CN115451610B - 一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统 - Google Patents

一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，涉及制冷热泵技术领域。本发明由水作为工质，包括高压压缩机、低压压缩机、低温蒸发冷凝器、高温冷凝蒸发器、中冷器、节流阀、喷液阀等组成。工质水在低温蒸发冷凝器里吸收轻组分的冷凝热量并蒸发，而后进入低压压缩机，经压缩后进入中冷器，与高温冷凝蒸发器节流后蒸发的水蒸汽混合，底部水进入第一节流阀，在低温蒸发冷凝器内蒸发后回到低压压缩机；中冷器上部的水蒸汽进入高压压缩机，压缩后进入高温冷凝蒸发器对混合物料放热冷凝，促使混合物料汽化，然后经过第二节流阀，回到中冷器。本发明能够充分回收精馏塔轻组分的冷凝热，提高温度后给混合物料加热汽化分离，节省外部能源输入。

Description

一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统
技术领域
本发明属于制冷热泵技术领域，特别是涉及一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统。
背景技术
精馏是一种根据沸点不同分离重轻组分的生产工艺，需要不停的汽化和液化，目前，汽化采用蒸汽或燃气加热，液化采用冷却塔散热，这种生产设备一边在不停的放热，而另一边在不停的加热，如果能够回收放出的热量，提高温度后用来替代原有的蒸汽或燃气加热，将大幅度降低精馏能耗。
现有水蒸汽压缩机，一般用来提高蒸汽压力或回收废蒸汽，主要应用在微压蒸汽回收(MVR)，对于杂质含量高的蒸汽没办法回收，温度高的地方没办法应用，因此应用范围较小。
目前，热泵一般采用氟利昂作为工质，加热温度一般不超过120℃；超过120℃加热一般采用电加热或蒸汽加热，这些都是较高品位热源，运行费用高，且不利于低碳减排，而氟利昂高温热泵由于采用多级压缩，能效较低，节能量有限。
而水作为一种天然工质，具有许多优点：ODP＝0,GWP＝0；使用安全，无毒；单位容积制冷量大、比热大、粘度小，利于换热和减少摩擦损失，随处可见，价格低廉。目前，水作为工质只有吸收式制冷系统，而蒸汽压缩式制冷系统基本没有，蒸汽压缩式制冷系统大多采用氟利昂工质，但氟里昂相对于水来说不环保，价格高，安全性差，且系统能效不如水高。
因此，提供一种精馏塔热回收水媒多级压缩超高温热泵装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，能够回收精馏过程中轻组分的冷凝热量，提高温度后用来加热混合物料，使精馏塔内部热量达到平衡，另外，采用水作为热泵工质，环保无毒。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，包括：低温蒸发冷凝器，工质水在低温蒸发冷凝器里吸收热量并蒸发；中冷器，其进气端经低压压缩机连接至低温蒸发冷凝器的出口，所述中冷器底部的水经第一节流阀回流至低温蒸发冷凝器内蒸发后回到低压压缩机；高温冷凝蒸发器，所述中冷器的出气端通过高压压缩机与高温冷凝蒸发器连接，水蒸气经高压压缩机压缩后进入高温冷凝蒸发器对混合物料放热冷凝后经第二节流阀回到中冷器。
进一步地，还包括第一喷液阀，所述第一喷液阀安装在中冷器与低压压缩机连接的管路上；第一喷液阀开启时，中冷器内的液态水喷射到低压压缩机进口，降低低压压缩机的排气温度。
进一步地，还包括第二喷液阀，所述第二喷液阀安装在高温冷凝蒸发器的出口和高压压缩机进气口之间的管路上；第二喷液阀开启时，高温冷凝蒸发器出口的液态水喷射到高压压缩机进气口，降低高压压缩机的排气温度。
进一步地，所述低温蒸发冷凝器与精馏塔顶部连接，所述精馏塔顶出来的轻组分气体在低温蒸发冷凝器内放热冷凝，供热泵系统的工质水吸热蒸发，从而回收轻组分的冷凝热量。
进一步地，还包括热泵系统进行热回收的方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤S1：精馏塔顶出来的轻组分气体在低温蒸发冷凝器内放热冷凝，供热泵系统的工质水吸热蒸发；
步骤S2：工质水在低温蒸发冷凝器里吸收热量并蒸发后进入低压压缩机，经压缩后进入中冷器；
步骤S3：与通过高温冷凝蒸发器节流后蒸发的水蒸汽进行混合；
步骤S4：中冷器底部水经第一节流阀进入低温蒸发冷凝器内蒸发后回到低压压缩机；
步骤S5：经低压压缩机压缩后进入高温冷凝蒸发器对混合物料放热冷凝，然后经过第二节流阀，回到中冷器，构成热泵循环回路。
进一步地，所述低压压缩机排气温度过高时，打开第一喷液阀，使中冷器内的液态水喷射到低压压缩机进口，降低低压压缩机的排气温度。
进一步地，所述高压压缩机排气温度过高时，打开第二喷液阀，使高温冷凝蒸发器出口的液态水喷射到高压压缩机进气口，降低高压压缩机的排气温度。
本发明具有以下有益效果：
本发明能够回收精馏过程中轻组分的冷凝热量，提高温度后用来加热混合物料，从而节约大量高品位热源，降低精馏塔的运行费用。另外，采用水作为热泵工质，解决现有制冷剂环保问题，且价格便宜，并可利用原蒸汽加热器作为热泵冷凝器，节能改造简单。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一的结构示意图；
图2为本发明实施例二的结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、低压压缩机；2、第一喷液阀；3、第一节流阀；4、中冷器；5、第二节流阀；6、高压压缩机；7、加热后的混合物料；8、高温冷凝蒸发器；9、加热前的混合物料；10、精馏塔；11、冷凝后的轻组分；12、低温蒸发冷凝器；13、轻组分气体；14、第二喷液阀。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“出”、“进”、“连接”、“端”、“底”等指示方位或位置关系，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组件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。
实施例一：
请参阅图1所示，本发明为一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，包括：低温蒸发冷凝器12，工质水在低温蒸发冷凝器12里吸收热量并蒸发；中冷器4，其进气端经低压压缩机1连接至低温蒸发冷凝器12的出口，所述中冷器4底部的水经第一节流阀3回流至低温蒸发冷凝器12内蒸发后回到低压压缩机1；高温冷凝蒸发器8，所述中冷器4的出气端通过高压压缩机6与高温冷凝蒸发器8连接，水蒸气经高压压缩机6压缩后进入高温冷凝蒸发器8对混合物料放热冷凝后经第二节流阀5回到中冷器4。作为本发明提供的一个实施例，优选的，还包括热泵系统进行热回收的方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤S1：精馏塔10顶出来的轻组分气体13在低温蒸发冷凝器12内放热冷凝，供热泵系统的工质水吸热蒸发，从而回收轻组分的冷凝热量，冷凝后的轻组分如1中所示经低温蒸发冷凝器12流出；
步骤S2：工质水在低温蒸发冷凝器12里吸收热量并蒸发后进入低压压缩机1，经压缩后进入中冷器4；
步骤S3：与通过高温冷凝蒸发器8节流后蒸发的水蒸汽进行混合；
步骤S4：中冷器4底部水经第一节流阀3进入低温蒸发冷凝器12内蒸发后回到低压压缩机1；
步骤S5：经低压压缩机1压缩后进入高温冷凝蒸发器8对混合物料放热冷凝，然后经过第二节流阀5，回到中冷器4，构成热泵循环回路，即热泵系统的工质水在高温冷凝蒸发器8内冷凝，放出的冷凝热量供精馏塔10混合物料加热汽化，如图1所示，加热前的混合物料9进入高温冷凝蒸发器8后，经工质水放热加热，加热后的混合物料7流入精馏塔10。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述低温蒸发冷凝器12与精馏塔10顶部连接，所述精馏塔10顶出来的轻组分气体13在低温蒸发冷凝器12内放热冷凝，供热泵系统的工质水吸热蒸发，从而回收轻组分的冷凝热量。
作为本发明提供的一个实施例，优选的，还包括第一喷液阀2，所述第一喷液阀2安装在中冷器4与低压压缩机1连接的管路上；作为本发明提供的一个实施例，优选的，所述低压压缩机1排气温度过高时，打开第一喷液阀2，使中冷器4内的液态水喷射到低压压缩机1进口，降低低压压缩机1的排气温度。
实施例二：
请参阅图2所示，本发明为一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，包括：精馏塔10顶出来的轻组分气体13在低温蒸发冷凝器12内放热冷凝，供热泵系统的工质水吸热蒸发；工质水在低温蒸发冷凝器12里吸收热量并蒸发后进入低压压缩机1，经压缩后进入中冷器4；与通过高温冷凝蒸发器8节流后蒸发的水蒸汽进行混合；中冷器4底部水经第一节流阀3进入低温蒸发冷凝器12内蒸发后回到低压压缩机1；经低压压缩机1压缩后进入高温冷凝蒸发器8对混合物料放热冷凝，然后经过第二节流阀5，回到中冷器4，构成热泵循环回路，还包括第二喷液阀14，所述第二喷液阀14安装在高温冷凝蒸发器8的出口和高压压缩机6进气口之间的管路上；第二喷液阀14开启时，高温冷凝蒸发器8出口的液态水喷射到高压压缩机6进气口。
作为本发明提供的再一个实施例，优选的，所述高压压缩机6排气温度过高时，打开第二喷液阀14，使高温冷凝蒸发器8出口的液态水喷射到高压压缩机6进气口，降低高压压缩机6的排气温度，其它和实施例一相同，不再赘述。
一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，能够回收精馏过程中轻组分的冷凝热量，提高温度后用来加热混合物料，从而节约大量高品位热源，降低精馏塔10的运行费用。另外，采用水作为热泵工质，解决现有制冷剂环保问题，且价格便宜，并可利用原蒸汽加热器作为热泵冷凝器，节能改造简单。再者，每一阶段的温度如图1-2所示，冷凝温度能够达到150℃，在现有热泵120℃的基础上大幅提高加热温度，能够替代现有大部分蒸汽加热场合。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (4)

1.一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，其特征在于，包括：
低温蒸发冷凝器，工质水在低温蒸发冷凝器里吸收热量并蒸发；
中冷器，其进气端经低压压缩机连接至低温蒸发冷凝器的出口，所述中冷器底部的水经第一节流阀回流至低温蒸发冷凝器内蒸发后回到低压压缩机；
高温冷凝蒸发器，所述中冷器的出气端通过高压压缩机与高温冷凝蒸发器连接，水蒸气经高压压缩机压缩后进入高温冷凝蒸发器对混合物料放热冷凝后经第二节流阀回到中冷器;
还包括第一喷液阀，所述第一喷液阀安装在中冷器与低压压缩机连接的管路上；
还包括第二喷液阀，所述第二喷液阀安装在高温冷凝蒸发器的出口和高压压缩机进气口之间的管路上；
所述低温蒸发冷凝器与精馏塔顶部连接，所述精馏塔顶出来的轻组分气体在低温蒸发冷凝器内放热冷凝，供热泵系统的工质水吸热蒸发。
2.根据权利要求1所述的一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，其特征在于，还包括热泵系统进行热回收的方法，所述的方法包括以下步骤：
步骤S1：精馏塔顶出来的轻组分气体在低温蒸发冷凝器内放热冷凝，供热泵系统的工质水吸热蒸发；
步骤S2：工质水在低温蒸发冷凝器里吸收热量并蒸发后进入低压压缩机，经压缩后进入中冷器；
步骤S3：与通过高温冷凝蒸发器节流后蒸发的水蒸汽进行混合；
步骤S4：中冷器底部的水经第一节流阀进入低温蒸发冷凝器内蒸发后回到低压压缩机；
步骤S5：经低压压缩机压缩后进入高温冷凝蒸发器对混合物料放热冷凝，然后经过第二节流阀，回到中冷器，构成热泵循环回路。
3.根据权利要求2所述的一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，其特征在于，所述低压压缩机排气温度过高时，打开第一喷液阀，使中冷器内的液态水喷射到低压压缩机进口。
4.根据权利要求2所述的一种热回收水媒多级压缩超高温热泵系统，其特征在于，所述高压压缩机排气温度过高时，打开第二喷液阀，使高温冷凝蒸发器出口的液态水喷射到高压压缩机进气口。
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