CN212227437U - 直热式热泵 - Google Patents

Abstract

一种直热式热泵，属于余热利用技术领域。本实用新型解决了现有的吸收式热泵无法利用工业污废水作为余热热源的问题。所述蒸发器包括位于上部的换热室及位于换热室下方的闪蒸室，蒸发器的上部连通设置有真空泵，通过真空泵将蒸发器内部抽真空，换热室的顶部连通设置有冷剂水管，冷剂水通过所述冷剂水管进入换热室内，污废水通过污废水进水管连通进入闪蒸室内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽向上运动并与换热室内的冷剂水进行换热，冷剂水降膜蒸发，蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道进入吸收器，闪蒸后的污废水通过污废水退水管排出蒸发器。

Description

直热式热泵

技术领域

本实用新型涉及直热式热泵，属于余热利用技术领域。

背景技术

在冶金、煤化工、盐化工等多种工业生产过程中，都存在大量的中低温工艺循环冷却水或工艺废水，其中含有大量的余热(例如：钢铁厂转炉烟气湿法除尘过程中用于净化和冷却烟气的水称为转炉除尘水，转炉除尘水现有工艺的冷却是经冷却塔散热，一个普通转炉的除尘水流量每小时就高达500吨，在冷却塔按降温10度计算，散失热量就将近6MW)。但这部分热量因为温度较低，在余热回收供暖或工业回用时无法满足温度需求。工程上常使用热泵提升热品质后使用，但目前的吸收式热泵仅能使用于清洁水工况，即，进入热泵蒸发器的余热热源水只能是无腐蚀性，不会在换热器表面结垢的清洁水；而工业上大部分工艺循环冷却水或工艺废水都是具有腐蚀性、易沉积、易结垢的的污废水，这部分废水无法进行余热能回收造成了大量的工业余热白白浪费。

发明内容

本实用新型是为了解决现有的吸收式热泵无法利用工业污废水作为余热热源的问题，进而提供了一种直热式热泵。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

一种直热式热泵，它包括蒸发器、吸收器、冷凝器及发生器，蒸发器与吸收器之间开设有第一蒸汽通道，

所述蒸发器包括位于上部的换热室及位于换热室下方的闪蒸室，蒸发器的上部连通设置有真空泵，通过真空泵将蒸发器内部抽真空，换热室的顶部连通设置有冷剂水管，冷剂水通过所述冷剂水管进入换热室内，污废水通过污废水进水管连通进入闪蒸室内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽向上运动并与换热室内的冷剂水进行换热，冷剂水降膜蒸发，蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道进入吸收器，闪蒸后的污废水通过污废水退水管排出蒸发器。

进一步地，所述换热室内布置有若干第一换热管，若干第一换热管的两端分别与换热室外部空间连通，闪蒸后得到的蒸汽向上运动并通过若干第一换热管的一端进入第一换热管内，第一换热管内的蒸汽冷凝成水后，经第一换热管的另一端排出，第一换热管内的蒸汽与第一换热管外的冷剂水进行换热。

进一步地，换热室的外部设置有第一冷剂水泵，且所述第一冷剂水泵与换热室中位于第一换热管外部的空间连通。

进一步地，换热室的上部设置有冷剂水喷淋器，所述冷剂水喷淋器与所述冷剂水管连通设置。

进一步地，换热室与闪蒸室之间布置有除雾器。

进一步地，换热室的外侧布置有冷凝水槽，且所述冷凝水槽与若干第一换热管的另一端连通。

进一步地，换热室的外部还设置有冷凝水泵，且所述冷凝水泵与冷凝水槽连通设置。

进一步地，所述污废水退水管水平设置在闪蒸室的下部。

进一步地，所述吸收器包括溶液喷淋器、第二换热管、第一进水管、第一退水管及位于吸收器下部的第一溶液池，其中第一进水管和第一退水管分别外接在第二换热管的进口和出口；所述发生器包括第三换热管、第二进水管、第二退水管及位于发生器下部的第二溶液池，其中第二进水管和第二退水管分别外接在第三换热管的进口和出口；所述冷凝器包括第四换热管、第三进水管、第三退水管及位于冷凝器下部的冷剂水池，其中第三进水管和第三退水管分别外接在第四换热管的进口和出口；第二溶液池中的浓溶液通过第二溶液泵及溶液喷淋器进入吸收器，第一溶液池中的稀溶液通过第一溶液泵进入发生器，发生器与冷凝器之间开设有第二蒸汽通道。

进一步地，所述污废水进水管水平布置且连通设置在闪蒸室的上部侧壁。

进一步地，所述污废水进水管竖直布置且其底端位于闪蒸室内。

进一步地，换热室的数量为两个，且相对布置在污废水进水管的两侧，闪蒸蒸汽通过两个换热室相对的一侧进入换热室内进行换热。

进一步地，所述蒸发器位于所述冷凝器的正上方，所述吸收器位于所述发生器的正上方。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：

利用本申请中的蒸发器，能够使工业污废水直接进入蒸发器的闪蒸腔后发生闪蒸，使原本腐蚀性强、易造成结垢堵塞的污废水转化为清洁蒸汽，再通过闪蒸蒸汽将热量传递出来，从而实现了工业废水的高效清洁利用。

污废水闪蒸后的蒸汽向上运动直接进入蒸发器内参与换热，有效减少闪蒸蒸汽的热量损失，大大提高了热泵的工作效率。

附图说明

图1为本申请的俯视示意图(换热室的数量为一个时)；

图2为图1的A-A向剖视示意图；

图3为图1的B-B向剖视示意图；

图4为本申请的俯视示意图(换热室的数量为两个时)；

图5为图4的C-C向剖视示意图；

图6为图4的D-D向剖视示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：结合图1～6说明本实施方式，一种直热式热泵，它包括蒸发器3、吸收器4、冷凝器5及发生器6，蒸发器3与吸收器4之间开设有第一蒸汽通道7，

所述蒸发器3包括位于上部的换热室3-1及位于换热室3-1下方的闪蒸室3-2，蒸发器3的上部连通设置有真空泵3-3，通过真空泵3-3将蒸发器3内部抽真空，换热室3-1的顶部连通设置有冷剂水管3-4，冷剂水通过所述冷剂水管3-4进入换热室3-1内，污废水通过污废水进水管3-5连通进入闪蒸室3-2内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽向上运动并与换热室3-1内的冷剂水进行换热，冷剂水降膜蒸发，蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道7进入吸收器4，闪蒸后的污废水通过污废水退水管3-6排出蒸发器3。

蒸发器3的下部空间通过真空泵3-3及第一换热管3-12束的作用形成闪蒸室3-2，通过真空泵3-3抽气使闪蒸室3-2内保持负压状态。

污废水退水管3-6上连通设置有污废水排放泵3-7，便于闪蒸室3-2内的污废水排出。

污废水进水管为直管或锥形管。

污废水闪蒸蒸汽进入管程，冷剂水在蒸发器内进入壳程，在管外发生降膜蒸发。

利用本申请中的蒸发器3，能够使工业污废水可以直接进入蒸发器3的闪蒸腔后发生闪蒸，使原本腐蚀性强、易造成结垢堵塞的污废水转化为清洁蒸汽，再通过闪蒸蒸汽将热量传递出来，从而实现了工业废水的高效清洁利用。

本申请中所述的吸收器4、发生器6、冷凝器5的内部结构及各结构之间的连接关系均可采用现有技术中的结构及连接关系，工作原理也与现有技术相同。

所述换热室3-1内布置有若干第一换热管3-12，若干第一换热管3-12的两端分别与换热室3-1外部空间连通，闪蒸后得到的蒸汽向上运动并通过若干第一换热管3-12的一端进入第一换热管3-12内，第一换热管3-12内的蒸汽冷凝成水后，经第一换热管3-12的另一端排出，第一换热管3-12内的蒸汽与第一换热管3-12外的冷剂水进行换热。若干第一换热管3-12的两端与换热室3-1外部空间分别通过两个多孔板3-13连通，所述两个多孔板3-13即为换热室3-1的两个侧板，第一换热管3-12通过多孔板3-13上的圆孔与换热室3-1外部连通，用于闪蒸蒸汽的进入与蒸汽冷凝后的排出。通过真空泵3-3具体将蒸发器3中的第一换热管3-12内部以及闪蒸室内部抽真空，即除了换热室3-1内第一换热管3-12的外部空间以外，蒸发器3内的其余空间均通过真空泵3-3抽真空。

换热室3-1的外部设置有第一冷剂水泵3-8，且所述第一冷剂水泵3-8与换热室3-1中位于第一换热管3-12外部的空间连通。换热室3-1内若干第一换热管3-12的外部空间形成冷剂水室，用于冷剂水的流动及储存，通过第一冷剂水泵3-8排出冷剂水。

换热室3-1的上部设置有冷剂水喷淋器3-9，所述冷剂水喷淋器3-9与所述冷剂水管3-4连通设置。如此设计，冷剂水依次通过冷剂水管3-4及冷剂水喷淋器3-9进入换热室3-1内，与第一换热管3-12内的蒸汽进行换热。通过设置冷剂水喷淋器3-9，使得换热效果更好。

换热室3-1与闪蒸室3-2之间布置有除雾器3-10。以去除蒸汽内携带的小液滴。

换热室3-1的外侧布置有冷凝水槽3-11，且所述冷凝水槽3-11与若干第一换热管3-12的另一端连通。如此设计，通过冷凝水槽3-11收集第一换热管3-12内形成的冷凝水。冷凝水槽3-11可以位于蒸发器3内部，还可以位于蒸发器3外部。

换热室3-1的外部还设置有冷凝水泵3-14，且所述冷凝水泵3-14与冷凝水槽3-11连通设置。通过设置冷凝水泵3-14，便于冷凝水槽3-11内的冷凝水排出。

所述污废水退水管3-6水平设置在闪蒸室3-2的下部。

所述吸收器4包括溶液喷淋器4-1、第二换热管4-2、第一进水管4-3、第一退水管4-4及位于吸收器4下部的第一溶液池4-5，其中第一进水管4-3和第一退水管4-4分别外接在第二换热管4-2的进口和出口；所述发生器6包括第三换热管6-1、第二进水管6-2、第二退水管6-3及位于发生器6下部的第二溶液池6-4，其中第二进水管6-2和第二退水管6-3分别外接在第三换热管6-1的进口和出口；所述冷凝器5包括第四换热管5-1、第三进水管5-2、第三退水管5-3及位于冷凝器5下部的冷剂水池5-4，其中第三进水管5-2和第三退水管5-3分别外接在第四换热管5-1的进口和出口；第二溶液池6-4中的浓溶液通过第二溶液泵10及溶液喷淋器4-1进入吸收器4，第一溶液池4-5中的稀溶液通过第一溶液泵9进入发生器6，发生器6与冷凝器5之间开设有第二蒸汽通道8。

在吸收器4内，由第一蒸汽通道7进入的蒸汽，遇到溶液喷淋器4-1喷淋的溴化锂浓溶液，蒸汽被浓溴化锂吸收，使得溴化锂浓溶液变为溴化锂稀溶液，落入第一溶液池4-5。溶液喷淋器布置在吸收器4的上部，用于喷淋溴化锂浓溶液。第二换热管4-2的作用是吸热，回收热量的同时降低溴化锂浓溶液的温度，从而使溴化锂浓溶液能吸收更多的水蒸汽。

吸收器4内的溴化锂稀溶液通过第一溶液泵9进入发生器6。在发生器6内，驱动热源通过第二进水管6-2进入第三换热管6-1，从第二退水管6-3流出，使冷剂水蒸发，溴化锂稀溶液再次变为浓溶液，通过第二溶液泵10回到吸收器4内。

第四换热管5-1的进、出口分别连通第三进水管5-2及第三退水管5-3，发生器6内蒸发的冷剂水蒸汽，通过第二蒸汽通道8进入冷凝器5，将热量传递给第四换热管5-1，从而将余热热量及驱动热量传递给第四换热管5-1内的待加热液，实现余热回收，同时第二蒸汽通道8流过来的蒸汽凝结，冷凝后的冷剂水落入冷剂水池5-4，再通过第二冷剂水泵3-15送回蒸发器3喷淋，完成整个循环。

所述蒸发器位于所述冷凝器的正上方，所述吸收器位于所述发生器的正上方。如此设计，将蒸发器设置于高位，便于蒸发器内污废水的排出。

工作原理：

本申请的污废水直热式热泵的运行过程：

驱动热源是高温蒸汽或热水，当溴化锂稀溶液在发生器6内受到驱动热源的加热后，溶液中的水不断汽化；随着水的不断汽化，发生器6内的溴化锂稀溶液浓度不断升高，变成溴化锂浓溶液，然后通过第二溶液泵10进入吸收器4；

汽化后产生的水蒸汽通过第二蒸汽通道8进入冷凝器5，被冷凝器5内的冷却水降温后凝结，成为高压低温的液态水，即冷剂水；

冷凝器5内的冷剂水进入蒸发器3，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器3内第一换热管3-12的热量。为了强化蒸发器3内的水蒸发，设有第二冷剂水泵3-15，使冷剂水强制循环，向第一换热管3-12表面进行喷淋；在此过程中，低温水蒸汽进入吸收器4，被吸收器4内的溴化锂浓溶液吸收，溶液浓度逐步降低，再由第一溶液泵9送回发生器6。

本申请中蒸发器3的工作原理：

污废水通过污废水进水管3-5进入蒸发器3的闪蒸室3-2内闪蒸，污废水闪蒸汽化后热量降低，这部分热量通过闪蒸蒸汽带出。

闪蒸蒸汽向上通过除雾器3-10，去除蒸汽内携带的小液滴后进入第一换热管3-12内，通过第一换热管3-12的壁面将热量传递给管外的冷剂水(该冷剂水是由冷剂水喷淋器3-9喷淋在第一换热管3-12外壁上的)，管内的闪蒸蒸汽冷凝成水流出第一换热管3-12，集中在冷凝水槽3-11中，通过冷凝水泵3-14排出。第一换热管3-12外的冷剂水降膜蒸发，冷剂水蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道7，进入吸收器4。从第一换热管3-12外壁流下的冷剂水落到冷剂水室的下部，再通过第一冷剂水泵3-8回送到冷剂水喷淋器3-9。

本申请中的蒸发器3的第一换热管3-12的热量，来源于污废水闪蒸蒸汽的凝结热，在蒸发器3内即可直接实现污废水闪蒸。

具体实施方式二：结合图1～3说明本实施方式，所述污废水进水管3-5水平布置且连通设置在闪蒸室3-2的上部侧壁。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式三：结合图4～6说明本实施方式，所述污废水进水管3-5竖直布置且其底端位于闪蒸室3-2内。此状态下，污废水进水管3-5可以是穿设在换热室3-1内，也可以位于换热室3-1的一侧，只要不影响闪蒸蒸汽进入换热室3-1内的第一换热管3-12即可。

换热室3-1的数量为两个，且相对布置在污废水进水管3-5的两侧，闪蒸蒸汽通过两个换热室3-1相对的一侧进入换热室3-1内进行换热。其它组成与连接关系与具体实施方式一相同。

具体实施方式四：结合图1～6说明本实施方式，本申请可应用于工业节能环保领域，如用于湿法脱硫浆液、钢厂转炉除尘水、造纸中段水等工业循环废水的余热回收。

本申请在余热回收的同时可回收与余热量相匹配的清洁闪蒸冷凝水，在脱硫浆液余热回收时不破坏脱硫塔原有水平衡。

本申请还可用于湿法脱硫后烟气的余热回收，具体应用方法为：将湿法脱硫塔内循环的脱硫浆液全部或部分直接引入本申请蒸发器3的闪蒸室3-2中，通过蒸发器3提取脱硫浆液余热，提取余热后浆液温度降低，低温浆液通过污废水退水管3-6返回冷却塔原喷淋层喷淋烟气，浆液吸收烟气热量后温度升高回到脱硫塔集水池，之后再由脱硫塔循环水泵提升至本申请蒸发器3中提取余热，如此循环从而不断回收烟气余热；本申请的热泵不仅能够回收脱硫后烟气余热，同时将烟气中的凝结水通过本申请从浆液中闪蒸出来，这样即达到了节水目的，又不破坏原脱硫系统的水平衡，另外，通过本申请回收余热使浆液温度降低后再回到脱硫塔内喷淋，可进一步降低烟气排烟温度，同时降低烟气含水量，达到烟气脱白目的。

Claims (13)

1.一种直热式热泵，它包括蒸发器(3)、吸收器(4)、冷凝器(5)及发生器(6)，其特征在于：蒸发器(3)与吸收器(4)之间开设有第一蒸汽通道(7)，

所述蒸发器(3)包括位于上部的换热室(3-1)及位于换热室(3-1)下方的闪蒸室(3-2)，蒸发器(3)的上部连通设置有真空泵(3-3)，通过真空泵(3-3)将蒸发器(3)内部抽真空，换热室(3-1)的顶部连通设置有冷剂水管(3-4)，冷剂水通过所述冷剂水管(3-4)进入换热室(3-1)内，污废水通过污废水进水管(3-5)连通进入闪蒸室(3-2)内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽向上运动并与换热室(3-1)内的冷剂水进行换热，冷剂水降膜蒸发，蒸发后的蒸汽通过第一蒸汽通道(7)进入吸收器(4)，闪蒸后的污废水通过污废水退水管(3-6)排出蒸发器(3)。

2.根据权利要求1所述的直热式热泵，其特征在于：所述换热室(3-1)内布置有若干第一换热管(3-12)，若干第一换热管(3-12)的两端分别与换热室(3-1)外部空间连通，闪蒸后得到的蒸汽向上运动并通过若干第一换热管(3-12)的一端进入第一换热管(3-12)内，第一换热管(3-12)内的蒸汽冷凝成水后，经第一换热管(3-12)的另一端排出，第一换热管(3-12)内的蒸汽与第一换热管(3-12)外的冷剂水进行换热。

3.根据权利要求2所述的直热式热泵，其特征在于：换热室(3-1)的外部设置有第一冷剂水泵(3-8)，且所述第一冷剂水泵(3-8)与换热室(3-1)中位于第一换热管(3-12)外部的空间连通。

4.根据权利要求2或3所述的直热式热泵，其特征在于：换热室(3-1)的上部设置有冷剂水喷淋器(3-9)，所述冷剂水喷淋器(3-9)与所述冷剂水管(3-4)连通设置。

5.根据权利要求4所述的直热式热泵，其特征在于：换热室(3-1)与闪蒸室(3-2)之间布置有除雾器(3-10)。

6.根据权利要求2、3或5所述的直热式热泵，其特征在于：换热室(3-1)的外侧布置有冷凝水槽(3-11)，且所述冷凝水槽(3-11)与若干第一换热管(3-12)的另一端连通。

7.根据权利要求6所述的直热式热泵，其特征在于：换热室(3-1)的外部还设置有冷凝水泵(3-14)，且所述冷凝水泵(3-14)与冷凝水槽(3-11)连通设置。

8.根据权利要求1、2、3、5或7所述的直热式热泵，其特征在于：所述污废水退水管(3-6)水平设置在闪蒸室(3-2)的下部。

9.根据权利要求8所述的直热式热泵，其特征在于：所述吸收器(4)包括溶液喷淋器(4-1)、第二换热管(4-2)、第一进水管(4-3)、第一退水管(4-4)及位于吸收器(4)下部的第一溶液池(4-5)，其中第一进水管(4-3)和第一退水管(4-4)分别外接在第二换热管(4-2)的进口和出口；所述发生器(6)包括第三换热管(6-1)、第二进水管(6-2)、第二退水管(6-3)及位于发生器(6)下部的第二溶液池(6-4)，其中第二进水管(6-2)和第二退水管(6-3)分别外接在第三换热管(6-1)的进口和出口；所述冷凝器(5)包括第四换热管(5-1)、第三进水管(5-2)、第三退水管(5-3)及位于冷凝器(5)下部的冷剂水池(5-4)，其中第三进水管(5-2)和第三退水管(5-3)分别外接在第四换热管(5-1)的进口和出口；第二溶液池(6-4)中的浓溶液通过第二溶液泵(10)及溶液喷淋器(4-1)进入吸收器(4)，第一溶液池(4-5)中的稀溶液通过第一溶液泵(9)进入发生器(6)，发生器(6)与冷凝器(5)之间开设有第二蒸汽通道(8)。

10.根据权利要求1、2、3、5、7或9所述的直热式热泵，其特征在于：所述污废水进水管(3-5)水平布置且连通设置在闪蒸室(3-2)的上部侧壁。

11.根据权利要求1、2、3、5、7或9所述的直热式热泵，其特征在于：所述污废水进水管(3-5)竖直布置且其底端位于闪蒸室(3-2)内。

12.根据权利要求11所述的直热式热泵，其特征在于：换热室(3-1)的数量为两个，且相对布置在污废水进水管(3-5)的两侧，闪蒸蒸汽通过两个换热室(3-1)相对的一侧进入换热室(3-1)内进行换热。

13.根据权利要求1、2、3、5、7、9或12所述的直热式热泵，其特征在于：所述蒸发器位于所述冷凝器的正上方，所述吸收器位于所述发生器的正上方。

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