一种蓄热式热泵蒸汽机及产生蒸汽的方法与流程

本发明涉及热泵蒸汽机技术领域，尤其涉及一种错峰填谷用蓄热式热泵蒸汽机。

背景技术：

随着我国工业化进程的不断深化，节能和环保问题得到广泛关注，尤其是近几年“煤改电”政策的落实，传统上以煤炭为燃料的蒸汽锅炉逐渐更换为以电为主的蒸汽发生器，但是，现有的热泵蒸汽机产生蒸汽时，由于水汽化过程温度不变，循环水保持高温状态，冷却器出口温度很难降低，导致系统难以稳定运行。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种蓄热式热泵蒸汽机，解决了高温热泵制蒸汽过程中循环水温度过高不能冷却冷凝器导致的系统失效问题，同时采用夜间谷值时段蓄热，白天峰值时段释热的方式，可以大大降低蒸汽生产成本，有利于本项技术的推广应用。

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种蓄热式热泵蒸汽机，包括高温热泵循环系统、蓄热系统、蒸汽再热系统和若干截止阀；所述高温热泵循环系统包括冷媒压缩机、油分离器、四通阀、板式冷却器、膨胀阀、蒸发器、给水泵和循环水泵；所述油冷却器的下端热侧入口跟所述油分离器的下端高温油出口连通，所述油冷却器的上端热侧出口跟所述冷媒压缩机连通，形成油路循环回路；所述油冷却器的上端冷侧入口经所述给水泵与自来水进口连通，所述油冷却器的下端冷侧出口经所述循环水泵与所述板式冷却器水侧入口连通；所述油分离器上端一侧与所述冷媒压缩机相接，其上端另一侧通过四通阀与所述冷媒压缩机相接；所述板式冷却器的热侧出口通过所述膨胀阀与所述蒸发器的入口相接，所述蒸发器的出口通过所述四通阀与所述板式冷却器的热侧入口相接；所述蓄热系统包括蓄热水罐、减压阀、循环水泵和闪蒸罐；所述闪蒸罐底部出口通过带有截止阀的连通管道与所述循环水泵连通，所述蓄热水罐底部出口接入所述循环水泵与所述截止阀之间的连通管道上；所述蓄热水罐侧边出口经截止阀、所述减压阀与所述闪蒸罐入口连通；所述蒸汽再热系统包括蒸汽压缩机和电辅热装置，所述闪蒸罐顶部出口通过所述蒸汽压缩机与所述电辅热装置相接。

所述蓄热式热泵蒸汽机设置有三个蒸汽出口，包括常温蒸汽出口、低温蒸汽出口和过热蒸汽出口；所述常温蒸汽出口设置在所述闪蒸罐的顶部，所述低温蒸汽出口设置在所述蒸汽压缩机出口与所述电辅热装置之间的管路，所述过热蒸汽出口设置在蒸汽压缩机出口；三个蒸汽出口均设置有截止阀。闪蒸罐依靠减压闪蒸出常压蒸汽，故在罐体上方设置常温蒸汽出口；电辅热装置通过开关调节是否继续加热压饱和蒸汽，在其出口设置过热蒸汽出口，以满足多种用途的蒸汽需求。

所述高温热泵循环系统采用r245fa冷媒或co2工质，其冷凝温度超过120℃。

所述蓄热系统的虚热循环管路内为正压环境，所述蓄热水罐采用耐压容器，充满液体后罐内压力为0.2mpa，并且，所述蓄热水罐罐壁设置中间真空绝热夹层。中间真空绝热夹层的设置，具有较好的保温效果。

所述蒸汽压缩机采用高压比的双螺杆蒸汽压缩机。

所述板式冷却器采用液-液板式换热器。液-液板式换热器，可避免了换热过程中产生相变，保证了较高的换热效率。

一种基于蓄热式热泵蒸汽机产生蒸汽的方法，采用夜间谷值电力蓄热，白天峰值阶段释热产生蒸汽，包括蓄热模式和释热模式，包括如下步骤：

a、蓄热模式：蓄热模式在夜间电价低谷阶段运行，此时高温热泵循环系统、蓄热水罐和循环水泵开启，蒸汽压缩机、电辅热装置、蓄热水罐出口阀门和闪蒸罐顶部出口阀门关闭，将夜间低价电能转换为热能储存在高压热水；

b、释热模式：释热模式在白天用电高峰阶段运行，此时高温热泵循环系统关闭，蓄热水罐出口阀门和闪蒸罐顶部出口阀门开启，高压热水闪蒸出常压蒸汽，该过程将热水中的显热转移至蒸汽中的潜热，产生常压蒸汽，再根据实际需求开启蒸汽压缩机和电辅热装置，产生低压饱和蒸汽和过热蒸汽。

与现有技术对比，本发明的优点在于：

1、利用热泵加热自来水产生蒸汽替代燃煤、燃油蒸汽锅炉，能源利用率高，并且不产生尾气，环保效益好；

2、利用夜间谷值电力产生热量，在白天峰值阶段释放热量产生蒸汽，制造成本低。

3、本发明解决了直接蒸发式热泵机组换热器效率不高的问题，系统换热效率高。

4、本发明设置3个蒸汽出口，分别为常温蒸汽出口、低温蒸汽出口和过热蒸汽出口，可以满足多种用途的蒸汽需求。

附图说明

图1为本发明实施例的结构示意图。

图中附图标记含义：1、冷媒压缩机；2、油分离器；3、四通阀；4、板式冷却器；5、膨胀阀；6、蒸发器；7、油冷却器；8、给水泵；9、蓄热水罐；10、减压阀；11、循环水泵；12、蒸汽压缩机；13、电辅热装置；14、闪蒸罐；15、自来水进口；16、常温蒸汽出口；17、低温蒸汽出口；18、过热蒸汽出口。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的内容做进一步详细说明。

实施例

参阅图1，为一种蓄热式热泵蒸汽机，包括高温热泵循环系统、蓄热系统、蒸汽再热系统和若干截止阀；高温热泵循环系统包括冷媒压缩机1、油分离器2、四通阀3、板式冷却器4、膨胀阀5、蒸发器6、给水泵8和循环水泵11；油冷却器7的下端热侧入口跟油分离器2的下端高温油出口连通，油冷却器7的上端热侧出口跟冷媒压缩机1连通，形成油路循环回路；油冷却器7的上端冷侧入口经给水泵8与自来水进口15连通，油冷却器7的下端冷侧出口经循环水泵11与板式冷却器4水侧入口连通；油分离器2上端一侧与冷媒压缩机1相接，其上端另一侧通过四通阀3与冷媒压缩机1相接；板式冷却器4的热侧出口通过膨胀阀5与蒸发器6的入口相接，蒸发器6的出口通过四通阀3与板式冷却器4的热侧入口相接；蓄热系统包括蓄热水罐9、减压阀10、循环水泵11和闪蒸罐14；闪蒸罐14底部出口通过带有截止阀的连通管道与循环水泵11连通，蓄热水罐9底部出口接入循环水泵11与截止阀之间的连通管道上；蓄热水罐9侧边出口经截止阀、减压阀10与闪蒸罐14入口连通；蒸汽再热系统包括蒸汽压缩机12和电辅热装置13，闪蒸罐14顶部出口通过蒸汽压缩机12与电辅热装置13相接。

蓄热式热泵蒸汽机设置有三个蒸汽出口，包括常温蒸汽出口16、低温蒸汽出口17和过热蒸汽出口18；常温蒸汽出口16设置在闪蒸罐14的顶部，低温蒸汽出口17设置在蒸汽压缩机12出口与电辅热装置13之间的管路，过热蒸汽出口18设置在蒸汽压缩机12出口；三个蒸汽出口均设置有截止阀。闪蒸罐14依靠减压闪蒸出常压蒸汽，故在罐体上方设置常温蒸汽出口16；电辅热装置13通过开关调节是否继续加热压饱和蒸汽，在其出口设置过热蒸汽出口18，以满足多种用途的蒸汽需求。

高温热泵循环系统采用r245fa冷媒或co2工质，其冷凝温度超过120℃。

蓄热系统的虚热循环管路内为正压环境，蓄热水罐9采用耐压容器，充满液体后罐内压力为0.2mpa，并且，蓄热水罐9罐壁设置中间真空绝热夹层。中间真空绝热夹层的设置，具有较好的保温效果。

蒸汽压缩机12采用高压比的双螺杆蒸汽压缩机12。

板式冷却器4采用液-液板式换热器。液-液板式换热器，可避免了换热过程中产生相变，保证了较高的换热效率。

一种基于蓄热式热泵蒸汽机产生蒸汽的方法，采用夜间谷值电力蓄热，白天峰值阶段释热产生蒸汽，包括蓄热模式和释热模式，包括如下步骤：

a、蓄热模式：蓄热模式在夜间电价低谷阶段运行，此时高温热泵循环系统、蓄热水罐9和循环水泵11开启，蒸汽压缩机12、电辅热装置13、蓄热水罐9出口阀门和闪蒸罐14顶部出口阀门关闭，将夜间低价电能转换为热能储存在高压热水；

b、释热模式：释热模式在白天用电高峰阶段运行，此时高温热泵循环系统关闭，蓄热水罐9出口阀门和闪蒸罐14顶部出口阀门开启，高压热水闪蒸出常压蒸汽，该过程将热水中的显热转移至蒸汽中的潜热，产生常压蒸汽，再根据实际需求开启蒸汽压缩机12和电辅热装置13，产生低压饱和蒸汽和过热蒸汽。

本实施例中，蒸汽压缩机12采用压比较高的双螺杆双级蒸汽压缩机12，级间设置补水管道，可以产生4-5公斤饱和蒸汽，在其出口位置安装管道三通，并设置中低温蒸汽出口17。

本实施例工作时，包括以下步骤：

a、蓄热模式：蓄热模式在夜间电价低谷阶段运行，此时高温热泵循环系统、蓄热水罐9和循环水泵11开启，蒸汽压缩机12、电辅热装置13、蓄热水罐9出口阀门和闪蒸罐14顶部出口阀门关闭。常温自来水经油冷却器7预加热到30±5℃然后进入板式冷却器4加热到120℃热水，此时热水循环回路保持0.2mpa压力，该过程将夜间低价电能转换为热能储存在高压热水；循环过程中冷媒经压缩机压缩成高温高压气态工质进入油分离器2进行分离，分离出高温高压气态工质和液态高温油，一方面，分离出的液态高温油从加热侧入口进入油冷却器7与给水泵8输入的自来水进行换热冷却后经油侧出口流出重新进入冷媒压缩机1完成油路循环过程，另一方面分离出的高温高压气态工质进入板式冷却器4冷却，然后经膨胀阀5减压进入蒸发器6，蒸发吸热后进入油分离器2，最后分离出的气态工质进入冷媒压缩机1完成冷媒循环过程。

b、释热模式：释热模式在白天用电高峰阶段运行，此时高温热泵循环系统关闭，蓄热水罐9出口阀门和闪蒸罐14顶部出口阀门开启，高压热水经减压阀10减压后进入闪蒸罐14，在闪蒸罐14内闪蒸出常压蒸汽，该过程将热水中的显热转移至蒸汽中的潜热，为用户提供常压蒸汽；并且该设备还安装有一台压比较高的双螺杆双级压缩机，可为用户提供4-5公斤压力的饱和蒸汽；另外，也可根据实际需求，通过电辅助加热装置产生过热蒸汽。

预期经济效益：按照广东省峰谷电价相关条例规定，一般工业用电高峰段时间为：14：:00-17:00,19:00-22:00，高峰电价为1.03元/kwh，用电谷值时间为：00:00-8:00，电价为0.33元/kwh，采用本发明装置后，高温热泵循环cop按行业内较低水平2.5计算，产生每吨常压蒸汽成本为720kw/2.5*0.33＝95.04元，而采用天然气锅炉产生蒸汽的成本在300元以上，可见，本发明装置制造蒸汽成本较低，并且采用电力供应，设备简单，市场前景好。

本实施例的设备，一方面利用目前最先进的高温热泵技术，利用电力产生的热量制造蒸汽，并且通过蓄热的方式避免板式冷却器4的直接蒸发，可以有效解决冷却器出口冷媒温度过高的问题，另一方面采用高压热水蓄热方法，合理利用峰谷电费价差，大大降低了蒸汽生产成本。

本实施例解决了高温热泵制蒸汽过程中循环水温度过高不能冷却冷凝器导致的系统失效问题，同时采用夜间谷值时段蓄热，白天峰值时段释热的方式，可以大大降低蒸汽生产成本，并且采用电力供应，设备简单，可以供应常压蒸汽、低压蒸汽和过热蒸汽等，满足多种蒸汽需求，市场前景好。

上列详细说明是针对本发明可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本案的专利范围中。