CN111947443B - 一种开式吸收式热泵-mvr技术耦合的闭路循环干燥系统 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种开式吸收式热泵‑MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，包括开式吸收式热泵系统和机械压缩式热泵循环系统，机械热泵压缩机出口分为两路，一路通过冷凝器的热通道与排热装置的热通道进口管路连接，另一路通过2#热质交换器与排热装置的热通道进口由管路连接；排热装置的热通道出口由管路连接膨胀阀，膨胀阀出口分为两路，一路通过1#热质交换器与机械热泵压缩机进口由管路连接，另一路通过蒸发器的冷通道与机械热泵压缩机进口由管路连接，形成机械压缩式热泵循环系统。本申请通过机械压缩式热泵循环系统将吸收的热量用于稀溶液的再生，通过MVR技术将再生蒸汽提高品位后用于干燥气体的加热，本发明能合理利用干燥器排出湿热气体中的大量潜热。
Description
技术领域
本发明涉及干燥节能减排技术领域，尤其是涉及一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统。
背景技术
干燥过程在化工、医药、食品、造纸、木材、粮食等领域中被广泛应用。传统的闭路循环干燥系统采用冷凝除湿的方式，先将热湿介质冷却至露点温度以下除去湿份，然后再将低温低湿的介质加热至干燥温度后送入干燥系统进行作业，此种方式会引起很大的能量损失且大量潜热未能得到利用。
吸附除湿利用吸附剂对湿介质进行吸湿，虽然除湿效率高但是对于高温的干燥尾气却不能发挥作用。绝热型溶液除湿方式一般采用填料塔，在很大的液气比下进行吸收操作以遏制溶液升温带来的影响，这对于装置的负荷及输送能耗是很大的。
吸收式热泵技术是一种利用低品位热源，实现将热量从低温热源到高温热源输送的技术，但系统通常为闭式需要一直维持负压状态，发生器产生的水蒸气品位较低，很难满足高温供热所需。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明目的在于提供一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，本发明不仅能够获取连续低露点的干燥气，还能达到节能减排的效果。
所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于包括开式吸收式热泵系统和机械压缩式热泵循环系统；
吸收器上、下部分别通入除湿盐溶液和湿热气体，吸收器内部中部设有1#热质交换器，除湿盐溶液流下至1#热质交换器上与上升的湿热气体接触并吸收其中的水蒸气后被稀释，吸湿之后的稀溶液在压差作用下从吸收器底部出液口流出，并依次通过溶液换热器的冷通道、冷凝器的冷通道进行换热，被二次加热后的稀溶液从再生发生器的上部通入；再生发生器内部中部设有2#热质交换器，再生发生器内通入的稀溶液流下至2#热质交换器上被进一步加热再生形成浓溶液并产生过热水蒸气，浓溶液从再生发生器底部出液口流出，在溶液输送泵的输送作用下依次通过溶液换热器的热通道、蒸发器的热通道进行换热，被二次冷却后的浓溶液再重新通入吸收器内，形成开式吸收式热泵系统；
所述开式吸收式热泵系统中，再生发生器在对稀溶液再生开始前被真空泵抽空至所需真空度，对稀溶液进行再生时，关闭真空泵并在MVR压缩机的运行作用下继续维持再生发生器内的真空；
机械热泵压缩机出口分为两路，一路通过冷凝器的热通道与排热装置的热通道进口由管路连接，另一路通过2#热质交换器与排热装置的热通道进口由管路连接；排热装置的热通道出口由管路连接膨胀阀，膨胀阀出口分为两路，一路通过1#热质交换器与机械热泵压缩机进口由管路连接，另一路通过蒸发器的冷通道与机械热泵压缩机进口由管路连接，形成机械压缩式热泵循环系统；所述机械压缩式热泵循环系统的循环管路中填充有换热介质；
机械压缩式热泵循环系统中，排热装置的冷通道内通入常温水，以便与流过排热装置的热通道内的换热介质进行换热，获得热水；
其中，机械热泵压缩机排出的一路换热介质通入2#热质交换器内，用于与流下至2#热质交换器上的稀溶液进行换热；膨胀阀排出的一路换热介质通入1#热质交换器内，用于与流下至1#热质交换器上的除湿盐溶液进行换热。
所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于还包括气体闭路循环干燥系统，干燥器内产生的湿热气体在1#循环风机的牵引下通过气固分离装置后直接进入从吸收器下部通入吸收器内，湿热气体上升至1#热质交换器上与除湿盐溶液接触并被吸收水分后形成中温低湿气体，吸收器内产生的中温低湿气体在2#循环风机的牵引下通过换热装置的冷通道被初步加热后，通过加热装置进一步加热，然后从干燥器底部重新通入干燥器内，形成所述气体闭路循环干燥系统；其中，干燥器的进料口通入待干燥的湿物料，干燥器的出料口排出干燥后的干物料；
其中再生发生器内稀溶液再生产生的过热水蒸气，在2#换热装置里进行降温到过热度至5～10℃后，在MVR压缩机的压缩牵引下形成高温中压或高温高压水蒸气，之后水蒸气通入到1#换热装置的热通道内进行换热，换热装置的热通道出口排出被冷凝的冷凝水。
所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于干燥器为对流干燥器，干燥器内通入的干燥气体为空气或氮气。
所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于所述1#热质交换器或2#热质交换器采用翅片管式换热器、平行板式换热器、竖直管式换热器或冷却盘管式换热器，优选为翅片管式换热器。
所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于吸收器内部的1#热质交换器上方依次设有1#布液器和1#丝网除沫器，除湿盐溶液通过1#布液器向吸收器内喷淋；再生发生器内部的2#热质交换器上方依次设有2#布液器和2#丝网除沫器，被二次加热后的稀溶液通过2#布液器向再生发生器内喷淋。
所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于气固分离装置为旋风分离器或布袋除尘器，气固分离装置还设置有固体出料口。
所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于除湿盐溶液为溴化锂、氯化锂、氯化钙、甲酸钾的一种或几种混合水溶液，优选溴化锂水溶液。
相较现有技术，本发明的有益效果如下：
（1）本发明采用内冷型吸收装置（即吸收器内部设有1#热质交换器），湿热尾气在吸收器中直接被喷淋溶液吸收，很大程度上回收了尾气的潜热。吸收器内喷淋的除湿盐溶液流量较小，大大减少了干燥介质雾沫夹带的风险和输送装置的能耗，整体装置的负荷大幅度减小。
（2）本发明利用吸湿性盐溶液水汽分压低的特点，热湿干燥介质经过溶液吸收后能够保持低露点和较高温度，很好地避免了传统冷凝除湿引起的能量损失和吸附除湿处理不了高温工况的缺点。
（3）本发明利用机械压缩式热泵循环系统进行温度调节，将吸收产生热量全部用于除湿盐溶液的再生过程，提高能量利用率的同时又能保证吸收、再生过程的稳定。
（4）本发明将开式吸收式热泵-MVR技术耦合起来，利用MVR压缩机将再生产生的水蒸汽品位提高后又可用于脱湿介质的升温过程，解决了传统第一类吸收式热泵冷凝器排热品位低而导致利用率不高的缺点。
（5）本发明与传统闭路循环冷凝除湿的方式相比，可节能30%以上。
附图说明
图1为本申请开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统的结构示意图；
图1中：1-干燥器，2-气固分离装置，3-1#循环风机，4-2#循环风机，5-加热装置，6-吸收器，7-1#热质交换器，8-1#布液器，9-1#丝网除沫器，10-再生发生器，11-2#热质交换器，12-2#布液器，13-2#丝网除沫器，14-真空泵，15-冷凝器，16-溶液换热器，17-溶液输送泵，18-排热装置，19-蒸发器，20-机械热泵压缩机，21-MVR压缩机，22-1#换热装置，23-2#换热装置。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例：对照图1
一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，包括气体闭路循环干燥系统、开式吸收式热泵系统和机械压缩式热泵循环系统。吸收器6内部自上而下依次设有1#丝网除沫器9、1#液体分布器8和1#热质交换器7，再生发生器10内部自上而下依次设有2#丝网除沫器13、2#液体分布器12和2#热质交换器11。再生发生器10顶部通过管路连接有真空泵14和2#换热装置23，所述开式吸收式热泵系统中，再生发生器10在对稀溶液再生开始前被真空泵14抽空至所需真空度。当稀溶液通入到再生发生器10内进行再生时，再关闭真空泵14的同时打开MVR压缩机21，由MVR压缩机21继续维持再生发生器10内的真空，稀溶液再生过程释放出来的过热水蒸气先被2#换热装置23降温至5～10℃的过热度后，再被MVR压缩机21抽吸压缩成高温中压水蒸气或高温高压水蒸气。
在所述开式吸收式热泵系统中，吸收器6内的1#液体分布器8通入除湿盐溶液，吸收器6的下部进气口通入湿热气体，除湿盐溶液流下至1#热质交换器7上与上升的湿热气体接触并吸收其中的水蒸气后被稀释，吸湿之后的稀溶液在压差作用下从吸收器6底部出液口流出，并依次通过溶液换热器16的冷通道、冷凝器15的冷通道进行换热，被二次加热后的稀溶液通入到再生发生器10内的2#液体分布器12中，2#液体分布器12喷淋而下的稀溶液下落至2#热质交换器11上被进一步加热再生形成浓溶液，浓溶液从再生发生器10底部出液口流出，在溶液输送泵17的输送作用下依次通过溶液换热器16的热通道、蒸发器19的热通道进行换热，被二次冷却后的浓溶液再重新通入吸收器6内，形成开式吸收式热泵系统。
其中，所述的除湿盐溶液为溴化锂、氯化锂、氯化钙、甲酸钾的一种或几种混合水溶液，优选溴化锂水溶液。
在所述机械压缩式热泵循环系统中，机械热泵压缩机20出口分为两路，一路通过冷凝器15的热通道与排热装置18的热通道进口由管路连接，另一路通过2#热质交换器11与排热装置18的热通道进口由管路连接；排热装置18的热通道出口由管路连接膨胀阀，膨胀阀出口分为两路，一路通过1#热质交换器7与机械热泵压缩机20进口由管路连接，另一路通过蒸发器19的冷通道与机械热泵压缩机20进口由管路连接，形成机械压缩式热泵循环系统；所述机械压缩式热泵循环系统的循环管路中填充有换热介质（换热介质可以采用氟利昂等）。
机械压缩式热泵循环系统中，排热装置18的冷通道内通入常温水，以便与流过排热装置18的热通道内的换热介质进行换热，可获得生活热水。
其中，机械热泵压缩机20排出的一路换热介质通入2#热质交换器11内，用于与流下至2#热质交换器11上的稀溶液进行换热；膨胀阀排出的一路换热介质通入1#热质交换器7内，用于与流下至1#热质交换器7上的除湿盐溶液及上升的湿热气体进行换热。
所述1#热质交换器7或2#热质交换器11采用翅片管式换热器、平行板式换热器、竖直管式换热器或冷却盘管式换热器，优选为翅片管式换热器。当1#热质交换器7、2#热质交换器11均采用翅片管式换热器时，除湿盐溶液下落至翅片管式换热器上并与其翅片接触，除湿盐溶液易在翅片管式换热器的翅片上形成液膜，湿热气体向上穿过翅片管式换热器时与液膜充分接触并被吸收水分。翅片管式换热器的管内即通入压缩式热泵循环系统中的换热介质，除湿盐溶液作为中间传热介质，便于压缩式热泵循环系统中的换热介质与湿热气体通过除湿盐溶液进行换热，以吸收利用湿热气体中的低品位热量（即湿热气体中的水蒸气被除湿盐溶液吸收形成液态水，水蒸气被吸收冷凝释放一定的冷凝潜热，释放的冷凝潜热通过除湿盐溶液与翅片管式换热器内的换热介质进行换热）。
在所述气体闭路循环干燥系统中，干燥器1内产生的湿热气体在1#循环风机3的牵引下通过气固分离装置2后直接进入从吸收器6下部通入吸收器6内，湿热气体上升至1#热质交换器7上与除湿盐溶液接触并被吸收水分后形成中温低湿气体，吸收器6内产生的中温低湿气体在2#循环风机4的牵引下通过换热装置22的冷通道被初步加热后，通过加热装置5进一步加热形成高温低湿气体，然后从干燥器1底部重新通入干燥器1内，形成所述气体闭路循环干燥系统；其中，干燥器1的进料口通入待干燥的湿物料，干燥器1的出料口排出干燥后的干物料，在干燥器1内高温低湿气体吸收湿物料中的水分后，即形成湿热气体。干燥器1可以是对流干燥器，干燥器1内通入的干燥气体为空气或氮气等惰性气体。气固分离装置2为旋风分离器或布袋除尘器，气固分离装置2还设置有固体出料口。
其中再生发生器10内稀溶液再生产生的过热水蒸气，首先在真空牵引下进入2#换热装置23中降温消除过热度至5～10℃，再在MVR压缩机21的压缩牵引下形成高温中压或高温高压水蒸气，之后水蒸气通入到换热装置22的热通道内进行换热，换热装置22的热通道出口排出被冷凝的冷凝水。
实施例1：
本实施例采用空气作为干燥介质，采用流化床将含水量18.3%的湿物料干燥至含水量0.55%，湿物料的进料量为1000kg/h，干燥器所需的空气温度为130℃，含湿量为10.7g/kg(绝干气)，流量为3423kg/h，出口湿空气温度为60℃，含湿量为63.4 g/kg(绝干气)。吸湿性盐溶液选用质量分数为65%的LiBr水溶液，吸收器的进液温度为60℃，吸收器内通入的浓溶液与热湿尾气的质量流量比为0.475，吸收过程完成后，吸收器的底部盐溶液浓度变为58.9%，温度维持在60℃，吸收器的顶部空气出口温度为60℃，湿度为10.7g/kg(绝干气)，压力为101.3kpa。
机械压缩式热泵循环系统采用高温工质R123，蒸发温度为55℃，冷凝温度为125℃，实际制热COP达到2.6，排热装置利用水冷方式，每小时可获得3.22吨50℃的生活热水。
吸收器的底部稀溶液经过二次加热之后温度转变为120℃，然后喷入再生发生器内进行再生，再生发生器中的绝对压力为19.8kpa。在再生发生器中，120℃温度的稀溶液向下喷淋到2#热质交换器外表面上，2#热质交换器内部流过125℃温度的高温工质R123，流下至2#热质交换器上的稀溶液被进一步加热再生形成浓溶液。再生发生器底部浓溶液的温度为120℃，出口浓度为65%。再生产生的过热水蒸气温度为120℃，压力为19.8kpa，首先经过2#换热装置冷却至65℃后，再经过MVR压缩机压缩，MVR压缩机的COPh达到3.63，压缩形成的高温中压水蒸气通过换热装置对干燥气体进行升温。每吨湿物料每小时干燥耗能115.75kw。
传统冷凝法先将干燥尾气降至15℃进行除湿，后将脱湿介质加热至120℃后通入干燥器中进行作业，每吨湿物料每小时除湿能耗为61.2kw，加热能耗为112.6kw，总耗能173.9kw。
本实施例1方法与传统冷凝除湿法相比节能33.4%，系统无需外用加热装置。
实施例2：
本实施例采用空气作为介质，采用喷雾干燥的方式将含水量为48%的湿物料干燥至3.1%，湿物料的进料量为1000kg/h，干燥器的进气温度为240℃，含湿量为11.7g/kg(绝干气)，流量为12113kg/h，出口湿空气温度为75℃，含湿量为50.4 g/kg(绝干气)。吸湿性盐溶液选用质量分数为65%的LiBr水溶液，吸收器的进液温度为60℃，吸收器内通入的浓溶液与热湿尾气的质量流量比为0.144，吸收过程完成后，吸收器的底部盐溶液浓度变为51.8%，温度维持在60℃，吸收器的顶部空气出口温度为60℃，湿度为11.7g/kg(绝干气)，压力为101.3kpa。
机械压缩式热泵循环系统采用高温工质R245fa，蒸发温度为55℃，冷凝温度为120℃，实际制热COP达到3.22，排热装置利用水冷方式，每小时可获得2.95吨100℃开水。
吸收器的底部稀溶液经过二次加热后，温度转变为115℃，然后喷入再生发生器内进行再生，再生发生器中的绝对压力为16.2kpa。在再生发生器中，115℃温度的稀溶液向下喷淋到2#热质交换器外表面上，2#热质交换器内部流过120℃温度的高温工质R245fa，流下至2#热质交换器上的稀溶液被进一步加热再生形成浓溶液。再生发生器的底部浓溶液温度为115℃，浓度为65%。再生产生的过热水蒸气温度为115℃，压力为16.2kpa，首先经过2#换热装置冷却至60℃后，再经过MVR压缩机压缩，MVR压缩机的COPh达到2.15，压缩形成的高温水蒸气通过换热装置对干燥气体进行升温。每吨湿物料每小时干燥耗能670.7kw。
传统冷凝法先将干燥尾气降温至15℃进行除湿，再将脱湿介质升温至240℃后通入干燥器中进行作业，每吨湿物料每小时除湿能耗为193.7kw，加热能耗为779.8kw，总耗能973.5kw。
本实施例2与传统冷凝除湿法相比节能31.1%，系统需要加热装置额外提供能量。
本说明书所述的内容仅仅是对发明构思实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式。
Claims (6)
1.一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于包括开式吸收式热泵系统和机械压缩式热泵循环系统；
吸收器（6）上、下部分别通入除湿盐溶液和湿热气体，吸收器（6）内部中部设有1#热质交换器（7），除湿盐溶液流下至1#热质交换器（7）上与上升的湿热气体接触并吸收其中的水蒸气后被稀释，吸湿之后的稀溶液在压差作用下从吸收器（6）底部出液口流出，并依次通过溶液换热器（16）的冷通道、冷凝器（15）的冷通道进行换热，被二次加热后的稀溶液从再生发生器（10）的上部通入；再生发生器（10）内部中部设有2#热质交换器（11），再生发生器（10）内通入的稀溶液流下至2#热质交换器（11）上被进一步加热再生形成浓溶液并产生过热水蒸气，浓溶液从再生发生器（10）底部出液口流出，在溶液输送泵（17）的输送作用下依次通过溶液换热器（16）的热通道、蒸发器（19）的热通道进行换热，被二次冷却后的浓溶液再重新通入吸收器（6）内，形成开式吸收式热泵系统；
所述开式吸收式热泵系统中，再生发生器（10）在对稀溶液再生开始前被真空泵（14）抽空至所需真空度，对稀溶液进行再生时，关闭真空泵（14）并在MVR压缩机（21）的运行作用下继续维持再生发生器（10）内的真空；
机械热泵压缩机（20）出口分为两路，一路通过冷凝器（15）的热通道与排热装置（18）的热通道进口由管路连接，另一路通过2#热质交换器（11）与排热装置（18）的热通道进口由管路连接；排热装置（18）的热通道出口由管路连接膨胀阀，膨胀阀出口分为两路，一路通过1#热质交换器（7）与机械热泵压缩机（20）进口由管路连接，另一路通过蒸发器（19）的冷通道与机械热泵压缩机（20）进口由管路连接，形成机械压缩式热泵循环系统；所述机械压缩式热泵循环系统的循环管路中填充有换热介质；
机械压缩式热泵循环系统中，排热装置（18）的冷通道内通入常温水，以便与流过排热装置（18）的热通道内的换热介质进行换热，获得热水；
其中，机械热泵压缩机（20）排出的一路换热介质通入2#热质交换器（11）内，用于与流下至2#热质交换器（11）上的稀溶液进行换热；膨胀阀排出的一路换热介质通入1#热质交换器（7）内，用于与流下至1#热质交换器（7）上的除湿盐溶液进行换热；
还包括气体闭路循环干燥系统，干燥器（1）内产生的湿热气体在1#循环风机（3）的牵引下通过气固分离装置（2）后直接进入从吸收器（6）下部通入吸收器（6）内，湿热气体上升至1#热质交换器（7）上与除湿盐溶液接触并被吸收水分后形成中温低湿气体，吸收器（6）内产生的中温低湿气体在2#循环风机（4）的牵引下通过换热装置（22）的冷通道被初步加热后，通过加热装置（5）进一步加热，然后从干燥器（1）底部重新通入干燥器（1）内，形成所述气体闭路循环干燥系统；其中，干燥器（1）的进料口通入待干燥的湿物料，干燥器（1）的出料口排出干燥后的干物料；
其中再生发生器（10）内稀溶液再生产生的过热水蒸气，在2#换热装置（23）里进行降温到过热度至5～10℃后，在MVR压缩机（21）的压缩牵引下形成高温中压或高温高压水蒸气，之后水蒸气通入到1#换热装置（22）的热通道内进行换热，换热装置（22）的热通道出口排出被冷凝的冷凝水；
所述1#热质交换器（7）或2#热质交换器（11）采用翅片管式换热器。
2.如权利要求1所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于干燥器（1）为对流干燥器，干燥器（1）内通入的干燥气体为空气或氮气。
3.如权利要求1所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于吸收器（6）内部的1#热质交换器（7）上方依次设有1#布液器（8）和1#丝网除沫器（9），除湿盐溶液通过1#布液器（8）向吸收器（6）内喷淋；再生发生器（10）内部的2#热质交换器（11）上方依次设有2#布液器（12）和2#丝网除沫器（13），被二次加热后的稀溶液通过2#布液器（12）向再生发生器（10）内喷淋。
4.如权利要求1所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于气固分离装置（2）为旋风分离器或布袋除尘器，气固分离装置（2）还设置有固体出料口。
5.如权利要求1所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于除湿盐溶液为溴化锂、氯化锂、氯化钙、甲酸钾的一种或几种混合水溶液。
6.如权利要求5所述的一种开式吸收式热泵-MVR技术耦合的闭路循环干燥系统，其特征在于除湿盐溶液为溴化锂水溶液。
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