CN217383068U - 利用城市供暖热能耦合分离操作的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，包括锅炉、分离器、物料加热器、冷凝器和供暖回路换热器，锅炉与物料加热器连通，物料加热器连通分离器再连通冷凝器，锅炉还与供暖回路换热器相通，物料加热器和供暖回路换热器与锅炉水箱连通，锅炉水箱与锅炉相连通。本实用新型通过热量耦合设计，充分利用供暖系统的过程热量，在供热总热能不变的情况下，通过热量在蒸发/蒸馏/精馏过程中的转移和传递，在不影响供热的前提下，实现蒸发/蒸馏/精馏的分离功能，极大地降低了蒸发/蒸馏/精馏分离产品的生产成本，使供暖系统热能效益最大化，实现资源的综合利用，对原有供暖系统改动较少，易于操作，适于多种蒸发/蒸馏/精馏的生产过程。

Description

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置

技术领域

本实用新型属于热能综合利用技术领域，具体涉及利用城市供暖热能耦合分离操作的装置。

背景技术

随着人类社会工业化进程的加快及城市化进程中的高能耗消费的增长，每年全社会要消耗大量的能源，现在世界各国都面临能源短缺的问题，也都在积极寻找解决或应对能源危机的办法。现阶段解决能源问题的主要途径仍然是寻找新的替代能源或开发新型能源，另一途径就是进行技术创新，不断提高能源的利用效率，特别是能源需求大的工业过程和生活高耗能场所的能量利用效率。中国北方冬季采暖时间长，一般为4至6个月，除了极少部分供热是利用工业余热或废热外，大部分采用锅炉集中供暖的模式，供暖锅炉每年要消耗大量的化石能源(煤和天然气)，或者利用核电站和热电站等产生的蒸汽，供暖过程热量利用效率不高，如果能将供暖热能在不影响供热效果的前提下，与其他工业高耗能过程结合起来，进行热量耦合，不但可以实现对供暖热能的充分利用，提高其热能综合利用效率，而且能够大幅降低该工业生产过程的能耗，进而降低生产成本，是响应国家双碳战略的创新性举措。

蒸发/蒸馏/精馏操作是工业生产中一个常用物料分离纯化方法，蒸发/蒸馏/精馏操作的气化和冷却环节需要消耗大量的热能，是一个热能消耗比较大的分离操作。但其蒸发所消耗的加热热量和冷却所吸收的热量基本守恒，我们可以继续思考，如果供热系统中用于回水加热的热媒(热水或水蒸气)温度高于物料沸点，而供热系统的回水温度小于物料液化温度，就可以将蒸馏/精馏系统和集中供暖系统进行热量耦合，即蒸发/蒸馏/精馏系统参与到供热循环中，利用供热系统的热流体做为蒸发/蒸馏/精馏系统的加热剂，同时以城市供暖回水作为冷却剂，既实现了其分离功能，又进行了热量的传递，这将极大地降低蒸发/蒸馏/精馏操作的成本，同时还能够将供热系统的热能得到充分的综合利用，因此这一热量耦合技术具有十分重要的经济效益和社会效益，申请人基于此构思设计了本实用新型并取得了较满意的效果。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供利用城市供暖热能耦合分离操作的装置。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案为：

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，包括锅炉、分离器、物料加热器、冷凝器和供暖回路换热器，所述锅炉与物料加热器连通，通过锅炉产生蒸气或高温热水，物料加热器连通分离器再连通冷凝器，锅炉还直接与供暖回路换热器相连通，物料加热器和供暖回路换热器分别与锅炉水箱连通，锅炉水箱与锅炉相连通。

进一步的，所述分离器包括蒸发室、蒸馏器、精馏塔中的一种。

进一步的，所述物料加热器包括加热室、加热器、再沸器中的一种。

进一步的，所述物料加热器为加热室时，加热室与分离器的蒸发室连通再连通冷凝器。

进一步的，所述物料加热器为加热器时，加热器与分离器的蒸馏器连通再连通冷凝器。

进一步的，所述物料加热器为再沸器时，再沸器与分离器的精馏塔连通再连通冷凝器。

进一步的，所述锅炉水箱通过锅炉补水泵与锅炉连通。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型公开了利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，包括锅炉、分离器、物料加热器、冷凝器和供暖回路换热器，锅炉与物料加热器连通，通过锅炉产生蒸气或高温热水，物料加热器连通分离器再连通冷凝器，锅炉还直接与供暖回路换热器相连通，物料加热器和供暖回路换热器分别与锅炉水箱连通，锅炉水箱与锅炉相连通。本实用新型通过热量耦合设计，充分利用供暖系统的过程热量，在供热总热能不变的情况下，通过热量在蒸发/蒸馏/精馏过程中的转移和传递，在不影响供热的前提下，实现了蒸发/蒸馏/精馏的分离功能，副产了蒸发/蒸馏/精馏产品，极大地降低了蒸发/蒸馏/精馏分离产品的生产成本，提高了供热系统的热能综合利用率，使供暖系统热能效益最大化，实现资源的综合利用，同时，该方法对原有供暖系统改动较少，易于进行操作，无需额外引入冷媒和热媒，热量在系统内进行有效传递，不额外消耗能量，可用于多种蒸发/蒸馏/精馏的生产过程,适用于但不限于：同位素的精馏生产过程；海水淡水、苦碱水和工业盐水的蒸发脱盐处理等；蒸馏酒的生产；蒸馏水的生产；工业酒精的生产；工业用溶剂的回收；中药提取液蒸发浓缩；水蒸汽蒸馏等过程；具有广泛的经济价值和社会效益。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

下面对本实用新型进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

如图1所示，利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，包括锅炉1、锅炉水箱2、锅炉补水泵3、分离器、物料加热器、冷凝器6和供暖回路换热器7，锅炉1与物料加热器相连通，物料加热器与分离器相连通再连通冷凝器6，锅炉1还能够直接与供暖回路换热器7相连通，物料加热器与供暖回路换热器7分别与锅炉水箱2连通，锅炉1通过锅炉补水泵3与锅炉水箱2连通，锅炉水箱2可向锅炉1内补水。

分离器包括蒸发室/蒸馏器/精馏塔4，物料加热器包括加热室/加热器/再沸器5，其中，物料加热器为加热室5时，加热室5与分离器的蒸发室4连通再连通冷凝器6，物料加热器为加热器5时，加热器5与分离器的蒸馏器4连通再连通冷凝器6，物料加热器为再沸器5时，再沸器5与分离器的精馏塔4连通再连通冷凝器6。

锅炉1可以是城市供热锅炉，也可以是企业动力锅炉。锅炉1可以是电热锅炉，可以是燃煤/燃气锅炉，也可以是核电站、热电厂的热源。

锅炉1产生的热流体/热媒可以是蒸气，也可以是高温热水。

精馏塔可以是单塔，也可以是多塔级联塔。精馏既可以对传统的化合物进行分离，也可以对同位素产品进行分离。

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置在精馏领域中的应用方法，包括以下步骤：

锅炉1产生的蒸汽或高温热水一部分进入物料加热器的再沸器5中加热物料，使物料气化，生成的物料蒸气在分离器的精馏塔4中向上运动，进入塔顶的冷凝器6内，供暖回水作为冷媒，在冷凝器6中将物料蒸气冷凝，得到冷凝液；在精馏过程中，冷凝液部分返回到精馏塔4内并向下流动，与精馏塔4内上升的蒸汽接触进行气液热质交换，实现物料的分离。

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置在蒸发领域的应用方法，包括以下步骤：

锅炉1产生的蒸汽或高温热水一部分进入物料加热器的加热室5中加热物料，使物料气化，生成的物料蒸气进入分离器的蒸发室4内，在蒸发室4中进行气液两相分离，气相进入冷凝器6，供暖回水作为冷媒，在冷凝器6中将物料蒸气冷凝，达到分离的目的。

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置在蒸馏领域中的应用方法，包括以下步骤：

锅炉1产生的蒸汽或高温热水一部分进入物料加热器的加热器5中加热物料，使物料部分气化，进入分离器的蒸馏器4内，气液两相在蒸馏器4内分离后，气相进入冷凝器6，供暖回水作为冷媒，在冷凝器6中将物料蒸气冷凝，达到分离的目的。

供暖回水在冷凝器6中被加热后进入供暖回路换热器7，锅炉1产生的另一部分蒸汽或高温热水进入供暖回路换热器7，将供暖回路换热器7内的供暖回水进一步加热，得到供暖进水，供热进水再流向居民采暖区，放出热量后成为供暖回水，再进入冷凝器6中作为冷媒使用。

加热室/加热器/再沸器5和供暖回路换热器7中的蒸汽冷凝水或低温热水返回到锅炉水箱2中，经净化后由锅炉补水泵3向锅炉1中补水。

本实用新型涉及的锅炉1、锅炉水箱2、锅炉补水泵3、分离器、物料加热器、冷凝器6和供暖回路换热器7采用现有产品即可，各设备之间相互适配，上述设备的具体型号及尺寸等可以按照用户需求进行灵活选择，并不需要具体赘述，本领域技术人员完全能够按照本申请实现所述技术效果。

实施例1

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置生产蒸馏酒的方法，其具体过程为：

锅炉1每小时产生200吨130℃高温热水，其中50吨高温热水进入粮食或果品发酵液蒸馏单元的加热器5中，加热里面的发酵液，使发酵液部分气化，产生的蒸汽进入分离器的蒸馏器4进行气相分离后，气相进入冷凝器6。用55℃供暖回水作为冷媒，在冷凝器6中将蒸汽冷凝，收集冷凝液得到约4吨不同酒精度的蒸馏酒产品。如需获得高度酒，可采用多次蒸馏方式。

在冷凝器6中，55℃供暖回水被加热至60℃后进入供暖回路换热器7内，锅炉1产生余下150吨130℃高温热水进入供暖回路换热器7内，将上述经过一次加热后的60℃供暖回水进一步加热成为80℃的供暖进水，供暖进水流向居民采暖区，放出热量后成为55℃供暖回水，再进入冷凝器6中作为冷媒使用。

加热器5和供暖回路换热器7中的热水放出热量后温度降至85℃，返回到锅炉水箱2中，经净化后由锅炉补水泵3向锅炉1中补水。

实施例2

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置生产蒸馏水的方法，其具体过程为：

锅炉1每小时产生200吨133℃饱和水蒸汽，其中50吨饱和水蒸汽进入蒸馏单元的加热器5中，加热里面的水，生成的水蒸汽进入蒸馏器4进行气相分离后，气相进入冷凝器6中。以55℃供暖回水作为冷媒，在冷凝器6中将水蒸汽冷凝，收集冷凝水得到约47吨的蒸馏水产品。

在冷凝器6中，55℃供暖回水被加热至60℃后进入供暖回路换热器7，锅炉1产生的余下150吨133℃饱和水蒸汽进入供暖回路换热器7，将上述经过一次加热后的60℃供暖回水进一步加热成为80℃的供暖进水，供暖进水流向居民采暖区，放出热量后成为55℃供暖回水，再进入冷凝器6中作为冷媒使用。

加热器5和供暖回路换热器7中的加热蒸汽放出热量变成冷凝水返回到锅炉水箱2中，经净化后由锅炉补水泵3向锅炉1中补水。

实施例3

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置进行工业高盐废水脱盐处理的方法，其具体过程为：

锅炉1每小时产生100吨133℃饱和水蒸汽，其中30吨饱和水蒸汽进入脱盐系统的加热室5中，加热里面的高盐水，使内部的高盐水气化成为水蒸汽，生产的水蒸汽在蒸发室4中除去夹带的水滴后，气相进入冷凝器6中。以58℃供暖回水作为冷媒，在冷凝器6中将水蒸汽冷凝，收集冷凝水得到脱盐淡水产品。

在冷凝器6中，58℃供暖回水被加热至63℃后进入供暖回路换热器7，锅炉1产生的余下70吨133℃饱和水蒸汽进入供暖回路换热器7，将上述经过一次加热后的63℃供暖回水进一步加热成为80℃的供暖进水，供暖进水流向居民采暖区，放出热量后成为58℃供暖回水，再进入冷凝器6中作为冷媒使用。

加热室5和供暖回路换热器7中的加热蒸汽放出热量变成冷凝水返回到锅炉水箱2中，经净化后由补水泵3向锅炉1中补水。

实施例4

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置连续制备低氘水的方法，其具体过程为：

锅炉1每小时产生100吨133℃饱和水蒸汽，其中20吨饱和水蒸汽进入水精馏单元的再沸器5中，加热里面的纯化水，使水部分气化，生成75℃水蒸汽，水蒸汽在精馏塔4中向上运动，进入塔顶的冷凝器6。60℃供暖回水作为冷媒，在冷凝器6中将水蒸汽冷凝，冷凝液返回到精馏塔4内并向下流动，与上升的水蒸汽接触，进行热质交换。最后在精馏塔4得到氘含量低于120ppm的低氘水产品。

在冷凝器6中，60℃供暖回水被加热至66℃后进入供暖回路换热器7，锅炉1产生的余下80吨133℃饱和水蒸汽进入供暖回路换热器7，将66℃供暖回水进一步加热成为80℃的供暖进水，供暖进水再流向居民采暖区，放出热量后成为60℃供暖回水，再进入冷凝器6中作为冷媒使用。

再沸器5和回路换热器7中的蒸汽冷凝水返回到锅炉水箱2中，经净化后由锅炉补水泵3向锅炉1中补水。

实施例5

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置制备工业酒精的方法，其具体过程为：

锅炉1每小时产生200吨130℃高温热水，其中50吨高温热水进入酒精的精馏单元的再沸器5中，加热里面的酒精发酵液，使发酵液部分气化，生成的80℃蒸汽，蒸汽在精馏塔4中向上运动，进入塔顶的冷凝器6。60℃供暖回水作为冷媒，在冷凝器6中将蒸汽冷凝，冷凝液返回到精馏塔4顶部并向下流动，与上升的蒸汽接触，进行热质交换。最后在精馏塔4得到95％的工业酒精产品。

在冷凝器6中，60℃供暖回水被加热至66℃后进入供暖回路换热器7，锅炉1产生的余下150吨130℃高温热水进入供暖回路换热器7，将66℃供暖回水进一步加热成为80℃的供暖进水，供暖进水流向居民采暖区，放出热量后成为60℃供暖回水，再进入冷凝器6中作为冷媒使用。

再沸器5和回路换热器7中的低温热水返回到锅炉水箱2中，经净化后由锅炉补水泵3向锅炉1中补水。

实施例6

利用城市供暖热能耦合分离操作的装置进行浓缩中药提取液的方法，其具体过程为：

锅炉1每小时产生100吨133℃饱和水蒸气，其中20吨饱和水蒸汽进入提取液加热室的加热器5中，加热里面的提取液，使提取液中溶剂部分气化，生成溶剂蒸汽，进入蒸馏器4中，在除去夹带的液滴后进入塔顶冷凝器6中。55℃供暖回水作为冷媒，在冷凝器6中将蒸汽冷凝，从而将溶剂从提取剂中去除。在蒸馏器4中得到浓缩至工艺浓度的提取液。

在冷凝器6中，55℃供暖回水被加热至60℃后进入供暖回路换热器7，锅炉1产生的余下80吨133℃饱和水蒸汽进入供暖回路换热器7，将60℃供暖回水进一步加热成为80℃的供暖进水，供暖进水流向居民采暖区，放出热量后成为55℃供暖回水，再进入蒸发单元的冷凝器6中作为冷媒使用。

再沸器5和回路换热器7中的低温热水返回到锅炉水箱2中，经净化后由锅炉补水泵3向锅炉1中补水。

本实用新型至少具有以下技术效果：

利用现有城市供暖系统的两个回路之间的温差值，将精馏等操作耦合进城市供暖系统中，热量在其中传递，部分替代了原有两回路换热器的作用，即可以实现精馏等分离功能，不需额外导入冷热源，又可以减少原有两回路之间换热器的换热面积。

本实用新型未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (7)

1.利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，其特征在于，包括锅炉、分离器、物料加热器、冷凝器和供暖回路换热器，所述锅炉与物料加热器连通，通过锅炉产生蒸气或高温热水，物料加热器连通分离器再连通冷凝器，锅炉还直接与供暖回路换热器相连通，物料加热器和供暖回路换热器分别与锅炉水箱连通，锅炉水箱与锅炉相连通。

2.根据权利要求1所述的利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，其特征在于，所述分离器包括蒸发室、蒸馏器、精馏塔中的一种。

3.根据权利要求1所述的利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，其特征在于，所述物料加热器包括加热室、加热器、再沸器中的一种。

4.根据权利要求3所述的利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，其特征在于，所述物料加热器为加热室时，加热室与分离器的蒸发室连通再连通冷凝器。

5.根据权利要求3所述的利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，其特征在于，所述物料加热器为加热器时，加热器与分离器的蒸馏器连通再连通冷凝器。

6.根据权利要求3所述的利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，其特征在于，所述物料加热器为再沸器时，再沸器与分离器的精馏塔连通再连通冷凝器。

7.根据权利要求1所述的利用城市供暖热能耦合分离操作的装置，其特征在于，所述锅炉水箱通过锅炉补水泵与锅炉连通。

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