CN111595064B - 污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组 - Google Patents
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Abstract
一种污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，属于余热利用技术领域。本发明解决了现有的压缩式热泵无法利用工业污废水作为余热热源的问题。所述膨胀阀设置在液态工质进口与冷凝器之间的管路上，所述压缩机设置在气态工质出口与冷凝器之间的管路上，第一换热室内布置有若干第一换热管，若干第一换热管的两端分别与第一换热室外部空间连通，污废水通过污废水进水管连通进入闪蒸室内进行闪蒸，闪蒸后得到的蒸汽向上运动并通过若干第一换热管的一端进入第一换热管内，第一换热管内的蒸汽与第一换热管外的工质进行换热，第一换热管内的蒸汽冷凝成水后，经第一换热管的另一端排出，闪蒸后的污废水通过污废水退水管排出蒸发器。
Description
技术领域
本发明涉及污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，属于余热利用技术领域。
背景技术
压缩式热泵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。
在市政污水及工业废水或循环水中有大量的低品位余热可作为热泵的热源，但因这部分污废水中含有大量的悬浮物或溶解性固体，若这些污废水直接进入热泵机组极易发生换热管堵塞、结垢、腐蚀等问题，使热泵机组无法正常运行甚至损坏；目前在利用像市政污水这种含悬浮物及易沉固体量较大的水源作为热源时，通常的解决办法是利用抗堵能力较强的特种换热器或通过过滤去除悬浮物的方式实现污水源热量利用的，但当污废水中有大量的溶解态固体存在时，无论使用上述哪种方式，当废水在换热降温时大量的溶解态固体就会析出，并附着在换热壁面上，造成换热壁面结垢、堵塞或腐蚀，无法实现热量的稳定回收。
如在冶金、煤化工、盐化工等行业在生产过程中，也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，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压缩式热泵无法利用工业污废水作为余热热源的问题，进而提供了一种污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：
一种污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，它包括蒸发器、冷凝器、压缩机及膨胀阀，
所述蒸发器包括位于上部的第一换热室及连通设置在第一换热室下方的闪蒸室，蒸发器的上部连通设置有真空泵，通过真空泵将蒸发器内部抽真空，第一换热室的下部开设有液态工质进口，第一换热室的上部开设有气态工质出口，所述蒸发器通过液态工质进口和气态工质出口与冷凝器连通，所述膨胀阀设置在液态工质进口与冷凝器之间的管路上，所述压缩机设置在气态工质出口与冷凝器之间的管路上，
第一换热室内布置有若干第一换热管，若干第一换热管的两端分别与第一换热室外部空间连通，污废水通过污废水进水管连通进入闪蒸室内进行闪蒸，闪蒸后得到的蒸汽向上运动并通过若干第一换热管的一端进入第一换热管内，第一换热管内的蒸汽与第一换热管外的工质进行换热，第一换热管内的蒸汽冷凝成水后，经第一换热管的另一端排出，闪蒸后的污废水通过污废水退水管排出蒸发器。
进一步地，第一换热室与闪蒸室之间布置有除雾器。
进一步地，第一换热室的外侧布置有冷凝水槽，且所述冷凝水槽与若干第一换热管的另一端连通布置。
进一步地，蒸发器的外部设置有冷凝水泵，且所述冷凝水泵与冷凝水槽连通设置。
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，所述污废水进水管水平布置且连通设置在闪蒸室的上部侧壁。
进一步地，所述污废水进水管竖直布置且其底端位于闪蒸室内。
进一步地，第一换热室的数量为两个，且相对布置在污废水进水管的两侧，闪蒸蒸汽通过两个第一换热室相对的一侧进入第一换热管内进行换热。
进一步地，所述冷凝器包括第二换热室及位于第二换热室两端的待加热液进入室和待加热液流出室，其中第二换热室内布置有若干第二换热管，且待加热液进入室和待加热液流出室之间通过若干第二换热管连通布置，第二换热室的上部通过管路与蒸发器中的气态工质出口连通，第二换热室的下部通过管路与蒸发器中的液态工质进口连通。
本发明与现有技术相比具有以下效果：
通过本申请的压缩式热泵，能够实现含有大量溶解性固体的中低温工业污废水的余热回收利用，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，不仅实现了工业废水的高效清洁利用，而且使废水转变为清洁蒸汽再换热的方式大大提高了换热效率，更有利于低温工业余热的回收利用。
附图说明
图1为本申请的俯视示意图(污废水进水管水平布置的情况下)；
图2为图1的A-A向剖视示意图；
图3为图1的B-B向剖视示意图；
图4为图1的C-C向剖视示意图。
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，污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，它包括蒸发器1、冷凝器2、压缩机3及膨胀阀4，
所述蒸发器1包括位于上部的第一换热室1-1及连通设置在第一换热室1-1下方的闪蒸室1-2，蒸发器1的上部连通设置有真空泵1-3，通过真空泵1-3将蒸发器1内部抽真空，第一换热室1-1的下部开设有液态工质进口1-1-2，第一换热室1-1的上部开设有气态工质出口1-1-1，所述蒸发器1通过液态工质进口1-1-2和气态工质出口1-1-1与冷凝器2连通，所述膨胀阀4设置在液态工质进口1-1-2与冷凝器2之间的管路上，所述压缩机3设置在气态工质出口1-1-1与冷凝器2之间的管路上，
第一换热室1-1内布置有若干第一换热管1-1-3，若干第一换热管1-1-3的两端分别与第一换热室1-1外部空间连通，污废水通过污废水进水管1-4连通进入闪蒸室1-2内进行闪蒸，闪蒸后得到的蒸汽向上运动并通过若干第一换热管1-1-3的一端进入第一换热管1-1-3内，第一换热管1-1-3内的蒸汽与第一换热管1-1-3外的工质进行换热，第一换热管1-1-3内的蒸汽冷凝成水后，经第一换热管1-1-3的另一端排出，闪蒸后的污废水通过污废水退水管1-5排出蒸发器1。所述工质即为低沸点工质。低沸点工质如氟利昂。
冷凝器2通过管路流出液态低沸点工质，经过膨胀阀4节流膨胀，变为低压低温的气液两相流，然后通过蒸发器1的液态工质进口1-1-2进入第一换热室1-1内被加热，变为低沸点工质蒸汽，再经过气态工质出口1-1-1及管道进入压缩机3，变为高温高压低沸点工质蒸汽，进入冷凝器2凝结放热，通过冷凝器2内的第二换热管2-1-1给供暖循环水加热。
蒸发器1与冷凝器2的外形均为卧式箱体。
闪蒸室1-2的外部连通设置有污废水退水泵1-6，且所述污废水退水泵1-6与污废水退水管1-5连通。便于污废水排出。
污废水进水管1-4可以为直管或锥形管，有效避免堵塞。
压缩机3是气态工质压缩机，如气态氟利昂压缩机。
通过真空泵1-3抽气使闪蒸室1-2内部及第一换热管1-1-3内部保持负压状态，即除了换热室内第一换热管1-1-3的外部空间以外，蒸发器1内的其余空间均通过真空泵1-3抽真空
污废水闪蒸蒸汽进入蒸发器1中的管程，低沸点工质进入蒸发器1中的壳程。
通过本申请的压缩式热泵，能够实现让工业污废水直接进入蒸发器1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。
第一换热室1-1与闪蒸室1-2之间布置有除雾器1-7。用以去除蒸汽内携带的小液滴。
第一换热室1-1的外侧布置有冷凝水槽1-8，且所述冷凝水槽1-8与若干第一换热管1-1-3的另一端连通布置。通过冷凝水槽1-8实现第一换热管1-1-3内冷凝水的收集。
蒸发器1的外部设置有冷凝水泵1-9，且所述冷凝水泵1-9与冷凝水槽1-8连通设置。便于冷凝水的排出。
所述污废水退水管1-5水平设置在闪蒸室1-2的下部或底部。当污废水退水管1-5位于闪蒸室1-2下部时，闪蒸室1-2的底面优选为斜面，且斜面的低位端低于污废水退水管1-5布置，更有利于污废水的排出。
污废水进水管1-4可水平布置与可竖直布置，具体如下：
所述污废水进水管1-4水平布置时，其连通设置在闪蒸室1-2的上部侧壁。污废水进水管1-4位于除雾器1-7下方。
所述污废水进水管1-4竖直布置时，其底端位于闪蒸室1-2内。此状态下，污废水进水管1-4可以是穿设在第一换热室1-1内，也可以位于第一换热室1-1的一侧，只要不影响闪蒸蒸汽进入第一换热管1-1-3即可。
所述污废水进水管1-4竖直布置时，第一换热室1-1的数量为两个，且相对布置在污废水进水管1-4的两侧，闪蒸蒸汽通过两个第一换热室1-1相对的一侧进入第一换热管1-1-3内进行换热。
所述冷凝器2包括第二换热室2-1及位于第二换热室2-1两端的待加热液进入室2-2和待加热液流出室2-3，其中第二换热室2-1内布置有若干第二换热管2-1-1，且待加热液进入室2-2和待加热液流出室2-3之间通过若干第二换热管2-1-1连通布置，第二换热室2-1的上部通过管路与蒸发器1中的气态工质出口1-1-1连通，第二换热室2-1的下部通过管路与蒸发器1中的液态工质进口1-1-2连通。位于若干第二换热管2-1-1下方的第二换热室2-1为工质池，用于存储换热后凝结的液态工质。工质池的液态工质通过管路和膨胀阀4回到蒸发器1。若干第二换热管2-1-1构成换热管束，管外是低沸点工质凝结放热，管内流动受热的是待加热液，如供暖用循环水。低温的待加热液从待加热液进液管进入，流经待加热液进入室2-2，进入第二换热管2-1-1内被加热后，流经待加热液流出室2-3从待加热液出液管流出。待加热液进入室2-2的侧壁开设有待加热液进口2-2-1，待加热液流出室2-3的侧壁开设有待加热液出口2-3-1。
工作原理：
污废水通过污废水进水管1-4进入蒸发器1的闪蒸室1-2进行闪蒸，当污废水进入闪蒸室1-2后立刻发生闪蒸汽化，污废水汽化后热量降低，这部分热量通过闪蒸蒸汽带出。
闪蒸蒸汽向上通过除雾器1-7，去除蒸汽内携带的小液滴后，向上进入第一换热室1-1中的第一换热管1-1-3内，即蒸汽进入管程，通过第一换热管1-1-3的壁面将热量传递给管外的低沸点工质。第一换热管1-1-3内的闪蒸蒸汽换热后冷凝成水流进冷凝水槽1-8，然后通过冷凝水泵1-9排出。
第一换热管1-1-3外，低沸点工质的气液两相流受热，两相流中的工质液滴陆续汽化，最后，完全汽化的低沸点工质流出第一换热室1-1，再经过压缩机3压缩升温后进入冷凝器2的壳程。
进入冷凝器2壳程的气态低沸点工质，在第二换热管2-1-1外壁面凝结放热，凝结成的液态低沸点工质向下滴落到工质池，然后通过管道至膨胀阀4节流膨胀，变成气液两相流再进入蒸发器1中的第一换热室1-1，对两相流再加热。冷凝器2中第二换热管2-1-1内流动的待加热液被加热后，流出第二换热管2-1-1。
Claims (9)
1.一种污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，它包括蒸发器(1)、冷凝器(2)、压缩机(3)及膨胀阀(4)，其特征在于：所述蒸发器(1)包括位于上部的第一换热室(1-1)及连通设置在第一换热室(1-1)下方的闪蒸室(1-2)，蒸发器(1)的上部连通设置有真空泵(1-3)，通过真空泵(1-3)将蒸发器(1)内部抽真空，第一换热室(1-1)的下部开设有液态工质进口(1-1-2)，第一换热室(1-1)的上部开设有气态工质出口(1-1-1)，所述蒸发器(1)通过液态工质进口(1-1-2)和气态工质出口(1-1-1)与冷凝器(2)连通，所述膨胀阀(4)设置在液态工质进口(1-1-2)与冷凝器(2)之间的管路上，所述压缩机(3)设置在气态工质出口(1-1-1)与冷凝器(2)之间的管路上，
第一换热室(1-1)内布置有若干第一换热管(1-1-3)，若干第一换热管(1-1-3)的两端分别与第一换热室(1-1)外部空间连通，污废水通过污废水进水管(1-4)连通进入闪蒸室(1-2)内进行闪蒸，闪蒸后得到的蒸汽向上运动并通过若干第一换热管(1-1-3)的一端进入第一换热管(1-1-3)内，第一换热管(1-1-3)内的蒸汽与第一换热管(1-1-3)外的工质进行换热，第一换热管(1-1-3)内的蒸汽冷凝成水后，经第一换热管(1-1-3)的另一端排出，闪蒸后的污废水通过污废水退水管(1-5)排出蒸发器(1)。
2.根据权利要求1所述的污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，其特征在于：第一换热室(1-1)与闪蒸室(1-2)之间布置有除雾器(1-7)。
3.根据权利要求1或2所述的污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，其特征在于：第一换热室(1-1)的外侧布置有冷凝水槽(1-8)，且所述冷凝水槽(1-8)与若干第一换热管(1-1-3)的另一端连通布置。
4.根据权利要求3所述的污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，其特征在于：蒸发器(1)的外部设置有冷凝水泵(1-9)，且所述冷凝水泵(1-9)与冷凝水槽(1-8)连通设置。
5.根据权利要求1、2或4所述的污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，其特征在于：所述污废水退水管(1-5)水平设置在闪蒸室(1-2)的下部或底部。
6.根据权利要求5所述的污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，其特征在于：所述污废水进水管(1-4)水平布置且连通设置在闪蒸室(1-2)的上部侧壁。
7.根据权利要求5所述的污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，其特征在于：所述污废水进水管(1-4)竖直布置且其底端位于闪蒸室(1-2)内。
8.根据权利要求7所述的污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，其特征在于：第一换热室(1-1)的数量为两个，且相对布置在污废水进水管(1-4)的两侧，闪蒸蒸汽通过两个第一换热室(1-1)相对的一侧进入第一换热管(1-1-3)内进行换热。
9.根据权利要求1、2、4、6、7或8所述的污废水源蒸汽压缩满液式热泵机组，其特征在于：所述冷凝器(2)包括第二换热室(2-1)及位于第二换热室(2-1)两端的待加热液进入室(2-2)和待加热液流出室(2-3)，其中第二换热室(2-1)内布置有若干第二换热管(2-1-1)，且待加热液进入室(2-2)和待加热液流出室(2-3)之间通过若干第二换热管(2-1-1)连通布置，第二换热室(2-1)的上部通过管路与蒸发器(1)中的气态工质出口(1-1-1)连通，第二换热室(2-1)的下部通过管路与蒸发器(1)中的液态工质进口(1-1-2)连通。
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