CN117419326B - 用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,包括高温蒸汽热泵机组、蒸汽发生器、蒸酒釜、冷却水箱、补水循环泵以及水位控制器,高温蒸汽热泵机组上连接有液管截止阀和气管截止阀,蒸汽发生器内部设有蒸汽发生器走氟盘管,蒸汽发生器顶端设置有蒸酒釜进口和蒸汽发生器出口,气管截止阀上连接有冷媒管道气管,冷媒管道气管与蒸汽发生器走氟盘管的进口端连接,液管截止阀上连接有冷媒管道液管;该系统采用高温蒸汽热泵技术,可以实现对蒸汽和热能的高效回收利用,显著降低了能耗,相比传统的燃气或电锅炉产生蒸汽的方式,能耗大幅度减少,同时燃气的烟气排放也得到有效控制,有利于减少大气污染。
Description
技术领域
本发明涉及热泵技术领域,特别是涉及用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统。
背景技术
用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统是一种在酿酒过程中利用高温蒸汽能量,通过热泵技术将废热回收再利用的系统。该系统包括蒸汽发生器、高温蒸汽热泵机组、蒸酒釜、冷却水箱、补水循环泵、水位控制器等部件。通过将高温蒸汽热泵机组中的高温制冷剂加热蒸汽发生器,使其中的水逐渐升温变成过热蒸汽,经过一系列循环和节能转换过程,实现了酿酒过程中废热的回收和再利用,从而提高了能源利用效率和热能回收利用率,降低了生产成本,符合当今可持续发展的理念;
然而,目前存在一些不足之处,在传统的白酒酿造过程中,均需采用蒸馏法酿造白酒,蒸酒过程中的能耗也是酿酒过程耗能最大的地方,占据80%以上,而且酿酒厂大多都是采用锅炉提供蒸汽进行蒸酒,能耗高,环境污染严重,目前酿酒厂通常的做法一般是由燃气锅炉产生蒸汽对酒醅进行加热,加热到一定温度(80~90℃),产生酒精蒸汽及水蒸汽进入冷凝器冷凝成液态酒水(一般酒精占比50%,即50°),而冷凝则靠循环水冷却,冷却水吸热后还要不断地靠冷却塔排走热量后循环再用,而蒸酒纯粹靠消耗燃气来加热,因而大量热能被白白浪费,未被利用且燃气或电锅炉产生蒸汽,能耗高,同时燃气的烟气排放也造成严重的大气污染,无法达到节能环保和低碳的目的,为此我们提出用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统。
发明内容
为了克服现有技术的不足,本发明提供用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,该系统采用高温蒸汽热泵技术,可以实现对蒸汽和热能的高效回收利用,显著降低了能耗。相比传统的燃气或电锅炉产生蒸汽的方式,能耗大幅度减少,同时燃气的烟气排放也得到有效控制,有利于减少大气污染。
为解决上述技术问题,本发明提供如下技术方案:用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,其特征在于:包括高温蒸汽热泵机组、蒸汽发生器、蒸酒釜和冷却水箱;
所述高温蒸汽热泵机组包括余热回收器和再冷却盘管换热器,并通过设有气管截止阀的冷媒管道气管连接至所述蒸汽发生器,通过设有液管截止阀的冷媒管道液管连接至所述冷却水箱,以能够向所述蒸汽发生器供应压缩提温后的制冷剂,并在该制冷剂依次流经所述蒸汽发生器和冷却水箱后通过所述冷媒管道液管回到所述高温蒸汽热泵机组,所述余热回收器具有热回收器进口和热回收器出口,所述再冷却盘管换热器具有通过液体管道连通至所述热回收器出口的再冷却换热器进液口和连接有出酒管道的再冷却换热器出液口,所述出酒管道具有出酒口;
所述蒸汽发生器内部设有连通所述冷媒管道气管和所述冷却水箱的蒸汽发生器走氟盘管,且所述蒸汽发生器顶端设置有蒸汽发生器出口;
所述蒸酒釜具有连通至所述蒸汽发生器出口的蒸酒釜进口和连接有蒸汽管道的蒸酒釜出气口,所述蒸汽管道连接至所述热回收器进口,通过与所述制冷剂换热而在所述蒸汽发生器内产生的水蒸汽能够通过蒸酒釜进口进入所述蒸酒釜并加热该蒸酒釜内的酒醅以产生酒蒸汽,该酒蒸汽与水蒸汽能够通过所述蒸汽管道进入所述余热回收器。
作为本发明的一种优选技术方案,所述冷却水箱上设有冷却水箱出水口和连接至补水循环泵的冷却水箱补水口,且所述冷却水箱内设有冷却水箱走氟盘管,该冷却水箱走氟盘管具有通过冷媒冷凝管连通至所述蒸汽发生器走氟盘管的出口端的冷却水箱制冷剂进口和连接至所述冷媒管道液管的冷却水箱制冷剂出口,所述蒸汽发生器上连接有补水口,所述补水口通过设置有单相导通阀的补水管道连通至所述冷却水箱出水口,所述蒸汽发生器上设有连接至所述冷媒管道气管的蒸汽发生器制冷剂进口和设于所述蒸汽发生器走氟盘管的出口端并连接至所述冷媒冷凝管的蒸汽发生器制冷剂出口。
作为本发明的一种优选技术方案,所述补水循环泵通过冷却水箱补水管连接到所述冷却水箱,所述冷却水箱中部设有高-中-低水位检测探头,且所述补水循环泵通过信号连接至所述高-中-低水位检测探头的水位控制器控制其启停。
作为本发明的一种优选技术方案,还包括系统控制单元和设置在蒸汽发生器上的蒸汽温度传感器、设置在再冷却盘管换热器上的出酒温度传感器。
作为本发明的一种优选技术方案,还包括设置在高温蒸汽热泵机组上的冷凝后温度传感器、设置在高温蒸汽热泵机组上的节流后温度传感器、设置在高温蒸汽热泵机组上的高温段压缩机、连接在高温段压缩机排气管道上的高温段排气温度传感器、设置在高温段压缩机吸气管道上的高温段吸气温度传感器、设置在高温蒸汽热泵机组上的低温段压缩机、设置在低温段压缩机排气管道上的低温段排气温度传感器、设置在低温段压缩机吸气管道上的低温段吸气温度传感器、设置在高温蒸汽热泵机组上的翅片换热器,以及连接在翅片换热器上的环境温度传感器;
所述蒸汽温度传感器、出酒温度传感器、冷凝后温度传感器、节流后温度传感器、高温段排气温度传感器、高温段吸气温度传感器、低温段排气温度传感器、低温段吸气温度传感器以及环境温度传感器分别通过传感器连接线与系统控制单元连接。
作为本发明的一种优选技术方案,所述低温段压缩机通过管道与低温段气分连接,所述低温段气分通过管道与翅片换热器连接,所述翅片换热器通过管道分别连接余热回收器和低温段主阀,翅片换热器还通过管道连接变频驱动板,低温段主阀通过管道连接第一过滤器,所述第一过滤器通过管道连接低温段经济器,所述低温段经济器上设置有低温段辅阀,所述低温段经济器通过管道连接蒸发冷凝器,所述蒸发冷凝器通过管道分别和低温段压缩机、余热回收器、高温段气分相连接,所述高温段气分通过管道连接高温段压缩机,所述高温段压缩机通过管道连接气管截止阀和高温段经济器,所述高温段经济器上连接有液管截止阀,所述高温段经济器通过管道连接高温段辅阀和第二过滤器,所述第二过滤器通过管道连接高温段主阀,所述高温段主阀通过管道连接余热回收器。
作为本发明的一种优选技术方案,所述低温段压缩机通过管道与低温段气分连接,所述低温段气分通过管道与翅片换热器连接,所述翅片换热器通过管道分别连接余热回收器和低温段主阀,翅片换热器还通过管道连接变频驱动板,低温段主阀通过管道连接第一过滤器,所述第一过滤器通过管道连接低温段经济器,所述低温段经济器通过管道连接蒸发冷凝器,所述蒸发冷凝器通过管道分别和低温段压缩机、余热回收器、高温段气分相连接,所述高温段气分通过管道连接高温段压缩机,所述高温段压缩机通过管道连接气管截止阀和高温段经济器,所述高温段经济器通过管道连接高温段辅阀和第二过滤器,所述第二过滤器通过管道连接高温段主阀,所述高温段主阀通过管道连接余热回收器。
作为本发明的一种优选技术方案,所述蒸酒釜设于所述蒸汽发生器的上方,所述再冷却盘管换热器上设有变转速风机,使空气强制对流从而进行换热,所述余热回收器外部为不锈钢管,内部为钛合金换热管,所述钛合金换热管上设有钛合金内螺纹翅片,所述再冷却盘管换热器由不锈钢内盘管和铝箔散热片所构成,所述不锈钢内盘管上设有不锈钢内螺纹翅片。
作为本发明的一种优选技术方案,所述蒸汽发生器出口温度为120℃,所述蒸汽发生器制冷剂出口温度为105℃,所述冷却水箱制冷剂出口温度为70℃。
作为本发明的一种优选技术方案,所述高温段主阀节流后温度为40℃,所述余热回收器制冷剂出口温度为60℃。
与现有技术相比,本发明能达到的有益效果是:
1.节能减排:该系统采用高温蒸汽热泵技术,可以实现对蒸汽和热能的高效回收利用,显著降低了能耗。相比传统的燃气或电锅炉产生蒸汽的方式,能耗大幅度减少,同时燃气的烟气排放也得到有效控制,有利于减少大气污染。
2.环保节能:通过循环利用高温蒸汽和热能,系统减少了对自然资源的消耗,符合节能减排和低碳环保的发展方向。同时,减少了对环境的污染,有助于改善周边地区的空气质量。
3.提升生产效率:高温蒸汽热泵锅炉系统具有高效的能量转换和利用能力,可为酿酒厂提供稳定、持续的高温蒸汽,有助于提升酿酒过程中的加热效率和生产效率,缩短生产周期,增加产量。
4.成本降低:通过冷热回收循环利用,系统可以减少对外部能源的依赖,降低了能源成本和生产成本,提升了酿酒厂的竞争力。
附图说明
图1为本发明的用于酿酒厂余热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统连接结构示意图;
图2为本发明的用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统原理示意图;
图3为本发明涉及的蒸馏余热冷媒梯级回收系统和蒸发侧冷量回收循环控温系统设计结构示意图。
其中:1、高温蒸汽热泵机组;2、系统控制单元;3、蒸酒釜;4、蒸汽发生器;5、冷却水箱;6、补水循环泵;7、水位控制器;8、高-中-低水位检测探头;9、再冷却盘管换热器;10、液管截止阀;11、气管截止阀;12、出酒口;13、热回收器出口;14、热回收器进口;15、蒸酒釜出气口;16、蒸酒釜进口;17、蒸汽发生器出口;18、蒸汽发生器制冷剂进口;19、蒸汽发生器走氟盘管;20、补水口;21、蒸汽发生器制冷剂出口;22、单相导通阀;23、冷却水箱制冷剂进口;24、冷却水箱出水口;25、冷却水箱制冷剂出口;26、冷却水箱补水管;27、再冷却换热器出液口;28、再冷却换热器进液口;29、出酒温度传感器;30、蒸汽管道;31、液体管道;32、冷媒管道气管;33、冷媒管道液管;34、补水管道;35、冷媒冷凝管;36、出酒管道;37、蒸汽温度传感器;38、低温段压缩机;39、低温段气分;40、翅片换热器;41、低温段主阀;42、低温段辅阀;43、第一过滤器;44、变频驱动板;45、余热回收器;48、高温段经济器;49、高温段辅阀;50、第二过滤器;51、高温段主阀;52、高温段气分;53、高温段压缩机;54、蒸发冷凝器;55、低温段经济器;58、变转速风机;59、低温段吸气温度传感器;60、低温段排气温度传感器;61、环境温度传感器;63、高温段吸气温度传感器;64、高温段排气温度传感器;66、节流后温度传感器;67、冷凝后温度传感器;73、不锈钢内盘管;74、铝箔散热片;75、不锈钢内螺纹翅片;76、不锈钢管;77、钛合金换热管;78、钛合金内螺纹翅片;79、冷却水箱走氟盘管。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体实施例,进一步阐述本发明,但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例,并非全部。基于实施方式中的实施例,本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获的其他实施例,都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法,如无特殊说明,均为常规方法,下述实施例中所用的材料、试剂等,如无特殊说明,均可从商业途径得到。
实施例:
实施例一:如图1-图3所示,本实施例提出了用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,包括高温蒸汽热泵机组1、蒸汽发生器4、蒸酒釜3和冷却水箱5;
高温蒸汽热泵机组1包括余热回收器45和再冷却盘管换热器9,并通过设有气管截止阀11的冷媒管道气管32连接至蒸汽发生器4,通过设有液管截止阀10的冷媒管道液管33连接至冷却水箱5,以能够向蒸汽发生器4供应压缩提温后的制冷剂,并在该制冷剂依次流经蒸汽发生器4和冷却水箱5后通过冷媒管道液管33回到高温蒸汽热泵机组1,余热回收器45具有热回收器进口14和热回收器出口13,再冷却盘管换热器9具有通过液体管道31连通至热回收器出口13的再冷却换热器进液口28和连接有出酒管道36的再冷却换热器出液口27,出酒管道36具有出酒口12;
蒸汽发生器4内部设有连通冷媒管道气管32和冷却水箱5的蒸汽发生器走氟盘管19,且蒸汽发生器4顶端设置有蒸汽发生器出口17;
蒸酒釜3具有连通至蒸汽发生器出口17的蒸酒釜进口16和连接有蒸汽管道30的蒸酒釜出气口15,蒸汽管道30连接至热回收器进口14,通过与制冷剂换热而在蒸汽发生器4内产生的水蒸汽能够通过蒸酒釜进口16进入蒸酒釜3并加热该蒸酒釜3内的酒醅以产生酒蒸汽,该酒蒸汽与水蒸汽能够通过蒸汽管道30进入余热回收器45;
冷却水箱5上设有冷却水箱出水口24和连接至补水循环泵6的冷却水箱补水口,且冷却水箱5内设有冷却水箱走氟盘管79,该冷却水箱走氟盘管79具有通过冷媒冷凝管35连通至蒸汽发生器走氟盘管19的出口端的冷却水箱制冷剂进口23和连接至冷媒管道液管33的冷却水箱制冷剂出口25,蒸汽发生器4上连接有补水口20,补水口20通过设置有单相导通阀22的补水管道34连通至冷却水箱出水口24,蒸汽发生器4上设有连接至冷媒管道气管32的蒸汽发生器制冷剂进口18和设于蒸汽发生器走氟盘管19的出口端并连接至冷媒冷凝管35的蒸汽发生器制冷剂出口21,补水循环泵6通过冷却水箱补水管26连接到冷却水箱5,冷却水箱5中部设有高-中-低水位检测探头8,且补水循环泵6通过信号连接至高-中-低水位检测探头8的水位控制器7控制其启停。
还包括系统控制单元2和设置在蒸汽发生器4上的蒸汽温度传感器37、设置在再冷却盘管换热器9上的出酒温度传感器29,还包括设置在高温蒸汽热泵机组1上的冷凝后温度传感器67、设置在高温蒸汽热泵机组1上的节流后温度传感器66、设置在高温蒸汽热泵机组1上的高温段压缩机53、连接在高温段压缩机53排气管道上的高温段排气温度传感器64、设置在高温段压缩机53吸气管道上的高温段吸气温度传感器63、设置在高温蒸汽热泵机组1上的低温段压缩机38、设置在低温段压缩机38排气管道上的低温段排气温度传感器60、设置在低温段压缩机38吸气管道上的低温段吸气温度传感器59、设置在高温蒸汽热泵机组1上的翅片换热器40,以及连接在翅片换热器40上的环境温度传感器61;
值得注意的是,蒸汽温度传感器37、出酒温度传感器29、冷凝后温度传感器67、节流后温度传感器66、高温段排气温度传感器64、高温段吸气温度传感器63、低温段排气温度传感器60、低温段吸气温度传感器59以及环境温度传感器61分别通过传感器连接线与系统控制单元2连接。
低温段压缩机38通过管道与低温段气分39连接,低温段气分39通过管道与翅片换热器40连接,翅片换热器40通过管道分别连接余热回收器45和低温段主阀41,翅片换热器40还通过管道连接变频驱动板44,低温段主阀41通过管道连接第一过滤器43,第一过滤器43通过管道连接低温段经济器55,低温段经济器55上设置有低温段辅阀42,低温段经济器55通过管道连接蒸发冷凝器54,蒸发冷凝器54通过管道分别和低温段压缩机38、余热回收器45、高温段气分52相连接,高温段气分52通过管道连接高温段压缩机53,高温段压缩机53通过管道连接气管截止阀11和高温段经济器48,高温段经济器48上连接有液管截止阀10,高温段经济器48通过管道连接高温段辅阀49和第二过滤器50,第二过滤器50通过管道连接高温段主阀51,高温段主阀51通过管道连接余热回收器45;
低温段压缩机38通过管道与低温段气分39连接,低温段气分39通过管道与翅片换热器40连接,翅片换热器40通过管道分别连接余热回收器45和低温段主阀41,翅片换热器40还通过管道连接变频驱动板44,低温段主阀41通过管道连接第一过滤器43,第一过滤器43通过管道连接低温段经济器55,低温段经济器55通过管道连接蒸发冷凝器54,蒸发冷凝器54通过管道分别和低温段压缩机38、余热回收器45、高温段气分52相连接,高温段气分52通过管道连接高温段压缩机53,高温段压缩机53通过管道连接气管截止阀11和高温段经济器48,高温段经济器48通过管道连接高温段辅阀49和第二过滤器50,第二过滤器50通过管道连接高温段主阀51,高温段主阀51通过管道连接余热回收器45,蒸酒釜3设于蒸汽发生器4的上方,再冷却盘管换热器9上设有变转速风机58,使空气强制对流从而进行换热,余热回收器45外部为不锈钢管76,内部为钛合金换热管77,钛合金换热管77上设有钛合金内螺纹翅片78,再冷却盘管换热器9由不锈钢内盘管73和铝箔散热片74所构成,不锈钢内盘管73上设有不锈钢内螺纹翅片75;
值得注意的是,蒸汽发生器出口17温度为120℃,蒸汽发生器制冷剂出口21温度为105℃,冷却水箱制冷剂出口25温度为70℃,高温段主阀51节流后温度为40℃,余热回收器45制冷剂出口温度为60℃,高温蒸汽热泵高温段排气温度为128℃,高温蒸汽热泵高温段吸气温度为55~65℃,出酒口12温度为25~30℃,高温蒸汽热泵机组1的低温段冷凝后温度为45~55℃,高温蒸汽热泵机组低温段排气温度为75~85℃,高温蒸汽热泵机组低温段吸气温度为-35~25℃,翅片换热器环温传感器温度为-25~45℃。
酿酒运行时,高温蒸汽热泵机组1中的高温制冷剂加热蒸汽发生器使其中的水逐渐升温变成120℃左右的过热蒸汽,由蒸汽发生器出口17从蒸酒釜进口16进入蒸酒釜3,对蒸酒釜3内的酒醅进行蒸馏,蒸出的酒蒸汽夹杂100℃的水蒸汽一起从蒸酒釜出气口15通过蒸汽管道输送到热回收器进口14进入余热回收器45,余热回收器45回收酒蒸汽热量后,酒蒸汽温度下降冷凝成65℃左右的液态酒,继而从热回收器出口13通过液体管道输送到再冷却换热器进液口28,继而进入再冷却盘管换热器9,通过高温蒸汽热泵机组1风机侧散热后,再冷却盘管换热器9中的液态酒温度下降到25~30℃,从再冷却换热器出液口27通过出酒管道输送到出酒口12,从而酿出了低温酒。
进入蒸汽发生器4的128℃高温高压制冷剂在蒸汽发生器4中和水进行热交换后,变成105℃的高温制冷剂,再进入冷却水箱5和水进行热交换,变成70℃左右的制冷剂液体,通过冷媒管道液管33输送到液管截止阀10,继而进入高温蒸汽热泵机组1进行节流降温降压后,变成40℃的制冷剂液体,再进入余热回收器45吸收酒蒸汽的热量后温度升高变成60℃左右的制冷剂再进入高温蒸汽热泵机组1经过压缩提温后变成128℃的高温高压制冷剂,再进入蒸汽发生器中和水进行热交换让水提温到120℃变成蒸汽,如此循环。
从蒸汽发生器4制取的120℃蒸汽经蒸汽发生器出口17从蒸酒釜进口16进入蒸酒釜3,对酒醅进行蒸馏从而产生酒蒸汽,100℃的水蒸汽夹杂酒蒸汽从蒸酒釜出气口15经过蒸汽管道30输送到热回收器进口14,进入热回收器后把热量传递给热回收器内的制冷剂,酒蒸气温度下降冷凝成65℃酒液体,再从热回收器出口13经过液体管道输送到再冷却换热器进液口28,65℃的酒液体进入再冷却盘管换热器9后把热量传递给室外空气,酒液体温度下降冷却成25~30℃低温酒液体,再从再冷却换热器出液口27经出酒管道输送到出酒口12,如此循环。
作为制取蒸汽的蒸汽发生器4在高温制冷剂进入后产生120℃蒸汽后从蒸汽发生器离开,蒸汽发生器4内的水量会不断的减少,水位会不断降低,当实际水位低于设定补水水位时,高-中-低水位检测探头8检测到水位过低,会传递信号给水位控制器7,水位控制器会驱使补水循环泵6开始工作,来给蒸汽发生器4补水,当水位达到设定补水水温时,高-中-低水位检测探头8检测到水位足够,会传递信号给水位控制器7,水位控制器会驱使补水循环泵6停止工作,停止给蒸汽发生器4补水,如此循环。
此时,系统控制单元2根据出酒温度传感器29检测到的出酒温度进行判断:若(ΔT酒温-酒温规定值≥0)且(ΔT酒温-酒温规定值≥0持续10秒),系统控制单元2驱动高温蒸汽热泵机组1的变转速风机58电机进行加速运行直到最高转速840转/分钟,再冷却盘管换热器9内的酒液和室外空气的换热速度加快,从再冷却换热器出液口27出来的酒温度逐渐降低最终保持在25~30℃,从而实现系统出酒温度保持在设定温度,否则系统控制单元2驱动蒸汽热泵机组1的变转速风机58电机进行减速运行直到最低转速300转/分钟,再冷却盘管换热器9内的酒液和室外空气的换热速度减慢,从再冷却换热器出液口27出来的酒温度逐渐升高,来实现系统出酒温度控制在设定温度范围内。
同时,系统控制单元2根据冷凝后温度传感器67检测到的冷凝后温度及节流后温度传感器66检测到的节流后温度进行判断:若(ΔT冷凝后温度-冷凝后温度规定值≥0)且(ΔT冷凝后温度-冷凝后温度规定值≥0持续10秒),系统控制单元2驱动高温蒸汽热泵机组1减载运行,来实现系统冷凝后温度保持在设定温度,否则系统控制单元2驱动高温蒸汽热泵机组1加载运行,来实现系统冷凝后温度达到设定温度:若(ΔT节流后温度-节流后温度规定值≥0)且(ΔT节流后温度-节流后温度规定值≥0持续10秒),系统控制单元2驱动高温蒸汽热泵机组1电子膨胀阀开度减小以减小系统制冷剂循环量,来实现系统节流后温度保持在设定温度,否则控制单元驱动高温蒸汽热泵机组1电子膨胀阀开度增大以加大系统制冷剂循环量,来实现系统节流后温度保持在设定温度,以维持系统压力在正常范围内,
另外,系统控制单元2根据蒸汽温度传感器37检测到的蒸汽温度进行判断:若(ΔT蒸汽温度-蒸汽温度规定值≥0)且(ΔT蒸汽温度-蒸汽温度规定值≥0持续10秒),系统控制单元2驱动高温蒸汽热泵机组1停止工作,来实现系统蒸汽温度保持在设定温度,否则高温蒸汽热泵机组1行开启运行,来实现系统蒸汽温度达到蒸汽设定温度;
这样就使系统出酒温度、系统冷凝后温度、系统节流后温度及系统蒸汽温度都能达到设定温度且可确保系统始终达到最佳运行状态的目的。
本发明是在逆卡洛循环原理和双级压缩制冷循环技术的基础上,提出的一种崭新的高温蒸汽热回收再冷却循环加冷量回收循环控温技术,用于酿酒厂应用过程中主要是替代原有产生蒸汽的热源,并不会改变现有的酿酒生产工艺,因此对于酒的品质和配方口感等方面不会有任何影响,它综合利用蒸馏余热冷媒梯级回收法、蒸发侧冷量回收循环控温技术等创新技术,可将原本丢弃的酒蒸馏过程中的显热和潜热等余热全部回收,以及将蒸馏后剩余蒸汽进行循环利用起来,通过高温热泵蒸汽锅炉重新转化为蒸汽后供酿酒循环使用,来达到节能环保和安全的目的。在充分回收利用酿酒过程中的余热和剩余蒸汽的前提下,同时利用高温蒸汽热泵机组1的蒸发侧制冷剂相变吸热和制冷剂蒸发量的智能控制对蒸馏后的酒液免费降温和控温,从而提高酿出的酒液品质,为酿酒厂提供的一种全新的节能和改善酒品的创新技术,为行业内首创,它解决了酿酒厂蒸馏过程中的冷凝余热和剩余蒸汽需排放到大气中白白丢弃、出酒温度不好控制影响出酒品质等问题,也避免了蒸酒过程中发酵酒泥等杂质随蒸汽带出散发到空气中造成周围环境污染的问题。
实施例二:如图1-3所示,用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统的使用方法,其特征在于包括以下步骤:
a.开启高温蒸汽热泵机组1和补水循环泵6。
b.高温制冷剂进入蒸汽发生器4与水进行热交换,产生120℃的过热蒸汽。
c.120℃的过热蒸汽从蒸汽发生器4出口17输送到蒸酒釜3中对酒醅进行蒸馏。
d.从蒸酒釜出气口15出来的夹杂着100℃水蒸汽的酒蒸汽通过管道输送至余热回收器45进口14,被冷却的65℃酒液体再进入再冷却换热器9,最终冷却成25~30℃的低温酒液体从出酒口12出来。
e.高温制冷剂在经历蒸汽发生器、冷却水箱5、液管截止阀10、高温蒸汽热泵机组1、余热回收器45等部件的作用后,循环流转,实现冷热回收循环利用。
f.检测出酒温度传感器29、冷凝后温度传感器67、节流后温度传感器66、蒸汽温度传感器37等温度传感器的信号,由系统控制单元2根据设定规定值进行判断和控制,驱动高温蒸汽热泵机组1变转速风机58电机进行加减速运行,电子膨胀阀开度增大或减小等操作来实现出酒温度、冷凝后温度、节流后温度和蒸汽温度控制在设定范围内。
g.当蒸汽发生器4中水位低于设定补水水位时,高-中-低水位检测探头8检测到水位过低,会传递信号给水位控制器7,水位控制器会驱使补水循环泵6开始工作,来给蒸汽发生器4补水,当水位达到设定补水水温时,高-中-低水位检测探头8检测到水位足够,会传递信号给水位控制器7,水位控制器会驱使补水循环泵6停止工作,停止给蒸汽发生器4补水,如此循环。
h.在使用过程中,需要对该系统定期维护和检查,确保各部件的正常工作和使用寿命。
本发明是在逆卡洛循环原理和双级压缩制冷循环技术的基础上,提出的一种崭新的高温蒸汽热回收再冷却循环加冷量回收循环控温技术,它综合利用蒸馏余热冷媒梯级回收法、蒸发侧冷量回收循环控温技术等创新技术,可将原本丢弃的酒蒸馏过程中的显热和潜热等余热全部回收,以及将蒸馏后剩余蒸汽进行循环利用起来,通过高温热泵蒸汽锅炉重新转化为蒸汽后供酿酒循环使用,来达到节能环保和安全的目的。在充分回收利用酿酒过程中的余热和剩余蒸汽的前提下,同时利用高温蒸汽热泵机组的蒸发侧制冷剂相变吸热和制冷剂蒸发量的智能控制对蒸馏后的酒液免费降温和控温,从而提高酿出的酒液品质。根据机组应用数据和理论计算分析得出,在能源节省方面:酿酒厂1个蒸酒釜每天需求的蒸汽量为2.7吨,按照平均4个蒸酒釜计算,需要的常压蒸汽量为10.8吨,1吨常压蒸汽热量大概为620000Kcal,采用现有的燃气锅炉蒸馏白酒,蒸馏过程中损耗的能量按总蒸汽需求的80%计算,蒸汽管道泄漏按照2%计算,蒸馏后丢弃的热量按照10%计算,每天大概白白丢弃的热量为45080Kcal,采用该发明涉及的高温蒸汽热泵锅炉系统,可回收的热量每天可节省热量22540Kcal,每年按300天计,年节省的热量为6762000Kcal,1吨标准煤燃烧的热量大概7000Kcal,相当于年节省966吨标准煤,减少碳排放3542吨;在经济效益方面:酿酒厂1个蒸酒釜每天需求的蒸汽量为2.7吨,按照平均4个蒸酒釜计算,需要的蒸汽量为10.8吨,用传统的燃气锅炉每吨蒸汽耗燃气量85m³,燃气按照4元/m³计,每天燃气费用3672元,人工费600元,酿酒厂每天12小时运行4个蒸酒釜总费用为4272元,每年按300天计运行费用为128.16万元;应用此发明涉及的高温蒸汽热泵锅炉系统,因蒸汽管程缩短,酿制同重量的酒每天需要的蒸汽减少为9吨,每吨蒸汽耗电量为225kW*h,电费按照0.7元/kW*h计,酿酒厂每天12小时运行4个蒸酒釜总费用1418元,因本系统智能化程度的提高,1人可以管理多个蒸酒釜,平均人工费300元,酿酒厂每天12小时运行4个蒸酒釜总费用为1718元,每年按300天计运行费用为51.54万元;酿酒厂按4个蒸酒釜计年节省运行费用76.62万元,蒸酒釜越多,节省费用越多。
本发明结合系统运行模式、系统控制单元通过系统各温度传感单元反馈的信号控制高温蒸汽热泵机组的启停及高温蒸汽热泵机组低温段、高温段压缩机的启停和加减载运行,从而调节系统的蒸汽温度和系统压差,来实现综合利用蒸馏余热冷媒梯级回收法、蒸发侧冷量回收循环控温技术等创新技术,可将原本丢弃的酒蒸馏过程中的显热和潜热等余热全部回收,以及将蒸馏后剩余蒸汽进行循环利用起来,通过高温热泵蒸汽锅炉重新转化为蒸汽后供酿酒循环使用,来达到节能环保和安全的目的。在充分回收利用酿酒过程中的余热和剩余蒸汽的前提下,同时利用高温蒸汽热泵机组的蒸发侧制冷剂相变吸热和制冷剂蒸发量的智能控制对蒸馏后的酒液免费降温和控温,从而提高酿出的酒液品质的目的。
本发明突破了传统的酿酒厂蒸酒过程中大量冷凝热和蒸汽排放到大气中无法回收利用和馏酒过程出酒温度不好控制而影响出酒品质的技术难题,是酿酒行业冷热回收利用方面的重大技术突破。实现了充分回收利用酿酒过程中的蒸酒馏酒冷凝余热和剩余蒸气,以及充分回收系统蒸发侧冷量从而大大降低酿酒厂的运行费用,大大提高酿酒出酒品质,减少酿酒厂对大气和周围环境的污染,同时也降低了酿酒厂热源侧锅炉的安全风险,为热能节能环保开辟了新的广阔的领域。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解,本发明不受上述实施条例的限制,上述实施条例和说明书中描述的仅为本发明的优先例,并不用来限制本发明,在不脱离本发明精神和范围的前提下,本发明还会有各种变化和改进,这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,其特征在于:包括高温蒸汽热泵机组(1)、蒸汽发生器(4)、蒸酒釜(3)和冷却水箱(5);
所述高温蒸汽热泵机组(1)包括余热回收器(45)和再冷却盘管换热器(9),并通过设有气管截止阀(11)的冷媒管道气管(32)连接至所述蒸汽发生器(4),通过设有液管截止阀(10)的冷媒管道液管(33)连接至所述冷却水箱(5),以能够向所述蒸汽发生器(4)供应压缩提温后的制冷剂,并在该制冷剂依次流经所述蒸汽发生器(4)和冷却水箱(5)后通过所述冷媒管道液管(33)回到所述高温蒸汽热泵机组(1),所述余热回收器(45)具有热回收器进口(14)和热回收器出口(13),所述再冷却盘管换热器(9)具有通过液体管道(31)连通至所述热回收器出口(13)的再冷却换热器进液口(28)和连接有出酒管道(36)的再冷却换热器出液口(27),所述出酒管道(36)具有出酒口(12);
所述蒸汽发生器(4)内部设有连通所述冷媒管道气管(32)和所述冷却水箱(5)的蒸汽发生器走氟盘管(19),且所述蒸汽发生器(4)顶端设置有蒸汽发生器出口(17);
所述蒸酒釜(3)具有连通至所述蒸汽发生器出口(17)的蒸酒釜进口(16)和连接有蒸汽管道(30)的蒸酒釜出气口(15),所述蒸汽管道(30)连接至所述热回收器进口(14),通过与所述制冷剂换热而在所述蒸汽发生器(4)内产生的水蒸汽能够通过蒸酒釜进口(16)进入所述蒸酒釜(3)并加热该蒸酒釜(3)内的酒醅以产生酒蒸汽,该酒蒸汽与水蒸汽能够通过所述蒸汽管道(30)进入所述余热回收器(45);
所述冷却水箱(5)上设有冷却水箱出水口(24)和连接至补水循环泵(6)的冷却水箱补水口,且所述冷却水箱(5)内设有冷却水箱走氟盘管(79),该冷却水箱走氟盘管(79)具有通过冷媒冷凝管(35)连通至所述蒸汽发生器走氟盘管(19)的出口端的冷却水箱制冷剂进口(23)和连接至所述冷媒管道液管(33)的冷却水箱制冷剂出口(25),所述蒸汽发生器(4)上连接有补水口(20),所述补水口(20)通过设置有单相导通阀(22)的补水管道(34)连通至所述冷却水箱出水口(24),所述蒸汽发生器(4)上设有连接至所述冷媒管道气管(32)的蒸汽发生器制冷剂进口(18)和设于所述蒸汽发生器走氟盘管(19)的出口端并连接至所述冷媒冷凝管(35)的蒸汽发生器制冷剂出口(21);
还包括设置在高温蒸汽热泵机组(1)上的冷凝后温度传感器(67)、设置在高温蒸汽热泵机组(1)上的节流后温度传感器(66)、设置在高温蒸汽热泵机组(1)上的高温段压缩机(53)、连接在高温段压缩机(53)排气管道上的高温段排气温度传感器(64)、设置在高温段压缩机(53)吸气管道上的高温段吸气温度传感器(63)、设置在高温蒸汽热泵机组(1)上的低温段压缩机(38)、设置在低温段压缩机(38)排气管道上的低温段排气温度传感器(60)、设置在低温段压缩机(38)吸气管道上的低温段吸气温度传感器(59)、设置在高温蒸汽热泵机组(1)上的翅片换热器(40),以及连接在翅片换热器(40)上的环境温度传感器(61);
所述低温段压缩机(38)通过管道与低温段气分(39)连接,所述低温段气分(39)通过管道与翅片换热器(40)连接,所述翅片换热器(40)通过管道分别连接余热回收器(45)和低温段主阀(41),翅片换热器(40)还通过管道连接变频驱动板(44),低温段主阀(41)通过管道连接第一过滤器(43),所述第一过滤器(43)通过管道连接低温段经济器(55),所述低温段经济器(55)上设置有低温段辅阀(42),所述低温段经济器(55)通过管道连接蒸发冷凝器(54),所述蒸发冷凝器(54)通过管道分别和低温段压缩机(38)、余热回收器(45)、高温段气分(52)相连接,所述高温段气分(52)通过管道连接高温段压缩机(53),所述高温段压缩机(53)通过管道连接气管截止阀(11)和高温段经济器(48),所述高温段经济器(48)上连接有液管截止阀(10),所述高温段经济器(48)通过管道连接高温段辅阀(49)和第二过滤器(50),所述第二过滤器(50)通过管道连接高温段主阀(51),所述高温段主阀(51)通过管道连接余热回收器(45)。
2.根据权利要求1所述的用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,其特征在于:所述补水循环泵(6)通过冷却水箱补水管(26)连接到所述冷却水箱(5),所述冷却水箱(5)中部设有高-中-低水位检测探头(8),且所述补水循环泵(6)通过信号连接至所述高-中-低水位检测探头(8)的水位控制器(7)控制其启停。
3.根据权利要求2所述的用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,其特征在于:还包括系统控制单元(2)和设置在蒸汽发生器(4)上的蒸汽温度传感器(37)、设置在再冷却盘管换热器(9)上的出酒温度传感器(29);
所述蒸汽温度传感器(37)、出酒温度传感器(29)、冷凝后温度传感器(67)、节流后温度传感器(66)、高温段排气温度传感器(64)、高温段吸气温度传感器(63)、低温段排气温度传感器(60)、低温段吸气温度传感器(59)以及环境温度传感器(61)分别通过传感器连接线与系统控制单元(2)连接。
4.根据权利要求1所述的用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,其特征在于:所述蒸酒釜(3)设于所述蒸汽发生器(4)的上方,所述再冷却盘管换热器(9)上设有变转速风机(58),使空气强制对流从而进行换热,所述余热回收器(45)外部为不锈钢管(76),内部为钛合金换热管(77),所述钛合金换热管(77)上设有钛合金内螺纹翅片(78),所述再冷却盘管换热器(9)由不锈钢内盘管(73)和铝箔散热片(74)所构成,所述不锈钢内盘管(73)上设有不锈钢内螺纹翅片(75)。
5.根据权利要求1所述的用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,其特征在于:所述蒸汽发生器出口(17)温度为120℃,所述蒸汽发生器制冷剂出口(21)温度为105℃,所述冷却水箱制冷剂出口(25)温度为70℃。
6.根据权利要求3所述的用于酿酒厂冷热回收循环利用的高温蒸汽热泵锅炉系统,其特征在于:所述高温段主阀(51)节流后温度为40℃,所述余热回收器(45)制冷剂出口温度为60℃。
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