余热和电复合驱动的升温型热泵循环系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种余热和电复合驱动的升温型热泵系统，涉及低温工业余热利用技术领域。该系统以氨水混合物为工质，以低温烟气为热源，利用余热和电制取工业蒸汽。低温工业余热用于驱动精馏塔生产低压氨蒸汽，同时完成高压氨液蒸发，外部输入的电用于提升低压蒸汽和氨水稀溶液的压力，最后高压氨蒸汽与稀溶液在吸收器完成吸收过程，放出来的热量用于制备工业蒸汽。本发明利用不能被余热锅炉利用的排烟余热，具有余热利用效率高，升温幅度大的优点，可制备0.5MPa以上的工业蒸汽，扩大了低温余热利用的范围；同时，本发明相比现有的吸收压缩式热泵，采用压缩机和泵复合压缩的方式，节约了压缩功耗，扩大了升温型热泵的温升范围。
【专利说明】
余热和电复合驱动的升温型热泵循环系统
技术领域
[0001]本发明涉及吸收压缩式升温型热栗技术领域，具体是一种以氨水为工质、余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统。
【背景技术】
[0002]工业化带来的油价飞涨和能源消耗已得到全球的广泛关注，高效利用余热和发展新能源，已经成为当务之急。除了发展新能源和更加高效的能源系统，也需要发展利用余热的新技术。我国的工业能耗占总能耗70%以上，其中有50%以上的能源转化为工业余热，中高温的工业余热通过简单的换热器就可以被高温过程后的低温过程所利用，如果余热温度低于过程温度，但是高于环境温度，通常利用燃煤锅炉将这部分余热进行回热。若采用热栗对这部分低温余热进行回收利用，仅消耗少量高品位的电能，就可以将余热的温度提升到同主过程相同的温度水平，从而获得更好的节能减排效果。
[0003]目前应用的热栗主要有吸收式和压缩式两种，蒸汽压缩式系统使用最为广泛，但是它是以高品位电能制取热能，能效比较低，当温度提升要求较大时，蒸汽压力升高，需要采用多级压缩，而常规的吸收式热栗可以提升的温度范围也会受限。吸收压缩式热栗系统作为一种新型的热栗技术，相比于传统的热栗系统，吸收压缩式热栗有着更大的供热温度范围和更高的能效比。常规的吸收压缩式系统由以下部分组成:发生器、压缩机、吸收器、溶液栗、溶液热交换器和减压阀。在该系统中，工质在发生器中蒸发，产生的低压氨蒸汽经过压缩机压缩至吸收压力；发生器底部的稀溶液由溶液栗压缩至吸收压力，高压稀溶液在吸收器中吸收来自压缩机的高压蒸汽并放出大量热。为了提高系统的性能，混合后的工质浓溶液将通过一个溶液热交换器同来自于溶液栗的稀溶液进行热交换，换热后浓溶液经过减压阀减压后进入发生器，完成一个循环。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]目前，我国低温工业余热的利用程度还非常低，本发明的主要目的在于提供一种余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，以利用余热锅炉无法利用的排烟余热，制备
0.5MPa以上的工业蒸汽，扩大低温余热利用的范围，节约了压缩功耗，扩大升温型热栗的温升范围。
[0006](二)技术方案
[0007]为达到上述目的，本发明提供了一种余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，该系统包括精馏塔1、压缩机2、蒸汽回热器3、冷凝器4、栗5、蒸发器6、混合器7、吸收器8、溶液热交换器9、减压阀10和溶液栗11，其中:精馏塔I的氨蒸汽出口和稀氨水出口分别与压缩机2和溶液栗11相连接;压缩机2的出口依次与蒸汽回热器3的低压侧入口、冷凝器4、栗5、蒸发器6和蒸汽回热器3的高压侧入口相连接;溶液栗11的出口与溶液热交换器9低温侧入口相连接;混合器7的入口分别与溶液热交换器3高压出口和溶液热交换器9低温侧出口相连接，混合器7的出口与吸收器8相连接;吸收器8的出口依次与溶液热交换器9高温侧入口、减压阀10和精馏塔I相连接。
[0008]上述方案中，所述精馏塔I用于利用余热加热浓氨水溶液，产生氨蒸汽和稀氨水溶液，氨蒸汽被送入压缩机2，稀氨水溶液被送入溶液栗11;浓氨水溶液自减压阀10出口进入精馏塔I。
[0009]上述方案中，所述压缩机2用于将精馏塔I产生的低压氨蒸汽压缩到较高压力，便于在冷凝器4中冷凝成液体;压缩机2的入口与精馏塔I的氨蒸汽出口相连接，出口与蒸汽回热器3相连接。
[0010]上述方案中，所述蒸汽回热器3用于利用压缩机2出口氨蒸汽加热蒸发器6出口的高压氨气;蒸汽回热器3的低压侧入口与压缩机2的出口相连接，低压侧的出口与冷凝器4的入口相连接，高压侧的入口与蒸发器6的出口相连接，高压侧出口与混合器7入口相连接。
[0011]上述方案中，所述冷凝器4利用冷却水将氨蒸汽冷凝成液体，便于栗5对液态工质进行加压;冷凝器4的入口与蒸汽回热器3的低压侧出口相连接，出口与栗5相连接。
[0012]上述方案中，所述栗5用于进一步将氨液的压力提升至吸收器8的吸收压力;栗5的入口与冷凝器4的出口相连接，出口与蒸发器6的入口相连接。
[0013]上述方案中，所述蒸发器6利用余热加热高压氨液，获得饱和氨蒸汽;蒸发器6的入口同栗5的出口相连，出口同溶液热交换器3的高压侧入口相连。
[0014]上述方案中，所述混合器7用于将蒸发器6产生的饱和氨蒸汽与溶液热交换器9加热后的稀氨溶液进行混合，然后送入吸收器8;混合器7的入口分别与溶液热交换器3高压出口和溶液热交换器9低温侧出口相连接，混合器7的出口与吸收器8相连接。
[0015]上述方案中，所述吸收器8用于制备工业蒸汽，其热侧为混合后的氨蒸汽和稀氨溶液吸收放热，将冷侧的给水加热成饱和水蒸汽;吸收器8的热侧入口与混合器7相连接，热侧出口与溶液热交换器9的高温侧入口相连接。
[0016]上述方案中，所述溶液热交换器9利用来自吸收器8的浓氨溶液加热来自溶液栗11的稀氨溶液，其高温侧入口与吸收器8的热侧出口相连接，出口与减压阀10相连接，低温侧的入口与溶液栗11的出口相连接，出口与混合器7的入口相连接。
[0017]上述方案中，所述溶液栗11用于将稀氨溶液直接加压到吸收压力，溶液栗11的入口与精馏塔I稀氨水溶液出口相连接，出口与溶液热交换器9低温侧入口相连接。
[0018]上述方案中，从精馏塔I顶部蒸馏出来的浓氨蒸汽经压缩机2压缩至一定压力，使其在40°C条件下可以完全冷凝，经过压缩机2压缩后的浓氨溶液仍然处于过热状态，经过蒸汽回热器3低温侧的高压氨液冷却，在冷凝器4中完全冷凝，再由栗5压缩至吸收压力，高压氨溶液在蒸发器6中吸收低温排烟余热而变成高压氨蒸汽，并经过蒸汽回热器3加热后进入混合器7;精馏塔I底部的稀氨溶液由溶液栗11加压到吸收压力，经溶液热交换器9换热后，进入混合器7，吸收高压氨蒸汽，并放出大量热，以此为热源能够用来制取0.5MPa以上的工业蒸汽。
[0019]上述方案中，吸收器8出口的基础溶液sl2先经过溶液热交换器9换热、减压阀10减压后形成sl4，进入精馏塔I进行精馏分离，精馏过程所需热量来自于不能被余热锅炉利用的排烟余热，精馏塔I顶部产出高纯度的氨蒸汽Si，进入压缩机2进行初步压缩，经蒸汽回热器3冷却、冷凝器4冷凝形成该压力下的过冷氨液s4，冷凝器4中所需的冷源是温度为30°C的冷却水，栗5将过冷氨液s4压缩至吸收压力，进入蒸发器6产生该压力下的过热氨蒸汽s6，经蒸汽回热器3加热，经混合器7进入吸收器8;精馏塔I底部塔釜再沸器产出低压稀氨水溶液s8，经溶液栗11加压、溶液热交换器9升温后经混合器7进入吸收器8，形成基础溶液sl2，完成一个循环。
[0020](三)有益效果
[0021]从上述的技术方案中可以看出，本发明具有以下特点:
[0022]1、本发明提供的这种余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，在原有的吸收压缩式热栗的基础上又增加了蒸汽回热器、栗、蒸发器和冷凝器，压缩机将精馏塔产生的低压氨蒸汽压缩到较高压力，经过蒸汽回热器低温侧的高压氨液冷却，在冷凝器中完全冷凝，再由栗压缩至吸收压力。其中蒸发器的供热热源是不能被余热锅炉利用的排烟余热，升温幅度可高达50-100°C，可制备0.5MPa以上的工业蒸汽。
[0023]2、本发明提供的这种余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，采用压缩机和栗复合压缩的方式，相比采用压缩机直接压缩至最终的吸收压力，节约了压缩功耗，扩大了升温型热栗的升温范围。
【附图说明】
[0024]图1为依据本发明实施例的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统的示意图；[°°25] 其中，!^、!^为工业余热的载热介质^^^^为载热工质’^^^^^为冷却水^丨”^为循环工质，其中sl-s3、s6-s7为氨蒸气，s4-s5为液氨，s8-sl0为稀氨水，sll-sl4为浓氨水。
【具体实施方式】
[0026]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0027]本发明提供的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，是在原有的吸收压缩式热栗的基础上又增加了蒸汽回热器、栗、蒸发器和冷凝器，压缩机将精馏塔产生的低压氨蒸汽压缩到较高压力，经过蒸汽回热器低温侧的高压氨液冷却，在冷凝器中完全冷凝，再由栗压缩至吸收压力。其中蒸发器的供热热源是不能被余热锅炉利用的排烟余热，升温幅度可高达50-100°C，可制备0.5MPa以上的工业蒸汽。本发明采用压缩机和栗复合压缩的方式，相比采用压缩机直接压缩至最终的吸收压力，节约了压缩功耗，扩大了升温型热栗的升温范围。
[0028]本发明提供的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，以氨水混合物为工质，以低温烟气为热源，利用余热和电制取工业蒸汽。低温工业余热用于驱动精馏塔生产低压氨蒸汽，同时完成高压氨液蒸发，外部输入的电用于提升低压蒸汽和氨水稀溶液的压力，最后高压氨蒸汽与稀溶液在吸收器完成吸收过程，放出来的热量用于制备工业蒸汽。
[0029]如图1所示，图1为依据本发明实施例的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统的示意图，该系统包括精馏塔1、压缩机2、蒸汽回热器3、冷凝器4、栗5、蒸发器6、混合器7、吸收器8、溶液热交换器9、减压阀10和溶液栗11。其中，hl、h2为工业余热的载热介质，wl、w2为载热工质，w3、w4为冷却水，sl-sl4为循环工质，其中sl-s3、s6_s7为氨蒸气，s4-s5为液氨，s8-sl0为稀氨水，sll-sl4为浓氨水。
[0030]精馏塔I的氨蒸汽出口和稀氨水出口分别与压缩机2和溶液栗11相连接;压缩机2的出口依次与蒸汽回热器3的低压侧入口、冷凝器4、栗5、蒸发器6和蒸汽回热器3的高压侧入口相连接;溶液栗11的出口与溶液热交换器9低温侧入口相连接;混合器7的入口分别与溶液热交换器3高压出口和溶液热交换器9低温侧出口相连接，混合器7的出口与吸收器8相连接;吸收器8的出口依次与溶液热交换器9高温侧入口、减压阀10和精馏塔I相连接。
[0031 ]精馏塔I用于利用余热加热浓氨水溶液，产生氨蒸汽和稀氨水溶液，氨蒸汽被送入压缩机2，稀氨水溶液被送入溶液栗11;浓氨水溶液自减压阀10出口进入精馏塔I。
[0032]压缩机2用于将精馏塔I产生的低压氨蒸汽压缩到较高压力，便于在冷凝器4中冷凝成液体。压缩机2的入口与精馏塔I的氨蒸汽出口相连接，出口与蒸汽回热器3相连接。
[0033]蒸汽回热器3用于利用压缩机2出口氨蒸汽加热蒸发器6出口的高压氨气。蒸汽回热器3的低压侧入口与压缩机2的出口相连接，低压侧的出口与冷凝器4的入口相连接，高压侧的入口与蒸发器6的出口相连接，高压侧出口与混合器7入口相连接。
[0034]冷凝器4用于利用冷却水将氨蒸汽冷凝成液体，便于栗5对液态工质进行加压。冷凝器4的入口与蒸汽回热器3的低压侧出口相连接，出口与栗5相连接。
[0035]栗5用于进一步将氨液的压力提升至吸收器8的吸收压力。栗5的入口与冷凝器4的出口相连接，出口与蒸发器6的入口相连接。
[0036]蒸发器6用于利用余热加热高压氨液，获得饱和氨蒸汽。蒸发器6的入口同栗5的出口相连，出口同溶液热交换器3的高压侧入口相连。
[0037]混合器7用于将蒸发器6产生的饱和氨蒸汽与溶液热交换器9加热后的稀氨溶液进行混合，然后送入吸收器8;混合器7的入口分别与溶液热交换器3高压出口和溶液热交换器9低温侧出口相连接，混合器7的出口与吸收器8相连接；
[0038]吸收器8用于制备工业蒸汽，其热侧为混合后的氨蒸汽和稀氨溶液吸收放热，将冷侧的给水加热成饱和水蒸汽。吸收器8的热侧入口与混合器7相连接，热侧出口与溶液热交换器9的高温侧入口相连接。
[0039]溶液热交换器9用于利用来自吸收器8的浓氨溶液加热来自溶液栗11的稀氨溶液，其高温侧入口与吸收器8的热侧出口相连接，出口与减压阀10相连接，低温侧的入口与溶液栗11的出口相连接，出口与混合器7的入口相连接。
[0040]溶液栗11用于将稀氨溶液直接加压到吸收压力，溶液栗11的入口与精馏塔I稀氨水溶液出口相连接，出口与溶液热交换器9低温侧入口相连接。
[0041]请参照图1，本发明实施例提供的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统中，具体流程为:从精馏塔I顶部蒸馏出来的浓氨蒸汽经压缩机2压缩至一定压力，使其在40°C条件下可以完全冷凝，经过压缩机2压缩后的浓氨溶液仍然处于过热状态，经过蒸汽回热器3低温侧的高压氨液冷却，在冷凝器4中完全冷凝，再由栗5压缩至吸收压力，高压氨溶液在蒸发器6中吸收低温排烟余热而变成高压氨蒸汽，并经过蒸汽回热器3加热后进入混合器7;精馏塔I底部的稀氨溶液由溶液栗11加压到吸收压力，经溶液热交换器9换热后，进入混合器7，吸收高压氨蒸汽，并放出大量热，以此为热源可以用来制取0.5MPa以上的工业蒸汽。
[0042]吸收器8出口的基础溶液sl2先经过溶液热交换器9换热、减压阀10减压后形成S14，进入精馏塔I进行精馏分离，精馏过程所需热量来自于不能被余热锅炉利用的排烟余热，精馏塔I顶部产出高纯度的氨蒸汽Si，进入压缩机2进行初步压缩，经蒸汽回热器3冷却、冷凝器4冷凝形成该压力下的过冷氨液s4，冷凝器4中所需的冷源是温度为30°C的冷却水，栗5将过冷氨液s4压缩至吸收压力，进入蒸发器6产生该压力下的过热氨蒸汽s6，经蒸汽回热器3加热，经混合器7进入吸收器8;精馏塔I底部塔釜再沸器产出低压稀氨水溶液s8，经溶液栗11加压、溶液热交换器9升温后经混合器7进入吸收器8，形成基础溶液sl2，完成一个循环。
[0043]本发明提供的这种余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，在原有的吸收压缩式热栗的基础上又增加了蒸汽回热器、栗、蒸发器和冷凝器，压缩机作为初级增压设备，将过热蒸气压缩至某一中间压力，经过蒸汽回热器换热、冷凝器冷凝，再由栗进行二次压缩，获得更高的吸收压力。本发明采用压缩机和栗复合压缩的方式，相比采用压缩机直接压缩至最终的吸收压力，节约了压缩功耗，扩大了升温型热栗的升温范围；同时本系统利用了余热锅炉无法利用的低温烟气余热，为低温余热应用技术增加了新的应用方式。假设余热为工业烟气，烟气温度为200°C，排烟温度为100°C左右，产生蒸汽压力为0.5MPa，当制取蒸汽热量I丽时，需要利用烟气余热量为2.3丽，消耗电能0.25丽。
[0044]以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，该系统包括精馏塔(1)、压缩机(2)、蒸汽回热器(3)、冷凝器(4)、栗(5)、蒸发器(6)、混合器(7)、吸收器(8)、溶液热交换器(9)、减压阀(10)和溶液栗(11)，其中:精馏塔(I)的氨蒸汽出口和稀氨水出口分别与压缩机(2)和溶液栗(I I)相连接;压缩机(2)的出口依次与蒸汽回热器(3)的低压侧入口、冷凝器(4)、栗(5)、蒸发器(6)和蒸汽回热器(3)的高压侧入口相连接;溶液栗(II)的出口与溶液热交换器(9)低温侧入口相连接;混合器(7)的入口分别与溶液热交换器(3)高压出口和溶液热交换器(9)低温侧出口相连接，混合器(7)的出口与吸收器(8)相连接;吸收器(8)的出口依次与溶液热交换器(9)高温侧入口、减压阀(1)和精馏塔(I)相连接。2.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述精馏塔(I)用于利用余热加热浓氨水溶液，产生氨蒸汽和稀氨水溶液，氨蒸汽被送入压缩机(2)，稀氨水溶液被送入溶液栗(11);浓氨水溶液自减压阀(1)出口进入精馏塔(I)。3.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述压缩机(2)用于将精馏塔(I)产生的低压氨蒸汽压缩到较高压力，便于在冷凝器(4)中冷凝成液体;压缩机(2)的入口与精馏塔(I)的氨蒸汽出口相连接，出口与蒸汽回热器(3)相连接。4.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述蒸汽回热器(3)用于利用压缩机(2)出口氨蒸汽加热蒸发器(6)出口的高压氨气；蒸汽回热器(3)的低压侧入口与压缩机(2)的出口相连接，低压侧的出口与冷凝器(4)的入口相连接，高压侧的入口与蒸发器(6)的出口相连接，高压侧出口与混合器(7)入口相连接。5.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述冷凝器(4)利用冷却水将氨蒸汽冷凝成液体，便于栗(5)对液态工质进行加压;冷凝器(4)的入口与蒸汽回热器(3)的低压侧出口相连接，出口与栗(5)相连接。6.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述栗(5)用于进一步将氨液的压力提升至吸收器(8)的吸收压力;栗(5)的入口与冷凝器(4)的出口相连接，出口与蒸发器(6)的入口相连接。7.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述蒸发器(6)利用余热加热高压氨液，获得饱和氨蒸汽；蒸发器(6)的入口同栗(5)的出口相连，出口同溶液热交换器(3)的高压侧入口相连。8.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述混合器(7)用于将蒸汽回热器(3)加热的氨蒸汽与溶液热交换器(9)加热后的稀氨溶液进行混合，然后送入吸收器(8);混合器(7)的入口分别与溶液热交换器(3)高压出口和溶液热交换器(9)低温侧出口相连接，混合器(7)的出口与吸收器(8)相连接。9.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述吸收器(8)用于制备工业蒸汽，其热侧为混合后的氨蒸汽和稀氨溶液吸收放热，将冷侧的给水加热成饱和水蒸汽;吸收器(8)的热侧入口与混合器(7)相连接，热侧出口与溶液热交换器(9)的高温侧入口相连接。10.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述溶液热交换器(9)利用来自吸收器(8)的浓氨溶液加热来自溶液栗(11)的稀氨溶液，其高温侧入口与吸收器(8)的热侧出口相连接，出口与减压阀(10)相连接，低温侧的入口与溶液栗(11)的出口相连接，出口与混合器(7)的入口相连接。11.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，所述溶液栗(11)用于将稀氨溶液直接加压到吸收压力，溶液栗(I I)的入口与精馏塔(I)稀氨水溶液出口相连接，出口与溶液热交换器(9)低温侧入口相连接。12.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，从精馏塔(I)顶部蒸馏出来的浓氨蒸汽经压缩机(2)压缩至一定压力，使其在40°C条件下可以完全冷凝，经过压缩机(2)压缩后的浓氨溶液仍然处于过热状态，经过蒸汽回热器(3)低温侧的高压氨液冷却，在冷凝器(4)中完全冷凝，再由栗(5)压缩至吸收压力，高压氨溶液在蒸发器(6)中吸收低温排烟余热而变成高压氨蒸汽，并经过蒸汽回热器(3)加热后进入混合器(7);精馏塔(I)底部的稀氨溶液由溶液栗(11)加压到吸收压力，经溶液热交换器(9)换热后，进入混合器(7)，吸收高压氨蒸汽，并放出大量热，以此为热源能够用来制取0.5MPa以上的工业蒸汽。13.根据权利要求1所述的余热和电复合驱动的升温型热栗循环系统，其特征在于，吸收器(8)出口的基础溶液sl2先经过溶液热交换器(9)换热、减压阀(10)减压后形成sl4，进入精馏塔(I)进行精馏分离，精馏过程所需热量来自于不能被余热锅炉利用的排烟余热，精馏塔(I)顶部产出高纯度的氨蒸汽Si，进入压缩机(2)进行初步压缩，经蒸汽回热器(3)冷却、冷凝器(4)冷凝形成该压力下的过冷氨液s4，冷凝器(4)中所需的冷源是温度为30°C的冷却水，栗(5)将过冷氨液s4压缩至吸收压力，进入蒸发器(6)产生该压力下的过热氨蒸汽s6，经蒸汽回热器(3)加热，经混合器(7)进入吸收器(8);精馏塔(I)底部塔釜再沸器产出低压稀氨水溶液s8，经溶液栗(11)加压、溶液热交换器(9)升温后经混合器(7)进入吸收器(8)，形成基础溶液s12，完成一个循环。
【文档编号】F25B25/02GK106016822SQ201610329198
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】韩巍, 金红光, 姜迎春
【申请人】中国科学院工程热物理研究所