
所述的蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统还包括第一液位控制器、第二电磁阀、第三电磁阀和第四电磁阀，所述第一液位控制器8测量所述蓄热水箱2的液位，并控制所述第二电磁阀13、所述第三电磁阀14和所述第四电磁阀15的开关。所述第二电磁阀13设置在所述太阳能集热器1的进水口，控制所述太阳能集热器1的进水量。所述第三电磁阀14设置在所述第二水箱7的出水口，控制所述第二水箱7的出水量。所述第四电磁阀15设置在所述蓄热水箱2的出水口，控制所述蓄热水箱2的出水量。
太阳能集热器利用太阳光加热由水源所供应的自来水，其中：所述第二电磁阀13受到第一液位控制器8的控制，根据所述蓄热水箱2的液位调节第二电磁阀13的阀门大小，当所述蓄热水箱2的液位越高时，所述第二电磁阀13的阀门越小，此时水源所供应的自来水流量越小；当所述蓄热水箱2的液位越低时，所述第二电磁阀13的阀门越大，此时水源所供应的自来水的水量越大。
所述第一电磁阀12受到温度控制器11的控制，所述温度控制器11测量所述太阳能集热器1中水的温度，根据水的温度调节所述第一电磁阀12的阀门大小。当所述太阳能集热器1中水的温度越高时，所述第一电磁阀12的阀门越大，此时所述太阳能集热器1中流出的水量越大；当所述太阳能集热器1中水的温度越低时，所述第一电磁阀12的阀门越小，此时所述太阳能集热器1中流出的水量越小。
所述蓄热水箱2接收所述太阳能集热器1与所述第二水箱7中的热水，其中所述第三电磁阀14、所述第四电磁阀15受到第一液位控制器8的控制。当所述蓄热水箱2液位越高时，所述第三电磁阀14的阀门越小，所述第二水箱7流向所述蓄热水箱2的水量越小；当所述蓄热水箱2的液位越低时，所述第三电磁阀14的阀门越大，所述第二水箱7流向所述蓄热水箱2的水量越大。当所述蓄热水箱2的液位越高时，所述第四电磁阀15的阀门越大，所述蓄热水箱2流向所述高温热泵3的水量越大；当所述蓄热水箱2的液位越低时，所述第四电磁阀15的阀门越小，所述蓄热水箱2流向所述高温热泵3的水量越小。
所述高温热泵3由电源供电，利用电能把所述蓄热水箱2的热水加热为高温热水，通过所述热交换器4进入所述高温蒸汽热泵5。所述高温蒸汽热泵5由电源供电，把所述热交换器4中出来的高温热水加热成为满足生产的高温高压水蒸气，高温高压水蒸气进入生产设备进行生产加工。
工业生产后产生的废水可能含有一定的杂质，为了避免废水中杂质对系统中各装置及管道的损害，本申请实施例提供的蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统还包括纯水处理器9、第二液位控制器10和第五电磁阀16，所述纯水处理器的出水口与所述第一水箱6通过管道连接，所述纯水处理器9的进水口分别与生产设备、水源通过管道连接。所述第二液位控制器10测量所述纯水处理器9的液位，所述第二液位控制器控制所述第五电磁阀16的开关；所述第五电磁阀16控制水源进入所述纯水处理器9的进水量。
所述第五电磁阀16受到所述第二液位控制器10的控制，所述第二液位控制器10测量所述纯水处理器9的液位，根据所述纯水处理器9的液位调节所述第五电磁阀16的阀门大小。当所述纯水处理器9的液位越高时，所述第五电磁阀16的阀门越小，水源流向所述纯水处理器9的水量越小；当所述纯水处理器9的液位越低时，所述第五电磁阀16的阀门越大，水源流向所述纯水处理器9的水量越大。经过所述纯水处理器9处理后的热水进入所述第一水箱6，再进入所述热交换器4进行部分高温水管的加热，最后进入所述第二水箱7，进行下一轮循环。
本申请提供的蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，基于太阳能蓄热技术与高温热泵技术，利用清洁能源的太阳能加热水作为热泵的热端交换热源，同时作为直接加热高温热泵的进水水源，两方面协调作用可以提高热泵的运行效率，确保保温热泵机组加热115℃过热水的能效比达到3以上，使得整个电能制蒸汽的COP达到2级以上，有效降低热泵蒸汽机组的蒸汽生产成本，提高了电能的利用效率，实现同等供热条件下用电功率最小化。有效解决能源成本市场价格不稳定可能造成系统停运问题，确保热能供应的连续可靠。同时，蒸汽热泵机组现场安装十分简单，不需建设专用设备房和专人管理，其功用完全可以替代现有的低品质锅炉，并且可直接与停运的传统锅炉管道驳接，无须改造原管道系统，实现点对点的方式进行替代，保障最大限度的降低系统管网损耗，提供系统的运行效率。使用太阳能、电能清洁能源，可以有效解决生物质颗粒、燃气等替代方式存在的污染及排放问题，实现燃煤锅炉替代系统零污染、零排放。
需要说明的是，在本说明书中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的电路结构、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种电路结构、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，有语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的电路结构、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里发明的公开后，将容易想到本申请的其他实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由权利要求的内容指出。
以上所述的本申请实施方式并不构成对本申请保护范围的限定。

Claims (4)

1.一种蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，其特征在于，包括：太阳能集热器(1)、蓄热水箱(2)、高温热泵(3)、热交换器(4)、高温蒸汽热泵(5)、第一水箱(6)和第二水箱(7)，其中，所述太阳能集热器(1)、所述蓄热水箱(2)、所述高温热泵(3)、所述热交换器(4)、所述高温蒸汽热泵(5)依次通过管道连接；
所述太阳能集热器(1)的进水口与水源通过管道连接；所述高温蒸汽热泵(5)的出水口与生产设备通过管道连接；
所述热交换器(4)还分别与所述第一水箱(6)、第二水箱(7)通过管道连接，所述第一水箱(6)中的水流经所述热交换器(4)后流向所述第二水箱；
所述第一水箱(6)与所述生产设备通过管道连接；所述第二水箱(7)的出水口与所述蓄热水箱(2)通过管道连接；
纯水处理器(9)，所述纯水处理器(9)的出水口与所述第一水箱(6)通过管道连接，所述纯水处理器(9)的进水口分别与生产设备、水源通过管道连接。
2.根据权利要求1所述的蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，其特征在于，所述太阳能集热器的出水口设置温度控制器(11)和第一电磁阀(12)，所述温度控制器(11)测量所述太阳能集热器(1)内部水的温度，并控制所述第一电磁阀(12)的开关。
3.根据权利要求1所述的蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，其特征在于，还包括第一液位控制器(8)、第二电磁阀(13)、第三电磁阀(14)和第四电磁阀(15)，所述第一液位控制器(8)测量所述蓄热水箱(2)的液位，并控制所述第二电磁阀(13)、所述第三电磁阀(14)和所述第四电磁阀(15)的开关；
所述第二电磁阀(13)设置在所述太阳能集热器(1)的进水口，控制所述太阳能集热器(1)的进水量；
所述第三电磁阀(14)设置在所述第二水箱(7)的出水口，控制所述第二水箱(7)的出水量；
所述第四电磁阀(15)设置在所述蓄热水箱(2)的出水口，控制所述蓄热水箱(2)的出水量。
4.根据权利要求1所述的蒸汽热泵与光热蓄热锅炉联合系统，其特征在于，还包括第二液位控制器(10)和第五电磁阀(16)，所述第二液位控制器(10)测量所述纯水处理器(9)的液位，所述第二液位控制器控制所述第五电磁阀(16)的开关；所述第五电磁阀(16)控制水源进入所述纯水处理器(9)的进水量。
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