CN111895554B - 一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法 - Google Patents

一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法，系统包括顺序连接、构成多级闭式循环空气换热回路的第一蒸发冷凝回路、第二蒸发冷凝回路和第三蒸发冷凝回路，通过利用热源塔热泵系统正常运行时，产生高温热水和低温稀溶液的特点，使空气在不同温度下载湿能力不同而达到从填料塔中吸收水分而在蒸发器中冷凝水分，将水分从溶液中转移出来，达到控制溶液浓度的目的。本发明的装置和方法适用于对热源塔中的稀溶液进行运行再生，解决了常规再生过程中，再生能量消耗大，影响周围环境且运行复杂不稳定等的问题，系统结构紧凑，高效节能。

Description

一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法
技术领域
本发明涉及制冷空调系统设计和制造技术领域，尤其涉及一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法。
背景技术
随着经济的发展，人民生活水平的提高，人们对居住工作环境的舒适性要求也越来越高，空调已经成为人们生活的必需品，传统的空调制冷供暖方式在能效方面存在一定的改进空间。热源塔热泵机组在冬季将冷却塔转为热源塔运行吸收空气中的热量，冷水机组变为热泵机组并通过冷凝器向室内提供热量从而达到冬季供热的目的。其避免了冷水机组冬季闲置的缺点，同时解决了空气源热泵冬季运行结霜的问题，充分体现了高设备利用率和低能耗的优势。传统的冷却塔运行循环水，在冬季时容易结冰，因此需要采用其它介质替代水。采用低凝固点的溶液作为载冷剂，可以避免结冰问题，同时可以吸收空气中的显热和潜热。但由于空气中的水分被吸收到溶液中，溶液的浓度变稀，溶液需要再生以达到原来的浓度，确保溶液不结冰。
目前关于溶液浓度控制的方式主要有以下几种：
1、MVR溶液浓度控制装置，该装置采用MVR压缩机对溶液中水分进行压缩冷凝，其单位耗电量冷凝水量效率高，但是由于热源塔溶液在热源塔中与空气直接接触，空气含有各种灰尘和杂质，因而热源塔溶液一般含有杂质，此对MVR运行存在很多安全隐患。2、反渗透膜再生。该模式常用于还是淡化，同样由于溶液杂质等问题很难有效的应用于热源塔溶液再生中；3、热再生。热再生是目前主要应用于热源塔溶液再生的方式，然后目前的热再生多采用压缩机冷凝机组提供热源和冷源，一方面将消耗大量电能、另一方面由于热源塔溶液初始温度较低，机组无法正常开启，因而需要将溶液加热到合适温度，此将消耗大量预热能量。
因此，采用高效节能、可靠简单的方法解决热源塔溶液再生的问题为本领域技术人员迫切需要解决的技术难题。
发明内容
技术目的：为解决上述技术问题，本发明提出了一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法，充分利用了热源塔热泵系统正常运行时，将产生高温热水和低温稀溶液的特点，采用多级蒸发冷凝的模式实现热量梯级利用来提升溶液浓缩效率，系统结构紧凑，适用于对热源塔中的稀溶液进行运行再生，高效节能。
技术方案：为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：
一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置，用于热源塔热泵系统，其特征在于：包括第一蒸发冷凝回路、第二蒸发冷凝回路和第三蒸发冷凝回路，其中，
第三蒸发冷凝回路连接第二蒸发冷凝回路，第三蒸发冷凝回路包括采用热源塔热泵系统产生的高温热水作为高温介质的第五换热器、用于输入第二蒸发冷凝回路排出的较低温溶液并对溶液进行换热处理的第三换热器、对所述溶液进行蒸发冷凝的第三填料塔、设置于第三换热器和第三填料塔之间的第四换热器，第三换热器还用于将经过蒸发冷凝和换热处理过的溶液重新输入第二蒸发冷凝回路中；
第二蒸发冷凝回路连接第一蒸发冷凝回路，第二冷凝回路包括用于输入第一蒸发冷凝回路排出的较低温溶液并对溶液进行换热处理的第二换热器、对所述溶液进行蒸发冷凝的第二填料塔，设置于第二换热器和第二填料塔之间的空气回热器，空气回热器用于回收填料塔的显热，第二换热器还用于将经过蒸发冷凝和换热处理过的溶液重新输入第一蒸发冷凝回路中；
第一蒸发冷凝回路包括用于输入热源塔热泵系统产生的低温稀溶液的第一换热器、对所述溶液进行蒸发冷凝的第一填料塔；
各蒸发冷凝回路中设置用于输送空气或溶液的连接管路，连接管路上设置电磁阀，构成各蒸发冷凝回路的空气循环回路和稀溶液循环回路，各填料塔通过输入高温低湿空气蒸发输入塔中的低温稀溶液中水分。
优选地，各换热器均设有第一介质入口、第一介质出口、第二介质入口、第二介质出口和用于排出冷凝水的凝水管，各填料塔的底端均设有出水口、进水口和空气入口、顶端设有溶液喷管和空气出口；
所述第一蒸发冷凝回路中，第一换热器的第一介质入口设有第一溶液管路，用于输入热源塔热泵系统产生的低温稀溶液，第一溶液管路上设置第一电磁阀；第一介质出口设有三通管，三通管的另两个端口分别连接设有第二电磁阀的第二溶液管路和设有第三电磁阀的第三溶液管路，第二溶液管路向热源塔热泵系统返回经蒸发冷凝和换热处理的低温稀溶液，第三溶液管路连接第一填料塔的进水口、用于向第一填料塔内输送第一换热器输出的低温稀溶液；第二介质入口和第一填料塔的空气出口之间设置第一空气管路；第二介质出口和第一填料塔的空气入口之间设置第二空气管路，第二空气管路上设置第一风机，第一填料塔设有第一液位计；
所述第二蒸发冷凝回路中，第二换热器的第一介质入口设有第四溶液管路，用于输入第一填料塔的出水口排出的低温稀溶液，第四溶液管路上设置第一溶液泵；第一介质出口设有三通管，三通管的另两个端口分别设置第五溶液管路和设置带有第四电磁阀的第六溶液管路，第五溶液管路连接第一填料塔的溶液喷管、向第一填料塔内返回经蒸发冷凝和换热处理过的低温稀溶液，第六溶液管路连接第二填料塔的进水口、用于向第二填料塔内输送第二换热器输出的低温稀溶液；第二介质入口和第二填料塔的空气出口之间设置第三空气管路；第二介质出口和第二填料塔的空气入口之间设置第四空气管路，第四空气管路上设置第二风机，第二填料塔设有第二液位计；第三空气管路和第四空气管路从空气回热器通过；
所述第三蒸发冷凝回路中，第三换热器的第一介质入口设有第七溶液管路，用于输入第二填料塔的出水口排出的低温稀溶液，第七溶液管路上设置第二溶液泵；第一介质出口设有三通管，三通管的另两个端口分别设置第八溶液管路和设置带有第五电磁阀的第九溶液管路，第八溶液管路连接第三填料塔的溶液喷管、向第二填料塔返回经蒸发冷凝和换热处理过的低温稀溶液，第九溶液管路连接第三填料塔的进水口、用于向第三填料塔内输送第三换热器输出的低温稀溶液；第二介质入口和第四换热器的第一介质出口之间设置第五空气管路；第二介质出口和第三填料塔的空气入口之间设置第六空气管路，第六空气管路上设置第三风机，第三填料塔设有第三液位计；
所述第三蒸发冷凝回路中，第四换热器的第一介质入口和第三填料塔的空气出口之间设置第七空气管路、第二介质入口设置连接第三填料塔的出水口的第十溶液管路、第二介质出口设置连接第五换热器的第二介质入口的第十一溶液管路，第十溶液管路上设置第三溶液泵；所述第五换热器的第一介质入口设有用于热源塔热泵系统产生的高温热水的第十二溶液管路、第一介质出口设有用于排出经换热处理的高温热水的第十三溶液管路。
优选地，所述第一蒸发冷凝回路、第二蒸发冷凝回路和第三蒸发冷凝回路的数量均为一个以上，位于中间级且相邻设置的蒸发冷凝回路中，上一级蒸发冷凝回路将经过蒸发冷凝和换热处理过的溶液重新输入下一级蒸发冷凝回路中。
优选地，所述第三填料塔的底部设置稀溶液排出管线，稀溶液排出管线上设置用于溶液浓度检测装置。
优选地，所述第一换热器、第二换热器和第三换热器均采用翅片凝水器，用于冷凝空气中的水蒸气；所述第四换热器采用翅片管换热器，第五换热器采用壳管式换热器。
优选地，所述第一风机、第二风机和第三风机均采用变频风机。
一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制方法，用于所述的装置中，其特征在于，包括操作步骤：
S1、启机调试：确认各蒸发冷凝回路中的稀溶液循环管路和空气循环管路畅通；
S2、第一级蒸发冷凝：来自热源塔热泵系统中主流体水泵出口的低温稀溶液输入第一蒸发冷凝回路，通过在第一换热器中与第一填料塔输出的高温高湿的空气进行闭式循环空气换热，原始的低温稀溶液温度升高，一部分溶液进入第一填料塔中用于补充稀溶液，一部分溶液流回主流体水泵入口；
第一换热器输出的空气送入第一填料塔，在第一填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第一填料塔，再次送入第一换热器中，循环操作实现第一级空气闭式循环；
S3、第二级蒸发冷凝：从第一填料塔流出的温度降低后的溶液，输入第二蒸发冷凝回路，通过在第二换热器中与第二填料塔输出的高温高湿的空气进行闭式循环空气换热，溶液温度升高，一部分溶液进入第二填料塔中用于补充稀溶液，一部分溶液流回并喷洒到第一填料塔中；
第二换热器输出的空气送入第二填料塔，在第二填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第二填料塔，再次送入第二换热器中，循环操作实现第二级空气闭式循环；
S4、第三级蒸发冷凝：从第二填料塔流出的温度降低后的溶液，输入第三蒸发冷凝回路，通过在第三换热器中与第三填料塔输出的高温高湿的空气进行闭式循环空气换热，溶液温度升高，一部分溶液进入第二填料塔中用于补充稀溶液，一部分溶液流回并喷洒到第二填料塔中；
第三换热器输出的空气送入第三填料塔，在第三填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，第三填料塔流出的温度降低后的溶液输入第四换热器进行预热，然后再经过第五换热器与热源塔热泵系统输出的高温热水进行换热，溶液温度升高后流回并喷洒到第三填料塔中，循环操作实现第三级空气闭式循环；
所述步骤S2-S4同时连续运行，构成热源塔热泵系统的多级蒸发冷凝循环系统。
优选地，一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制方法，用于所述的装置中，其特征在于，包括操作步骤：
S1、启机调试：确认各蒸发冷凝回路中的稀溶液循环管路和空气循环管路畅通；
S2、第一级蒸发冷凝：来自热源塔热泵系统中主流体水泵出口的低温稀溶液通过第一电磁阀进入第一蒸发冷凝回路，通过在第一换热器中的闭式循环空气换热，原始的低温稀溶液温度升高，一部分溶液通过第三电磁阀进入第一填料塔中用于补充稀溶液，一部分溶液通过第三电磁阀流回主流体水泵入口；
高温高湿的空气在第一换热器中与低温稀溶液换热，空气中的水蒸气冷凝为液态水，并通过冷凝水管排出，空气温度和湿度降低，然后与通过第一填料塔出口的空气进行换热，空气温度升高，含湿量不变，空气相对湿度变低；空气通过第一风机进入第一填料塔，在第一填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第一填料塔，从第一填料塔出口的空气进入第一换热器入口，循环操作实现第一级空气闭式循环；
S3、第二级蒸发冷凝：在第一填料塔中，从第一填料塔的出水口流下来的溶液温度降低，然后通过第一溶液泵流入第二换热器中，第二换热器的外侧高温高湿空气在第二换热器中与溶液换热，溶液温度升高然后流回第一填料塔中；
高温高湿的空气在第二换热器中与稀溶液换热，空气中的水蒸气冷凝为液态水，并通过冷凝水管排出，空气温度和湿度降低，然后通过空气回热器与第二填料塔出口的空气进行换热，空气温度升高，含湿量不变，空气相对湿度变低；此时从空气回热器出口的空气通过第二风机进入第二填料塔，在第二填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第二填料塔，从第二填料塔的空气出口流出的空气通过空气回热器与第二换热器输出的空气换热，此时温度将降低，且有部分冷凝水从冷凝水管排出，然后空气进入第二翅片换热器入口，完成第二级空气闭式循环；
S4、第三级蒸发冷凝：在第二填料塔中，从第二填料塔流下来的溶液温度降低，然后通过第二溶液泵流入第三换热器中，第三换热器的外侧高温高湿空气在第三换热器中与溶液换热，溶液温度升高然后流回第二填料塔中；高温高湿的空气在第三换热器中与稀溶液换热，空气中的水蒸气冷凝为液态水，并通过冷凝水管排出，空气温度和湿度降低，然后通过第三风机进入第三填料塔中；从第三填料塔的空气出口输出的空气通过第四换热器与由第三溶液泵输出的溶液进行换热，此时空气温度将降低，且有部分冷凝水从冷凝水管排出，然后空气进入第三换热器入口，完成第三级空气闭式循环；从第三填料塔流下来的溶液温度降低，然后通过第三溶液泵流入第四换热器进行预热，然后再经过第五换热器与高温热水进行换热，溶液温度升高后流回第三填料塔中；
步骤S2-S4同时连续运行，构成多级蒸发冷凝循环系统。
优选地，步骤S1包括：
S1.1、开机第一电磁阀，从水泵出口的稀低温溶液进入第一换热器，然后通过第二电磁阀流出进入水泵入口；
S1.2、开启第三电磁阀，使部分稀溶液进入第一填料塔，通过第一液位计来控制第电磁阀的开启时间，直到第一填料塔中溶液高度满足液位要求；
S1.3、开启第一溶液泵，使第一填料塔中溶液部分循环进入第二换热器中，然后流入喷洒到第一填料塔中；
S1.4、开启第四电磁阀，使部分稀溶液进入第二填料塔，通过第二液位计来控制第四电磁阀的开启时间，直到第二填料塔中溶液高度满足液位要求；
S1.5、开启第二溶液泵、使第二填料塔中溶液部分循环进入第三换热器中，然后流入喷洒到第二填料塔中；
S1.6、开启第五电磁阀，使部分稀溶液进入第三填料塔，通过第三液位计来控制第五电磁阀开启时间，直到第三填料塔中溶液高度满足液位要求；
S1.7、开启第三溶液泵，使第三填料塔中部分循环溶液通过第四换热器流入第五换热器，然后流入喷洒到第三填料塔中；
S1.8、开启第六电磁阀，使高温热水与稀低温溶液在第五换热器中换热，稀低温溶液温度升高，直到溶液温度达到设定温度；
S1.9、开启第三风机，逐步升高风机频率到额定值，直到第三换热器的第一介质出口温度达到设定温度；
S1.10、开启第二风机、逐步升高风机频率到额定值；
S1.11、开启第一风机、逐步升高风机频率到额定值，启动完成。
技术效果：由于采用了上述技术方案，本发明具有如下技术效果：
1）本发明提出的基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法，利用热源塔热泵系统自身产生的高温热水和低温稀溶液温度差来实现溶液浓缩，无需额外冷源和热源，系统简单可靠，且运行稳定；
2）本发明提出的基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法，其利用热侧和冷侧的温度差采用三套（或多套）独立的空气循环系统来将溶液中水分从溶液中转移出来，相对于1kw热量起到3kw（4kw、5kw等）的热量用于水分的蒸发和冷凝；
3）本发明提出的基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法，其采用了回热器用于进入填料塔的空气进行换热，大大提升了用于溶液中水分转移的潜热部分占总换热部分的比例，提升系统能效；
4）本发明提出的基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法，其采用了翅片管换热器来实现塔出口低温溶液与出口高温空气的换热，大大降低了系统再生所需要的外在热量，系统能效得到较大提升；
5）本发明提出的基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法，由于采用闭式的空气循环，溶液中的水分通过冷凝水管排出，整个系统与外界空气基本无接触，解决了由于溶液再生过程中溶液带液对周边环境所造成的影响；
6）本发明提出的基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置及方法，由于系统的再生效率高，且整个系统基本为闭式系统，使用方便，具有很强的可操作性和实用性。
附图说明
图1是本发明的一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置的结构示意图；
其中，10-第一换热器，11-第一填料塔，12-第一电磁阀，13-第二电磁阀，14-第三电磁阀，15-第一风机，16-第一液位计，17-第一溶液泵；
20-第二换热器，21-第二填料塔，22-第四电磁阀，23-空气回热器，24-第二液位计，25-第二风机，26-第二溶液泵；
30-第三换热器，31-第三填料塔，32-第五电磁阀，33-第四换热器，34-第三液位计，35-第三风机，36-第五换热器，37-第三溶液泵，38-稀溶液排出管线；
101-第一溶液管路，102-第二溶液管路，103-第三溶液管路，104-第四溶液管路，105-第五溶液管路，106-第六溶液管路，107-第七溶液管路，108-第八溶液管路，109-第九溶液管路，1010-第十溶液管路，1011-第十一溶液管路，1012-第十二溶液管路，1013-第十三溶液管路；
201-第一空气管路，202-第二空气管路，203-第三空气管路，204-第四空气管路，205-第五空气管路，206-第六空气管路，207-第七空气管路；
第一溶液泵(17)；第五溶液管路(105)、第四电磁阀(22)、第六溶液管路(106)，第三空气管路(203)；第四空气管路(204)，第二风机(25)，第二液位计(24)；
第七溶液管路(107)，第二溶液泵(26)；第八溶液管路(108)、第五电磁阀(32)、第九溶液管路(109)，第三填料塔(31)、第五空气管路(205)；第六空气管路(206)，第三风机(35)，第三液位计(34)；
第七空气管路(207)、第十溶液管路(1010)、第十一溶液管路(1011)；第十二溶液管路(1012)、第十三溶液管路(1013)。
具体实施方式
本发明提供了一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置，包括多级蒸发冷凝回路，如图1所示的实施例，为三级蒸发冷凝回路，各级回路中均包括空气循环回路和稀溶液循环回路。
第一级：空气循环回路包括第一风机15、第一填料塔11、第一换热器10以及连接管路；稀溶液循环回路包括第一填料塔11、第一换热器10、第一溶液泵17、第一电磁阀12、第二电磁阀13、第三电磁阀14 以及连接管路。
其中，第一换热器10优选翅片冷凝器，第一填料塔11设置第一液位计16，连接管路包括溶液管路101-104，空气管路201-202。
第二级：空气循环回路包括第二风机25、第二填料塔21、空气回热器23、第二换热器20以及连接管路；稀溶液循环回路 包括第二填料塔21、第二换热器20、第二溶液泵26、第四电磁阀22 以及连接管路。
其中，第二换热器20优选翅片冷凝器，第二填料塔21设置第一液位计24，连接管路包括溶液管路105-107，空气管路203-204。。
第三级：空气循环回路包括第三风机35、第三填料塔31、第三换热器30、第四换热器33、以及连接管路；稀溶液循环回路包括第三填料塔31、第五换热器36、第三溶液泵37、第五电磁阀32以及连接管路。
其中，第三换热器30和第四换热器33优选翅片冷凝器，第五换热器36优选壳管换热器，第三填料塔31设置第三液位计34，连接管路包括溶液管路108-1013，空气管路205-207。
本发明基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制再生方法具体是：
启机过程：
1、开机第一电磁阀，从水泵出口的稀溶液进入第一换热器即翅片冷凝器，然后通过第二电磁阀流出，进入水泵入口；
2、开启第三电磁阀，让部分稀溶液进入第一填料塔，通过第一液位计来控制第一电磁阀开启时间，直到第一填料塔中溶液满足液位要求（根据液位不停调整第三电磁阀开启状态）；
3、开启第一溶液泵，让第一填料塔中溶液部分循环进入第二换热器即翅片凝水器中，然后流入喷洒到第一填料塔中；
4、开启第四电磁阀，让部分稀溶液进入第二填料塔，通过第二液位计来控制第四电磁阀开启时间，直到第二填料塔中溶液满足液位要求（根据液位不停调整第四电磁阀开启状态）；
5、开启第二溶液泵、让第二填料塔中溶液部分循环进入第三换热器即翅片凝水器中，然后流入喷洒到第二填料塔中；
6、开启第五电磁阀，让部分稀溶液进入第三填料塔，通过第三液位计来控制第五电磁阀开启时间，直到第三填料塔中溶液满足液位要求（根据液位不停调整第五电磁阀开启状态）；
7、开启第三溶液泵、让第三填料塔中部分循环溶液通过第四换热器，即翅片管换热器流入第五换热器即壳管换热器，然后流入喷洒到第三填料塔中；
8、开启第六电磁阀，让高温热水与稀溶液在壳管式换热器中换热，稀溶液温度升高，直到溶液温度达到设定温度；
9、开启第三风机，优选变频风机，逐步升高风机频率到额定值，直到翅片管凝水器出口温度达到设定温度；
10、开启第二风机，优选变频风机、逐步升高风机频率到额定值；
11、开启第一风机，优选变频风机、逐步升高风机频率到额定值，启动完成。
运行过程：
本发明控制装置的工作原理为：来自主流体水泵出口低温的稀溶液通过第一电磁阀进入第一换热器，通过与闭式循环空气换热，溶液温度升高，一部分溶液通过第二电磁阀进入第一填料塔中用于补充稀溶液，一部分溶液通过第二电磁阀流回主流体水泵入口；高温高湿的空气（如12℃左右）在第一换热器中与低温稀溶液换热，空气中的水蒸气冷凝为液态水，并通过第一换热器的冷凝水管排出，空气温度和湿度降低，然后通过第一填料塔出口的空气进行换热，空气温度升高，含湿量不变，因而空气相对湿度变低；此时空气通过第一风机进入第一填料塔，在第一填料塔中，空气与热的稀溶液（18℃左右）换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第一填料塔，从第一填料塔出口的空气进入第一换热器入口，完成第一级系统空气闭式循环；
在第一填料塔中，从第一填料塔流下来的溶液温度降低，然后通过第一溶液泵流入第二换热器中，第二换热器外侧高温高湿空气（23℃左右）在第二换热器中与溶液换热，溶液温度升高然后流回第一填料塔中。高温高湿的空气（23℃左右）在第二换热器中与稀溶液换热，空气中的水蒸气冷凝为液态水，并通过第二换热器的冷凝水管排出，空气温度和湿度降低，然后通过空气回热器与第二填料塔出口的空气进行换热，空气温度升高，含湿量不变，因而空气相对湿度变低；此时从回热器出口的空气通过第二风机进入第二填料塔，在第二填料塔中，空气与热的稀溶液（26℃左右）换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第二填料塔，从第二填料塔出口的空气通过空气回热器与从第二换热器出口的空气换热，此时温度将降低，且有部分冷凝水从第二换热器的冷凝水管排出，然后空气进入第二换热器入口，完成第二系统空气闭式循环。
在第二填料塔中，从第十填料塔流下来的溶液温度降低，然后通过第二溶液泵流入第三换热器中，第三换热器外侧高温高湿空气（35℃左右）在第三换热器中与溶液换热，溶液温度升高然后流回第二填料塔中。高温高湿的空气（35℃左右）在第三换热器中与稀溶液换热，空气中的水蒸气冷凝为液态水，并通过第三换热器的冷凝水管排出，空气温度和湿度降低，然后通过第三风机进入第三填料塔中。从第三填料塔出口的空气通过第四换热器与从第三溶液泵出口溶液进行换热，此时空气温度将降低，且有部分冷凝水从第四换热器的冷凝水管排出，然后空气进入第三换热器入口，完成第三系统空气闭式循环。
在第三填料塔中，从第三填料塔流下来的溶液温度降低，然后通过第三溶液泵流入第四换热器进行预热，然后再进过第五换热器与高温热水（40℃）进行换热，溶液温度升高后流回第三填料塔中。
本发明的控制装置，能够根据实际系统需求，将第一蒸发冷凝回路、第二蒸发冷凝回路和第三蒸发冷凝回路类型进行组合设计，其基本思路是位于中间级且相邻设置的蒸发冷凝回路中，上一级蒸发冷凝回路将经过蒸发冷凝和换热处理过的溶液重新输入下一级蒸发冷凝回路中。如本实施例中的三级回路。本实施例中可以第三填料塔的底部设置稀溶液排出管线，稀溶液排出管线上设置用于溶液浓度检测装置，实时检测经过本系统处理后的稀低温溶液的浓度，并将其返回热源塔热泵系统中循环利用，也可以将溶液浓度检测装置设置在热源塔热泵系统中。
本发明充分利用了热源塔热泵系统正常运行时，将产生高温热水和低温稀溶液的特点，通过空气在不同温度下载湿能力不同而达到从填料塔中吸收水分而在蒸发器中冷凝水分，水分从溶液中转移出来的目的。通过考虑到高温热水和低温稀溶液温差较大，因而考虑采用多级蒸发冷凝的模式实现热量梯级利用来提升溶液浓缩效率；同时根据装置的特点设置回热器，用来提升在填料塔中用于水分转移的热量占总换热量的比例，设置翅片管换热器用于减少外界热量的输入，大大提升再生效率；本装置和方法解决了常规再生过程，再生能量消耗大，影响周围环境且运行复杂不稳定等的问题，是一种高效、紧凑、节能、简单的溶液再生装置，适用于对热源塔中的稀溶液进行运行再生。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置，用于热源塔热泵系统，其特征在于：包括第一蒸发冷凝回路、第二蒸发冷凝回路和第三蒸发冷凝回路，其中，
第三蒸发冷凝回路连接第二蒸发冷凝回路，第三蒸发冷凝回路包括采用热源塔热泵系统产生的高温热水作为高温介质的第五换热器(36)、用于输入第二蒸发冷凝回路排出的较低温溶液并对溶液进行换热处理的第三换热器(30)、对所述溶液进行蒸发的第三填料塔(31)、设置于第三换热器(30)和第三填料塔(31)之间的第四换热器(33)，第三换热器(30)还用于将经过换热处理过的溶液重新输入第二蒸发冷凝回路中；
第二蒸发冷凝回路连接第一蒸发冷凝回路，第二冷凝回路包括用于输入第一蒸发冷凝回路排出的较低温溶液并对溶液进行换热处理的第二换热器(20)、对所述溶液进行蒸发的第二填料塔(21)，设置于第二换热器(20)和第二填料塔(21)之间的空气回热器(23)，空气回热器(23)用于回收填料塔的显热，第二换热器(20)还用于将经过换热处理过的溶液重新输入第一蒸发冷凝回路中；
第一蒸发冷凝回路包括用于输入热源塔热泵系统产生的低温稀溶液的第一换热器(10)、对所述溶液进行蒸发的第一填料塔(11)；
各蒸发冷凝回路中设置用于输送空气或溶液的连接管路，连接管路上设置电磁阀，构成各蒸发冷凝回路的空气循环回路和稀溶液循环回路，各填料塔通过输入低温低湿空气蒸发输入塔中的高温稀溶液中水分；第三填料塔(31)的底部设置稀溶液排出管线(38)，稀溶液排出管线(38)连接热源塔热泵系统；
各换热器均设有第一介质入口、第一介质出口、第二介质入口、第二介质出口和用于排出冷凝水的凝水管，各填料塔的底端均设有出水口、进水口和空气入口、顶端设有溶液喷管和空气出口；
所述第一蒸发冷凝回路中，第一换热器(10)的第一介质入口设有第一溶液管路(101)，用于输入热源塔热泵系统产生的低温稀溶液，第一溶液管路(101)上设置第一电磁阀(12)；第一换热器(10)的第一介质出口设有三通管，三通管的另两个端口分别连接设有第二电磁阀(13)的第二溶液管路(102)和设有第三电磁阀(14)的第三溶液管路(103)，第二溶液管路(102)向热源塔热泵系统返回经换热处理的低温稀溶液，第三溶液管路(103)连接第一填料塔(11)的进水口、用于向第一填料塔(11)内输送第一换热器(10)输出的低温稀溶液；第一换热器(10)的第二介质入口和第一填料塔(11)的空气出口之间设置第一空气管路(201)；第一换热器(10)的第二介质出口和第一填料塔(11)的空气入口之间设置第二空气管路(202)，第二空气管路(202)上设置第一风机(15)，第一填料塔(11)设有第一液位计(16)；
所述第二蒸发冷凝回路中，第二换热器(20)的第一介质入口设有第四溶液管路(104)，用于输入第一填料塔(11)的出水口排出的低温稀溶液，第四溶液管路(104)上设置第一溶液泵(17)；第二换热器(20)的第一介质出口设有三通管，三通管的另两个端口分别设置第五溶液管路(105)和设置带有第四电磁阀(22)的第六溶液管路(106)，第五溶液管路(105)连接第一填料塔(11)的溶液喷管、向第一填料塔(11)内返回经换热处理过的低温稀溶液，第六溶液管路(106)连接第二填料塔(21)的进水口、用于向第二填料塔(21)内输送第二换热器(20)输出的低温稀溶液；第二换热器(20)的第二介质入口和第二填料塔(21)的空气出口之间设置第三空气管路(203)；第二换热器(20)的第二介质出口和第二填料塔(21)的空气入口之间设置第四空气管路(204)，第四空气管路(204)上设置第二风机(25)，第二填料塔(21)设有第二液位计(24)；第三空气管路(203)和第四空气管路(204)从空气回热器(23)通过；
所述第三蒸发冷凝回路中，第三换热器(30)的第一介质入口设有第七溶液管路(107)，用于输入第二填料塔(21)的出水口排出的低温稀溶液，第七溶液管路(107)上设置第二溶液泵(26)；第三换热器(30)的第一介质出口设有三通管，三通管的另两个端口分别设置第八溶液管路(108)和设置带有第五电磁阀(32)的第九溶液管路(109)，第八溶液管路(108)连接第二填料塔(21)的溶液喷管、向第二填料塔(21)返回经换热处理过的低温稀溶液，第九溶液管路(109)连接第三填料塔(31)的进水口、用于向第三填料塔(31)内输送第三换热器(30)输出的低温稀溶液；第三换热器(30)的第二介质入口和第四换热器(33)的第一介质出口之间设置第五空气管路(205)；第三换热器(30)的第二介质出口和第三填料塔(31)的空气入口之间设置第六空气管路(206)，第六空气管路(206)上设置第三风机(35)，第三填料塔(31)设有第三液位计(34)；
所述第三蒸发冷凝回路中，所述第四换热器(33)的第一介质入口和第三填料塔(31)的空气出口之间设置第七空气管路(207)，第四换热器(33)的第二介质入口设置连接第三填料塔(31)的出水口的第十溶液管路(1010)、第四换热器(33)的第二介质出口设置连接第五换热器(36)的第二介质入口的第十一溶液管路(1011)，第十溶液管路(1010)上设置第三溶液泵(37)，第五换热器(36)的第二介质出口通过溶液管路连接第三填料塔(31)的溶液喷管；所述第五换热器(36)的第一介质入口设有用于热源塔热泵系统产生的高温热水的第十二溶液管路(1012)、第五换热器(36)的第一介质出口设有用于排出经换热处理的高温热水的第十三溶液管路(1013)。
2.根据权利要求1所述的一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置，其特征在于：所述第一蒸发冷凝回路、第二蒸发冷凝回路和第三蒸发冷凝回路的数量均为一个以上，位于中间级且相邻设置的蒸发冷凝回路，上一级蒸发冷凝回路将经过换热处理过的溶液重新输入下一级蒸发冷凝回路中。
3.根据权利要求1所述的一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置，其特征在于：所述稀溶液排出管线(38)上设置用于溶液浓度检测装置。
4.根据权利要求1所述的一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置，其特征在于：所述第一换热器(10)、第二换热器(20)和第三换热器(30)均采用翅片凝水器，用于冷凝空气中的水蒸气；所述第四换热器(33)采用翅片管换热器，第五换热器(36)采用壳管式换热器。
5.根据权利要求1所述的一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制装置，其特征在于：所述第一风机(15)、第二风机(25)和第三风机(35)均采用变频风机。
6.一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制方法，用于权利要求1所述的装置中，其特征在于，包括操作步骤：
S1、启机调试：确认各蒸发冷凝回路中的稀溶液循环管路和空气循环管路畅通；
S2、第一级蒸发冷凝：来自热源塔热泵系统中主流体水泵出口的低温稀溶液输入第一蒸发冷凝回路，通过在第一换热器中与第一填料塔输出的高温高湿的空气进行闭式循环空气换热，原始的低温稀溶液温度升高，一部分溶液进入第一填料塔中用于补充稀溶液，一部分溶液流回主流体水泵入口；
第一换热器输出的空气送入第一填料塔，在第一填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第一填料塔，再次送入第一换热器中，循环操作实现第一级空气闭式循环；
S3、第二级蒸发冷凝：从第一填料塔流出的温度降低后的溶液，输入第二蒸发冷凝回路，通过在第二换热器中与第二填料塔输出的高温高湿的空气进行闭式循环空气换热，溶液温度升高，一部分溶液进入第二填料塔中用于补充稀溶液，一部分溶液流回并喷洒到第一填料塔中；
第二换热器输出的空气送入第二填料塔，在第二填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第二填料塔，再次送入第二换热器中，循环操作实现第二级空气闭式循环；
S4、第三级蒸发冷凝：从第二填料塔流出的温度降低后的溶液，输入第三蒸发冷凝回路，通过在第三换热器中与第三填料塔输出的高温高湿的空气进行闭式循环空气换热，溶液温度升高，一部分溶液进入第三填料塔中用于补充稀溶液，一部分溶液流回并喷洒到第二填料塔中；
第三换热器输出的空气送入第三填料塔，在第三填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，第三填料塔流出的温度降低后的溶液输入第四换热器进行预热，然后再经过第五换热器与热源塔热泵系统输出的高温热水进行换热，溶液温度升高后流回并喷洒到第三填料塔中，循环操作实现第三级空气闭式循环；
所述步骤S2-S4同时连续运行，构成热源塔热泵系统的多级蒸发冷凝循环系统。
7.一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制方法，用于权利要求1所述的装置中，其特征在于，包括操作步骤：
S1、启机调试：确认各蒸发冷凝回路中的稀溶液循环管路和空气循环管路畅通；
S2、第一级蒸发冷凝：来自热源塔热泵系统中主流体水泵出口的低温稀溶液通过第一电磁阀进入第一蒸发冷凝回路，通过在第一换热器中的闭式循环空气换热，原始的低温稀溶液温度升高，一部分溶液通过第三电磁阀进入第一填料塔中用于补充稀溶液，一部分溶液通过第三电磁阀流回主流体水泵入口；
高温高湿的空气在第一换热器中与低温稀溶液换热，空气中的水蒸气冷凝为液态水，并通过冷凝水管排出，空气温度和湿度降低，然后与通过第一填料塔出口的空气进行换热，空气温度升高，含湿量不变，空气相对湿度变低；空气通过第一风机进入第一填料塔，在第一填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第一填料塔，从第一填料塔出口的空气进入第一换热器入口，循环操作实现第一级空气闭式循环；
S3、第二级蒸发冷凝：在第一填料塔中，从第一填料塔的出水口流下来的溶液温度降低，然后通过第一溶液泵流入第二换热器中，第二换热器的外侧高温高湿空气在第二换热器中与溶液换热，溶液温度升高然后流回第一填料塔中；
高温高湿的空气在第二换热器中与稀溶液换热，空气中的水蒸气冷凝为液态水，并通过冷凝水管排出，空气温度和湿度降低，然后通过空气回热器与第二填料塔出口的空气进行换热，空气温度升高，含湿量不变，空气相对湿度变低；此时从空气回热器出口的空气通过第二风机进入第二填料塔，在第二填料塔中，空气与热的稀溶液换热，空气温度升高，含湿量增加，然后流出第二填料塔，从第二填料塔的空气出口流出的空气通过空气回热器与第二换热器输出的空气换热，此时温度将降低，且有部分冷凝水从冷凝水管排出，然后空气进入第二翅片换热器入口，完成第二级空气闭式循环；
S4、第三级蒸发冷凝：在第二填料塔中，从第二填料塔流下来的溶液温度降低，然后通过第二溶液泵流入第三换热器中，第三换热器的外侧高温高湿空气在第三换热器中与溶液换热，溶液温度升高然后流回第二填料塔中；高温高湿的空气在第三换热器中与稀溶液换热，空气中的水蒸气冷凝为液态水，并通过冷凝水管排出，空气温度和湿度降低，然后通过第三风机进入第三填料塔中；从第三填料塔的空气出口输出的空气通过第四换热器与由第三溶液泵输出的溶液进行换热，此时空气温度将降低，且有部分冷凝水从冷凝水管排出，然后空气进入第三换热器入口，完成第三级空气闭式循环；从第三填料塔流下来的溶液温度降低，然后通过第三溶液泵流入第四换热器进行预热，然后再经过第五换热器与高温热水进行换热，溶液温度升高后流回第三填料塔中；
步骤S2-S4同时连续运行，构成多级蒸发冷凝循环系统。
8.根据权利要求6或7任一所述的一种基于多级蒸发冷凝的热源塔溶液浓度控制方法，其特征在于，步骤S1包括：
S1.1、开启第一电磁阀，从水泵出口的稀低温溶液进入第一换热器，然后通过第二电磁阀流出进入水泵入口；
S1.2、开启第三电磁阀，使部分稀溶液进入第一填料塔，通过第一液位计来控制第电磁阀的开启时间，直到第一填料塔中溶液高度满足液位要求；
S1.3、开启第一溶液泵，使第一填料塔中溶液部分循环进入第二换热器中，然后流入喷洒到第一填料塔中；
S1.4、开启第四电磁阀，使部分稀溶液进入第二填料塔，通过第二液位计来控制第四电磁阀的开启时间，直到第二填料塔中溶液高度满足液位要求；
S1.5、开启第二溶液泵、使第二填料塔中溶液部分循环进入第三换热器中，然后流入喷洒到第二填料塔中；
S1.6、开启第五电磁阀，使部分稀溶液进入第三填料塔，通过第三液位计来控制第五电磁阀开启时间，直到第三填料塔中溶液高度满足液位要求；
S1.7、开启第三溶液泵，使第三填料塔中部分循环溶液通过第四换热器流入第五换热器，然后流入喷洒到第三填料塔中；
S1.8、开启第六电磁阀，使高温热水与稀低温溶液在第五换热器中换热，稀低温溶液温度升高，直到溶液温度达到设定温度；
S1.9、开启第三风机，逐步升高风机频率到额定值，直到第三换热器的第一介质出口温度达到设定温度；
S1.10、开启第二风机、逐步升高风机频率到额定值；
S1.11、开启第一风机、逐步升高风机频率到额定值，启动完成。
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