CN114838524A - 一种余热余能回收系统及回收方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及装配式建筑构件生产领域，特别涉及一种余热余能回收系统。一种余热余能回收系统，包括工业生产线上的冷却水箱，冷却水箱的出水口端连接热泵，热泵连接保温水箱，保温水箱连接热水使用系统，热水使用系统包括ORC发电系统和/或蒸养喷淋系统。相比现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明把PC钢棒生产过程中冷却水或者预制构件生产过程中的低温冷却水中的余热通过热泵进行回收转换成热水，热水储存在水箱中，通过ORC发电机发电供生产使用，减少了能量损失，节省了电能，大概节省30%‑50%的电能。ORC发电机的冷却塔中排出的热量也可以回收至热泵二次利用进行发电。多个热泵连接提高了热泵的出水温度，有效提高了ORC的发电效率和经济性。
Description
技术领域
本发明涉及装配式建筑构件生产领域，特别涉及一种余热余能回收系统及回收方法。
背景技术
在装配式建筑构件生产领域，经常会产生大量的余汽，低温冷却水。以预制构件中的PC钢棒为例，PC钢棒在生产过程中需要进行热处理，使钢棒实现奥氏体化，热处理过程分为2个步骤，淬火时要使钢棒加热至850-1000℃之间，增加钢棒的强度，然后通过冷却水使钢棒快速冷却至70-150℃之间；再进行回火加热，加热温度一般是350-500℃之间，增加钢棒的抗拉强度和屈服强度，加热后通过冷却水箱冷却至常温。冷却方式有两种，一种是钢棒穿水冷却，一种是钢棒在环形喷水冷却器中连续通过进行喷水冷却。无论采用那种冷却方式在钢棒冷却过程中都会产生大量的热量被冷却水带走，冷却后的冷却水通过回水管道进入1号水池，然后通过送入冷却塔进行降温冷却，再进入2号水池，通过进水管道进入钢棒生产线上的冷却水箱。该过程中由于钢棒加热需要大量的电能，冷却释放出大量的热能都只能排出，无法回收使用，不满足节能降碳的需求。
发明内容
本发明的目的是公开一种余热余能回收系统，把PC钢棒生产过程中的余热进行回收利用，达到节能降耗的目的。基于该目的，本发明采用如下技术方案：
一种余热余能回收系统，包括工业生产线上的冷却水箱，所述冷却水箱的出水口端连接热泵，所述热泵连接保温水箱，所述保温水箱连接热水使用系统，所述热水使用系统包括ORC发电系统和/或蒸养喷淋系统。
进一步地，所述ORC发电系统连接供电系统，所述供电系统并网连接电网或者连接用电设备。
进一步地，所述ORC发电系统连接用电设备时，连接有电源切换装置。
进一步地，所述ORC发电系统包括热水回路、有机工质回路、冷却水回路；热水回路中的热水进入机组的蒸发器，将热水传递给机组内的有机工质回路；有机工质回路将热能转化为机械能，同时带动发电机向外输出电力；热蒸汽工质进入冷却水回路，冷却水在水泵驱动下，进入机组的冷凝器，对工质流体进行冷却，冷却水温度升高并离开冷凝器，送入冷却塔。
进一步地，所述冷却塔出口连接热泵或者连接冷却水箱的出口端。
进一步地，所述冷却水箱包括淬火加热冷却水箱和回火加热冷却水箱。
进一步地，所述热泵包括吸收式热泵和压缩式热泵，所述淬火加热冷却水箱连接所述吸收式热泵，所述回火加热冷却水箱连接所述压缩式热泵。
进一步地，所述热泵为压缩-吸收式热泵。
进一步地，所述保温水箱为双层壳体，双层壳体之间抽真空或填充保温材料。
本发明的另一种目的是提供一种余热余能回收方法，包括如下步骤：
步骤一，冷却水箱的出水口端通过管道连接至热泵；
步骤二，热泵对冷却水进行处理送至大于90℃时送至保温水箱储存；
步骤三，根据生产需要，保温水箱中的水通过管道分别连接至ORC发电系统和蒸养场池，管道均连接电磁阀。
步骤四，当需要蒸养时，蒸养池控制系统通过空气器控制连接蒸养池的管道把热水输送至蒸养池对预制构件进行喷淋蒸养；当需要给车间进行发电时，控制器控制连接至ORC发电系统的管道的电磁阀打开，ORC发电系统进行发电，产生的电能并网连接至生产设备供电。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明把PC钢棒生产过程中冷却水或者预制构件生产过程中的低温冷却水中的余热通过热泵进行回收转换成热水，热水储存在水箱中，通过ORC发电机发电供生产使用，减少了能量损失，节省了电能，大概节省30％-50％的电能。
(2)ORC发电机的冷却塔中排出的热量也可以回收至热泵二次利用进行发电。
(3)多个热泵连接提高了热泵的出水温度，有效提高了ORC的发电效率和经济性。
(4)经过热泵处理转换成的热水供蒸养池喷淋蒸养使用，增加了冷却水的用途，避免浪费。
附图说明
图1是本发明的结构原理图；
图2是本发明第一实施例的热泵结构原理图；
图3是本发明第二实施例热泵的结构原理图；
图4是ORC发电系统的原理图；
图中，1-冷却水箱，11-淬火加热冷却水箱，12-回火加热冷却水箱，2-热泵， 21-吸热式热泵，22-压缩式热泵，3-保温水箱,4-ORC发电系统。
具体实施方式
下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例1
本实施例的热泵采用压缩-吸收式热泵。本实施例中，采用热泵连接ORC发电系统。
如图1所示，本发明公开一种余热余能回收系统，包括PC钢棒生产线上的冷却水箱1，冷却水箱1的出水口端连接热泵2，热泵2连接保温水箱3，所述保温水箱3连接ORC发电系统4，所述ORC发电系统4连接供电系统。PC钢棒生产线上有两个冷却水箱，冷却水箱1包括淬火加热冷却水箱11和回火加热冷却水箱12。淬火加热冷却水箱11和回火加热冷却水箱12的出水口端水管连接至热泵 2。保温水箱3通过不同的管道连接至ORC发电系统和蒸养池喷淋系统，各管道和水箱连接处设有电磁阀，可以打开或者关闭各管路。
具体地，如图2所示，其压缩子循环工作方式为余热供给压缩子循环蒸发器 201，产生的蒸汽通过压缩机202变为高温高压蒸汽，而后在压缩子循环冷凝器 203中被冷凝，同时利用溶液泵207和溶液热回收器208将热量传递给吸收子循环中的发生器205和蒸发器，冷凝液体通过节流阀206变为低温低压液体完成一次压缩子循环。其吸收子循环工作方式为由压缩子循环过程驱动吸收子循环过程的发生器，所产生的制冷剂蒸汽通过冷凝器220被冷凝，并通过冷剂泵230进入蒸发器240中吸收压缩子循环过程供给的热量蒸发，蒸发产生的蒸汽通过吸收器 250吸收并释放所需热量，吸收结束后通过节流阀210回到发生器205，并通过溶液热回收器进行换热，完成一次吸收子循环。其优势在于可实现70～80℃的温度提升。冷却水箱1中的冷却水出口的温度冬季大概在35℃左右，夏季大概在 40℃左右，通过该热泵可以提升到105℃～120℃，然后通过ORC发电系统进行发电，提高发电系统的发电效率。
具体地，所述ORC发电系统并网连接电网或者连接用电设备。ORC发电系统发的电可以并入电网中进行使用，供PC钢棒车间使用。谷电时，车间生产PC钢棒，冷却水经热泵处理，产生的热水储存，在峰电时，进行发电，并入电网供生产使用，节约生产成本。
具体地，所述ORC发电系统连接用电设备时，连接有电源切换装置。电源切换装置可以采用自动切换装置或者手动切换装置。
具体地，如图4所示，ORC发电系统包括热水回路、有机工质回路、冷却水回路；热水回路中的热水进入机组的蒸发器，将热水传递给机组内的有机工质回路；有机工质回路将热能转化为机械能，同时带动发电机向外输出电力进入电网；热蒸汽工质进入冷却水回路，冷却水在水泵驱动下，进入机组的冷凝器，对工质流体进行冷却，冷却水温度升高并离开冷凝器，送入冷却塔。
ORC机组原理为：高温流体吸收工业余热后，进入蒸发器加热有机工质，有机工质在蒸发器中被加热为高压蒸气；高压蒸气进入透平机膨胀做功，成为低压蒸汽，带动发电机产生电能；膨胀后的低压蒸气进入冷凝器，被冷却为低温低压工质流体；工质流体通过增压泵升压后再次进入蒸发器，经加热达到饱和液态、饱和气态、过热气态，从而完成整个循环。
流体所具有的能量在流动中经过喷管时转换成动能，流过转子时流体冲击叶片，推动转子转动，从而驱动透平机旋转。透平机经齿轮传动带动发电机工作，输出电能。
具体地，冷却塔出口连接热泵或者连接冷却水箱的出口端。冷却塔出口的热蒸汽通过冷却塔水汽回收系统回收，然后连接到热泵的出口处或者冷却水箱的出口处，送至热泵的进口处。冷却塔水汽回收系统包括连接在冷却塔顶部的集气器，集气器冷凝模块提取热蒸汽中的冷凝水。
具体地，所述保温水箱为双层壳体，双层壳体之间抽真空或者填充保温材料。
实施例2
本实施例与实施例1的区别是，本实施例中冷却水箱分为2个，热泵采用2 个连接，提高热泵的效率。
所述冷却水箱1包括淬火加热冷却水箱11和回火加热冷却水箱12，由于淬火加热冷却水箱11中的水温高于回火加热冷却水箱12中的水温，淬火加热冷却水箱11与吸收式热泵吸收器连接，回火加热冷却水箱12经过压缩式热泵22的蒸发器降温，再进入吸收式热泵21的吸收器，将流出吸收器后的热网水进行加热后再进入冷凝器，压缩式热泵冷凝器的出口与吸收式热泵冷凝器通过热网回水管连接。本实施例中利用压缩式热泵22的蒸发器对淬火加热冷却水箱11中的水温进行降温，再送入吸收式热泵的蒸发器，利用压缩式热泵冷凝器22对流出吸收式热泵吸收器的淬火加热冷却水进行加热升温再送入吸收式热泵冷凝器。
实施例3
本实施例中，热泵通过管道连接蒸养池，经过热泵处理后的热水通过喷淋系统连接预制构件蒸养池。热泵处理后的水温在90℃左右，通过管道送入预制件蒸养场地，对预制件进行喷淋蒸养。
实施例4
本实施例提供一种余热余能回收方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一，冷却水箱的出水口端通过管道连接至热泵；
步骤二，热泵对冷却水进行处理送至大于90℃时送至保温水箱储存；
步骤三，根据生产需要，保温水箱中的水通过管道分别连接至ORC发电系统和蒸养场池，管道均连接电磁阀。
步骤四，当需要蒸养时，蒸养池控制系统通过PLC控制器控制连接蒸养池的管道把热水输送至蒸养池对预制构件进行喷淋蒸养；当需要给车间进行发电时，控制器控制连接至ORC发电系统的管道的电磁阀打开，ORC发电系统进行发电，产生的电能并网连接至生产设备供电。
本实施例中蒸养池控制系统和生产设备供电系统均连接PLC控制系统，在保温水箱中设置水位检测传感器，当两者均需要用到保温水箱中的热水时，需要水位检测传感器检测保温水箱中的水位，是否满足两者的使用要求，如满足，两个电磁阀同时打开，如不满足，优先考虑蒸养池用量，关闭ORC发电系统的电磁阀。也可以根据需要手动控制蒸养池热水供给还是ORC发电系统热水供给。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种余热余能回收系统，包括工业生产线上的冷却水箱（1），其特征在于，所述冷却水箱（1）的出水口端连接热泵（2），所述热泵（2）连接保温水箱（3），所述保温水箱（3）连接热水使用系统，所述热水使用系统包括ORC发电系统（4）和/或蒸养喷淋系统（5）。
2.根据权利要求1所述的余热余能回收系统，其特征在于，所述ORC发电系统（4）连接供电系统，所述供电系统并网连接电网或者连接用电设备。
3.根据权利要求2所述的余热余能回收系统，其特征在于，所述ORC发电系统连接用电设备时，连接有电源切换装置。
4.根据权利要求1所述的余热余能回收系统，其特征在于，所述ORC发电系统包括热水回路、有机工质回路、冷却水回路；热水回路中的热水进入机组的蒸发器，将热水传递给机组内的有机工质回路；有机工质回路将热能转化为机械能，同时带动发电机向外输出电力；热蒸汽工质进入冷却水回路，冷却水在水泵驱动下，进入机组的冷凝器，对工质流体进行冷却，冷却水温度升高并离开冷凝器，送入冷却塔。
5.根据权利要求4所述的余热余能回收系统，其特征在于，所述冷却塔出口连接热泵或者连接冷却水箱（1）的出口端。
6.根据权利要求1所述的余热余能回收系统，其特征在于，所述冷却水箱（1）包括淬火加热冷却水箱（11）和回火加热冷却水箱（12）。
7.根据权利要求6所述的余热余能回收系统，其特征在于，所述热泵（2）包括吸收式热泵（21）和压缩式热泵（22），所述淬火加热冷却水箱（11）连接所述吸收式热泵（21），所述回火加热冷却水箱（12）连接所述压缩式热泵（22）。
8.根据权利要求1所述的余热余能回收系统，其特征在于，所述保温水箱为双层壳体，双层壳体之间抽真空或填充保温材料。
9.根据权利要求1所述的余热余能回收系统，其特征在于，所述热泵为压缩-吸收式热泵。
10.一种余热余能回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一，冷却水箱的出水口端通过管道连接至热泵；
步骤二，热泵对冷却水进行处理送至大于90℃时送至保温水箱储存；
步骤三，根据生产需要，保温水箱中的水通过管道分别连接至ORC发电系统和蒸养场池，管道均连接电磁阀；
步骤四，当需要蒸养时，蒸养池控制系统通过空气器控制连接蒸养池的管道把热水输送至蒸养池对预制构件进行喷淋蒸养；当需要给车间进行发电时，控制器控制连接至ORC发电系统的管道的电磁阀打开，ORC发电系统进行发电，产生的电能并网连接至生产设备供电。
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