CN112833580A - 一种工业余热余压综合回收系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种工业余热余压综合回收系统，包括吸附式制冷组件和吸附质增压器，二者通过管道连接形成吸附质循环回路，其中吸附式制冷组件连接有余热导管，该余热导管用于使吸附式制冷组件的工质对解吸附，吸附质进入吸附质增压器，吸附质增压器由工业余压驱动工作，以使吸附质增压器内气态的吸附质被压缩后回到吸附式制冷组件。本发明的有益效果：(1)能够同时综合回收利用余热和余压，减轻传统的固体化学吸附式制冷/储能系统中吸附床的解吸附吸附质的能力与速率受冷凝器环境温度的制约，提高工作效率及余热回收效能，并且系统结构简单，投资成本低，安装灵活及易于流程改造，操作方便。

Description

一种工业余热余压综合回收系统
技术领域
本发明属于热能回收领域，具体涉及一种工业余热余压综合回收系统。
背景技术
面对目前日益严峻的能源问题，回收利用低品位热能和工业余压是克服能源需求日益增长制约经济社会可持续发展的主要路线之一。由于工业生产具有一定的工艺特殊性，能源有效利用率一般都较低，普遍存在有大量的、品味高低不同的余热余压未被有效利用而直接排放到环境中，既造成了严重的能源浪费又污染了环境。近年来，采用低品位热能为驱动力的固体化学吸附式热能储存及制冷技术由于具有高能量储存密度、稳定的输出温度、良好的短期及长期能量储存性能和灵活的工作模式等优势，得到较多研究。吸附床是固体化学吸附式制冷系统的核心部件，依赖吸附平衡过程的温度压力参数的单变量特性，通过控制吸附床温度的变化来改变其压力的变化以此满足循环过程的冷凝及蒸发压力条件。与压缩式蒸汽制冷循环相比，吸附床交替性地充当了压缩机和膨胀阀的作用，因此也称其为热压缩机。
固体化学吸附式制冷系统目前存在的主要问题是，吸附质在吸附床解吸至冷凝器时往往需要将吸附床压力提升至环境温度所对应的氨气冷凝压力之上，由于环境温度的制约，尤其是在夏季该压力值往往较高，从而大大延长了吸附床解吸附时间，造成了余热回收整体效能的降低；另一方面，根据工质对如金属卤盐-NH3的平衡吸附曲线可知，随着压力的提升，解吸附所需驱动温度也随之增加，从而不可避免地降低了驱动温差，致使能够有效利用的余热资源的温度区间收窄，进一步降低了余热能的品味利用水准。
目前工业余热余压的回收利用工艺仅单独针对余热或余压资源进行利用，大多聚焦于供热供电应用集成(热电联产或冷热电联产)，涉及的系统设备投资较大且控制复杂，难以在实际工业生产中灵活实施。
公开号为CN104989474A的专利文献公开了一种基于低品位热能利用的有机朗肯循环发电与吸附制冷联供系统，其包括有机朗肯循环发电装置和吸附制冷装置，其中有机朗肯循环发电装置的换热器对热能进行一级利用，换热器吸收的热量使气体膨胀用于发电，然后余热被吸附制冷装置的吸附床二次利用，用于制冷，该系统组成梯级能源利用系统，提高了低品位热能的利用率。然而，该系统仍然存在上述问题，即环境温度升高将导致余热回收整体效能和余热能品味利用水准的降低。
公开号为CN201292864Y的专利文献公开了一种用于低沸点工质低温热能热力发电和工业余压动力回收透平装置，该装置利用工业余压推动叶轮转动从而使发电机发电。虽然该装置可以有效的利用工业余压产生电能，但是该装置对工业余压的品质要求比较高，大部分工业废压达不到该装置的使用要求；且该装置控制系统比较复杂，不能做到对工业余热余压的高效回收利用。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种工业余热余压综合回收系统。
其技术方案如下：
一种工业余热余压综合回收系统，包括吸附式制冷组件，其关键在于，所述吸附式制冷组件设有吸附质出口和吸附质入口，所述吸附质出口供解吸附的气态的吸附质导出，所述吸附质入口供气态的吸附质进入；
所述吸附式制冷组件连接有吸附质增压器，该吸附质增压器设有压缩室，该压缩室设有低压进气口和高压出气口；
所述吸附质出口通过管道连接所述压缩室的低压进气口，所述压缩室的高压出气口通过管道连接所述吸附质入口，从而使所述吸附式制冷组件与所述压缩室之间形成封闭的吸附质循环回路；
所述吸附式制冷组件连接有余热导管，该余热导管用于使所述吸附式制冷组件的工质对解吸附；
所述吸附质增压器连接有余压导管，该余压导管内的高压气体驱动所述吸附质增压器工作，以使所述压缩室内气态的吸附质压缩后从所述高压出气口排出。
采用以上设计，其优点在于吸附质增压器可提升进入冷凝器的吸附质压力，以加速其冷凝，从而显著提高吸附质的冷凝速度和化学反应吸附床的解吸附速率，使余热回收整体效能增强，尤其适用于夏季环境温度所对应的较高的氨气冷凝压力致使吸附床解吸附反应时间过长的极端工况，由于本系统能够同时回收利用工业余热和余压，既保留了固体化学吸附式制冷/储能对于非连续性和性状波动较大余热资源的高效热回收及转换的优势，又利用余压的增压手段克服了冷凝温度对于传统化学吸附式制冷/储能效能提升的制约，对低品位余热回收率高，同时采用该技术路线的系统设备构成简单，控制灵活简便。
作为优选技术方案，上述吸附质增压器为活塞式增压器，包括压力缸，该压力缸内腔内设有活塞，该活塞与所述压力缸内壁滑动气密配合，将压力缸内腔分为所述压缩室和加压室，所述加压室与所述余压导管连通，所述加压室还连接有废气导管。
采用以上设计，结构简单，方便利用余压对吸附质进行压缩。
作为优选技术方案，上述吸附式制冷组件包括吸附床反应器、冷凝器、储液罐和蒸发器；
所述冷凝器的进气口形成所述吸附质入口，所述冷凝器的出液口通过管道连接所述储液罐的进液口，所述储液罐的出液口通过管道连接所述蒸发器的进液口，所述蒸发器的出气口通过管道连接所述吸附床反应器的气体口，所述吸附床反应器的气体口形成所述吸附质出口；
所述余热导管穿过所述吸附床反应器。
采用以上设计，通过基本的模块组成完整的吸附质循环路径，利用余热
作为优选技术方案，上述余压导管上设有工业余压调节阀，所述废气导管上设有废气排放电磁阀。
采用以上设计，按需通入工业余压气体，对吸附质增压器进行加压压缩。
作为优选技术方案，上述吸附床反应器的气体口与所述蒸发器的出气口之间的管道上设有吸附床进气电磁阀；
所述吸附床反应器的气体口与所述低压进气口之间的管道上设有吸附床排气电磁阀。
采用以上设计，便于控制通入吸附质以使其与吸附剂作用，以及停止通入吸附剂以利用余热进行解吸附。
作为优选技术方案，上述冷凝器的出液口与所述储液罐的进液口之间的管道上设有储液罐电磁阀；
所述储液罐的出液口与所述蒸发器的进液口之间的管道上设有蒸发器电磁阀。
采用以上设计，便于控制冷却后的吸附质液体进入储液罐，以及吸附质液体进入蒸发器。
作为优选技术方案，上述活塞设有隔热板。
采用以上设计，减少压缩室与加压室之间热交换，使得吸附质在压缩室内被压缩时，能够有效增压。
作为优选技术方案，上述吸附式制冷组件使用的吸附剂为多盐复合吸附剂，所述吸附质为氨，多盐复合吸附剂与氨组成工质对。
采用以上设计，吸附-解吸附之间的迟滞现象不明显，提升工质在吸附床中的热质传输特性。
与现有技术相比，本发明的有益效果：(1)能够同时综合回收利用余热和余压；(2)减轻传统的固体化学吸附式制冷/储能系统中吸附床的解吸附吸附质的能力与速率受冷凝器环境温度的制约，提高工作效率及余热回收效能；(3)系统结构简单，投资成本低，安装灵活及易于流程改造，操作方便，尤其适用于工业余热温度低及间歇性输出和余压压力波动大等应用场合。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明作进一步说明。
一种工业余热余压综合回收系统，包括吸附式制冷组件，所述吸附式制冷组件设有吸附质出口和吸附质入口，所述吸附质出口供解吸附的气态的吸附质导出，所述吸附质入口供气态的吸附质进入。所述吸附式制冷组件连接有吸附质增压器2，该吸附质增压器2设有压缩室2a，该压缩室2a设有低压进气口和高压出气口；所述吸附质出口通过管道连接所述压缩室2a的低压进气口，所述压缩室2a的高压出气口通过管道连接所述吸附质入口，从而使所述吸附式制冷组件与所述压缩室2a之间形成封闭的吸附质循环回路。
所述吸附式制冷组件连接有余热导管6，该余热导管6用于使所述吸附式制冷组件的工质对解吸附。所述吸附质增压器2连接有余压导管7，该余压导管7内的高压气体驱动所述吸附质增压器2工作，以使所述压缩室2a内气态的吸附质压缩后从所述高压出气口排出。
本系统可利用工业余压，在提升吸附式制冷组件的吸附质冷凝压力的同时不增加吸附床的整体压力，以此保证吸附床内低压条件下的解吸速率。
具体地，如图1，所述吸附质增压器2为活塞式增压器，包括压力缸2d，该压力缸2d内腔内设有活塞2c，该活塞2c与所述压力缸2d内壁滑动气密配合，将压力缸2d内腔分为所述压缩室2a和加压室2b，所述加压室2b与所述余压导管7连通，所述加压室2b还连接有废气导管8。所述活塞2c设有隔热板，以减少高温吸附质向加压室2b传热。
所述吸附式制冷组件包括吸附床反应器1、冷凝器3、储液罐4和蒸发器5。所述冷凝器3的进气口形成所述吸附质入口，所述冷凝器3的出液口通过管道连接所述储液罐4的进液口，所述储液罐4的出液口通过管道连接所述蒸发器5的进液口，所述蒸发器5的出气口通过管道连接所述吸附床反应器1的气体口，所述吸附床反应器1的气体口形成所述吸附质出口。所述余热导管6穿过所述吸附床反应器1，余热对吸附剂1a进行加热使吸附质解吸附。
所述余压导管7上设有工业余压调节阀9，所述废气导管8上设有废气排放电磁阀10。所述吸附床反应器1的气体口与所述蒸发器5的出气口之间的管道上设有吸附床进气电磁阀15。所述吸附床反应器1的气体口与所述低压进气口之间的管道上设有吸附床排气电磁阀11。所述高压出气口与所述冷凝器3的进气口之间的管道上设有冷凝器安全阀12。
所述冷凝器3的出液口与所述储液罐4的进液口之间的管道上设有储液罐电磁阀13。所述储液罐4的出液口与所述蒸发器5的进液口之间的管道上设有蒸发器电磁阀14。
本实施例中，所述吸附式制冷组件使用的吸附剂1a为多盐复合吸附剂，为复合盐及硫酸处理的膨胀石墨。所述吸附质为氨，多盐复合吸附剂与氨组成工质对。
本系统的工作原理为：具体实现方法为：吸附床反应器1利用工业余热促使多盐复合吸附剂解吸出氨气，打开吸附床排气电磁阀11和废气排放电磁阀10，使氨气进入吸附质增压器2内的压缩室2a空间，同时加压室2b内的废气排出，这时由于解吸附产生的氨气压力使得活塞2c上升到吸附质增压器2顶部。然后关闭吸附床排气电磁阀11和废气排放电磁阀10，打开工业余压调节阀9，具有较大压力的工业余压进入到加压室2b，在压差的作用下活塞2c向下运动，压缩室2a内压力逐渐上升，当压力上升到冷凝器安全阀12设定的压力值时，冷凝器安全阀12自动打开，压缩室2a内的氨气进入冷凝器3内迅速冷凝，冷凝后打开储液罐电磁阀13使液氨进入储液罐4存储，当活塞2c到达吸附质增压器2底部时，将工业余压调节阀9断开，再次打开吸附床排气电磁阀11和废气排放电磁阀10，开启下一次氨气增压。当吸附床反应器1内多盐复合吸附剂解吸附完成后关闭所有阀门，解吸附吸热阶段完毕，低品位工业余热以化学键能和显热的形式存储于多盐复合吸附剂中。然后通过循环冷却水的冷却降温作用使得多盐复合吸附剂的温度降低至环境温度，以此满足多盐复合吸附剂的吸附条件。此时打开蒸发器电磁阀14，液氨进入蒸发器5内完成蒸发过程产生制冷效应，随后打开吸附床进气电磁阀15，使氨气进入吸附床反应器1内与多盐复合吸附剂进行络合反应，同时释放出可回收利用的热量，当多盐复合吸附剂达到吸附极限后，关闭所有阀门，吸附释热阶段完毕，以蒸发吸热和吸附释热的形式同时产生冷量和化学热。至此一个化学吸附式制冷/储能循环周期结束。下个周期重新交替进行解吸附和吸附阶段，从而实现工业余热余压高效综合性的利用回收。
本系统由于创造性地将吸附质增压器2与吸附式制冷组件结合，提升进入冷凝器3的氨气压力，以加速氨气冷凝，从而显著提高氨气的冷凝速度和化学反应吸附床的解吸附速率，使余热回收整体效能增强，尤其适用于夏季环境温度所对应的较高的氨气冷凝压力致使吸附床反应器1内氨气与多盐复合吸附剂解吸附反应时间过长的极端工况；同时，吸附质增压器2由工业余压驱动工作，对氨气进行压缩。这样，本系统综合利用工业余热和工业余压，能源特别是低品位能源的利用效率大大提升。
最后需要说明的是，上述描述仅仅为本发明的优选实施例，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不违背本发明宗旨及权利要求的前提下，可以做出多种类似的表示，这样的变换均落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种工业余热余压综合回收系统，包括吸附式制冷组件，其特征在于：所述吸附式制冷组件设有吸附质出口和吸附质入口，所述吸附质出口供解吸附的气态的吸附质导出，所述吸附质入口供气态的吸附质进入；
所述吸附式制冷组件连接有吸附质增压器(2)，该吸附质增压器(2)设有压缩室(2a)，该压缩室(2a)设有低压进气口和高压出气口；
所述吸附质出口通过管道连接所述压缩室(2a)的低压进气口，所述压缩室(2a)的高压出气口通过管道连接所述吸附质入口，从而使所述吸附式制冷组件与所述压缩室(2a)之间形成封闭的吸附质循环回路；
所述吸附式制冷组件连接有余热导管(6)，该余热导管(6)用于使所述吸附式制冷组件的工质对解吸附；
所述吸附质增压器(2)连接有余压导管(7)，该余压导管(7)内的高压气体驱动所述吸附质增压器(2)工作，以使所述压缩室(2a)内气态的吸附质压缩后从所述高压出气口排出。
2.根据权利要求1所述的工业余热余压综合回收系统，其特征在于：所述吸附质增压器(2)为活塞式增压器，包括压力缸(2d)，该压力缸(2d)内腔内设有活塞(2c)，该活塞(2c)与所述压力缸(2d)内壁滑动气密配合，将压力缸(2d)内腔分为所述压缩室(2a)和加压室(2b)，所述加压室(2b)与所述余压导管(7)连通，所述加压室(2b)还连接有废气导管(8)。
3.根据权利要求2所述的工业余热余压综合回收系统，其特征在于：所述吸附式制冷组件包括吸附床反应器(1)、冷凝器(3)、储液罐(4)和蒸发器(5)；
所述冷凝器(3)的进气口形成所述吸附质入口，所述冷凝器(3)的出液口通过管道连接所述储液罐(4)的进液口，所述储液罐(4)的出液口通过管道连接所述蒸发器(5)的进液口，所述蒸发器(5)的出气口通过管道连接所述吸附床反应器(1)的气体口，所述吸附床反应器(1)的气体口形成所述吸附质出口；
所述余热导管(6)穿过所述吸附床反应器(1)。
4.根据权利要求3所述的工业余热余压综合回收系统，其特征在于：所述余压导管(7)上设有工业余压调节阀(9)，所述废气导管(8)上设有废气排放电磁阀(10)。
5.根据权利要求3所述的工业余热余压综合回收系统，其特征在于：所述吸附床反应器(1)的气体口与所述蒸发器(5)的出气口之间的管道上设有吸附床进气电磁阀(15)；
所述吸附床反应器(1)的气体口与所述低压进气口之间的管道上设有吸附床排气电磁阀(11)。
6.根据权利要求3所述的工业余热余压综合回收系统，其特征在于：所述冷凝器(3)的出液口与所述储液罐(4)的进液口之间的管道上设有储液罐电磁阀(13)；
所述储液罐(4)的出液口与所述蒸发器(5)的进液口之间的管道上设有蒸发器电磁阀(14)。
7.根据权利要求2所述的工业余热余压综合回收系统，其特征在于：所述活塞(2c)设有隔热板。
8.根据权利要求1～6任意一项所述的工业余热余压综合回收系统，其特征在于：所述吸附式制冷组件使用的吸附剂(1a)为多盐复合吸附剂，所述吸附质为氨，多盐复合吸附剂与氨组成工质对。
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