CN212431398U - 污废水源蒸汽压缩干式热泵机组 - Google Patents

Abstract

一种污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，属于余热利用技术领域。本实用新型解决了现有的压缩式热泵无法利用工业污废水作为余热热源的问题。所述蒸发器还包括位于上部的第一换热室及连通设置在第一换热室下方的闪蒸室，所述工质进入室和工质流出室分别连通设置在所述第一换热室的两端部，蒸发器的上部连通设置有真空泵，通过真空泵将第一换热室及闪蒸室内部抽真空，所述第一换热室内布置有若干第一换热管，且所述工质进入室与工质流出室通过若干第一换热管连通，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进入第一换热室，并与第一换热管内的工质进行换热，闪蒸后的污废水通过污废水退水管排出蒸发器。

Description

污废水源蒸汽压缩干式热泵机组

技术领域

本实用新型涉及污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，属于余热利用技术领域。

背景技术

压缩式热泵是以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，它仅消耗少量的逆循环净功，就可以得到较大的供热量，可以有效地把难以应用的低品位热能利用起来达到节能目的。

在市政污水及工业废水或循环水中有大量的低品位余热可作为热泵的热源，但因这部分污废水中含有大量的悬浮物或溶解性固体，若这些污废水直接进入热泵机组极易发生换热管堵塞、结垢、腐蚀等问题，使热泵机组无法正常运行甚至损坏；目前在利用像市政污水这种含悬浮物及易沉固体量较大的水源作为热源时，通常的解决办法是利用抗堵能力较强的特种换热器或通过过滤去除悬浮物的方式实现污水源热量利用的，但当污废水中有大量的溶解态固体存在时，无论使用上述哪种方式，当废水在换热降温时大量的溶解态固体就会析出，并附着在换热壁面上，造成换热壁面结垢、堵塞或腐蚀，无法实现热量的稳定回收。

如在冶金、煤化工、盐化工等行业在生产过程中，也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，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。

实用新型内容

本实用新型是为了解决现有的压缩式热泵无法利用工业污废水作为余热热源的问题，进而提供了一种污废水源蒸汽压缩干式热泵机组。

本实用新型为解决上述技术问题所采用的技术方案是：

污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，它包括蒸发器、冷凝器、压缩机及膨胀阀，

所述蒸发器包括工质进入室和工质流出室，所述冷凝器通过管路分别与工质进入室和工质流出室连通，所述膨胀阀设置在工质进入室与冷凝器之间的管路上，所述压缩机设置在工质流出室与冷凝器之间的管路上，

所述蒸发器还包括位于上部的第一换热室及连通设置在第一换热室下方的闪蒸室，所述工质进入室和工质流出室分别连通设置在所述第一换热室的两端部，

蒸发器的上部连通设置有真空泵，通过真空泵将第一换热室及闪蒸室内部抽真空，所述第一换热室内布置有若干第一换热管，且所述工质进入室与工质流出室通过若干第一换热管连通，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进入第一换热室，并与第一换热管内的工质进行换热，闪蒸后的污废水通过污废水退水管排出蒸发器。

进一步地，第一换热室与闪蒸室之间布置有除雾器。

进一步地，除雾器与闪蒸室之间还布置有收水装置，以收集蒸汽凝结水，所述收水装置上开设有蒸汽通道。

进一步地，所述污废水退水管水平设置在闪蒸室的下部或底部。

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，所述收水装置包括呈八字形结构的收水板及位于收水板两个低位端的集水槽，收水板的中部开设有通孔，收水板的上方固装有脊形挡板，所述脊形挡板位于所述通孔正上方，且所述蒸汽通道开设在脊形挡板与收水板之间。

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，所述收水装置包括呈八字形结构的收水板及位于收水板两个低位端的集水槽，收水板的中部开设有通孔，污废水进水管与该通孔之间的间隙为所述蒸汽通道。

进一步地，所述集水槽的外部连通设置有冷凝水泵。

进一步地，所述冷凝器包括第二换热室及位于第二换热室两端的待加热液进入室和待加热液流出室，其中第二换热室内布置有若干第二换热管，且待加热液进入室和待加热液流出室之间通过若干第二换热管连通布置，第二换热室的上部通过管路与蒸发器中的工质流出室连通，第二换热室的下部通过管路与蒸发器中的工质进入室连通。

本实用新型与现有技术相比具有以下效果：

通过本申请的压缩式热泵，能够实现含有大量溶解性固体的中低温工业污废水的余热回收利用，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，不仅实现了工业废水的高效清洁利用，而且使废水转变为清洁蒸汽再换热的方式大大提高了换热效率，更有利于低温工业余热的回收利用。

附图说明

图1为本申请的俯视示意图(污废水进水管水平布置的情况下)；

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为图1的C-C向剖视示意图；

图5为本申请的主剖视示意图(污废水进水管竖直布置的情况下)；

图6为本申请的俯视示意图(污废水进水管竖直布置的情况下局部剖视)。

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，污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，它包括蒸发器1、冷凝器2、压缩机3及膨胀阀4，

所述蒸发器1包括工质进入室1-1和工质流出室1-2，所述冷凝器2通过管路分别与工质进入室1-1和工质流出室1-2连通，所述膨胀阀4设置在工质进入室1-1与冷凝器2之间的管路上，所述压缩机3设置在工质流出室1-2与冷凝器2之间的管路上，

所述蒸发器1还包括位于上部的第一换热室1-3及连通设置在第一换热室1-3下方的闪蒸室1-4，所述工质进入室1-1和工质流出室1-2分别连通设置在所述第一换热室1-3的两端部，

蒸发器1的上部连通设置有真空泵1-5，通过真空泵1-5将第一换热室1-3及闪蒸室1-4内部抽真空，所述第一换热室1-3内布置有若干第一换热管1-3-1，且所述工质进入室1-1与工质流出室1-2通过若干第一换热管1-3-1连通，污废水通过污废水进水管1-6连通进入闪蒸室1-4内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽向上运动进入第一换热室1-3，并与第一换热管1-3-1内的工质进行换热，闪蒸后的污废水通过污废水退水管1-7排出蒸发器1。

所述工质即为低沸点工质。低沸点工质如氟利昂。

冷凝器2通过管路流出液态低沸点工质，经过膨胀阀4节流膨胀，变为低压低温的气液两相流，然后通过蒸发器1的工质进入室1-1进入第一换热管1-3-1内被加热，变为低沸点工质蒸汽，再经过工质流出室1-2及管道进入压缩机3，变为高温高压低沸点工质蒸汽，进入冷凝器2凝结放热，通过冷凝器2内的第二换热管2-1-1给供暖循环水加热。

工质进入室1-1的侧壁开设有液态工质进口1-1-1，工质流出室1-2的侧壁开设有气态工质出口1-2-1。

蒸发器1与冷凝器2的外形均为卧式箱体。

闪蒸室1-4的外部连通设置有污废水退水泵1-8，且所述污废水退水泵1-8与污废水退水管1-7连通。便于污废水排出。

污废水进水管1-6可以为直管或锥形管，有效避免堵塞。

压缩机3是气态工质压缩机，如气态氟利昂压缩机。

通过真空泵1-5抽气使闪蒸室1-4内保持负压状态。

污废水闪蒸蒸汽进入蒸发器1中的壳程，低沸点工质进入蒸发器1中的管程。

通过本申请的压缩式热泵，能够实现让工业污废水直接进入蒸发器1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。

第一换热室1-3与闪蒸室1-4之间布置有除雾器1-9。用以去除蒸汽内携带的小液滴。

除雾器1-9与闪蒸室1-4之间还布置有收水装置1-10，以收集蒸汽凝结水，所述收水装置1-10上开设有蒸汽通道1-11。收水装置1-10可以为现有闪蒸技术中任何可以实现收集冷凝水的装置。蒸汽通过蒸汽通道1-11直接进入第一换热室1-3内进行换热。收水装置1-10优选包括呈八字形结构的收水板1-10-1及位于收水板1-10-1两个低位端的集水槽1-10-2，收水板1-10-1的中部开设有通孔，当污废水进水管1-6竖直布置时，污废水进水管1-6的一端位于蒸发室的顶端，另一端穿过第一换热室1-3并位于闪蒸室1-4内，污废水进水管1-6与该通孔之间的间隙即为蒸汽通道1-11；当污废水进水管1-6水平布置在闪蒸室1-4上部侧壁时，收水板1-10-1的上方固装有脊形挡板1-10-3，所述脊形挡板1-10-3位于所述通孔正上方，且脊形挡板1-10-3与收水板1-10-1之间开设有若干孔隙作为蒸汽通道1-11。收水板1-10-1收集的冷凝水流向集水槽1-10-2。两个集水槽1-10-2分别位于除雾器1-9的两侧。

所述污废水退水管1-7水平设置在闪蒸室1-4的下部或底部。当污废水退水管1-7位于闪蒸室1-4下部时，闪蒸室1-4的底面优选为斜面，且斜面的低位端低于污废水退水管1-7布置，更有利于污废水的排出。

所述污废水进水管1-6可水平布置也可竖直布置，如：

当水平布置时，所述污废水进水管1-6水平布置且连通设置在闪蒸室1-4的上部侧壁；

所述收水装置1-10包括呈八字形结构的收水板1-10-1及位于收水板1-10-1两个低位端的集水槽1-10-2，收水板1-10-1的中部开设有通孔，收水板1-10-1的上方固装有脊形挡板1-10-3，所述脊形挡板1-10-3位于所述通孔正上方，且所述蒸汽通道1-11开设在脊形挡板1-10-3与收水板1-10-1之间。

当竖直布置时，所述污废水进水管1-6竖直布置且其底端位于闪蒸室1-4内；即在蒸发器1的顶端中间开口，垂直向下布置污废水进水管1-6，第一换热室1-3内的若干第一换热管1-3-1分别位于污废水进水管1-6的两侧。

所述收水装置1-10包括呈八字形结构的收水板1-10-1及位于收水板1-10-1两个低位端的集水槽1-10-2，收水板1-10-1的中部开设有通孔，污废水进水管1-6与该通孔之间的间隙为所述蒸汽通道1-11。

所述集水槽1-10-2的外部连通设置有冷凝水泵1-12。

所述冷凝器2包括第二换热室2-1及位于第二换热室2-1两端的待加热液进入室2-2和待加热液流出室2-3，其中第二换热室2-1内布置有若干第二换热管2-1-1，且待加热液进入室2-2和待加热液流出室2-3之间通过若干第二换热管2-1-1连通布置，第二换热室2-1的上部通过管路与蒸发器1中的工质流出室1-2连通，第二换热室2-1的下部通过管路与蒸发器1中的工质进入室1-1连通。位于若干第二换热管2-1-1下方的第二换热室2-1为工质池，用于存储换热后凝结的液态工质。工质池的液态工质通过管路和膨胀阀4回到蒸发器1。若干第二换热管2-1-1构成换热管束，管外是低沸点工质凝结放热，管内流动受热的是待加热液，如供暖用循环水。低温的待加热液从待加热液进液管进入，流经待加热液进入室2-2，进入第二换热管2-1-1内被加热后，流经待加热液流出室2-3从待加热液出液管流出。待加热液进入室2-2的侧壁开设有待加热液进口2-2-1，待加热液流出室2-3的侧壁开设有待加热液出口2-3-1。

工作原理：

污废水通过污废水进水管1-6进入蒸发器1的闪蒸室1-4进行闪蒸，当污废水进入闪蒸室1-4后立刻发生闪蒸汽化，污废水汽化后热量降低，这部分热量通过闪蒸蒸汽带出。

闪蒸蒸汽向上通过除雾器1-9，去除蒸汽内携带的小液滴后，向上通过蒸汽通道1-11，进入第一换热室1-3中的第一换热管1-3-1外侧的壳程，通过第一换热管1-3-1的壁面将热量传递给管内的低沸点工质。第一换热管1-3-1外的闪蒸蒸汽换热后冷凝成水流进集水槽1-10-2，然后通过冷凝水泵1-12排出。

第一换热管1-3-1内，低沸点工质的气液两相流受热，两相流中的工质液滴陆续汽化，最后，完全汽化的低沸点工质流出第一换热管1-3-1，再经过压缩机3压缩升温后进入冷凝器2的壳程。

进入冷凝器2壳程的气态低沸点工质，在第二换热管2-1-1外壁面凝结放热，凝结成的液态低沸点工质向下滴落到工质池，然后通过管道至膨胀阀4节流膨胀，变成气液两相流再进入蒸发器1中的工质进入室1-1，对两相流再加热。冷凝器2中第二换热管2-1-1内流动的待加热液被加热后，流出第二换热管2-1-1。

Claims (10)

1.一种污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，它包括蒸发器(1)、冷凝器(2)、压缩机(3)及膨胀阀(4)，其特征在于：所述蒸发器(1)包括工质进入室(1-1)和工质流出室(1-2)，所述冷凝器(2)通过管路分别与工质进入室(1-1)和工质流出室(1-2)连通，所述膨胀阀(4)设置在工质进入室(1-1)与冷凝器(2)之间的管路上，所述压缩机(3)设置在工质流出室(1-2)与冷凝器(2)之间的管路上，

所述蒸发器(1)还包括位于上部的第一换热室(1-3)及连通设置在第一换热室(1-3)下方的闪蒸室(1-4)，所述工质进入室(1-1)和工质流出室(1-2)分别连通设置在所述第一换热室(1-3)的两端部，

蒸发器(1)的上部连通设置有真空泵(1-5)，通过真空泵(1-5)将第一换热室(1-3)及闪蒸室(1-4)内部抽真空，所述第一换热室(1-3)内布置有若干第一换热管(1-3-1)，且所述工质进入室(1-1)与工质流出室(1-2)通过若干第一换热管(1-3-1)连通，污废水通过污废水进水管(1-6)连通进入闪蒸室(1-4)内进行闪蒸，闪蒸后的蒸汽向上运动进入第一换热室(1-3)，并与第一换热管(1-3-1)内的工质进行换热，闪蒸后的污废水通过污废水退水管(1-7)排出蒸发器(1)。

2.根据权利要求1所述的污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，其特征在于：第一换热室(1-3)与闪蒸室(1-4)之间布置有除雾器(1-9)。

3.根据权利要求2所述的污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，其特征在于：除雾器(1-9)与闪蒸室(1-4)之间还布置有收水装置(1-10)，以收集蒸汽凝结水，所述收水装置(1-10)上开设有蒸汽通道(1-11)。

4.根据权利要求3所述的污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，其特征在于：所述污废水退水管(1-7)水平设置在闪蒸室(1-4)的下部或底部。

5.根据权利要求4所述的污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，其特征在于：所述污废水进水管(1-6)水平布置且连通设置在闪蒸室(1-4)的上部侧壁。

6.根据权利要求5所述的污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，其特征在于：所述收水装置(1-10)包括呈八字形结构的收水板(1-10-1)及位于收水板(1-10-1)两个低位端的集水槽(1-10-2)，收水板(1-10-1)的中部开设有通孔，收水板(1-10-1)的上方固装有脊形挡板(1-10-3)，所述脊形挡板(1-10-3)位于所述通孔正上方，且所述蒸汽通道(1-11)开设在脊形挡板(1-10-3)与收水板(1-10-1)之间。

7.根据权利要求3所述的污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，其特征在于：所述污废水进水管(1-6)竖直布置且其底端位于闪蒸室(1-4)内。

8.根据权利要求7所述的污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，其特征在于：所述收水装置(1-10)包括呈八字形结构的收水板(1-10-1)及位于收水板(1-10-1)两个低位端的集水槽(1-10-2)，收水板(1-10-1)的中部开设有通孔，污废水进水管(1-6)与该通孔之间的间隙为所述蒸汽通道(1-11)。

9.根据权利要求6或8所述的污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，其特征在于：所述集水槽(1-10-2)的外部连通设置有冷凝水泵(1-12)。

10.根据权利要求1、2、3、5、6、7或8所述的污废水源蒸汽压缩干式热泵机组，其特征在于：所述冷凝器(2)包括第二换热室(2-1)及位于第二换热室(2-1)两端的待加热液进入室(2-2)和待加热液流出室(2-3)，其中第二换热室(2-1)内布置有若干第二换热管(2-1-1)，且待加热液进入室(2-2)和待加热液流出室(2-3)之间通过若干第二换热管(2-1-1)连通布置，第二换热室(2-1)的上部通过管路与蒸发器(1)中的工质流出室(1-2)连通，第二换热室(2-1)的下部通过管路与蒸发器(1)中的工质进入室(1-1)连通。

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