一种高温热水能量回收系统及其控制方法与流程

1.本发明涉及高温余热能量回收利用技术领域，特别是涉及一种高温热水能量回收系统及其控制方法。


背景技术：

2.在工业生产中，通过管网输送的高压蒸汽是重要的能量来源之一，蒸汽能量利用后变成了高温冷凝水。由于其温度较高，还蕴含巨大的能量，通过降温后直接排放会造成能量的巨大浪费。为利用这部分能量，通常采用有机朗肯循环进行余热发电，热利用效率约10%；或采用吸收式热泵用来制冷，cop值约0.75（采用电力制冷cop值可达5.0）；或采用第二类吸收式热泵制取蒸汽，cop值约0.4~0.5。但这些技术均不同程度存在投资高、运行稳定性差、能量利用效率不高的弊端。
3.在国家倡导“节能减碳，绿色发展”的时代背景下，针对高温蒸汽冷凝之后产生的高温冷凝液，为了提高其能量回收效率并且减少水资源的浪费，开发一种能量利用效率高，运行自动化程度高，设备投资适中的高温冷凝液热量回收系统是当前急需解决的问题，故而，现提出一种高温热水能量回收系统及其控制方法。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种高温热水能量回收系统及其控制方法，解决了现有技术中需要一种能量利用效率高，运行自动化程度高，设备投资适中的高温冷凝液热量回收系统的问题。
5.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种高温热水能量回收系统，包括缓冲进水机构、一级蒸汽发生罐机构、二级蒸汽发生罐机构、三级蒸汽发生罐机构、三级蒸汽压缩机构、二级蒸汽压缩机构、一级蒸汽压缩机构、输出蒸汽稳压罐机构和自动控制机构；缓冲进水机构包括缓冲罐、热水输送泵、液位计、流量计、控制阀和输送管道组成，以用于定量输送高温热水；热水输送泵的输送端与缓冲罐的进水端连通；一级蒸汽发生罐机构包括一级蒸汽闪蒸罐、液位计、排水流量计、排水控制阀、压力变送器、温度计、一级除沫器和一级喷淋水装置，缓冲罐的底部出水管与一级蒸汽闪蒸罐的中部连通，以水平充入高温热水；一级蒸汽闪蒸罐利用压力差控制高温热水发生闪蒸，一级除沫器和一级喷淋水装置设置在一级蒸汽闪蒸罐内的顶部；二级蒸汽发生罐机构包括二级蒸汽闪蒸罐、液位计、排水流量计、排水控制阀、压力变送器、温度计、二级除沫器和二级喷淋水装置，一级蒸汽闪蒸罐的底部与二级蒸汽闪蒸罐的中部连通，以将高温热水呈水平方向进入二级蒸汽闪蒸罐内；三级蒸汽发生罐机构包括三级蒸汽闪蒸罐、液位计、排水流量计、排水控制阀、压力变送器、温度计、三级除沫器、三级喷淋水装置和排水泵，二级蒸汽闪蒸罐的底部与三级蒸汽闪蒸罐的中部连通，以将高温热水呈水平方向进入三级蒸汽闪蒸罐内；
三级蒸汽压缩机构包括进气阀门、三级蒸汽压缩机、止回阀、防喘振平衡阀和管道，三级蒸汽闪蒸罐与三级蒸汽压缩机通过连通管连接，所述三级蒸汽压缩机通过连接管与二级蒸汽闪蒸罐连接；二级蒸汽压缩机构包括进气阀门、二级蒸汽压缩机、止回阀、防喘振平衡阀和管道，二级蒸汽闪蒸罐与二级蒸汽压缩机通过连通管连接，二级蒸汽压缩机通过连接管与一级蒸汽闪蒸罐连接；一级蒸汽压缩机构包括进气阀门、一级蒸汽压缩机、止回阀、防喘振平衡阀和管道，一级蒸汽闪蒸罐与一级蒸汽压缩机通过连通管连接；输出蒸汽稳压罐机构包括蒸汽稳压罐、排气阀、压力传感器、疏水阀和输送管道，一级蒸汽压缩机与蒸汽稳压罐通过连通管连接，三级蒸汽闪蒸罐与排水泵连接，疏水阀安装在蒸汽稳压罐的底部，用于排放积水；自控机构包括上述的自动控制阀、带远传的仪表、泵、蒸汽压缩机的电机以及plc程序，以控制系统自动化运行。
6.一种高温热水能量回收系统的控制方法，具体包括以下步骤：步骤s01、通过将高温热水在热水输送泵的作用下输送至缓冲罐内，缓冲罐内的高温热水在压力的作用下输送至一级蒸汽闪蒸罐内，缓冲罐底部的流量计和流量控制发控制高温热水输出的量；步骤s02、一级蒸汽闪蒸罐的压力低于高温热水的压力，缓冲罐的高温热水从一级蒸汽闪蒸罐的中部充入，在压力差的作用下，产生水蒸气，闪蒸产生的水蒸汽和三级蒸汽压缩机构输送过来的水蒸气在罐内混合，在重力作用下蒸汽向上运动，在上部与一级喷淋水装置喷淋出的水充分接触后后消除过热度变成饱和蒸汽，再经过一级除沫器分离细小的水滴，上部的蒸汽通过二级蒸汽闪蒸罐顶部排气管道输送至二级蒸汽压缩机构，进入罐内的高温热水闪蒸释放部分水蒸气后温度降低水量变小，在重力作用下落入罐内，在压力的作用下通过罐底部的排水管排放至压力较低的三级蒸汽闪蒸罐；步骤s03、三级蒸汽闪蒸罐由于罐内压力较低，发生闪蒸蒸发现象产生水蒸气，水蒸气在重力作用下蒸汽向上运动，在上部与三级喷淋水装置喷淋出的水充分接触后后消除过热度变成饱和蒸汽，再经过三级除沫器分离细小的水滴，上部的蒸汽通过三级蒸汽闪蒸罐顶部排气管道输送至三级蒸汽压缩机构。进入罐内的高温热水闪蒸释放部分水蒸气后温度降低水量变小，在重力作用下落入罐内，在排水泵的作用下通过罐底部的排水管排放出系统，排放的流量由流量控制控制阀的控制维持稳定；步骤s04、低压蒸汽在三级蒸汽压缩机内压缩后温度和压力得到提升，通过止回阀和排气管道进入二级蒸汽闪蒸罐内；步骤s05、低压蒸汽在二级蒸汽压缩机内压缩后温度和压力得到进一步提升变成中压蒸汽，通过止回阀和排气管道进入一级蒸汽闪蒸罐内；步骤s06、中压蒸汽在一级蒸汽压缩机内压缩后温度和压力得到进一步提升后达到可以被再次利用的蒸汽，通过止回阀和排气管道进入输出蒸汽稳压罐内；步骤s07、当蒸汽稳压罐的压力传感器计量的蒸汽压力大于等于目标压力后开启排气阀门向外部提供蒸汽，通过调节合适的排气开度可以维持排气的压力的稳定，蒸汽稳压罐底部设置有排水管口并安装有疏水阀，当底部有积水时可通过疏水阀进行排放。
7.优选的，所述自控机构用于控制主流程运行，一级控制三个蒸汽闪蒸罐的压力调节、液位调节、三个蒸汽压缩机的转速调整、数据整理和数据分析。
8.本发明具备以下有益效果：1、本发明通过设置三个蒸汽闪蒸罐对高温的热水进行梯级降压闪蒸产生高压、中压和低压三种压力档次的水蒸气，并设置三个蒸汽压缩部分对低压、中压、高压三种不同压力档次的水蒸气进行逐级压缩，从而达到充分利用高温热水余热，并且大大减少了直接压缩低压蒸汽所需要消耗的能量的目的。
9.2、本发明的蒸汽闪蒸罐内设置了喷淋水装置可以将压缩机压缩后的高温过热蒸汽变成饱和蒸汽，喷淋水吸收了这部分的热量会汽化成蒸汽，提高了蒸汽的产量并且提高了压缩机的工作效率；闪蒸罐罐内设置了除沫器可捕捉蒸汽夹带的水滴，有效防止了水滴对高速运转的正气压缩机叶轮的破坏，提高了装置的使用寿命。
10.3、各级蒸汽压缩机后部均设置了止回阀，可防止运行不稳定和开停机阶段气体倒流破坏压缩机，确保装置的运行的安全性；各级压缩机设置防喘旁路，旁路一端安装在压缩机出口，另一段端安装在该级的闪蒸罐蒸汽进口管道上，在压缩机流量不足时开启用来补充压缩机流量，可有效防止压缩机喘振，并且通过闪蒸罐的喷淋水降温，可预防压缩的气体温度过高，提升了设备的安全性。
11.4、本发明在第二、三级进水管道设置了备用的进水管道，当进水温度不足时可以单独运行第二级和第三级闪蒸罐部分和蒸汽压缩部分，或者单独运行第三级闪蒸罐部分和蒸汽压缩部分，装置运行可根据实际情况灵活调整；各级压缩机均采用变频控制，可以有效升高或者降低排气压力，当下游所需蒸汽压力高时提高运行频率，满足下游需求，当下游所需蒸汽压力较低时降低运行频率降低运行能耗，节能效果进一步加强；自控部分通过设定蒸汽回收量和回收压力的设定，通过对进出水流量、压缩机转速、排气压力控制，防喘阀开关和开度调节来自动实现，方便快捷，减少人为干预的不稳定性因素，运行效率高，开机难度小，安全性高。
附图说明
12.为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
13.图1为梯级闪蒸蒸汽压缩的高温热水能量回收系统示意图。
14.图中：1、热水输送泵；2、缓冲罐；3、一级蒸汽闪蒸罐；4、二级蒸汽闪蒸罐；5、三级蒸汽闪蒸罐；6、排水泵；7、三级蒸汽压缩机；8、二级蒸汽压缩机；9、一级蒸汽压缩机；10、蒸汽稳压罐；11、一级喷淋水装置；12、一级除沫器；13、二级喷淋水装置；14、二级除沫器；15、三级喷淋水装置；16、三级除沫器。
具体实施方式
15.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
16.实施例一参照图1，一种高温热水能量回收系统，包括缓冲进水机构、一级蒸汽发生罐机构、二级蒸汽发生罐机构、三级蒸汽发生罐机构、三级蒸汽压缩机构、二级蒸汽压缩机构、一级蒸汽压缩机构、输出蒸汽稳压罐机构和自动控制机构；缓冲进水机构包括缓冲罐2、热水输送泵1、液位计、流量计、控制阀和输送管道组成，以用于定量输送高温热水；热水输送泵1的输送端与缓冲罐2的进水端连通；一级蒸汽发生罐机构包括一级蒸汽闪蒸罐3、液位计、排水流量计、排水控制阀、压力变送器、温度计、一级除沫器12和一级喷淋水装置11，缓冲罐2的底部出水管与一级蒸汽闪蒸罐3的中部连通，以水平充入高温热水；一级蒸汽闪蒸罐3利用压力差控制高温热水发生闪蒸，一级除沫器12和一级喷淋水装置11设置在一级蒸汽闪蒸罐3内的顶部；二级蒸汽发生罐机构包括二级蒸汽闪蒸罐4、液位计、排水流量计、排水控制阀、压力变送器、温度计、二级除沫器14和二级喷淋水装置13，一级蒸汽闪蒸罐3的底部与二级蒸汽闪蒸罐4的中部连通，以将高温热水呈水平方向进入二级蒸汽闪蒸罐4内；三级蒸汽发生罐机构包括三级蒸汽闪蒸罐5、液位计、排水流量计、排水控制阀、压力变送器、温度计、三级除沫器16、三级喷淋水装置15和排水泵6，二级蒸汽闪蒸罐4的底部与三级蒸汽闪蒸罐5的中部连通，以将高温热水呈水平方向进入三级蒸汽闪蒸罐5内；三级蒸汽压缩机构包括进气阀门、三级蒸汽压缩机7、止回阀、防喘振平衡阀和管道，三级蒸汽闪蒸罐5与三级蒸汽压缩机7通过连通管连接，所述三级蒸汽压缩机7通过连接管与二级蒸汽闪蒸罐4连接；二级蒸汽压缩机构包括进气阀门、二级蒸汽压缩机8、止回阀、防喘振平衡阀和管道，二级蒸汽闪蒸罐4与二级蒸汽压缩机8通过连通管连接，二级蒸汽压缩机8通过连接管与一级蒸汽闪蒸罐3连接；一级蒸汽压缩机构包括进气阀门、一级蒸汽压缩机9、止回阀、防喘振平衡阀和管道，一级蒸汽闪蒸罐3与一级蒸汽压缩机9通过连通管连接；输出蒸汽稳压罐机构包括蒸汽稳压罐10、排气阀、压力传感器、疏水阀和输送管道，一级蒸汽压缩机9与蒸汽稳压罐10通过连通管连接，三级蒸汽闪蒸罐5与排水泵6连接，疏水阀安装在蒸汽稳压罐10的底部，用于排放积水；自控机构包括上述的自动控制阀、带远传的仪表、泵、蒸汽压缩机的电机以及plc程序，以控制系统自动化运行；本实施例中：本发明通过设置三个蒸汽闪蒸罐对高温的热水进行梯级降压闪蒸产生高压、中压和低压三种压力档次的水蒸气，并设置三个蒸汽压缩部分对低压、中压、高压三种不同压力档次的水蒸气进行逐级压缩，从而达到充分利用高温热水余热，并且大大减少了直接压缩低压蒸汽所需要消耗的能量的目的；蒸汽闪蒸罐内设置了喷淋水装置可以将压缩机压缩后的高温过热蒸汽变成饱和蒸汽，喷淋水吸收了这部分的热量会汽化成蒸汽，提高了蒸汽的产量并且提高了压缩机的工作效率；闪蒸罐罐内设置了除沫器可捕捉蒸汽夹带的水滴，有效防止了水滴对高速运转的正气压缩机叶轮的破坏，提高了装置的使用寿命。
17.实施例二参照图1，一种高温热水能量回收系统的控制方法，具体包括以下步骤：步骤s01、通过将高温热水在热水输送泵1的作用下输送至缓冲罐2内，缓冲罐2内
的高温热水在压力的作用下输送至一级蒸汽闪蒸罐3内，缓冲罐2底部的流量计和流量控制发控制高温热水输出的量；步骤s02、一级蒸汽闪蒸罐3的压力低于高温热水的压力，缓冲罐2的高温热水从一级蒸汽闪蒸罐3的中部充入，在压力差的作用下，产生水蒸气，闪蒸产生的水蒸汽和三级蒸汽压缩机构输送过来的水蒸气在罐内混合，在重力作用下蒸汽向上运动，在上部与一级喷淋水装置11喷淋出的水充分接触后后消除过热度变成饱和蒸汽，再经过一级除沫器12分离细小的水滴，上部的蒸汽通过二级蒸汽闪蒸罐4顶部排气管道输送至二级蒸汽压缩机构，进入罐内的高温热水闪蒸释放部分水蒸气后温度降低水量变小，在重力作用下落入罐内，在压力的作用下通过罐底部的排水管排放至压力较低的三级蒸汽闪蒸罐5；步骤s03、三级蒸汽闪蒸罐5由于罐内压力较低，发生闪蒸蒸发现象产生水蒸气，水蒸气在重力作用下蒸汽向上运动，在上部与三级喷淋水装置15喷淋出的水充分接触后后消除过热度变成饱和蒸汽，再经过三级除沫器16分离细小的水滴，上部的蒸汽通过三级蒸汽闪蒸罐5顶部排气管道输送至三级蒸汽压缩机构。进入罐内的高温热水闪蒸释放部分水蒸气后温度降低水量变小，在重力作用下落入罐内，在排水泵6的作用下通过罐底部的排水管排放出系统，排放的流量由流量控制控制阀的控制维持稳定；步骤s04、低压蒸汽在三级蒸汽压缩机7内压缩后温度和压力得到提升，通过止回阀和排气管道进入二级蒸汽闪蒸罐4内；步骤s05、低压蒸汽在二级蒸汽压缩机8内压缩后温度和压力得到进一步提升变成中压蒸汽，通过止回阀和排气管道进入一级蒸汽闪蒸罐3内；步骤s06、中压蒸汽在一级蒸汽压缩机9内压缩后温度和压力得到进一步提升后达到可以被再次利用的蒸汽，通过止回阀和排气管道进入输出蒸汽稳压罐10内；步骤s07、当蒸汽稳压罐10的压力传感器计量的蒸汽压力大于等于目标压力后开启排气阀门向外部提供蒸汽，通过调节合适的排气开度可以维持排气的压力的稳定，蒸汽稳压罐10底部设置有排水管口并安装有疏水阀，当底部有积水时可通过疏水阀进行排放；自控机构用于控制主流程运行，一级控制三个蒸汽闪蒸罐的压力调节、液位调节、三个蒸汽压缩机的转速调整、数据整理和数据分析；本实施例中：各级蒸汽压缩机后部均设置了止回阀，可防止运行不稳定和开停机阶段气体倒流破坏压缩机，确保装置的运行的安全性；各级压缩机设置防喘旁路，旁路一端安装在压缩机出口，另一段端安装在该级的闪蒸罐蒸汽进口管道上，在压缩机流量不足时开启用来补充压缩机流量，可有效防止压缩机喘振，并且通过闪蒸罐的喷淋水降温，可预防压缩的气体温度过高，提升了设备的安全性；通过在第二、三级进水管道设置了备用的进水管道，当进水温度不足时可以单独运行第二级和第三级闪蒸罐部分和蒸汽压缩部分，或者单独运行第三级闪蒸罐部分和蒸汽压缩部分，装置运行可根据实际情况灵活调整；各级压缩机均采用变频控制，可以有效升高或者降低排气压力，当下游所需蒸汽压力高时提高运行频率，满足下游需求，当下游所需蒸汽压力较低时降低运行频率降低运行能耗，节能效果进一步加强；自控部分通过设定蒸汽回收量和回收压力的设定，通过对进出水流量、压缩机转速、排气压力控制，防喘阀开关和开度调节来自动实现，方便快捷，减少人为干预的不稳定性因素，运行效率高，开机难度小，安全性高。
18.以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。