CN214620165U - 利用合成氨工业余热的冷电联供系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种利用合成氨工业余热的冷电联供系统，包括循环连接的合成氨换热单元、热利用单元、氨‑水换热单元、蒸汽冷凝单元，合成氨换热单元用于产生高温高压水蒸气，热利用单元用于将合成氨换热单元产生的高温高压水蒸气再利用进行发电，氨‑水换热单元用于将热利用单元的剩余热量与单元内的介质氨初步换热并产生高温蒸汽，所述蒸汽冷凝单元用于将氨‑水换热单元产生的高温蒸汽冷凝为液态水，冷凝后的液态水分别用于本单元内氨水的精馏提纯、回收到合成氨换热单元消耗合成氨工业余热、进入氨‑水换热单元内与单元内的介质氨换热并稀释。本实用新型主要侧重于利用带喷射器的双蒸发器和透平实现对合成氨工业余热的多级利用冷电联供。

Description

利用合成氨工业余热的冷电联供系统

技术领域

本实用新型涉及合成氨工业余热多级利用领域，具体涉及一种利用合成氨工业余热的冷电联供系统。

背景技术

农业生产离不开氮肥，和一些复合肥料，所以合成氨在国家农业经济发展中起着重要作用，但是合成氨的过程中需要对合成氨压缩冷凝，所以此时的冷凝器中的热量会成为一部分废热排出，如果直接排放会造成能源浪费，将合成氨系统中的热量用于发电和制冷无疑是一个非常节能的方式，尤其通过喷射制冷的方式，减少了压缩部件，降低投入成本和维护成本。

发明内容

为了克服现有的技术存在的不足, 本实用新型提供利用合成氨工业余热的冷电联供系统，解决了背景技术中的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：本实用新型包括循环连接的合成氨换热单元、热利用单元、氨-水换热单元、蒸汽冷凝单元，所述合成氨换热单元用于产生高温高压水蒸气，所述热利用单元用于将合成氨换热单元产生的高温高压水蒸气再利用进行发电，所述氨-水换热单元用于将热利用单元的剩余热量与单元内的介质氨初步换热并产生高温蒸汽，所述蒸汽冷凝单元用于将氨-水换热单元产生的高温蒸汽冷凝为液态水，冷凝后的液态水分别用于本单元内氨水的精馏提纯、回收到合成氨换热单元消耗合成氨工业余热、节流降压为低温低压的气液两相后高温蒸发为高温蒸汽进入氨-水换热单元内与单元内的介质氨换热并稀释。

进一步，回收到合成氨换热单元消耗合成氨工业余热的液态水管路分设有支路，支路的液态水节流降压为低温低压的气液两相后低温蒸发返回蒸汽冷凝单元内循环。

进一步，所述合成氨换热单元包括依次相连接的供热装置、预热器、过热器，合成氨工业余热依次经过过热器、预热器、供热装置后返回合成氨系统。

进一步，所述热利用单元包括透平，所述透平与过热器连接。

进一步，所述氨-水换热单元包括第一回热器、吸收器、第二回热器、精馏器，所述吸收器内存储有氨溶液，所述第一回热器包括水盘管和氨盘管，水盘管的进水口与透平的出水口连接，所述第二回热器包括稀氨盘管和浓氨盘管，所述精馏器的底部设有浓氨出口，其中，水盘管、吸收器、氨盘管、稀氨盘管、浓氨出口、浓氨盘管、吸收器依次连接形成循环回路。

进一步，所述氨盘管与吸收器的管路间设有第一泵，所述浓氨盘管与吸收器的管路间设有第一阀。

进一步，所述蒸汽冷凝单元包括精馏器、第一冷凝器、喷射器、第二冷凝器、低温蒸发器、高温蒸发器，所述精馏器的顶部设有高温蒸汽出口，所述高温蒸汽出口通过三通管分别与第一冷凝器和喷射器连接，所述第一冷凝器与精馏器连接，所述喷射器与第二冷凝器连接，所述第二冷凝器的出口分支为A路和B路，其中A路通过第二泵与合成氨换热单元中的预热器连接，B路分支为a路和b路，其中a路通过第一节流阀连接低温蒸发器,低温蒸发器的出口连接喷射器，其中b路通过第二节流阀连接高温蒸发器,高温蒸发器的出口连接吸收器。

进一步，所述第一冷凝器与精馏器的管路间设有单向阀，单向阀的进口连接第一冷凝器，出口连接精馏器。

有益效果

本实用新型主要侧重于利用喷射器和透平实现对合成氨工业余热的多级利用，喷射器的引射介质状态为蒸汽，出口状态通过冷凝器使之变为液体，这样才能通过泵来实现循环，第二冷凝器的作用是为了使进入对应的泵中的介质为液体水，提高在预热器和过热器中的换热效率，喷射器的引射可以实现介质（水）a路在低温蒸发器中散冷，同时另一部分b路可以在高温蒸发器中产生不同蒸发温度，为不同的需冷环境提供冷量。第一回热器与第二回热器的作用则是增加冷热流的换热量，各取所需，增大热流升温幅度，降低冷流降温幅度提高效率。回热器与吸收器之间设有第一阀，可以通过其来调节进入吸收器的浓溶液量，从而调整吸收高温蒸发器中蒸汽的能力，进而控制制冷量。第一冷凝器与精馏器的管路间设有单向阀可以防止精馏器中压力过高造成蒸汽向第一冷凝器中溢出。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型系统中在各位点的标记示意图。

图中：

1-透平 2-第一回热器 3-第一泵 4-单向阀 5-第一阀 6-第二回热器 7-精馏器8-第一冷凝器 9-喷射器 10-第二冷凝器 11-第二泵 12-第一节流阀 13-低温蒸发器 14-第二节流阀 15-高温蒸发器 16-吸收器 17-供热装置 18-预热器 19-过热器

21-水盘管、22-氨盘管、61-稀氨盘管、62-浓氨盘管、71-浓氨出口、72-高温蒸汽出口。

具体实施方式

具体实施时，如图1所示，本实用新型包括循环连接的合成氨换热单元、热利用单元、氨-水换热单元、蒸汽冷凝单元，所述合成氨换热单元用于产生高温高压水蒸气，所述合成氨换热单元包括依次相连接的供热装置17、预热器18、过热器19，合成氨工业余热依次经过过热器19、预热器18、供热装置17后返回合成氨系统。

所述热利用单元用于将合成氨换热单元产生的高温高压水蒸气再利用进行发电，所述热利用单元包括透平1，所述透平1与过热器19连接，合成氨工业余热和冷凝水经过过热器19、预热器18换热产生高温高压的水蒸气进入透平1中做工发电。

所述氨-水换热单元用于将热利用单元的剩余热量与单元内的介质氨初步换热并产生高温蒸汽，所述氨-水换热单元包括第一回热器2、吸收器16、第二回热器6、精馏器7，所述吸收器16内存储有氨溶液，所述第一回热器2包括水盘管21和氨盘管22，水盘管21的进水口与透平1的出水口连接，所述第二回热器6包括稀氨盘管61和浓氨盘管62，所述精馏器7的底部设有浓氨出口71，其中，水盘管21、吸收器16、氨盘管22、稀氨盘管61、浓氨出口71、浓氨盘管62、吸收器16依次连接形成循环回路，所述氨盘管22与吸收器16的管路间设有第一泵3，所述浓氨盘管62与吸收器16的管路间设有第一阀5。

经过透平1利用后的水蒸气压力和温度下降后进入第一回热器中，和从吸收器16出来的氨水稀溶液进行换热，将氨水稀溶液初步加热升温，自身被初步冷却并进入到吸收器16中，从吸收器16出来的稀溶液在第一泵3的作用下，分别流经第一回热器2和第二回热器6进行换热，而后氨水稀溶液进入到精馏器7中，精馏后的浓氨溶液进入第二回热器6中与从第一回热器2中流出的稀溶液进行换热，使稀溶液的温度再一次升高，第一阀5开启时，浓氨溶液进入到吸收器16中，第一阀5可以控制浓氨的流量。

所述蒸汽冷凝单元用于将氨-水换热单元产生的高温蒸汽冷凝为液态水，所述蒸汽冷凝单元包括精馏器7、第一冷凝器8、喷射器9、第二冷凝器10、低温蒸发器13、高温蒸发器15，所述精馏器7的顶部设有高温蒸汽出口72，冷凝后的液态水主流用于回收到合成氨换热单元消耗合成氨工业余热，具体到实施例中，高温蒸汽出口72与喷射器9连接，喷射器9与第二冷凝器10连接，第二冷凝器10的出口分支为A路和B路，其中A路通过第二泵11与合成氨换热单元中的预热器18连接，回收到合成氨换热单元消耗合成氨工业余热的液态水管路分设有支路，支路的液态水节流降压为低温低压的气液两相后低温蒸发返回蒸汽冷凝单元内循环，具体到实施例中，B路分支为a路和b路，其中a路通过第一节流阀12连接低温蒸发器13,低温蒸发器13的出口连接喷射器9，另外，冷凝水还可以节流降压为低温低压的气液两相后高温蒸发为高温蒸汽进入氨-水换热单元内与单元内的介质氨换热并稀释，具体到实施例中，为B路的分支b路，b路通过第二节流阀14连接高温蒸发器15,高温蒸发器15的出口连接吸收器16，高温蒸汽出口72出来的部分高温蒸汽冷凝后用于本单元内氨水的精馏提纯，具体到实施例中，高温蒸汽出口72分支连接第一冷凝器8，第一冷凝器8与精馏器7连接，所述第一冷凝器8与精馏器7的管路间设有单向阀4，单向阀4的进口连接第一冷凝器8，出口连接精馏器7。

蒸汽冷凝单元的工作过程为精馏器7中的高温蒸汽分为两部分，一部分进入喷射器9进口，喷射器9的主流水蒸气被第二冷凝器10冷凝后变为液体水，液体水分为两路循环，一路在第二泵11的作用下分别进入预热器18和再热器19中，逐步加热使之再次变为高温高压蒸汽用于透平发电，另一路则分a、b两路进行循环，其中a路经过第一节流阀12的节流降压作用后，变为低温低压的气液两相状态，进入低温蒸发器13中散冷，从低温蒸发器13中流出的水蒸气会具有一定的过热度，在喷管的引射作用下进入喷管中部与主流水蒸气一同进入第二冷凝器10中，继续循环；b路经过第二节流阀14后进入高温蒸发器15中散冷，从高温蒸发器15中出来的水蒸气会具有一定的过热度，并进入到吸收器16中，吸收器16中的浓氨溶液会吸收从高温蒸发器15以及从第一回热器2出来水蒸气，而被稀释的浓氨溶液变为稀溶液再次被第一泵3送入到第一回热器2和第二回热器6中，最后进入精馏器中完成精馏7，产生浓氨溶液和水蒸气，再次循环。另一部分则进入第一冷凝器8中，被冷凝成液体后再次进入精馏器7中，提高蒸汽纯度，增加系统的制冷量，此处单向阀4可以防止精馏器中压力过高造成蒸汽向第一冷凝器8中溢出。

本实用新型主要侧重于利用喷射器和透平实现对合成氨工业余热的多级利用，喷射器9的引射介质状态为蒸汽，出口状态通过第二冷凝器10使之变为液体，这样才能通过泵来实现循环，第二冷凝器的作用是为了使进入第二泵11中的介质为液体水，提高在换热器18和过热器19中的换热效率，喷射器9的引射可以实现介质水a路在低温蒸发器13中散冷，同时另一部分b路可以在高温蒸发器15中产生不同蒸发温度，为不同的需冷环境提供冷量。第一换热器2与第二换热器6的作用则是增加冷热流的换热量，各取所需，增大热流升温幅度，降低冷流降温幅度提高效率。第一阀5的作用是可以通过其来调节进入16的浓溶液量，从而调整吸收15中蒸汽的能力，进而控制制冷量。

实施中，参考图2，经多次测量显示，系统运行时，介质在系统中各位点的温度压力显示参考如下表1：

注：R、S、T、U四处的温度压力参数根据由回热器热量平衡决定，此次不做表述，表1中的状态点仅为系统运行的某一特定工况的参数，不代表所有参数。

由技术常识可知，本实用新型可以通过其它的不脱离其精神实质或必要特征的实施方案来实现。上述公开的实施方案，就各方面而言，都只是举例说明，并不是仅有的。所有在本实用新型范围内或在等同于本实用新型的范围内的改变均被本实用新型包含。

Claims (5)

1.利用合成氨工业余热的冷电联供系统，其特征在于，包括循环连接的合成氨换热单元、热利用单元、氨-水换热单元、蒸汽冷凝单元，所述合成氨换热单元包括依次相连接的供热装置（17）、预热器（18）、过热器（19），合成氨工业余热依次经过过热器（19）、预热器（18）、供热装置（17）后返回合成氨系统，所述热利用单元包括透平（1），所述透平（1）与过热器（19）连接，所述氨-水换热单元包括第一回热器（2）、吸收器（16）、第二回热器（6）、精馏器（7），所述蒸汽冷凝单元包括精馏器（7）、第一冷凝器（8）、喷射器（9）、第二冷凝器（10）、低温蒸发器（13）、高温蒸发器（15）。

2.如权利要求1所述的利用合成氨工业余热的冷电联供系统，其特征在于，所述第一回热器（2）包括水盘管（21）和氨盘管（22），水盘管（21）的进水口与透平（1）的出水口连接，所述第二回热器（6）包括稀氨盘管（61）和浓氨盘管（62），所述精馏器（7）的底部设有浓氨出口（71），其中，水盘管（21）、吸收器（16）、氨盘管（22）、稀氨盘管（61）、浓氨出口（71）、浓氨盘管（62）、吸收器（16）依次连接形成循环回路。

3.如权利要求2所述的利用合成氨工业余热的冷电联供系统，其特征在于，所述氨盘管（22）与吸收器（16）的管路间设有第一泵（3），所述浓氨盘管（62）与吸收器（16）的管路间设有第一阀（5）。

4.如权利要求3所述的利用合成氨工业余热的冷电联供系统，其特征在于，所述精馏器（7）的顶部设有高温蒸汽出口（72），所述高温蒸汽出口（72）通过三通管分别与第一冷凝器（8）和喷射器（9）连接，所述第一冷凝器（8）与精馏器（7）连接，所述喷射器（9）与第二冷凝器（10）连接，所述第二冷凝器（10）的出口分支为A路和B路，其中A路通过第二泵（11）与合成氨换热单元中的预热器（18）连接，B路分支为a路和b路，其中a路通过第一节流阀（12）连接低温蒸发器（13）,低温蒸发器（13）的出口连接喷射器（9），其中b路通过第二节流阀（14）连接高温蒸发器（15）,高温蒸发器（15）的出口连接吸收器（16）。

5.如权利要求4所述的利用合成氨工业余热的冷电联供系统，其特征在于，所述第一冷凝器（8）与精馏器（7）的管路间设有单向阀（4），单向阀（4）的进口连接第一冷凝器（8），出口连接精馏器（7）。

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