CN111189262A - 一种利用热泵压缩机回收热量及溶剂的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明属于VOC近零排放的节能降耗环保技术领域，具体涉及一种利用热泵压缩机回收热量及溶剂的方法及设备。通过热泵压缩机的气化吸热过程与液化放热过程实现能量的有效利用，在此进程中通过节流阀有效控制热泵压缩机中工作介质的流速，并且结合温湿度监控仪器反馈的数据有效控制换热能量，实现对流通气体温湿度的有效控制，本发明使用热泵技术对能量二次开发并精准利用，有效降低能耗，实现循环系统内挥发性有机化合物的零排放。

Description

一种利用热泵压缩机回收热量及溶剂的方法及设备
技术领域
本发明属于节能降耗技术领域，涉及一种热冷气体交换的方法及设备，具体涉及一种利用热泵压缩机回收热量及溶剂的方法及设备。
背景技术
热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置。在换热器段热量可以自发地从高温物体传递到低温物体中去，但不能自发地沿相反方向进行。热泵的工作原理就是以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，它仅消耗少量的逆循环净功，就可以得到较大的供热量，可以有效地把难以应用的低品位热能利用起来达到节能目的。
热泵压缩机在医药、化工、地热等能源循环领域运用广泛，其为暖气机或热水器等设备所必须使用的机器，主要用来输送冷媒，经过特定的过程，实现热交换从而达到降低或升高周围温度的目的，有利于工业应用中冷源和热源的使用，介于其优异的节能效果，越来越得到市场的认可。
当前虽然热泵压缩机型号各异，压缩机组的形体和机构各异，但是主要由蒸发器、压缩机、膨胀阀、冷凝器所构成，经由自然的热能交换进行热转移，通过热力循环并通过少量的电能将自然环境中的无效热能转换成可用能量。
大型工厂采用的压缩机功率较大，在使用过程中蒸发器和冷凝器端均产生大量的能量，其中热泵压缩机膨胀段冷却冷媒介质，压缩段释放大量热量，使用过程中往往造成质量的浪费，有的热泵压缩机组在制冷过程中会外泄大量的热量，造成热量的白白浪费，在工业化生产过程中，冷源和热源是常用的两种能量来源，对能量的合理利用能促进产业化过程中的节能环保，达到绿色生产的目的。
专利CN201210032874.6 公开了一种热泵工质循环回收干燥尾气热量和水的方法及其装置，通过采用吸热、闪蒸、压缩、冷凝的工艺组合，使密闭循环的热泵工质回收干燥尾气中的热量，并回收冷凝水。采用该方法可以实现将干燥尾气的二次开发利用，但是并不能对尾气的湿度成分进行准确的控制。
专利CN201110081169.0公开了一种热泵回收系统，包括冷凝压缩机、冷却塔、和热泵压缩机，制冷压缩机的一端与制冷泠凝器一端连接，制冷压缩机另一端与制冷蒸发器一端连接，制冷冷凝器上端与电动三通阀连接，制冷冷凝器下端对水泵连接。水泵与冷却塔连接，冷却塔装有温度控制器，该发明通过将冷凝热用作热泵热制作热水，节约能源。
虽然目前已经对热泵压缩机的能量运用进行一定的回收利用，但是采用的仅仅是粗放式的，并不能达到热量合理控制的效果，另外在能量利用方面较为局限，仅仅利用部分能源，并不能实现全部能量的合理利用，因此当前急需要一种热泵压缩机能量合理利用的方法，通过对释放能源的合理分配与有效控制，将能量运用最大化。
发明内容
本发明所指冷媒是指热泵压缩机中的冷媒介质；冷却液是指与冷媒进行热交换冷却的液体；冷凝液是指气体中的溶剂与冷却液或冷凝液换热后冷凝后的液体；气化段换热器是指热泵压缩机的气化段，液化段换热器是指热泵压缩机的液化段。
本发明公开了一种基于热泵压缩机的溶剂回收和气体循环处理方法，通过对热泵压缩机热量的循环利用达到在能量的合理分配，从而达到对能力有效利用的效果，具体采用如下技术方案：
本发明公开了一种利用热泵压缩机回收气体干燥系统中湿热气体的热量及溶剂的方法，其步骤为：
a.气化吸热，回收湿热气体中的热量和可凝溶剂，控制不凝气体的绝对湿度
利用热泵压缩机的气化段换热器与待冷却湿热气体进行热交换， 湿热气体流经气化段换热器冷凝降温，气化段换热器设有温度监控仪，热泵压缩机冷媒介质运输管道设有节流阀A，温度监控仪与节流阀A共同作用控制冷媒介质的流量，冷凝液回收储罐收集液化的溶剂重复利用，通过调整热泵压缩机冷媒介质的气化量控制湿热气体的温度来控制气体绝对湿度；
b.液化放热，升温干冷气体至工艺温度
利用热泵压缩机的液化段换热器与干冷气体进行热交换，此段设有温度监控仪，热泵压缩机介质管道设有节流阀B，节流阀B与温度控制仪配合控制干冷气体温湿度，通过调整热泵压缩机冷媒介质的气化量控制湿热气体的温度来控制气体绝对湿度。其中所述干冷气体进行热交换的液化段换热器配有外源热源，外源热源优选为电加热器。
所述方法适用于洁净区、流化床、包衣机等工作场合的气体与尾气处理。
所述方法采用的热泵压缩机的工 作介质为R134A、R410A、R404A。
本发明同样公开了一种适用上述方法的设备，所述设备包括：
风机段，用于输送气体工作介质；
气化段换热器，用于将尾气中的湿热气体冷凝，控制气体绝对湿度；
液化段换热器，用于将气体工作介质加热干燥；
温湿度控制器，与液化段换热器相连接，调节热量的输出；
节流阀，用于调节热泵压缩机冷媒的流量；
热泵压缩机， 用于提供驱动能，将低温低压的气态冷媒变为高温高压的液态介质；
冷凝液回收储罐，用于冷凝液回收储存；
温度监控仪，用于检测冷却液温度或气体的温度。
其中液化换热器与气化换热器通过热泵压缩机连接，气化段换热器与热泵压缩机之间的管道上设有节流阀，换热器配有温度监控仪，节流阀能根据温度监控仪反馈的数据控制阀门的大小，采用的热泵压缩机为封闭式压缩机、半封闭式压缩机。
所述温度湿度监控仪为电子式温控器、压力式温控器、液涨式温控器。
所述热泵压缩机的压缩方式为容积型或速度型；调节方式为单级或多级。
本发明提供的设备和工艺能够有效利用热泵压缩机产生的热量，在实际运用中主要有如下优势：
（1）操作简单：本发明采用的方法以及设备可以方便的设置到需要热泵压缩机进行冷热能量转换的生产线。
（2）环保无污染：实现尾气零排放，通过合理利用热泵膨胀段的吸热有效回收生产过程中的热量，将尾气中的溶剂物质有效回收，实现尾气的零排放。
（3）实现密闭系统中气体介质的循环使用，采用本发明的工艺和设备可实现密闭环境下固定湿度和温度空气的循环流通，避免了外界杂质对密闭环境的影响。
（4）利用热泵技术，控制湿热气体绝对湿度，回收热能用于干冷气体升温，回收溶剂用于生产，达到VOC的近零排放及热能回用的双重效果。
附图说明
图1：热泵压缩机能量转换的原理图；
图2：本发明实施例3工艺流程框图；
图3：本发明实施例4工艺流程框图。
具体实施方式
实施例1
a. 气化吸热过程
气体在风机段流通，经过工作区后流通气体携带大量蒸发的溶剂，湿热空气流经膨胀段换热器，换热器中的冷媒气化吸收热量，将湿热空气降温析出饱和冷凝液，通过底部的温度检测仪监控空气的温度，通过调整热泵中冷媒流量控制冷却空气的温度，从而控制湿热气体的绝对温度，达到控制气体绝对湿度的目的，满足气体干燥系统对干燥气体绝对湿度的要求。冷凝液经管道流入回收罐中用于循环利用。
b．液化放热过程
利用热泵压缩机的液化段换热器与干冷气体进行热交换达到原设定的干燥温度，此段设有温湿度监控仪器，监控实际空气的温湿度，该段可进一步设有电加热器，通过外加热源实现干冷气体的快速提温要求，适应气体干燥系统对温度改变的快速提升变化要求。
实施例2
经过工作区后释放的40~80℃湿热空气携带大量溶剂流经膨胀段换热器，气体流向与热泵压缩机冷媒介质流通方向相反，经换热冷媒吸收湿热尾气中的热能，同时将气体冷却到0℃以下，此处温度监控仪监控冷空气的温度，并且根据冷凝液温度通过节流阀自动调整冷媒的流量，控制冷量的输出，冷凝后的溶剂流入底部的回收罐待用。
处理后的气体继续在空气流通管道流通，气体流经液化段换热器，低温低压的气态冷媒通过热泵压缩机转变为高温高压的气态热泵介质（80~120℃），干冷空气在此处被加热，并且根据温湿度监控仪反馈的数据通过控制液化段换热器介质的流量控制热量的释放，当气体需要的温度超出换热器供热最大值式启动外源电加热器对空气加热，满足空气温度要求。
上述换热器的冷却液通过泵循环，泵的进出口段设检修阀门，出口段增设止回阀。
在循环系统风量为3000m3/h，干燥温度75℃，每批次生产5h，每批用95%酒精200kg计算，在循环气体处理过程中溶剂回收率99.9%，接近零排放。
实施例3
气体经新风系统初效过滤、高效过滤段流经工作区域，经过捕尘段由风机引入热泵压缩机的膨胀段换热器，热泵压缩机膨胀段换热器中的热泵工作介质吸收流经空气的高品位热能，降低流经气体的温度并将其中的溶剂析出，冷凝后的溶剂经冷凝液存储罐回收重复利用，冷凝处理后的干冷气体经流通管道进入设有热泵压缩机的液化段换热器的处理段，热泵压缩机中介质冷凝放热将流经的干冷气体升温，升温温度由温湿度控制仪检测，热泵压缩机介质管道设有节流阀，节流阀与温湿度控制仪配合控制干冷气体绝对温度与绝对湿度。处理后的气体经高效过滤段继续进入工作段流通，流通后的气体经捕尘段、风机段进入膨胀段换热器与液化段换热器处理，在密闭系统内形成内部循环，具体流程图如附图2所示。
在循环系统风量为2000m3/h，干燥温度75℃，每批次生产4h，每批用95%酒精150kg计算，在循环气体处理过程中溶剂回收率99.99%，接近零排放。
实施例4
热泵压缩机中的冷媒介质在压缩机的作用下气化吸热将换热系统中的冷却液冷却，换热系统处设有温度监控仪，监控壳程冷却液出口的温度，该温度监控仪与节流阀共同控制冷却液的温度，冷却液通过冷却液泵实现内循环，冷却液在换热系统中与湿热气体换热，将湿热气体中的溶剂冷凝得冷凝液，冷凝液流入冷凝液储罐储存，湿热气体经换热系B处理后得到干冷气体，干冷气体经过气体循环系统进入换热系统，换热系统中冷媒介质液化放热提升干冷气体的绝对温度，同时改变干冷气体得绝对湿度，流出后的气体温度被温度监控仪监控，当绝对温度达不到使用要求时外源电加热启动提升气体的温度，升温后的干热气体流经湿物料/湿环境进行干燥，干燥后的气体释放成为湿热气体再次进入内循环，具体流程图如附图3所示。
采用以上系统对循环气体处理，在循环系统风量为1800m3/h，干燥温度70℃，每批次生产4.5h，每批用95%酒精180kg计算，在循环气体处理过程中溶剂回收率99.99%，接近零排放。

Claims (10)

1.一种利用热泵压缩机回收热量及溶剂的方法，其步骤为：
a.气化吸热过程
利用热泵压缩机的气化段换热器与待冷却湿热气体进行热交换， 湿热气体流经气化段换热器冷凝，气化段换热器设有温度监控仪，热泵压缩机冷媒介质运输管道设有节流阀A，温度监控仪与节流阀A共同控制冷媒介质的流量，冷凝液回收储罐收集液化的溶剂，通过调整热泵压缩机冷媒介质的气化量控制湿热气体的温度来控制气体绝对湿度；
b.液化放热过程
利用热泵压缩机的液化段换热器与干冷气体进行热交换，此段设有温度监控仪，热泵压缩机介质管道设有节流阀B，节流阀B与温度控制仪配合控制干冷气体温湿度，通过调整热泵压缩机冷媒介质的气化量控制湿热气体的温度来控制气体绝对湿度。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述干冷气体进行热交换的液化段换热器还配有外源热源，外源热源与液化段换热器并联电性连接或设置在气化段换热器与液化段换热器之间的气体输送管道上。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于所述外源热源为电加热器。
4.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于所述方法适用于洁净区、流化床、包衣机的气体与尾气处理。
5.如权利要求1-3所述的方法，其特征在于所述方法采用的热泵压缩机的冷媒介质为R134A、R410A、R404A。
6.一种利用热泵压缩机回收热量及溶剂的设备，用于实现权利要求1-3、权利要求4、权利要求5所述的方法，所述设备包括：
风机段，用于输送气体冷媒介质；
气化段换热器，用于湿热气体中的溶剂冷凝、气体绝对湿度控制；
液化段换热器，用于干冷气体、冷媒介质加热干燥；
温度监控仪，监控冷凝液出口温度或气体的温度；
节流阀，用于调节热泵压缩机冷媒介质的流量；
热泵压缩机，用于提供驱动能，将低温低压的气态冷媒介质变为高温高压介质；
冷凝液回收储罐，用于回收冷凝后的溶剂。
7.如权利要求6所述的设备，其特征在于液化换热器与气化换热器通过热泵压缩机连接，气化段换热器与热泵压缩机之间的管道上设有节流阀，换热器配有温度监控仪，节流阀能根据温度监控仪反馈的数据控制阀门的大小。
8.如权利要求1-5所述的方法，其特征在于所述热泵压缩机为封闭式压缩机、半封闭式压缩机。
9.如权利要求6所述的设备，其特征在于所述温度监控仪为电子式温控器、压力式温控器、液涨式温控器中的任意一种。
10.如权利要求6所述的设备，其特征在于所述热泵压缩机的压缩方式为容积型或速度型；调节方式为单级或多级。
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