CN111256382A - 一种工业废热回收利用系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业废热回收利用系统，包括热泵机组和保温水箱，所述热泵机组包括环形闭合连接形成热泵循环系统的压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器，其中冷凝器为第一冷凝器和第二冷凝器并联连接形成；所述蒸发器的冷冻水出水端、回水端串接在工业生产线循环冷却水高温水管道中；第一冷凝器的冷却水出口与采暖供水管道连接，第一冷凝器的冷却水进口与采暖回水管道连通；第二冷凝器的冷却水出口与保温水箱的热水进水管道连通，第二冷凝器的冷却水进口与保温水箱的出水管道连通。这种系统可以把工业生产过程中产生的大量低位、无法用常规方法进一步利用的废热部分进行回收并用于满足日常的生产、生活用热需求，达到节能减排的目的。

Description

一种工业废热回收利用系统
技术领域
本发明涉及可重复利用的废热的回收，尤其涉及用于电解铝化成箔生产线废热回收的一种工业废热回收利用系统。
背景技术
废热回收装置是按照热机的逆卡诺循环，以消耗少量的高位能W作为补偿条件，就可以将工业生产过程中的一个工艺设备产生的多余热量转移到另一个需要用热的工艺设备或其他需要用热的工序，是一种用以加热或者能量转化的装置，同时也是一种经济、环保的热量回收设备。
如在电解铝厂区原有的工业循环冷却水系统中，由冷却塔对化成车间的工业循环冷却水进行冷却降温，冷却塔需要常年运行。在水泵房原化成车间工艺循环冷却水系统上设计有3台1000m3/h的冷却塔。电解铝化成箔生产线工艺要求循环冷却回水通过冷却塔散热降温后变成≤28℃的冷却水又用于工艺设备冷却，工艺低温冷却水经过生产线吸热升温后回水温度约45℃。
另一方面，生产工艺加热工序及车间办公辅房冬季采暖等还需要用蒸汽，蒸汽全部来源于锅炉房，锅炉房安装三台10t燃气锅炉。
在原有的化成箔工艺生产过程中，化成车间的工艺循环冷却水持续不断地通过冷却塔向大气排放热量，而在其它工艺生产工序及车间冬季采暖等环节又需要大量的热，这些热量通过燃烧天燃气来满足。
近几年，在全球面临着能源危机和环境污染日益严重的形势下，工业中所赋存热能的有效开发和利用己越来越得到社会各界的认同，并具有明显的节能性、经济性和环保效果以及广阔的发展前景。
发明内容
本发明的目的是针对上述情况，提供一种工业废热回收利用系统，这种系统可以把工业生产过程中产生的大量低位、无法用常规方法进一步利用的废热部分或是全部进行回收并用于满足日常的生产、生活用热需求。本发明是将电解铝化成箔生产过程中排放的废热回收、有效利用，最终达到节能减排的目的。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种工业废热回收利用系统，包括
热泵机组，所述热泵机组包括环形闭合连接形成热泵循环系统的压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器，其中冷凝器为第一冷凝器和第二冷凝器并联连接形成；
保温水箱，所述保温水箱包括与该水箱内腔相连通的热水进水管道和出水管道、以及常温水进水管道和卫生热水出水管道；
所述蒸发器的冷冻水出水端、回水端串接在工业生产线循环冷却水高温水管道中；
第一冷凝器的冷却水出口与采暖供水管道连接，第一冷凝器的冷却水进口与采暖回水管道连通；
第二冷凝器的冷却水出口与保温水箱的热水进水管道连通，第二冷凝器的冷却水进口与保温水箱的出水管道连通。
所述压缩机为半封闭式螺杆压缩机，为多机头并联机组。
所述采暖回水管道设有第一水泵，以使管道内水流从高温向低温方向流动；所述保温水箱的出水管道设有第二水泵，以使管道内水流从高温向低温方向流动；所述卫生热水出水管道设有第三水泵，以使管道内水流从高温向低温方向流动。
谷价电时段主要运行全热回收功能，一方面通过蒸发器冷却工业生产线循环冷却水高温水管道中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过第一冷凝器两端外接的采暖供水管道、采暖回水管道向外界提供供暖热水；
平价或高峰电价时段主要运行部分热回收功能，一方面通过蒸发器冷却工业生产线循环冷却水高温水管道中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过与第二冷凝器连通的保温水箱向外界提供卫生热水。
同一构思下的技术方案：
一种工业废热回收利用系统，包括
热泵机组，所述热泵机组包括环形闭合连接形成热泵循环系统的压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器，其中冷凝器为第一冷凝器和第二冷凝器并联连接形成；
换热器，所述换热器包括换热器设有的第一流道和第二流道；
所述蒸发器的冷冻水出水端、回水端串接在工业生产线循环冷却水高温水管道中；
第一冷凝器的冷却水出口与采暖供水管道连接，第一冷凝器的冷却水进口与采暖回水管道连通；
第二冷凝器的冷却水进口与换热器第一流道的一个端口连通，第二冷凝器的冷却水出口与换热器第一流道的另一个端口连通；换热器第二流道的一个端口与锅炉常温给水管道连通，另一个端口与除氧补水管道连通，除氧补水管道与除氧器连通。
所述压缩机为半封闭式螺杆压缩机，为多机头并联机组。
所述锅炉常温给水管道设有第四水泵，以使水流向换热器方向流动。
所述换热器为板式换热器。
平价或高峰电价时段主要运行部分热回收功能，一方面通过蒸发器冷却工业生产线循环冷却水高温水管道中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过与第二冷凝器连通的换热器提供除氧器用预热水；
谷价电时段主要运行全热回收功能，一方面通过蒸发器冷却工业生产线循环冷却水高温水管道中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过第一冷凝器两端外接的采暖供水管道、采暖回水管道向外界提供供暖热水。
本发明针对生产线工艺生产条件，在传统热泵机组的基础上将单冷凝器改造为双冷凝器，这样有效地提高了机组换热效率同时减少了机组的体积和减轻了机组的重量，该热泵机组的特性和优点如下：
1、机组主要适用于工业废热回收系统；
2、采用半封闭式螺杆压缩机，而且是多机头并联，这样可根据负载来调节回收的热量；
3、采用双冷凝器分别实现冬季供暖和全年卫生热水及锅炉补水预热；
4、产品采用双冷凝器全热回收及部分热回收设计，谷价电时段主要运行全热回收功能，一边产生生产线工艺冷却水用于工艺冷却或建筑空调，一边最大量的回收废热制取55℃以上的高温热水，而平价或者高峰电价时段主要运行部分热回收功能，系统耗电不增加却可无偿回收机组制热量的15%，均用于洗浴、采暖、锅炉除氧器给水预热等。
附图说明
图1为实施例中现有热泵机组的结构连接示意图；
图2为实施例中本发明工业余热回收型热泵机组结构连接示意图；
图3为实施例中本发明工业废热回收利用系统采暖和提供卫生热水的结构示意图；
图4为实施例中现有系统锅炉通过除氧器补水的结构连接示意图；
图5为实施例中本发明工业废热回收利用系统采暖和提供除氧器预热水的结构示意图；
图6为实施例中本发明工业废热回收利用系统采暖、提供卫生热水和提供除氧器预热水的结构示意图。
图中，1.压缩机 2.冷凝器 3.节流阀 4.蒸发器 5.电动机 6.第一冷凝器7.第二冷凝器8.保温水箱 9.热水进水管道 10.出水管道 11.常温水进水管道 12.卫生热水出水管道 13.循环冷却水高温水管道 14.采暖供水管道 15.采暖回水管道 16.第一水泵 17.第二水泵 18.第三水泵 19.生产线 20.除氧器 21.蒸汽锅炉 22.锅炉高温补水管道 23.除氧补水管道 24.蒸汽输出管道 25.蒸汽返回管道 26.第六水泵 27.换热器 28.第一流道 29.第二流道 30.锅炉常温给水管道 31.第四水泵 32.第五水泵 33.冷却塔 34.阀门。
箭头表示水流方向。
具体实施方式
实施例：
本发明以对电解铝化成箔生产线化成车间产生的废热量的回收利用为实施例，结合附图，详细阐述本发明内容，但不是对本发明的限定。
经对电解铝化成箔生产线原工艺循环冷却水系统详细的研究分析，确定原工艺循环冷却水冷却排热系统中具有水流量大、水温恒定且供回水的温差悬殊等特点；而在另一方面，锅炉补水系统中需要水量稳定且温度较高的稳定供水来源；冬季生产车间和生产辅助设施采暖及厂区浴室卫生热水等均需要稳定的热源供应。
如果通过热泵技术回收排放入大气的热量并转移到需要用热的环节，必将大大降低一次能源消耗，降低生产成本。
因此根据原系统与热泵系统特点，为达到节能减排的目的，采用工业热泵方案进行项目改造。如图1所示，现有的热泵机组包括环形闭合连接形成热泵循环系统的压缩机1、蒸发器4、节流阀3和冷凝器2，循环管道中加有冷媒，压缩机1与电动机5连接。
对生产厂区水泵房的冷却塔的运行参数与锅炉房的锅炉给水量、水温、水质、供水情况及各生产车间的采暖系统等进行了详尽的调研，对收集的资料进行了详细的研究分析最终确定了系统改造方案。
针对电解铝化成箔生产线化成车间产生的废热量的特点拟定工业热泵系统的热回收运行温度最高在55-75℃之间，过高的话会造成系统运行不稳定；工业热泵系统的热回收水流量最好是保持在450m3/h以上，否则热回收流量过低，整个节能系统的经济回收周期太长，经济价值就不太合算。
如图2、图3所示，一种工业废热回收利用系统，包括
热泵机组，所述热泵机组包括环形闭合连接形成热泵循环系统的压缩机1、蒸发器4、节流阀3和冷凝器2，其中冷凝器2为第一冷凝器6和第二冷凝器7并联连接形成；
保温水箱8，所述保温水箱8包括与该水箱内腔相连通的热水进水管道9和出水管道10、以及常温水进水管道11和卫生热水出水管道12；
所述蒸发器4的冷冻水出水端、回水端串接在工业生产线循环冷却水高温水管道13中；
第一冷凝器6的冷却水出口与采暖供水管道14连接，第一冷凝器6的冷却水进口与采暖回水管道15连通；
第二冷凝器7的冷却水出口与保温水箱8的热水进水管道9连通，第二冷凝器7的冷却水进口与保温水箱8的出水管道10连通。
所述压缩机为半封闭式螺杆压缩机，为多机头并联机组。
所述蒸发器4为板式蒸发器、壳管式蒸发器或者套管式蒸发器。
所述采暖回水管道15设有第一水泵16，以使管道内水流从高温向低温方向流动；所述保温水箱8的出水管道10设有第二水泵17，以使管道内水流从高温向低温方向流动；所述卫生热水出水管道12设有第三水泵18，以使管道内水流从高温向低温方向流动。
进入保温水箱8的热水进水管道9口设置在保温水箱8一侧的上部，出水管道10口与热水进水管道9口同侧设置在保温水箱8的下部；常温水进水管道11口设置在保温水箱8另一侧的上部，卫生热水出水管道12口与常温水进水管道11口同侧设置在保温水箱8的下部，以使保温水箱8内不同温度的水混合均匀。
谷价电时段主要运行全热回收功能，一方面通过蒸发器4冷却工业生产线循环冷却水高温水管道13中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过第一冷凝器6两端口外接的采暖供水管道14、采暖回水管道15向外界提供供暖热水；
平价或高峰电价时段主要运行部分热回收功能，一方面通过蒸发器4冷却工业生产线循环冷却水高温水管道13中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过与第二冷凝器7连通的保温水箱8向外界提供卫生热水。
如图3所示，工作时，蒸发器4串接在电解铝工艺生产线19循环冷却水高温水管道13中，蒸发器4的进水端为45℃的需要进行冷却的循环冷却水，经过蒸发器4的降温后，蒸发器4的出水端为28℃的循环冷却水，供电解铝工艺生产线进行循环冷却使用；第一冷凝器6通过采暖供水管道14和采暖回水管道15形成采暖热水的循环，通过第一水泵16使管道内水流从高温向低温方向流动，使采暖供水和采暖回水形成水流循环，并通过采暖供水管道14向外输出60℃的采暖用热水，采暖回水管道15中水温为50℃；第二冷凝器7与保温水箱8通过热水进水管道9、出水管道10形成洗浴卫生热水的加热循环，通过第二水泵17使管道内水流从高温向低温方向流动，使保温水箱8热水进水和出水形成水流循环，从第二冷凝器7出水端流出55℃的热水通过热水进水管道9进入保温水箱8，保温水箱8与第二冷凝器7进水端连接的出水管道10中的低温水温度为20℃；保温水箱8通过卫生热水出水管道12和第三水泵18向外提供50℃的洗浴用卫生热水，并通过常温水进水管道11进行补水。
同一构思下的技术方案：
生产工艺加热工序及车间办公辅房冬季采暖等还需要用蒸汽，蒸汽全部来源于锅炉房，锅炉房安装三台10t燃气锅炉。如图4所示，现有系统锅炉补水工艺流程的结构，包括除氧器20，蒸汽锅炉21的锅炉高温补水管道22与除氧器20的出水端连接，除氧器20的进水端与除氧补水管道23连接，除氧补水管道23连接常温水进行补水，蒸汽锅炉21的蒸汽输出管道24通过蒸汽返回管道25与除氧器20连接，蒸汽返回管道25内为0.8MPa的蒸汽，以使除氧器20内的锅炉补水升温到104℃，锅炉高温补水管道22设有第六水泵26，以使水流向蒸汽锅炉21的补水进水端流动。
如图2、图5所示，一种工业废热回收利用系统，包括
热泵机组，所述热泵机组包括环形闭合连接形成热泵循环系统的压缩机1、蒸发器4、节流阀3和冷凝器2，其中冷凝器2为第一冷凝器6和第二冷凝器7并联连接形成；
换热器27，所述换热器27包括换热器27设有的第一流道28和第二流道29；
所述蒸发器4的冷冻水出水端、回水端串接在工业生产线循环冷却水高温水管道13中；
第一冷凝器6的冷却水出口与采暖供水管道14连接，第一冷凝器6的冷却水进口与采暖回水管道15连通；
第二冷凝器7的冷却水进口与换热器27第一流道28的一个端口连通，第二冷凝器7的冷却水出口与换热器27第一流道28的另一个端口连通；换热器27第二流道29的一个端口与锅炉常温给水管道30连通，另一个端口与除氧补水管道23连通，除氧补水管道23与除氧器20连通。
所述压缩机1为半封闭式螺杆压缩机，为多机头并联机组。
所述锅炉常温给水管道30设有第四水泵31，以使水流向换热器27方向流动。
所述换热器27为板式换热器。
平价或高峰电价时段主要运行部分热回收功能，一方面通过蒸发器4冷却工业生产线循环冷却水高温水管道13中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过与第二冷凝器7连通的换热器27提供除氧器20用预热水；
谷价电时段主要运行全热回收功能，一方面通过蒸发器4冷却工业生产线循环冷却水高温水管道13中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过第一冷凝器6两端口外接的采暖供水管道14、采暖回水管道15向外界提供供暖热水。
如图5所示，工作时，蒸发器4串接在电解铝工艺生产线19循环冷却水高温水管道13中，蒸发器4的进水端为45℃的需要进行冷却的循环冷却水，经过蒸发器4的降温后，蒸发器4的出水端为28℃的低温循环冷却水，供电解铝工艺生产线进行循环冷却使用；第一冷凝器6通过采暖供水管道14和采暖回水管道15形成采暖热水的循环，通过第一水泵16使管道内水流从高温向低温方向流动，使采暖供水和采暖回水形成水流循环，并通过采暖供水管道14向外输出约60℃的采暖用热水，采暖回水管道15中水温约为50℃；第二冷凝器7与换热器27的第一流道28形成闭合环形连接，通过第二水泵17使管道内水流从高温向低温方向流动，形成水流循环，从第二冷凝器7出水端流出约55℃的热水进入换热器第一流道28，流出低温水温度约为20℃，通过第四水泵31使锅炉常温给水管道30内的常温水进入换热器第二流道29，第二流道29出水端输出约50℃的水通过除氧补水管道23连接到除氧器20的进水端，并通过第五水泵32使水流向除氧器20进水端流动，除氧器20出水端与蒸汽锅炉21的补水端通过锅炉高温补水管道22连接，并通过第六水泵26使锅炉高温补水管道22内的水流向蒸汽锅炉21的补水端流动。
如图6所示，换热器第一流道28的进水端、出水端与保温水箱8加热用的热水进水管道9和出水管道10连接后，与第二冷凝器7形成闭合的水流循环，换热器27和保温水箱8均通过第二水泵17使水流流动起来，在使用中，可以通过阀门关闭与换热器27或保温水箱8连通的管道，使本系统只运行换热器27或保温水箱8，也可以打开阀门，使换热器27和保温水箱8同时运行。
另外，如图3、图5、图6所示，第一冷凝器6、第二冷凝器7的冷却水循环管道接入原有的冷却塔33冷却水循环管道中，并在冷却塔33的冷却水循环管道上设置阀门34，当需要提供采暖、对保温水箱8的卫生热水、对除氧器20的补水进行加热时，阀门34关闭，第一冷凝器6和第二冷凝器7的循环冷却水不通过冷却塔33散热；当不需要提供采暖、对保温水箱8的卫生热水、对除氧器20的补水进行加热时，阀门34打开，并关闭进入第一、第二冷凝器的采暖、保温水箱8、除氧器20补水的冷凝器冷却水循环，第一冷凝器6和第二冷凝器7的循环冷却水通过冷却塔33散热，不影响生产线的循环冷却水降温。
在本实施例中，现有的电解铝化成箔生产线化成车间夏季的工艺循环冷却水吸收生产过程中释放的热量由大约28℃升至大约45℃，升温后工艺循环冷却水通过冷却塔使工艺循环冷却水由45℃又降至28℃进行再次循环，最终热量由冷却塔释放到大气中；而另一方面车间生产需要消耗大量的蒸汽；锅炉房常温的软化水要经过蒸汽预热至104℃并经除氧器20除氧后才能进入蒸汽锅炉21。这种情况造成了一边放热，而另一边却需补热的不合理的能源利用构架。
本发明在完成工艺冷却的同时通过间歇地利用机组的部分热回收和完全热回收功能回收冷却过程中所排放出的热量，不但可满足冬季全厂各单项工程的热水采暖系统，而且还可以全年制备大约55℃的洗浴用卫生热水供全厂员工淋浴用，以及使原有的进入除氧器20的软化水由大约15℃、20℃、25℃的较低温度的水加热至大约55℃，从而可大大减少了蒸汽消耗，节省了燃气用量，实现了能量的有序利用。另外，20-28℃的工艺循环冷却水不再经过冷却塔冷却，而是直接进入工业热泵机组蒸发器4，这样可以使机组的能效比大大的提高，即机组在制取相同冷量时耗电量大幅度降低，降低系统的耗能。
具体地，本发明
1、通过加热冬季采暖回水，可节约热水采暖系统换热用的蒸汽，从而大大减少冬季采暖蒸汽用量，进而节省燃气；
2、通过加热洗浴卫生热水，可节约制备卫生热水换热用的蒸汽，从而节约蒸汽用量；
3、通过预热进入除氧器20的锅炉软化水，可节省预热锅炉补水用的蒸汽，从而节约蒸汽成本；
4、通过低温冷却水直接供给生产线进行冷却水循环，可节约原冷却塔系统循环水泵的费用；
5、通过工业热泵系统的循环运行，可节约系统内循环补充水费用。
采用本发明的工业热泵技术可减少原冷却散热装置向大气环境排热的热污染；减少生产低压蒸汽时燃气所排放的燃烧废气量；减少SO2﹑烟尘等有毒有害气体排放量；减少净水的用量，对于保护环境、保护生态平衡也有一定的社会效益。

Claims (9)

1.一种工业废热回收利用系统，其特征在于，包括
热泵机组，所述热泵机组包括环形闭合连接形成热泵循环系统的压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器，其中冷凝器为第一冷凝器和第二冷凝器并联连接形成；
保温水箱，所述保温水箱包括与该水箱内腔相连通的热水进水管道和出水管道、以及常温水进水管道和卫生热水出水管道；
所述蒸发器的冷冻水出水端、回水端串接在工业生产线循环冷却水高温水管道中；
第一冷凝器的冷却水出口与采暖供水管道连接，第一冷凝器的冷却水进口与采暖回水管道连通；
第二冷凝器的冷却水出口与保温水箱的热水进水管道连通，第二冷凝器的冷却水进口与保温水箱的出水管道连通。
2.根据权利要求1所述的工业废热回收利用系统，其特征在于，所述压缩机为半封闭式螺杆压缩机，为多机头并联机组。
3.根据权利要求1所述的工业废热回收利用系统，其特征在于，所述采暖回水管道设有第一水泵，以使管道内水流从高温向低温方向流动；所述保温水箱的出水管道设有第二水泵，以使管道内水流从高温向低温方向流动；所述卫生热水出水管道设有第三水泵，以使管道内水流从高温向低温方向流动。
4.根据权利要求1所述的工业废热回收利用系统，其特征在于，
谷价电时段主要运行全热回收功能，一方面通过蒸发器冷却工业生产线循环冷却水高温水管道中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过第一冷凝器两端口外接的采暖供水管道、采暖回水管道向外界提供供暖热水；
平价或高峰电价时段主要运行部分热回收功能，一方面通过蒸发器冷却工业生产线循环冷却水高温水管道中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过与第二冷凝器连通的保温水箱向外界提供卫生热水。
5.一种工业废热回收利用系统，其特征在于，包括
热泵机组，所述热泵机组包括环形闭合连接形成热泵循环系统的压缩机、蒸发器、节流阀和冷凝器，其中冷凝器为第一冷凝器和第二冷凝器并联连接形成；
换热器，所述换热器包括换热器设有的第一流道和第二流道；
所述蒸发器的冷冻水出水端、回水端串接在工业生产线循环冷却水高温水管道中；
第一冷凝器的冷却水出口与采暖供水管道连接，第一冷凝器的冷却水进口与采暖回水管道连通；
第二冷凝器的冷却水进口与换热器第一流道的一个端口连通，第二冷凝器的冷却水出口与换热器第一流道的另一个端口连通；换热器第二流道的一个端口与锅炉常温给水管道连通，另一个端口与除氧补水管道连通，除氧补水管道与除氧器连通。
6.根据权利要求5所述的工业废热回收利用系统，其特征在于，所述压缩机为半封闭式螺杆压缩机，为多机头并联机组。
7.根据权利要求5所述的工业废热回收利用系统，其特征在于，所述锅炉常温给水管道设有第四水泵，以使水流向换热器方向流动。
8.根据权利要求5所述的工业废热回收利用系统，其特征在于，所述换热器为板式换热器。
9.根据权利要求5所述的工业废热回收利用系统，其特征在于，平价或高峰电价时段主要运行部分热回收功能，一方面通过蒸发器冷却工业生产线循环冷却水高温水管道中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过与第二冷凝器连通的换热器提供除氧器用预热水；
谷价电时段主要运行全热回收功能，一方面通过蒸发器冷却工业生产线循环冷却水高温水管道中的水，用于对工业生产线循环冷却水进行冷却，给生产线提供循环冷却水；另一方面通过第一冷凝器两端口外接的采暖供水管道、采暖回水管道向外界提供供暖热水。
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