CN113405395B - 一种冷却和热回收综合利用系统 - Google Patents
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Abstract
本方案涉及热能利用领域的一种冷却和热回收综合利用系统，包括车间热量回收系统和尾气热量利用系统，所述车间热量回收系统包括第一换热器、车间冷却器、第二换热器和冷却蓄水池，所述尾气热量回收系统包括烟温回收装置和蓄水罐，所述蓄水罐包括底部连通的低温蓄水罐和高温蓄水罐，所述烟温回收装置作用在燃气锅炉的排烟口处，烟温回收装置至少包括依次连通的一级烟温回收器、二级烟温回收器和三级烟温回收器；综合将生产车间内、冷却蓄水池和燃气锅炉的尾气热量进行综合吸收，从而将只有20℃左右的自来水加热到了80℃～95℃，整个过程充分将车间生产的热源进行了回收利用，实现了多级精细化的热源收集和利用率。
Description
技术领域
本申请属于针对低温热能综合利用的技术领域，具体为一种冷却和热回收综合利用系统。
背景技术
随着社会快速发展，碳中和的目标是国家的战略目标，现在在我们生产过程中，会产生大量热源，针对高热源领域，如矿石冶炼，化工其热源均会采取对余热进行回收利用，但是对于热源产生温度并不高，但是长期产生的领域，其热源往往存在浪费现象，比如酿酒行业，在酿酒工艺过程中，需要对酒糟进行蒸馏，虽然蒸馏温度常常在100℃左右，蒸馏后需要收集到酒液，需要对其冷凝，冷凝过程现在是直接采用的换热器，通过换热器将热量交换出来，交换出来的热量常常是直接自然冷却排放了；为对这些热量进行有效利用。
同一酿酒环境，在蒸馏过程一般采用高热蒸气来保障蒸馏需要的热量，产生蒸气的方式是通过蒸气锅炉设备产生，蒸气锅炉经济的加热方式一般通过可燃物燃烧产生热源，可燃物可以是天然气、煤炭等；为保证可燃物的充分燃烧，蒸气锅炉的燃烧室有空气供给的风机，也有烟气排出的排烟管；但是排出的烟气本身也是带有热量，这些热量温度在200℃左右；对于酿酒工厂来说也是直接排放或是简单回收部分热量，无法达到较高的回收效益。
在节能减排的大趋势下，针对如酿酒工厂等生产环境来说，如何高效利用这些热源成了研究的对象，申请人一直研究如何更加经济环保的利用热源，如申请人前期的专利申请，公开号为：CN202010053976.0，余热智能回收系统；公开号为：CN202010859544.9一种具有冷却和热能回收功能的节能型能源利用系统等，针对不同场景来实现热量回收利用的研究；但是因为应用环境的不同，采取的解决方案也不同，直接将其它应用环境的节能系统应用在酿酒生产环境中，不仅仅投入增加，还造成能源的浪费。
发明内容
本申请目的是提供在多处存在低温热源的环境中，实现生产的冷却需求的同时，对热源能够更加高效的回收利用。
为了达到上述目的，本申请提供的冷却和热回收综合利用系统，包括车间热量回收系统和尾气热量利用系统；所述车间热量回收系统包括第一换热器、车间冷却器、第二换热器和冷却蓄水池，所述第一换热器和第二换热器均包括热源管和冷源管；所述第一换热器的热源管、车间冷却器、第二换热器热源管和冷却蓄水池依次通过管道连通，所述第一换热器冷源管的进水端连接常温水管，第一换热器冷源管的出水端与第二换热器冷源管的进水端连通，所述尾气热量利用系统包括烟温回收装置和蓄水罐，所述蓄水罐包括底部连通的低温蓄水罐和高温蓄水罐，所述烟温回收装置作用在燃气锅炉的排烟口处，烟温回收装置至少包括依次连通的一级烟温回收器、二级烟温回收器和三级烟温回收器，其中一级烟温回收器靠近排烟口，所述第二换热器冷源管的出水端分为第一支路和第二支路，第一支路接入到低温蓄水罐上，低温蓄水罐再接入到二级烟温回收器上，二级烟温回收器进一步接入到高温蓄水罐中，高温蓄水罐又接入到一级烟温回收器上，一级烟温回收器的出水端接入到燃气锅炉内,所述第二支路接入到三级烟温回收器上，三级烟温回收器接入到低温储水罐内。
本系统的工作方式及原理如下:首先是利用车间热量回收系统将生产环节中产生的低温热量回收起来，例如蒸馏过程中，需要将气化的酒精冷凝下来，首先是将集中在还有余热的冷却蓄水池中的热量进行回收，冷却蓄水池中的热量一般为40℃~48℃。将冷却蓄水池接入到第一换热器的热源管，将15℃~20℃的自来水（常温水）接入到第一换热器的冷源管，通过热交换后的自来水温度上升到30℃~35℃。第二个热源是车间中的蒸馏器，通过车间冷却器将蒸馏器中的热量收集起来，此时车间冷却器中的冷却水被加热到55℃~60℃，通过第二换热器将从第一换热器出来的自来水再次加热到50℃~55℃。
对燃气锅炉的尾气热量进行回收，本申请通过多级回收器来逐级完成回收。将车间热量回收系统被加热的自来水通入到三级烟温回收器内，利用已经被一级和二级烟温回收器吸收后的尾气热量对50℃~55℃的自来水进行加热，此时自来水的温度上升到60℃~65℃再次通入低温蓄水罐中，再次将低温蓄水罐中的水通过水泵通入到二级烟温回收器中，经过二级烟温回收器的热量吸收，自来水的温度上升到80℃~85℃，然后直接通入到蓄水罐的高温蓄水罐中进行备用。最后将80℃~85℃的自来水再次通入到一级回收管加热到达90℃以上，这部分水通入到燃气锅炉中，这样燃气锅炉的水本身就具有较高温度了，那可以推断，这将大大减少燃气的使用。
本申请的优点在于：综合将生产车间内、冷却蓄水池和燃气锅炉的尾气热量进行综合吸收，从而将只有20℃左右的自来水加热到了80℃~85℃，整个过程充分将车间生产的热源进行了回收利用，实现了多级精细化的热源收集。形成可以用于锅炉用水，拓展用热和供暖的需要。
换热器中的两根热交换管在本申请中分别叫热源管和冷源管。
为了对烟气余热的再次利用，所述烟温回收装置中加入了四级烟温回收器，所述四级烟温回收器通过循环泵连接有第五换热器，所述第五换热器作用在给燃气锅炉鼓风的风机处，目的是将风机处的空气进行加热，有效增加炉膛温度，提升锅炉生产效率，降低燃料消耗。并且此时燃气锅炉向外排放的尾气在45℃以下，也避免了对人体皮肤的烫伤。
为了对热回收热量进行充分利用，创造更大的效益，所述高温蓄水罐连接有用于热量输出循环换热系统，对其它用热单位提供热量；一级烟温回收器的出水端进锅炉前设循环支管与一级烟温回收器的进水管形成回路，目的是在一级烟温回收器出口温度高于设定的温度时，自动启动该回路上的循环泵，利用回路上的换热器进行降温，同时将热量传导给热量输出循环换热系统用于补充该系统热量，避免热能浪费。
为了对高温蓄水罐进行利用，所述高温蓄水罐连接有用于其它拓展用热的用热换热器，高温蓄水罐与第一烟温回收器的出水端之间连接用于补充热量的调节换热器。
为了将本系统中热量用于供暖，还包括第一供暖换热器，第二供暖换热器和供暖设施，所述第一供暖换热器的热源管安装在车间冷却器出口和冷却塔进口之间部位，与供暖循环系统形成供暖主回路，所述第二供暖换热器的热源管安装在高温蓄水罐的热量输出循环换热系统管路上对供暖系统形成供暖调节回路。
为了让系统循环的水量能够进行调节，所述第二换热器和车间冷却器之间安装有集水装置。
为了节省管道，所述第一支路接入到低温蓄水罐的管道和三级烟温回收器接入到低温蓄水罐的管道共用一根，第一支路和三级烟温回收器接入到低温蓄水罐之前均设置有阀门。
为了让蓄水罐内也能进行热交换，所述低温蓄水罐和高温蓄水罐为独立箱体，且底部通过管道连通；这样让储存的低温蓄水罐和高温蓄水罐相互分离，实现热量吸水的高效性，同时底部连通的水能够不经过外部热交换，也能迅速提升温度。
为了调节进入第一换热器、第二换热器和第一供暖换热器的进水量，第一换热器、第二换热器和第一供暖换热器均通过旁路支管并联在所在位置对应的管道上，对应的管道处均设置有调节阀。
所述烟气热回收装置包括用于安装在燃气锅炉排烟端的外壳和用于回收烟气热量的烟温回收器，烟温回收器分为一级烟温回收器、二级烟温回收器、三级烟温回收器和四级烟温回收器，并依次固定在外壳内，与外壳密封一起，烟温回收器的换热管外侧布有换热翅片与烟气接触吸热，换热管内侧为待加热循环水，通过换热管导热加热管内循环水。通过四级烟温回收器可以逐级对蒸汽锅炉产生的烟气热量进行梯级利用，使得烟气的热量充分回收。
附图说明
图1：为实施例1中车间热量回收系统的连接图；
图2：为实施例2中尾气热量利用系统；
图3：为实施例3中冷却和热回收综合利用系统的整体连接图；
图4：为图3中烟温回收装置的结构示意图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明。
说明书附图的附图标记包括：冷却蓄水池1；烟温回收装置2；一级烟温回收器2-1；二级烟温回收器2-2；三级烟温回收器2-3；四级烟温回收器2-4；外壳2-5；热量收集翅片2-6；冷凝水排水管2-7；燃气锅炉3；风机4；第五换热器4-1；蓄水罐5；低温蓄水罐5-1；高温蓄水罐5-2；热量补充换热器6；第一换热器7；车间冷却器8；第一供暖换热器9；集水装置11；第二换热器12；第二供暖换热器13；拓展用热换热器14；调节阀15。
实施例1：
如图1所示，是针对车间热量进行回收的系统包括第一换热器7、车间冷却器8、第二换热器12和冷却蓄水池1，第一换热器7和第二换热器12均包括热源管和冷源管；第一换热器7的热源管、车间冷却器8、第二换热器热源管和冷却蓄水池1依次通过管道连通，第一换热器冷源管的进水端连接自来水管，第一换热器冷源管的出水端与第二换热器冷源管的进水端连通；第二换热器12和车间冷却器8之间安装有集水装置11。
利用车间热量回收系统将生产环节中产生的低温热量回收起来，例如蒸馏过程中，需要将气化的酒精冷凝下来，首先是将集中在还有余热的冷却蓄水池1中的热量进行回收，冷却蓄水池1中的热量一般为40℃~48℃。将冷却蓄水池1接入到第一换热器7的热源管，将15℃~20℃的自来水（常温水）接入到第一换热器7的冷源管，通过热交换后的自来水温度上升到30℃~35℃。第二个热源是车间中的蒸馏器，通过车间冷却器8将蒸馏器中的热量收集起来，此时车间冷却器8中的冷却水被加热到55℃~60℃，通过第二换热器12将从第一换热器7出来的自来水再次加热到50℃~55℃，集水装置11是为了给整个水系统循环的水量能够进行调节保证进行热交换过程中水量出现波动的情况。
实施例2：
如图2所示的尾气热量利用系统，包括烟温回收装置2和蓄水罐5，蓄水罐5包括底部连通的低温蓄水罐5-1和高温蓄水罐5-2，烟温回收装置2作用在燃气锅炉3的排烟口处，烟温回收装置2包括依次连通的一级烟温回收器2-1、二级烟温回收器2-2和三级烟温回收器2-3，其中一级烟温回收器2-1靠近排烟口，第二换热器12冷源管的出水端分为第一支路和第二支路，第一支路接入到低温蓄水罐5-1上，低温蓄水罐5-1再接入到二级烟温回收器2-2上，二级烟温回收器2-2进一步接入到高温蓄水罐5-2中，高温蓄水罐5-2又接入到一级烟温回收器2-1上，一级烟温回收器2-1的出水端接入到燃气锅炉3内,第二支路接入到三级烟温回收器2-3上，三级烟温回收器2-3接入到低温储水罐5-1内。
将实施例1中的已经加热到50℃~55℃的自来水分为两个部分，第一部分直接通入到蓄水罐5的低温蓄水罐5-1中，第二部分第一次通入到三级烟温回收器2-3上，利用已经被一级和二级烟温回收器吸收后的尾气热量对50℃~55℃的自来水进行加热，此时自来水的温度上升到60℃~65℃再次通入低温蓄水罐5-1中，再次将低温蓄水罐5-1中的水通过水泵通入到二级烟温回收器2-2中，经过二级烟温回收器2-2的热量吸收，自来水的温度上升到80℃~85℃，然后直接通入到蓄水罐5的高温蓄水罐5-2中进行备用。
高温蓄水罐5-2中的一部分水再次通入到一级烟气回收器2-1中，使其加热到达90℃以上，然后将这部分水通入到燃气锅炉3中，这样燃气锅炉3的水本身就具有较高温度了，那可以推断，这将大大减少燃气的使用。
第一支路接入到低温蓄水罐5-2的管道和三级烟温回收器2-3接入到低温蓄水罐的管道共用一根，第一支路和三级烟温回收器接入到低温蓄水罐之前均设置有阀门。
烟温回收装置2中加入了四级烟温回收器2-4，四级烟温回收器2-4通过循环泵连接有第五换热器4-1，第五换热器4-1作用在给燃气锅炉鼓风的风机4处，目的是将风机4处的空气进行加热，这样可以降低燃料加热空气所消耗的热量。
实施例3：
如图3所示，是将车间回收系统和尾气热量利用系统形成一个热回收整体，并将收集来的热源用于拓展用热和室内供暖，用于室内供暖是将车间回收系统中已经被加热到50℃~55℃的水通过第一供暖换热器9先将热量置换出来，置换出来的温度在45℃~50℃，为了补偿从第一供暖换热器9出来的水温波动，高温蓄水罐5-2处的热量通过第二供暖换热器13置换出热量；这样保证供暖温度在50℃以上。
用于其它拓展用热部分是通过拓展用热换热器14来完成，直接将高温蓄水罐5-2中的热量置换出来用于日常拓展用热。拓展用热换热器14与一级回收管2-1之间设置有热量补充换热器6，通过热量补充换热器6对其它拓展用热的温度进行补充，如果从高温蓄水罐5-2出来的温度不能满足热水的温度，通过热量补充换热器6将一级烟温回收器2-1出来的水温进行加热，使得拓展用热的温度保持在80℃~90℃。
本文中拓展用热可以用于生活中的热水供应，或者用于补充热源的场所。
为了调节进入第一换热器7、第二换热器12和第一供暖换热器9的进水量，第一换热器7、第二换热器12和第一供暖换热器9均通过旁路支管并联在所在位置对应的管道上，对应的管道处均设置有调节阀15。
实施例4：
如图4所示的烟温回收装置2包括用于用于安装在蒸汽锅炉排烟端的外壳2-5和用于回收烟气热量的烟温回收器，烟温回收器分为一级烟温回收器2-1、二级烟温回收器2-2、三级烟温回收器2-3和四级烟温回收器2-4，并依次固定在外壳2-5内，烟温回收器与外壳密封一起，烟温回收器的换热管外侧部有导热翅片2-6，与烟气接触，换热管内为待加热的循环水，通过换热管壁为换热管内的循环水加热，在烟温回收装置外壳2-5底部设有专门用于排放冷凝水的冷凝水排水管2-7。
这样可以逐级对燃气锅炉产生的尾气热量进行利用，使得尾气的热量充分被交换出来，尾气排出的的温度在40~50℃之间。
以上的仅是本申请的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。
Claims (6)
1.冷却和热回收综合利用系统，包括车间热量回收系统和尾气热量利用系统；其特征在于，所述车间热量回收系统包括第一换热器、车间冷却器、第二换热器和冷却蓄水池，所述第一换热器和第二换热器均包括热源管和冷源管；所述第一换热器的热源管、车间冷却器、第二换热器热源管和冷却蓄水池依次通过管道连通，所述第一换热器冷源管的进水端连接常温水管，第一换热器冷源管的出水端与第二换热器冷源管的进水端连通；
所述尾气热量利用系统包括烟温回收装置和蓄水罐，所述蓄水罐包括底部连通的低温蓄水罐和高温蓄水罐，所述烟温回收装置作用在燃气锅炉的排烟口处，烟温回收装置至少包括依次连通的一级烟温回收器、二级烟温回收器和三级烟温回收器，其中一级烟温回收器靠近排烟口，所述第二换热器冷源管的出水端分为第一支路和第二支路，第一支路接入到低温蓄水罐上，低温蓄水罐再接入到二级烟温回收器上，二级烟温回收器进一步接入到高温蓄水罐中，高温蓄水罐又接入到一级烟温回收器上，一级烟温回收器的出水端接入到燃气锅炉内,所述第二支路接入到三级烟温回收器上，三级烟温回收器接入到低温储水罐内；
所述烟温回收装置中加入了四级烟温回收器，所述四级烟温回收器通过循环泵连接有第五换热器，所述第五换热器作用在给燃气锅炉鼓风的风机处；
还包括第一供暖换热器，第二供暖换热器和供暖设施，所述第一供暖换热器，车间冷却器和供暖设备连通形成供暖主回路，所述第二供暖换热器连接在高温蓄水罐和供暖设备之间形成供暖调节回路；
烟气热回收装置包括用于安装在燃气锅炉排烟端的外壳和用于回收烟气热量的烟温回收器，烟温回收器分为一级烟温回收器、二级烟温回收器、三级烟温回收器和四级烟温回收器，并依次固定在外壳内，与外壳密封一起，烟温回收器的换热管外侧布有换热翅片与烟气接触吸热，换热管内侧为待加热循环水，通过换热管导热加热管内循环水。
2.根据权利要求1所述的冷却和热回收综合利用系统，其特征在于：所述高温蓄水罐连接有用热换热器，高温蓄水罐与第一烟温回收器的出水端之间连接用于补充热量的调节换热器。
3.根据权利要求1所述的冷却和热回收综合利用系统，其特征在于：所述第二换热器和车间冷却器之间安装有集水装置。
4.根据权利要求3所述的冷却和热回收综合利用系统，其特征在于：所述第一支路接入到低温蓄水罐的管道和三级烟温回收器接入到低温蓄水罐的管道共用一根，第一支路和三级烟温回收器接入到低温蓄水罐之前均设置有阀门。
5.根据权利要求4所述的冷却和热回收综合利用系统，其特征在于：所述低温蓄水罐和高温蓄水罐底部通过管道连通。
6.根据权利要求5所述的冷却和热回收综合利用系统，其特征在于：所述第一换热器、第二换热器和第一供暖换热器均通过旁路支管并联在所在位置对应的管道上，对应的管道处均设置有调节阀。
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2021
- 2021-07-07 CN CN202110768455.8A patent/CN113405395B/zh active Active
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