CN110617464A - 一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，涉及余热回收技术领域，该系统包括余热锅炉，所述余热锅炉的高温段设置有第一水冷壁，所述第一水冷壁的一端连通有汽包，所述汽包连通有有机朗肯循环系统，所述汽包的下降管连通有热泵系统，所述余热锅炉的低温段设置有第二水冷壁，所述第二水冷壁的一端连通有所述有机朗肯循环系统。本发明通过在余热锅炉的高温段设置第一水冷壁，低温段设置第二水冷壁来对热源进行深度、梯级的回收，同时通过汽包将第一水冷壁吸热形成的汽水混合物进行分离成蒸汽和热水，汽包分离的蒸汽和第二水冷壁产生的热水用于有机朗肯循环系统，汽包分离的热水用于热泵系统，进行深度、梯级的利用，提高余热的利用率。
Description
技术领域
本发明涉及余热回收技术领域，特别是涉及一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统。
背景技术
随着能源消耗的日益增加和化石燃料的逐渐枯竭，提高一次能源利用率显得尤为重要。在工业过程中，大量300℃以下的低温烟气往往通过余热锅炉对烟气中较高品位的热量进行回收，甚至不进行任何热回收而直接排放到大气当中，造成巨大的能源浪费。限于目前技术水平，大多数余热回收方式只能对某一能量品段的热量进行高效回收，所以单一的余热回收方式不能充分利用烟气余热。因此，如何对烟气、热空气等热源进行深度、梯级的回收和利用成为当务之急。
发明内容
本发明的目的在于避免现有技术中的不足之处而提供一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，该热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统能够对热源进行深度、梯级的回收和利用，提高余热利用率。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
提供一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，包括余热锅炉，所述余热锅炉的高温段设置有第一水冷壁，所述第一水冷壁的一端连通有汽包，所述汽包连通有有机朗肯循环系统，所述汽包的下降管连通有热泵系统，所述余热锅炉的低温段设置有第二水冷壁，所述第二水冷壁的一端连通有所述有机朗肯循环系统。通过在余热锅炉的高温段设置第一水冷壁，低温段设置第二水冷壁来对热源进行深度、梯级的回收，同时通过汽包将第一水冷壁吸热形成的汽水混合物进行分离成蒸汽和热水，汽包分离的蒸汽和第二水冷壁产生的热水用于有机朗肯循环系统，汽包分离的热水用于热泵系统，进行深度、梯级的利用，提高余热的利用率。
进一步的，所述有机朗肯循环系统包括与所述汽包连通的第一蒸发器，及与所述第一蒸发器连通的膨胀机，及与所述膨胀机连通的回热器，及与所述回热器连通的预热器和第一冷凝器，所述预热器与所述第一蒸发器连通，所述第一冷凝器连通有工质泵，所述工质泵与所述回热器连通，所述膨胀机设置有发电机。汽包分离的蒸汽用于第一蒸发器，使有机工质在第一蒸发器内蒸发成为蒸汽，进入膨胀机膨胀做工，带动发电机发电，完成热能向电能转换，膨胀机排汽进入回热器释放部分蒸汽显热后进入第一冷凝器将有机工质凝结成为液态，再由工质泵加压进入回热器加热，最后进入预热器。
进一步的，所述第一蒸发器连通有第一循环水泵，所述第一循环水泵与所述汽包连通。第一循环水泵用于将蒸汽进入第一蒸发器后冷凝形成的凝结水送入汽包。
进一步的，所述第二水冷壁的一端与所述预热器连通，所述预热器连通有第二循环水泵，所述第二循环水泵与所述第二水冷壁的另一端连通。第二水冷壁吸收热量形成的热水给预热器提供热量加热工质，使加热后的工质进入第一蒸发器内，对热源进行深度、梯级的利用，提高余热的利用率，第二循环水泵将被预热器吸收热量的热水送入第二水冷壁内。
进一步的，所述第二水冷壁与所述预热器之间连通有旁通阀，所述旁通阀的前、后端分别连通有供水截止阀、回水截止阀，所述供水截止阀与所述回水截止阀连通有去热网。在外界无热负荷需求时，使第二水冷壁吸热产生的热水直接进入有机朗肯循环系统的预热器，对有机工质进行预热，在冬季外界有热负荷需求时，旁通阀关闭，热水先去热网供热首站换热后再进入预热器加热有机工质。
进一步的，所述热泵系统包括与所述汽包的下降管连通的发生器，及与所述发生器连通的第二冷凝器、吸收器，及与所述第二冷凝器连通的第二蒸发器，所述第二蒸发器与所述吸收器连通，所述吸收器与所述发生器连通。汽包下降管循环水进入发生器作为热泵系统的驱动热源，经加热蒸发后的制冷剂蒸汽进入第二冷凝器冷凝成为液体，经节流降压后的制冷剂进入第二蒸发器蒸发。
进一步的，所述发生器连通有第三循环水泵，所述第三循环水泵与所述第一水冷壁的另一端连通。第三循环水泵将经过发生器吸热后的汽包下降管循环水送入第一水冷壁内。
进一步的，所述发生器与所述吸收器之间连通有溶液循环泵。
进一步的，所述第二蒸发器设置有冷媒循环泵，所述第二蒸发器还设置有冷冻水循环管道。冷媒循环泵用于第二蒸发器内的冷媒循环，冷冻水循环管道用于将12℃的冷冻水送入第二蒸发器器内冷凝降低至7℃供给外界。
进一步的，该系统还包括冷却水通道，所述冷却水通道包括两路，其中一路通过所述吸收器和所述第二冷凝器，另一路通过所述第一冷凝器，并与通过所述吸收器和所述第二冷凝器的一路连通。冷却水通道用于吸收吸收器、第一冷凝器和二冷凝器的热量对其进行冷却。
本发明的有益效果：本发明的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，包括余热锅炉，所述余热锅炉的高温段设置有第一水冷壁，所述第一水冷壁的一端连通有汽包，所述汽包连通有有机朗肯循环系统，所述汽包的下降管连通有热泵系统，所述余热锅炉的低温段设置有第二水冷壁，所述第二水冷壁的一端连通有所述有机朗肯循环系统。本发明通过在余热锅炉的高温段设置第一水冷壁，低温段设置第二水冷壁来对热源进行深度、梯级的回收，同时通过汽包将第一水冷壁吸热形成的汽水混合物进行分离成蒸汽和热水，汽包分离的蒸汽和第二水冷壁产生的热水用于有机朗肯循环系统，汽包分离的热水用于热泵系统，进行深度、梯级的利用，提高余热的利用率。
附图说明
利用附图对发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。
图1是本发明的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统的整体结构示意图。
图中包括有：
余热锅炉1，第一水冷壁2，汽包3，第二水冷壁4，第一蒸发器5，膨胀机6，回热器7，预热器8，第一冷凝器9，工质泵10，发电机11，第一循环水泵12，第二循环水泵13，旁通阀14，供水截止阀15，回水截止阀16，发生器17，第二冷凝器18，吸收器19，第二蒸发器20，第三循环水泵21，溶液循环泵22，冷媒循环泵23，冷冻水循环管道24，冷却水通道25。
具体实施方式
结合以下实施例对本发明作进一步描述。
实施例1
本实施例的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，如图1所示，包括余热锅炉1，所述余热锅炉1的高温段设置有第一水冷壁2，所述第一水冷壁2的一端连通有汽包3，所述汽包3连通有有机朗肯循环系统，所述汽包3的下降管连通有热泵系统，所述余热锅炉1的低温段设置有第二水冷壁4，所述第二水冷壁4的一端连通有所述有机朗肯循环系统。通过在余热锅炉1的高温段设置第一水冷壁2，低温段设置第二水冷壁4来对热源进行深度、梯级的回收，同时通过汽包3将第一水冷壁2吸热形成的汽水混合物进行分离成蒸汽和热水，汽包3分离的蒸汽和第二水冷壁4产生的热水用于有机朗肯循环系统，汽包3分离的热水用于热泵系统，进行深度、梯级的利用，提高余热的利用率。
所述有机朗肯循环系统包括与所述汽包3连通的第一蒸发器5，及与所述第一蒸发器5连通的膨胀机6，及与所述膨胀机6连通的回热器7，及与所述回热器7连通的预热器8和第一冷凝器9，所述预热器8与所述第一蒸发器9连通，所述第一冷凝器9连通有工质泵10，所述工质泵10与所述回热器7连通，所述膨胀机6设置有发电机11。汽包3分离的蒸汽用于第一蒸发器5，使有机工质在第一蒸发器5内蒸发成为蒸汽，进入膨胀机6膨胀做工，带动发电机11发电，完成热能向电能转换，膨胀机6排汽进入回热器7释放部分蒸汽显热后进入第一冷凝器9将有机工质凝结成为液态，再由工质泵10加压进入回热器7加热，最后进入预热器8。
所述第一蒸发器5连通有第一循环水泵12，所述第一循环水泵12与所述汽包3连通。第一循环水泵12用于将蒸汽进入第一蒸发器5后冷凝形成的凝结水送入汽包3。
所述第二水冷壁4的一端与所述预热器8连通，所述预热器8连通有第二循环水泵13，所述第二循环水泵13与所述第二水冷壁4的另一端连通。第二水冷壁4吸收热量形成的热水给预热器8提供热量加热工质，使加热后的工质进入第一蒸发器9内，对热源进行深度、梯级的利用，提高余热的利用率，第二循环水泵13将被预热器8吸收热量的热水送入第二水冷壁4内。
所述第二水冷壁4与所述预热器8之间连通有旁通阀14，所述旁通阀14的前、后端分别连通有供水截止阀15、回水截止阀16，所述供水截止阀15与所述回水截止阀16连通有去热网。在外界无热负荷需求时，使第二水冷壁4吸热产生的热水直接进入有机朗肯循环系统的预热器8，对有机工质进行预热，在冬季外界有热负荷需求时，旁通阀14关闭，热水先去热网供热首站换热后再进入预热器8加热有机工质。
所述热泵系统包括与所述汽包3的下降管连通的发生器17，及与所述发生器17连通的第二冷凝器18、吸收器19，及与所述第二冷凝器18连通的第二蒸发器20，所述第二蒸发器20与所述吸收器19连通，所述吸收器19与所述发生器17连通。汽包3下降管循环水进入发生器17作为热泵系统的驱动热源，经加热蒸发后的制冷剂蒸汽进入第二冷凝器18冷凝成为液体，经节流降压后的制冷剂进入第二蒸发器18蒸发。
所述发生器17连通有第三循环水21泵，所述第三循环水泵21与所述第一水冷壁2的另一端连通。第三循环水泵21将经过发生器17吸热后的汽包3下降管循环水送入第一水冷壁2内。
所述发生器17与所述吸收器19之间连通有溶液循环泵22。
所述第二蒸发器20设置有冷媒循环泵23，所述第二蒸发器20还设置有冷冻水循环管道24。冷媒循环泵23用于第二蒸发器20内的冷媒循环，冷冻水循环管道24用于将12℃的冷冻水送入第二蒸发器20内冷凝降低至7℃供给外界。
该系统还包括冷却水通道25，所述冷却水通道25包括两路，其中一路通过所述吸收器19和所述第二冷凝器18，另一路通过所述第一冷凝器9，并与通过所述吸收器19和所述第二冷凝器18的一路连通。冷却水通道25用于吸收吸收器19、第一冷凝器9和二冷凝器18的热量对其进行冷却。
本实施例提供了一种采用有机朗肯循环与热泵相结合的冷、热、电三联供的对烟气余热能进行梯级回收的多能量形式输出的能源装置。
实施例2
本实施例的结构和实施例1相同，不同之处在于所述第二水冷壁4与所述预热器8之间没有连通旁通阀14，而是采用所述第二水冷壁4与所述预热器8直接连通的方式，相应的没有给去热网供热首站换热的功能。
实施例3
本实施例的结构和实施例1相同，不同之处在于所述第二水冷壁4与所述预热器8之间不连通，而是将第二水冷壁4与去热网连通，给去热网供热首站换热。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (10)
1.一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，包括余热锅炉，其特征在于：所述余热锅炉的高温段设置有第一水冷壁，所述第一水冷壁的一端连通有汽包，所述汽包连通有有机朗肯循环系统，所述汽包的下降管连通有热泵系统，所述余热锅炉的低温段设置有第二水冷壁，所述第二水冷壁的一端连通有所述有机朗肯循环系统。
2.如权利要求1所述的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，其特征在于：所述有机朗肯循环系统包括与所述汽包连通的第一蒸发器，及与所述第一蒸发器连通的膨胀机，及与所述膨胀机连通的回热器，及与所述回热器连通的预热器和第一冷凝器，所述预热器与所述第一蒸发器连通，所述第一冷凝器连通有工质泵，所述工质泵与所述回热器连通，所述膨胀机设置有发电机。
3.如权利要求2所述的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，其特征在于：所述第一蒸发器连通有第一循环水泵，所述第一循环水泵与所述汽包连通。
4.如权利要求2所述的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，其特征在于：所述第二水冷壁的一端与所述预热器连通，所述预热器连通有第二循环水泵，所述第二循环水泵与所述第二水冷壁的另一端连通。
5.如权利要求4所述的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，其特征在于：所述第二水冷壁与所述预热器之间连通有旁通阀，所述旁通阀的前、后端分别连通有供水截止阀、回水截止阀，所述供水截止阀与所述回水截止阀连通有去热网。
6.如权利要求1所述的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，其特征在于：所述热泵系统包括与所述汽包的下降管连通的发生器，及与所述发生器连通的第二冷凝器、吸收器，及与所述第二冷凝器连通的第二蒸发器，所述第二蒸发器与所述吸收器连通，所述吸收器与所述发生器连通。
7.如权利要求6所述的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，其特征在于：所述发生器连通有第三循环水泵，所述第三循环水泵与所述第一水冷壁的另一端连通。
8.如权利要求6所述的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，其特征在于：所述发生器与所述吸收器之间连通有溶液循环泵。
9.如权利要求6所述的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，其特征在于：所述第二蒸发器设置有冷媒循环泵，所述第二蒸发器还设置有冷冻水循环管道。
10.如权利要求2或6所述的一种热泵和有机朗肯循环联合的余热回收系统，其特征在于：还包括冷却水通道，所述冷却水通道包括两路，其中一路通过所述吸收器和所述第二冷凝器，另一路通过所述第一冷凝器，并与通过所述吸收器和所述第二冷凝器的一路连通。
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