複合熱泵常規相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝置的製作方法

2023-09-16 17:55:20

專利名稱：複合熱泵常規相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於熱能的轉換與利用技術領域，具體是涉及二次蒸汽的熱能回收 利用裝置。
背景技術：
一、 二次蒸汽的產生
在冶金、化工、食品、造紙、紡織、製藥、日化、海水淡化、飼料和環保等行 業，生產過程中用蒸汽進行蒸餾、濃縮、蒸發、蒸煮、乾燥，均要產生大量的二次 蒸汽
1、 在用蒸汽對溼物料間接加熱乾燥過程中，加熱蒸汽釋放蒸發熱，傳導給被加 熱物料而冷凝；被加熱物料吸收蒸發熱，溫度上升，當物料溫升至其中水份的沸點 時，被加熱物料水份吸收大量蒸發熱，從而蒸發為二次蒸汽脫離物料，溼物料得到乾燥。
2、 在用蒸汽對料液(或溶液)進行間接加熱濃縮蒸發過程中，加熱蒸汽釋放蒸 發熱，傳導給被加熱料(溶)液而冷凝；被加熱料(溶)液吸收蒸發熱溫度上升， 當料(溶)液溫升達到其中水份的沸點時，被加熱料(溶)液水份吸收大量蒸發熱， 蒸發為帶有大量熱能的二次蒸汽脫離料(溶)液，使料(溶)液得以蒸發濃縮。
3、 在甩蒸汽對多組成份溶劑分離，進行直接(或間接)加熱蒸餾過程中，低沸 點溶劑首先達到沸點，並吸收大量加熱蒸汽釋放的蒸發熱，蒸發為高濃度的、帶有 大量熱能的低沸點溶劑二次蒸汽，使溶劑組份得以蒸餾分離。
二、 二次蒸汽熱能回收利用現狀
1、 乾燥二次蒸汽利用現狀
由於乾燥過程產生的二次蒸汽含有粉塵，部分二次蒸汽有腐蝕和惡臭，且二次 蒸汽品位較低，無法直接回收利用，故現有技術對乾燥二次蒸汽做如下處理-
a、 對無腐蝕和惡臭的二次蒸汽經除塵後直接排空；
b、 對有腐蝕和惡臭的二次蒸汽用冷卻水冷凝後，冷凝液去汙水廠；
2、 濃縮蒸發二次蒸汽利用現狀-
a、多效濃縮蒸發器二次蒸汽的利用濃縮蒸發產生的二次蒸汽， 一般有較強的
腐蝕性，不能直接用機械壓縮式熱泵將二次蒸汽壓縮提高溫度壓力後使用，故採用 多效濃縮蒸發器，將若千蒸發器串聯，除第一效蒸發器運行在正壓狀態下外，其餘 蒸發器均處在比上一效低的負壓狀態下運行， 一效蒸發器採用熱網供蒸汽，其餘各效蒸發器加熱均採用上一效蒸發器的二次蒸汽；受濃縮料液粘度影響，多效蒸發器 一般不超過6效，基本上一單位熱網蒸汽可蒸發約不超過5單位水分；
b、機械壓縮式熱泵對二次蒸汽熱能的回收利用如果二次蒸汽中不含粉塵及腐 蝕性氣體，可採用機械壓縮式熱泵直接對二次蒸汽加壓後回用於料液蒸發；該方法 二次蒸汽利用效率最高，1單位熱網蒸汽可蒸發不低於是100單位的水分，每K冊 耗電蒸發22kg以上水份；
3、蒸餾二次蒸汽的回利用現狀
a、 將溶劑二次蒸汽用軟水冷卻回收熱能；但由於鍋爐用軟水有限，使熱能不能 充分利用。
b、 差壓蒸餾利用二次蒸汽熱能將兩套蒸餾裝置串聯，第一套裝置正壓運行， 用熱網所供應蒸汽加熱，其產生的溶劑二次蒸汽作為第二套蒸餾裝置的加熱源；由 於溶劑的二次蒸汽溫度較低，故第二套蒸餾裝置必須在負壓下運行才能可靠蒸餾； 第二套蒸餾裝置產生的溶劑二次蒸汽溫度更低，熱能不能再利用，但該裝置己能使 蒸餾能耗降低約40%。
三、綜上所述現有技術二次蒸汽的熱能回收利用，或不能利用，或熱能利用 率低，或雖能高效利用二次蒸汽熱能，但應用範圍很小。而本實用新型提出的相變 換熱式二次蒸汽熱能回收利用方法和裝置正是針對二次蒸汽普遍高效利用而開發的 技術產品。

實用新型內容
本實用新型針對現有二次蒸汽熱能或不能利用、或熱能利用率低、或雖能高效 利用二次蒸汽熱能，但應用範圍很小的現狀，提出一種複合熱泵常規相變換熱器組 合二次蒸汽熱能回收裝置，以克服現有技術存在的上述問題。
為解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案如下
複合熱泵常規相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝置，其特徵在於由常規相 變換熱器、汽水分離器、熱泵構成；所述常規相變換熱器中部有一換熱管箱，在換 熱管箱上下兩端分別設置上集蒸汽箱、下集供水箱；換熱管箱上連接有二次蒸汽進 氣管、二次蒸汽冷凝廢水排水管，不凝結氣排氣管；換熱管箱內的換熱管束分別與 上集蒸箱、下集供水箱連通；上集蒸汽箱連接有新蒸汽連接管；所述汽水分離器即 汽包與上集蒸汽箱的新蒸汽連接管連接，其上設置新蒸汽排氣管，並經下降管與供 水箱連接；所述複合熱泵為機械壓縮式熱泵與蒸汽噴射熱泵的組合。
如相變換熱器採用乾燥機、蒸餾器或濃縮器的飽和冷凝水用於蒸發，汽水分離 器可兼做供水的高位水箱。
所述機械壓縮式熱泵的進氣端與汽水分離器的新蒸汽排氣管連接，出氣端與蒸 汽噴射熱泵的吸氣端連接，蒸汽噴射熱泵的出氣端連接供熱蒸汽管道，或所述蒸汽 噴射熱泵的吸氣端與汽水分離器的新蒸汽排氣管連接，出氣端與機械壓縮式熱泵的進氣端連接，機械壓縮式熱泵的出氣端連接供熱蒸汽管道。 本實用新型的有益效果表現在
一、 對於相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應用於乾燥
現有乾燥二次蒸汽的處理方式均不能回收乾燥產生的二次蒸汽，浪費了大量熱
能，並造成了環境熱汙染。釆用了相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置後，完全 避免了二次蒸汽含有粉塵或有腐蝕和惡臭而無法回收利用的問題，節約了大量熱能，
減少了熱汙染。
二、 對於相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應用於濃縮
現有採用機械壓縮式熱泵對濃縮二次蒸汽熱能的回收利用，因二次蒸汽中不能 含有粉塵及腐蝕性成分，因此，其使用範圍極其有限。採用相變換熱式二次蒸汽熱 能回收禾IJ用裝置，避免了二次蒸汽中不能含有粉塵及腐蝕性成分的問題，因而大大 擴大了這種二次蒸汽利用效率最高的濃縮方式的使用範圍。
三、 對於相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應用於蒸餾
採用相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置，避免了差壓蒸餾需要使用兩套蒸 餾裝置的問題'而且蒸汽熱能利用率更高；同時，溶劑又不用經過機械壓縮式熱泵， 不必擔4>受到汙染，保證了質量；而產生的新蒸汽的熱能利用更加方便，可使用多 種形式的熱泵進行利用。
四、 採用本實用新型的技術指標
a、 機械壓縮式熱泵每KWH電能回收二次蒸汽大於20kg (蒸汽)/KWH;
b、 蒸汽P賁射熱泵基本不消耗有效熱能； C、 二次蒸汽損失<10%;
d、 蒸汽壓可增加3(Tl50Kpa;
e、 每單90單位水份；
下面通過具體實施例對本實用新型作進一步詳細闡述。

圖1為本實用新型採用機械壓縮式熱泵在蒸汽噴射熱泵前的結構原理圖 圖2為本實用新型釆用機械壓縮式熱泵在蒸汽噴射熱泵後的結構原理圖 圖3為本實用新型圖1、圖2中常規相變換熱器結構示意圖 圖4為本實用新型應用於乾燥設備原理圖 圖5為本實用新型應用於蒸餾設備原理圖
具體實施方式
實施夢!M:相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置
相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置由相變換熱器、汽水分離器、抽負壓機
械壓縮式熱泵或蒸汽噴射熱泵或它們的組合經管道連接組成(見圖l-圖3);1) 常規相變換熱器
常規相變換熱器組成示意圖如圖3所示，由換熱管箱，下集供水箱、上集蒸汽 箱，二次蒸汽冷凝水和不凝結氣排管構成;其主要作用是將進入換熱管箱的汽相(髒、 腐蝕)二次蒸汽冷凝為液相飽和水，並釋放大量熱能傳導給經下集箱進入換熱管內 的水中，使水受熱蒸發為汽相潔淨水蒸汽；由於熱傳導必須是在一定的溫差條件下 進行，因此必須採取抽負壓的方式，使換熱管內的水蒸汽飽和壓力低於二次蒸汽的 飽和壓力，換熱管內水的沸點低於二次蒸汽的飽和溫度，從而可靠迅速地完成相變 換熱；蒸發用水可用工業軟水，但最好採用乾燥和蒸餾或濃縮加熱蒸汽的冷凝水， 以回收冷凝水的顯熱；
2) 汽水分離器亦稱汽包，其主要作用是將上集箱經上升連接管進入汽包的水 汽分離，水份留在汽包液相中並經下降連接管送至下集箱中供蒸發使用，如相變換 熱器採用乾燥機、蒸餾器或濃縮器的飽和冷凝水用於蒸發，汽包可兼做供水的高位 水箱； '
3) 抽負壓機械壓縮式熱泵或蒸汽噴射熱泵的組合(見圖1-2，圖4-6),其作用 有二 一是將相變換熱器產生的蒸汽全部抽出，並升壓至可使用的蒸汽品質，供熱 網或用熱設備使用；二是必須在相變換熱管內建立低於二次蒸汽飽和壓力的一定負 壓值，使換熱管內水的沸點低於二次蒸汽飽和溫度5'C以上，從而使二次蒸汽相變 換熱能正常進行；
4) 工作原理
在機械壓縮式熱泵與蒸汽噴射熱泵的組合抽負壓的作用下，汽水分離器、相變 換熱器換熱管內、上、下集箱和連接管，均處於低於二次蒸汽飽和壓力的負壓環境； 從相變換熱器下集箱進入換熱蒸發器管內的蒸發用水，沸點降至低於二次蒸汽飽和 溫度5i:以上的水平；此時在相變換熱器換熱管箱(換熱管外)連續通入二次蒸汽， 由於二次蒸汽的飽和溫度高於蒸發水的沸點溫度，二次蒸汽被冷凝並釋放大量蒸發 潛熱，傳導給換熱管內蒸發水，換熱管內蒸發水溫度上升到沸點後，吸收大量二次 蒸汽的蒸發熱而蒸發為水蒸汽，通過熱泵的抽吸作用，該蒸汽經相變換熱蒸發器上 集箱，上升連接管至汽水分離器分離水份後進入熱泵，在熱泵的壓縮作用下，成為 可使用品質的潔淨蒸汽供熱網或用熱設備使用。
實施例2:相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應用於乾燥設備
相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應用於乾燥原理如圖4所示圖中虛線 框內為相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置。
一次加熱蒸汽對溼物料進行間接加熱， 一次加熱蒸汽釋放蒸發熱，傳導給物料 而冷凝，從疏水閥排出至相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置；溼物料吸收蒸發 熱，溫度上升至其中水份的沸點時，蒸發為二次蒸汽脫離物料進入相變換熱式二次 蒸汽熱能回收利用裝置，溼物料乾燥為乾物料。二次蒸汽與飽和冷凝水進入相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置後，二次蒸 汽被冷凝為二次廢水排出，潔淨的飽和冷凝水變換為潔淨的供熱蒸汽輸出，該蒸汽 可供其他熱能設備使用，或可作為一次蒸汽供給乾燥機自身使用。
實施例3:相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應用於濃縮設備
一次蒸汽在濃縮罐中對稀溶液進行間接加熱濃縮蒸發， 一次加熱蒸汽釋放蒸發 熱，傳導給被加熱溶液而冷凝為一次冷凝水；稀溶液吸收蒸發熱溫度上升達到其中 水份的沸點時，吸收大量蒸發熱，蒸發為帶有大量熱能的二次蒸汽脫離溶液，使溶 液得以蒸發濃縮為濃溶液。
二次蒸汽與一次冷凝水進入相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置後，二次蒸 汽被冷凝為二次廢水排出，潔淨的一次冷凝水變換為潔淨的供熱蒸汽輸出，該蒸汽 再作為一次蒸汽供給濃縮罐自身使用，僅需要外供很少的一次蒸汽，即可使濃縮過 程繼續進行，該方法蒸汽利用效率最高，1單位一次蒸汽可蒸發不低於是100單位 的水份，每KWH耗電蒸發22kg以上水份。
實施例4:相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應用於蒸餾設備
相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置應用於蒸餾原理如圖5所示，圖中虛線 框內為相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置。
一次蒸汽對多組成份溶劑進行加熱蒸餾過程中，低沸點溶劑首先達到沸點，並 吸收大量加熱蒸汽釋放的熱能，蒸發為高濃度的、帶有大量熱能的低沸點溶劑二次 蒸汽，使溶劑組份得以蒸餾分離。
溶劑二次蒸汽與一次冷凝水進入相變換熱式二次蒸汽熱能回收利用裝置後，溶
劑二次蒸汽被冷凝為二次溶劑液體排出，潔淨的一次冷凝水變換為潔淨的供熱蒸汽 輸出，該蒸汽再作為一次蒸汽供給蒸餾器自身使用，僅需要外供很少的一次蒸汽， 即可使蒸餾過程繼續進行；也可作供熱蒸汽供其他熱能設備使用。
權利要求1、複合熱泵常規相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝置，其特徵在於由常規相變換熱器、汽水分離器、熱泵構成；所述常規相變換熱器中部有一換熱管箱，在換熱管箱上下兩端分別設置上集蒸汽箱、下集供水箱；換熱管箱上連接有二次蒸汽進氣管、二次蒸汽冷凝廢水排水管，不凝結氣排氣管；換熱管箱內的換熱管束分別與上集蒸箱、下集供水箱連通；上集蒸汽箱連接有新蒸汽連接管；所述汽水分離器即汽包與上集蒸汽箱的新蒸汽連接管連接，其上設置新蒸汽排氣管，並經下降管與供水箱連接；所述複合熱泵為機械壓縮式熱泵與蒸汽噴射熱泵的組合。
2、 根據權利要求1所述的複合熱泵常規相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝 置，其特徵在於所述機械壓縮式熱泵的進氣端與汽水分離器的新蒸汽排氣管連接， 出氣端與蒸汽噴射熱泵的吸氣端連接，蒸汽噴射熱泵的出氣端連接供熱蒸汽管道。
3、 根據權利要求1所述的複合熱泵常規相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝 置，其特徵在於或所述蒸汽噴射熱泵的吸氣端與汽水分離器的新蒸汽排氣管連接， 出氣端與機械壓縮式熱泵的進氣端連接，機械壓縮式熱泵的出氣端連接供熱蒸汽管 道。
專利摘要本實用新型公開了一種複合熱泵常規相變換熱器組合二次蒸汽熱能回收裝置，以解決現有二次蒸汽熱能或不能利用、或熱能利用率低、或雖能高效利用二次蒸汽熱能，但應用範圍很小的技術問題。採用的技術方案是由常規相變換熱器、汽水分離器、熱泵構成；常規相變換熱器中部有一換熱管箱，在換熱管箱上下兩端分別設置上集蒸汽箱、下集供水箱；換熱管箱內的換熱管束分別與上集蒸箱、下集供水箱連通；上集蒸汽箱連接有新蒸汽連接管；汽水分離器與上集蒸汽箱的新蒸汽連接管連接，經下降管與供水箱連接，複合熱泵為機械壓縮式熱泵與蒸汽噴射熱泵的組合。採用本實用新型具熱能利用率高、應用範圍寬的優點。
文檔編號F24J3/00GK201373698SQ200920078829
公開日2009年12月30日 申請日期2009年1月22日 優先權日2009年1月22日
發明者偉 楊 申請人:東方電機控制設備有限公司