CN111578560A - 直通式热泵 - Google Patents

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Abstract

一种直通式热泵，属于余热利用技术领域。本发明解决了现有的吸收式热泵无法利用工业污废水作为余热热源的问题。所述布膜室与所述冷剂水室之间通过若干第一换热管连通，其中布膜室连通设置有冷剂水管，冷剂水通过所述冷剂水管进入换热室内，所述换热腔与所述闪蒸室的上部之间开设有第二蒸汽通道，蒸发器的上部连通设置有真空泵，通过真空泵将闪蒸室内部及换热腔内部抽真空，污废水通过污废水进水管连通进入闪蒸室内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽通过第二蒸汽通道进入换热腔内，与第一换热管内的冷剂水进行换热，冷剂水降膜蒸发，蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道进入吸收器，闪蒸后的污废水通过污废水退水管排出。

Description

直通式热泵
技术领域
本发明涉及直通式热泵，属于余热利用技术领域。
背景技术
在冶金、煤化工、盐化工等多种工业生产过程中，都存在大量的中低温工艺循环冷却水或工艺废水，其中含有大量的余热(例如：钢铁厂转炉烟气湿法除尘过程中用于净化和冷却烟气的水称为转炉除尘水，转炉除尘水现有工艺的冷却是经冷却塔散热，一个普通转炉的除尘水流量每小时就高达500吨，在冷却塔按降温10度计算，散失热量就将近6MW)。但这部分热量因为温度较低，在余热回收供暖或工业回用时无法满足温度需求。工程上常使用热泵提升热品质后使用，但目前的吸收式热泵仅能使用于清洁水工况，即，进入热泵蒸发器的余热热源水只能是无腐蚀性，不会在换热器表面结垢的清洁水；而工业上大部分工艺循环冷却水或工艺废水都是具有腐蚀性、易沉积、易结垢的的污废水，这部分废水无法进行余热能回收造成了大量的工业余热白白浪费。
发明内容
本发明是为了解决现有的吸收式热泵无法利用工业污废水作为余热热源的问题，进而提供了一种直通式热泵。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
直通式热泵，它包括蒸发器、吸收器、冷凝器及发生器，蒸发器与吸收器之间开设有第一蒸汽通道，
所述蒸发器包括闪蒸室及换热室，所述换热室包括换热腔、位于换热腔内的若干第一换热管及位于换热腔上方的布膜室及位于下方的冷剂水室，且所述布膜室与所述冷剂水室之间通过若干第一换热管连通，其中布膜室连通设置有冷剂水管，冷剂水通过所述冷剂水管进入换热室内，所述换热腔与所述闪蒸室的上部之间开设有第二蒸汽通道，
蒸发器的上部连通设置有真空泵，通过真空泵将闪蒸室内部及换热腔内部抽真空，污废水通过污废水进水管连通进入闪蒸室内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽通过第二蒸汽通道进入换热腔内，与第一换热管内的冷剂水进行换热，冷剂水降膜蒸发，蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道进入吸收器，闪蒸后的污废水通过污废水退水管排出。
进一步地，换热室的下部连通设置有第一冷剂水泵。
进一步地，闪蒸室的中部水平布置有除雾器。
进一步地，换热腔的下部连通设置有冷凝水泵。
进一步地，所述污废水退水管水平设置在闪蒸室的下部或底部。
进一步地，所述吸收器包括溶液喷淋器、第二换热管、第一进水管、第一退水管及位于吸收器下部的第一溶液池，其中第一进水管和第一退水管分别外接在第二换热管的进口和出口；所述发生器包括第三换热管、第二进水管、第二退水管及位于发生器下部的第二溶液池，其中第二进水管和第二退水管分别外接在第三换热管的进口和出口；所述冷凝器包括第四换热管、第三进水管、第三退水管及位于冷凝器下部的冷剂水池，其中第三进水管和第三退水管分别外接在第四换热管的进口和出口；第二溶液池中的浓溶液通过第二溶液泵及溶液喷淋器进入吸收器，第一溶液池中的稀溶液通过第一溶液泵进入发生器，发生器与冷凝器之间开设有第三蒸汽通道。
进一步地，所述闪蒸室包括位于上部的蒸汽腔及位于下部的闪蒸腔，所述污废水进水管水平布置且连通设置在闪蒸腔的上部。
进一步地，所述闪蒸室包括位于上部的蒸汽腔及位于下部的闪蒸腔，所述污废水进水管竖直布置且其底端位于闪蒸腔内。
进一步地，所述换热室位于所述冷凝器的正上方，所述吸收器位于所述发生器的正上方。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
利用本申请中的蒸发器，能够使工业污废水直接进入蒸发器的闪蒸腔后发生闪蒸，使原本腐蚀性强、易造成结垢堵塞的污废水转化为清洁蒸汽，再通过闪蒸蒸汽将热量传递出来，从而实现了工业废水的高效清洁利用。通过将蒸发器换热管竖直布置,使冷剂水通过布膜器的作用在管内形成液膜,冷剂水在管内降膜蒸发,闪蒸蒸汽在换热管外冷凝放热,有利于闪蒸蒸汽的流通,从而提高蒸发器的换热效率。
污废水闪蒸后的蒸汽向上运动直接进入蒸发器内参与换热，有效减少闪蒸蒸汽的热量损失，大大提高了热泵的工作效率。
附图说明
图1为本申请的俯视示意图(各管路连接结构未示出)；
图2为图1的A-A向剖视示意图(包含部分管路连接结构)；
图3为图1的B-B向剖视示意图(包含部分管路连接结构)；
图4为图1的C-C向剖视示意图(各管路连接结构未示出)。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～4说明本实施方式，直通式热泵，它包括蒸发器1、吸收器2、冷凝器3及发生器4，蒸发器1与吸收器2之间开设有第一蒸汽通道5，
所述蒸发器1包括闪蒸室及换热室，所述换热室包括换热腔1-1、位于换热腔1-1内的若干第一换热管1-2及位于换热腔1-1上方的布膜室1-15及位于下方的冷剂水室1-3，两个所述冷剂水室1-3之间通过若干第一换热管1-2连通，其中布膜室1-15连通设置有冷剂水管1-4，冷剂水通过所述冷剂水管1-4进入换热室内，所述换热腔1-1与所述闪蒸室的上部之间开设有第二蒸汽通道1-5，
蒸发器1的上部连通设置有真空泵1-6，通过真空泵1-6将闪蒸室内部及换热腔1-1内部抽真空，污废水通过污废水进水管1-7连通进入闪蒸室内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽通过第二蒸汽通道1-5进入换热腔1-1内，与第一换热管1-2内的冷剂水进行换热，冷剂水降膜蒸发，蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道5进入吸收器2，闪蒸后的污废水通过污废水退水管1-8排出。
若干第一换热管1-2相互平行且均竖直布置。冷剂水通过冷剂水管1-4进入布膜室1-15，然后通过布膜室1-15底端的布膜器1-16的作用分布在若干第一换热管1-2内，降膜蒸发剩余冷剂水进入冷剂水室1-3，在经过第一换热管1-2的过程中与管外的闪蒸蒸汽进行换热。所述另一个冷剂水室1-3用于冷剂水的储存。
通过真空泵1-6抽气使闪蒸室内保持负压状态。
污废水退水管1-8上连通设置有污废水排放泵1-9，便于闪蒸室内的污废水排出。
污废水进水管1-7为直管或锥形管。
污废水闪蒸蒸汽进入壳程，冷剂水在蒸发器1内进入管程，在管内发生降膜蒸发。
利用本申请中的蒸发器1，能够使工业污废水可以直接进入蒸发器1的闪蒸腔1-14后发生闪蒸，使原本腐蚀性强、易造成结垢堵塞的污废水转化为清洁蒸汽，再通过闪蒸蒸汽将热量传递出来，从而实现了工业废水的高效清洁利用。
本申请中所述的吸收器2、发生器4、冷凝器3的内部结构及各结构之间的连接关系均可采用现有技术中的结构及连接关系，工作原理也与现有技术相同。
换热室的下部连通设置有第一冷剂水泵1-10。如此设计，通过设置第一冷剂水泵1-10，实现换热室内部冷剂水的排出，排出的冷剂水通过管路连通至冷剂水管1-4循环利用。
闪蒸室的中部水平布置有除雾器1-11。用以去除蒸汽内携带的小液滴，闪蒸后的蒸汽经过除雾器1-11后进入闪蒸室上部，并与第一换热管1-2内部的冷剂水进行换热。
换热腔1-1的下部连通设置有冷凝水泵1-12。便于换热过程中产生的冷凝水的排出。
所述污废水退水管1-8水平设置在闪蒸室的下部或底部。
所述吸收器2包括溶液喷淋器2-1、第二换热管2-2、第一进水管2-3、第一退水管2-4及位于吸收器2下部的第一溶液池2-5，其中第一进水管2-3和第一退水管2-4分别外接在第二换热管2-2的进口和出口；所述发生器4包括第三换热管4-1、第二进水管4-2、第二退水管4-3及位于发生器4下部的第二溶液池4-4，其中第二进水管4-2和第二退水管4-3分别外接在第三换热管4-1的进口和出口；所述冷凝器3包括第四换热管3-1、第三进水管3-2、第三退水管3-3及位于冷凝器3下部的冷剂水池3-4，其中第三进水管3-2和第三退水管3-3分别外接在第四换热管3-1的进口和出口；第二溶液池4-4中的浓溶液通过第二溶液泵7及溶液喷淋器2-1进入吸收器2，第一溶液池2-5中的稀溶液通过第一溶液泵6进入发生器4，发生器4与冷凝器3之间开设有第三蒸汽通道8。在吸收器2内，由第一蒸汽通道5进入的蒸汽，遇到溶液喷淋器2-1喷淋的溴化锂浓溶液，蒸汽被浓溴化锂吸收，使得溴化锂浓溶液变为溴化锂稀溶液，落入第一溶液池2-5。溶液喷淋器2-1布置在吸收器2的上部，用于喷淋溴化锂浓溶液。第二换热管2-2的作用是吸热，回收热量的同时降低溴化锂浓溶液的温度，从而使溴化锂浓溶液能吸收更多的水蒸汽。
吸收器2内的溴化锂稀溶液通过第一溶液泵6进入发生器4。在发生器4内，驱动热源通过第二进水管4-2进入第三换热管4-1，从第二退水管4-3流出，使冷剂水蒸发，溴化锂稀溶液再次变为浓溶液，通过第二溶液泵7回到吸收器2内。
第四换热管3-1的进、出口分别连通第三进水管3-2及第三退水管3-3，发生器4内蒸发的冷剂水蒸汽，通过第二蒸汽通道1-5进入冷凝器3，将热量传递给第四换热管3-1，从而将余热热量及驱动热量传递给第四换热管3-1内的待加热液，实现余热回收，同时第二蒸汽通道1-5流过来的蒸汽凝结，冷凝后的冷剂水落入冷剂水池3-4，再通过第二冷剂水泵9送回蒸发器1喷淋，完成整个循环。
所述换热室位于所述冷凝器3的正上方，所述吸收器2位于所述发生器4的正上方。
具体实施方式二：结合图1～4说明本实施方式，所述闪蒸室包括位于上部的蒸汽腔1-13及位于下部的闪蒸腔1-14，所述污废水进水管1-7水平布置且连通设置在闪蒸腔1-14的上部。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1～4说明本实施方式，所述闪蒸室包括位于上部的蒸汽腔1-13及位于下部的闪蒸腔1-14，所述污废水进水管1-7竖直布置且其底端位于闪蒸腔1-14内。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。
工作原理：
本申请的污废水直热式热泵的运行过程：
驱动热源是高温蒸汽或热水，当溴化锂稀溶液在发生器4内受到驱动热源的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器4内的溴化锂稀溶液浓度不断升高，变成溴化锂浓溶液，然后通过第二溶液泵7进入吸收器2；
汽化后产生的水蒸汽通过第三蒸汽通道8进入冷凝器3，被冷凝器3内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水，即冷剂水；
冷凝器3内的冷剂水进入蒸发器1，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器1内第一换热管1-2的热量。为了强化蒸发器1内的水蒸发，设有第二冷剂水泵9，使冷剂水强制循环，与第一冷剂水泵1-10输送的冷剂水一同进入蒸发器内；在此过程中，冷剂水蒸汽进入吸收器2，被吸收器2内的溴化锂浓溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由第一溶液泵6送回发生器4。
本申请中蒸发器1的工作原理：
污废水通过污废水进水管1-7进入蒸发器1的闪蒸腔1-14内闪蒸，污废水闪蒸汽化后热量降低，这部分热量通过闪蒸蒸汽带出。
闪蒸蒸汽向上通过除雾器1-11，去除蒸汽内携带的小液滴后，经过蒸汽腔1-13及及第二蒸汽通道1-5进入换热腔1-1内，通过第一换热管1-2的壁面将热量传递给管内的冷剂水(该冷剂水是通过布膜器1-16在第一换热管1-2内形成均匀的液膜)，管外的闪蒸蒸汽冷凝成水，集中在换热腔1-1下部，通过冷凝水泵1-12排出。第一换热管1-2内的冷剂水降膜蒸发，冷剂水蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道5，进入吸收器2。从第一换热管1-2内流下的冷剂水落到下方的冷剂水室1-3中，再通过第一冷剂水泵1-10回送到冷剂水管1-4。
具体实施方式四：结合图1～4说明本实施方式，本申请可应用于工业节能环保领域，如用于湿法脱硫浆液、钢厂转炉除尘水、造纸中段水等工业循环废水的余热回收。
本申请在余热回收的同时可回收与余热量相匹配的清洁闪蒸冷凝水，在脱硫浆液余热回收时不破坏脱硫塔原有水平衡。
本申请还可用于湿法脱硫后烟气的余热回收，具体应用方法为：将湿法脱硫塔内循环的脱硫浆液全部或部分直接引入本申请蒸发器1的闪蒸室中，通过蒸发器1提取脱硫浆液余热，提取余热后浆液温度降低，低温浆液通过污废水退水管1-8返回冷却塔原喷淋层喷淋烟气，浆液吸收烟气热量后温度升高回到脱硫塔集水池，之后再由脱硫塔循环水泵提升至本申请蒸发器1中提取余热，如此循环从而不断回收烟气余热；本申请的热泵不仅能够回收脱硫后烟气余热，同时将烟气中的凝结水通过本申请从浆液中闪蒸出来，这样即达到了节水目的，又不破坏原脱硫系统的水平衡，另外，通过本申请回收余热使浆液温度降低后再回到脱硫塔内喷淋，可进一步降低烟气排烟温度，同时降低烟气含水量，达到烟气脱白目的。

Claims (9)

1.一种直通式热泵，它包括蒸发器(1)、吸收器(2)、冷凝器(3)及发生器(4)，其特征在于：蒸发器(1)与吸收器(2)之间开设有第一蒸汽通道(5)，
所述蒸发器(1)包括闪蒸室及换热室，所述换热室包括换热腔(1-1)、位于换热腔(1-1)内的若干第一换热管(1-2)及位于换热腔(1-1)上方的布膜室(1-15)及位于下方的冷剂水室(1-3)，两个所述冷剂水室(1-3)之间通过若干第一换热管(1-2)连通，其中布膜室(1-15)连通设置有冷剂水管(1-4)，冷剂水通过所述冷剂水管(1-4)进入换热室内，所述换热腔(1-1)与所述闪蒸室的上部之间开设有第二蒸汽通道(1-5)，
蒸发器(1)的上部连通设置有真空泵(1-6)，通过真空泵(1-6)将闪蒸室内部及换热腔(1-1)内部抽真空，污废水通过污废水进水管(1-7)连通进入闪蒸室内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽通过第二蒸汽通道(1-5)进入换热腔(1-1)内，与第一换热管(1-2)内的冷剂水进行换热，冷剂水降膜蒸发，蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道(5)进入吸收器(2)，闪蒸后的污废水通过污废水退水管(1-8)排出。
2.根据权利要求1所述的直通式热泵，其特征在于：换热室的下部连通设置有第一冷剂水泵(1-10)。
3.根据权利要求1或2所述的直通式热泵，其特征在于：闪蒸室的中部水平布置有除雾器(1-11)。
4.根据权利要求3所述的直通式热泵，其特征在于：换热腔(1-1)的下部连通设置有冷凝水泵(1-12)。
5.根据权利要求1、2或4所述的直通式热泵，其特征在于：所述污废水退水管(1-8)水平设置在闪蒸室的下部或底部。
6.根据权利要求5所述的直通式热泵，其特征在于：所述吸收器(2)包括溶液喷淋器(2-1)、第二换热管(2-2)、第一进水管(2-3)、第一退水管(2-4)及位于吸收器(2)下部的第一溶液池(2-5)，其中第一进水管(2-3)和第一退水管(2-4)分别外接在第二换热管(2-2)的进口和出口；所述发生器(4)包括第三换热管(4-1)、第二进水管(4-2)、第二退水管(4-3)及位于发生器(4)下部的第二溶液池(4-4)，其中第二进水管(4-2)和第二退水管(4-3)分别外接在第三换热管(4-1)的进口和出口；所述冷凝器(3)包括第四换热管(3-1)、第三进水管(3-2)、第三退水管(3-3)及位于冷凝器(3)下部的冷剂水池(3-4)，其中第三进水管(3-2)和第三退水管(3-3)分别外接在第四换热管(3-1)的进口和出口；第二溶液池(4-4)中的浓溶液通过第二溶液泵(7)及溶液喷淋器(2-1)进入吸收器(2)，第一溶液池(2-5)中的稀溶液通过第一溶液泵(6)进入发生器(4)，发生器(4)与冷凝器(3)之间开设有第三蒸汽通道(8)。
7.根据权利要求1、2、4或6所述的直通式热泵，其特征在于：所述闪蒸室包括位于上部的蒸汽腔(1-13)及位于下部的闪蒸腔(1-14)，所述污废水进水管(1-7)水平布置且连通设置在闪蒸腔(1-14)的上部。
8.根据权利要求1、2、4或6所述的直通式热泵，其特征在于：所述闪蒸室包括位于上部的蒸汽腔(1-13)及位于下部的闪蒸腔(1-14)，所述污废水进水管(1-7)竖直布置且其底端位于闪蒸腔(1-14)内。
9.根据权利要求1、2、4或6所述的直通式热泵，其特征在于：所述换热室位于所述冷凝器(3)的正上方，所述吸收器(2)位于所述发生器(4)的正上方。
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