一种循环氨水余热利用系统的制作方法
【专利摘要】一种循环氨水余热利用系统，是一种以循环软水为热载体，通过一类热泵机组回收循环氨水余热的新方法，其中，在循环氨水泵和炼焦炉之间的管道上引出一与所述热交换器的壳程换热通道连接的支管回路，炼焦炉、循环氨水槽、循环氨水泵和热交换器之间构成循环氨水的循环回路，且75～78℃的循环氨水由循环氨水泵从循环氨水槽抽出经热交换器换热后温度降低至70～73℃。余热水首先与循环氨水换热，升温后的余热水通过阀门切换，进入机组的不同部位，实现制冷与制热功能的切换。用于制冷，生产的低温水可用于满足焦化生产用冷冻水需求。用于制热是加热纯水为除氧水，用于焦化干熄焦或焦炉烟道气余热回收余热锅炉供水。
【专利说明】一种循环氨水余热利用系统
【技术领域】
[0001]本实用新型提供了一种可广泛应用于焦化行业循环氨水余热利用系统，属于余热利用领域，通过对现有炼焦系统的改进，通过引进热泵机组，对其中蕴含的能量进行回收与利用，具体的说是一种循环氨水余热利用系统。
【背景技术】
[0002]炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的荒煤气温度为650?750°C，需要在桥管和集气管内用表压为147?196KPa的循环氨水喷洒，当细雾状的氨水与煤气充分接触时，氨水吸收荒煤气显热部分蒸发进入煤气中，煤气温度急剧降至80?85°C，进入初冷器冷却至21°C。蒸发的循环氨水与煤气在初冷器冷却过程中与煤气中的水蒸汽、氨、焦油、萘等被冷凝冷却下来，形成冷凝液。冷凝液在焦油氨水分离器或机械化澄清槽中静止分离，得到氨水，温度一般为75?78°C，对于其中的75?78°C氨水，部分用于循环喷洒冷却焦炉煤气，循环量约为6m3/1干煤,大部分很难处理。一般循环氨水温度应高于集气管煤气露点5?10°C，当装入煤水分在8%?11%时，相应的煤气露点温度为65?70°C，即循环氨水温度在70?75°C也可满足喷洒冷却煤气要求，故75?78°C的循环氨水可利用3?7°C温差后再用于循环冷却煤气。对于120万吨的焦化厂，循环氨水量一般在1000?1200m3/h，利用5°C温差，可获得550万kcal/h的热量。同时，焦化作为化工生产企业，在生产过程中，各种介质需要频繁升降温，需要以蒸汽、煤气为热源，需要中温水和冷冻水为换热介质，整个工艺过程需要消耗大量的能源，如干熄焦或烟道气余热利用的除氧水生产工序需要消耗蒸汽，制冷机需要消耗煤气或蒸汽。一方面，大量的余热未被利用，一方面又需要消耗大量的能源介质，不符合焦化行业节能减排、低碳绿色的发展方向。因此，如何将对于其中的75?78°C氨水能量进行回收利用，应用于其他工艺中，形成能量的内循环利用模式，是本专利申请的一个研究方向。
[0003]目前，在焦化行业开发了循环氨水余热制冷技术，但是仅用于夏季；另外，在北方还将循环氨水余热与采暖水换热后用于取暖，仅限于冬季，不能实现全年循环氨水余热的综合利用，也就是说缺少一套在夏季和冬季都可使用的技术。
[0004]基于上述论述，本实用新型研究的是一种循环氨水余热综合利用系统，在夏季可回收初冷器余热用于制取冷冻水，在非制冷季节，用热泵回收循环氨水余热加热纯水为除氧水105°C，通常采用加热的方式对纯水进行加热以获得可以用于干熄焦或烟道气余热锅炉用水，降低制冷机或除氧器的能量输入，减少了高品质的蒸汽或燃气消耗，从而降低工序能耗。
实用新型内容
[0005]针对上述情况，本实用新型旨在提供一种循环氨水余热利用系统，是通过水汽两用、冷热两用的双效热泵机组回收利用循环氨水余热，并设计合理的管道布局，产生如下效果:即在夏季，利用循环氨水余热通过热泵机组生产低温水，作为焦化化产系统冷媒水；在冬季，使用该热泵机组回收循环氨水余热加热锅炉除盐水，提高除盐水进除氧气温度，从而降低除氧器蒸汽消耗。
[0006]为实现上述目的，本实用新型所述方法由以下技术方案解决:
[0007]—种循环氨水余热回收利用系统，包括炼焦炉、循环氨水泵、热交换器、软水泵、双效热泵机组、纯水泵、纯水槽、除氧器、凉水架、冷却水泵及管道和若干阀门，所述炼焦炉、循环氨水槽和循环氨水泵之间通过管道及控制阀门构成氨水循环使用的通道，所述双效热泵机组中具有第一高温热交换装置和第二低温热交换装置，其特征在于，
[0008]在循环氨水泵和炼焦炉之间的管道上引出一与所述热交换器的壳程换热通道连接的支管回路，所述炼焦炉、循环氨水槽、循环氨水泵和热交换器之间构成循环氨水的循环回路；
[0009]所述热交换器的管程换热通道外接一循环软水泵，且
[0010]当需要制冷时，
[0011]所述循环软水泵的出口通过管道及阀门接入第一高温热交换装置的低温端(冷凝器端)并在热交换器和第一高温热交换装置之间形成软水循环回路；在第二低温热交换装置的低温端(蒸发器端)连接冷水用户端，并通过低温水泵及管道形成冷水循环回路；第一高温热交换装置和第二低温热交换装置的管路相贯通并通过外置的凉水架和冷却水泵构成冷却水循环回路；
[0012]当需要制热时，
[0013]所述循环软水泵的出口通过管道及阀门接入第二低温热交换装置的低温端(蒸发器端)并在热交换器和第二低温热交换装置之间形成软水循环回路；第一高温热交换装置中的低温端(冷凝器端)接入蒸汽管道并由蒸汽提供辅助热能；第一高温热交换装置和第二低温热交换装置的管路相贯通并连接外置的用于补充纯水的纯水泵和用于对加热后的纯水进行辅助除氧的除氧器，所述除氧器与除氧水用水设备连接；
[0014]且制冷和制热之间仅能够择一进行工作且是通过阀门进行切换控制的。
[0015]所述的除氧水用水设备为锅炉。
[0016]所述的冷水用户端为焦化化产工序中需要冷媒水的设备。
[0017]所述双效热泵机组为第一类吸收式热泵机组。
[0018]上述的各个组件之间，最初循环氨水从循环氨水泵出口引出至热交换器，其中，通过壳程与管程之间的热交换作用，循环软水吸收循环氨水中的热量，用热后的循环氨水温度根据情况降低3?7°C，再返回原循环氨水管道进行循环利用。循环氨水流向通过一组阀门控制，可根据机组运行实现调整或切换。同时，循环软水温度升高至70°C上下，经循环软水泵加压，进入热泵机组，且分别同时连接双效热泵机组的发生器和蒸发器，根据需要通过阀门切换可控制循环软水走向，且同时只能够向一个管道中进行供应软水，实现两种情况:一种是夏季加热后的循环热水进入双效热泵机组中的发生器，用热循环软水驱动双效热泵机组制取16?18°C冷冻水，用于焦化化产工序的冷媒水；一种是在非制冷季，将加热后的循环热水接入双效热泵机组的蒸发器，用热循环软水驱动机组加热纯水，并辅以蒸汽为热源，制取除氧水，用于焦化干熄焦或焦炉烟道气余热回收锅炉用水。经机组后的循环软水温度降低，返回热交换器，与循环氨水换热后，经循环软水泵加压后循环使用。
[0019]所述双效热泵机组为第一类吸收式热泵机组，包括蒸发器、吸收器、冷凝器、发生器、喷洒泵、溶液泵和溶液热交换器，为现有技术装备。在用作制冷功能时，吸收器和冷凝器连接有冷却水系统，蒸发器与低温水系统相连，热循环软水作为驱动能源进入发生器。在用作制热功能时，高温热循环热水与机组蒸发器相连，吸收器与冷凝器与锅炉纯水系统相连，发生器接入蒸汽作为补充热源。机组在实现制冷与制热功能转换时，机组可通过并联的阀门组转换介质。
[0020]本实用新型的有益效果是:
[0021]( I )以循环软水为载体，回收循环氨水余热，用于驱动热泵机组，既可以制取16?18°C冷冻水，减少蒸汽或煤气消耗，也可以加热纯水至105°C，生产除氧水，用于干熄焦或烟气余热锅炉供水，降低原除氧器蒸汽消耗，实现了循环氨水余热的回收利用。
[0022]( II )用本系统加热纯水制取除氧水，焦化干熄焦工序除氧器作为备用，提高了干媳焦的生广保障能力；
[0023](III )该余热利用方法灵活多变，既可既制冷又制热，也可根据需要单独采用制冷或制热功能，且转换只需要控制阀门的启闭即可实现切换，可控性好且简单；
[0024]( IV )通过余热利用，煤气在集气管建立新温度平衡，在一定程序上降低了初冷器生产负荷；
[0025]( V )本技术只需在循环氨水管道连接换热器，并进行相关的管道改造即可，不影响焦炉循环氨水喷洒系统结构，可以方便的进行实施。
[0026](VI)本技术用于余热锅炉供水，只需将纯水引至机组，加热后返回到原除氧器，不影响余热锅炉供水系统，且除氧器可作为备用，提高了干熄焦生产保障。
[0027](W)该技术适用于所有焦化企业，推广应用前景广阔。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1为循环氣水余热利用系统的连接关系不意图；
[0029]图2为循环氨水余热制冷管道的开启示意图；
[0030]图3为循环氨水余热制热管道的开启示意图；
[0031]图4为循环氨水余热制冷示意图；
[0032]图5为循环氨水余热制热示意图；
【具体实施方式】
[0033]一种循环氨水余热利用系统，包括循环氨水泵、热交换器、软水泵、双效热泵机组、纯水泵、纯水槽、给水泵、除氧器、余热锅炉、凉水架、冷却水泵及管道和若干阀门，连接关系如图1所示。
[0034]75?78°C的循环氨水由循环氨水泵从循环氨水槽抽出，从泵出口阀门前开口将循环氨水引出至循环氨水-循环软水热交换器，将热量传递给循环软水后，温度降低至70?73°C从泵出口阀后返回原循环氨水管路，送往炼焦炉上升管进行喷洒冷却煤气使用。循环软水吸收循环氨水热量后温度升高至70°C左右，经循环软水泵加压送往热泵机组。
[0035]热泵机组为现有技术，热泵具有发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器、喷淋泵、溶液泵、真空泵、溶液热交换器等构成一个封闭的系统，其中:
[0036]发生器的供热端分别连接高温循环软水和蒸汽，并通过一组阀门实现热源的切换，且发生器气相通过管道连接至冷凝器，溶液通过管道经溶液热交换器连接至吸收器。
[0037]吸收器和冷凝器的放热端分别连接冷却水和纯水，并通过一组阀门实现冷却介质的切换。
[0038]冷凝器通过管道与发生器的气相相连，冷凝液通过管道连接至蒸发器。
[0039]蒸发器的放热端分别与低温水、高温循环软水相连，并通过一组阀门实现两种介质的切换；气相通过管道连通至吸收器，液相通过喷淋泵实现冷剂的自循环喷洒。
[0040]吸收器的稀溶液由溶液泵送出，经溶液热交换器后，与发生器通过管道相连；与并发生器的浓溶液通过管道连通。
[0041]真空泵通过管路分别与蒸发器和发生器相连，在确保在工作时两室在真空状态下工作。
[0042]该系统的工作过程是这样的:
[0043]如图2和图4所示，制冷:将与循环氨水换热后的高温循环软水直接引入机组的发生器，驱动机组生产冷冻水，用于焦化化产系统冷却用水。主要工艺流程为:将循环氨水从循环氨水泵出口引至热交换器，与循环软水换热，放热后的循环氨水温度降低，返回原循环氨水管道，送至炼焦炉喷洒冷却荒煤气使用；吸热后的循环软水温度升高，引至热泵机组，驱动机组制出16°C的低温水，低温水被送至化产系统冷却介质后，温度升高，经低温水泵加压返回机组循环使用。循环软水出机组后温度降低，返回热交换器循环加热后，再经循环软水加压后循环使用。为实现能量平衡，在机组的吸收器端连接有来自冷却水泵的循环冷却水，循环冷却水由吸收器进入机组冷凝器后，温度升高，返回凉水架，循环冷却后再经冷却水泵加压后循环使用。能量转移过程为:循环氨水通过热交换器将热量传递给循环软水，高温循环软水通过双效热泵机组将能量转移至低温水，低温水用于焦化化产系统冷媒介质将热量散失于系统，实现了余热的回收利用。
[0044]如图3和图5所示，制热:将与循环氨水换热后的高温循环软水直接引入机组的蒸发器，驱动机组加热纯水，再辅以蒸汽为热源将纯水加热至105°C成为除氧水送入除氧器，再用给水泵将除氧水加压，送至锅炉产生蒸汽使用。主要工艺流程为:将循环氨水从循环氨水泵出口引至热交换器，与循环软水换热，放热后的循环氨水温度降低，返回原循环氨水管道，送至炼焦炉喷洒冷却荒煤气使用；吸热后的循环软水温度升高，引至热泵机组，在机组发生器引入蒸汽热源，共同驱动机组加热由纯水泵送来的纯水至105°C，成为除氧水后进入除氧器，得到除氧水，再由给水泵送至锅炉，用于产生蒸汽。循环软水出机组后温度降低，返回热交换器循环加热后，再经循环软水加压后循环使用。能量转移过程为:循环氨水通过热交换器将热量传递给循环软水，高温循环软水和蒸汽通过机组将能量转移至除氧水，实现了余热的回收利用。
[0045]双效热泵机组的制冷原理:
[0046]在发生器，稀溶液中的冷剂水吸收循环软水的热量汽化进入冷凝器，稀溶液中水分蒸发后成为浓溶液，经热交换器与来自吸收器的稀溶液换热后进入吸收器；在冷凝器，来自发生器的冷剂蒸汽被换热管内流动的冷却水冷凝冷却，成为冷剂水后进入蒸发器；在蒸发器，在真空状态下，冷剂水在低温状态下吸收换热管中流动的冷冻水的热量汽化，进入吸收器，换热管中的冷冻水放热后温度降低，制得了 16°C冷冻水，用作系统冷却介质；在吸收器，来自蒸发器的冷剂蒸汽被来自发生器的浓溶液吸收，由气相变液相，溶液由浓溶液成为稀溶液，经溶液泵抽出后再经热交换器与来自发生器的浓溶液热交换后进入发生器，蒸汽冷凝过程中放出的热量由循环冷却水带走。
[0047]双效热泵机组的制热原理:
[0048]在蒸发器，来自冷凝器冷剂水吸收高温循环软水热量而蒸发形成冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入吸收器，循环软水放热后温度降低出机组循环使用；在吸收器，来自蒸发器冷剂蒸汽被来自发生器的浓溶液吸收，蒸汽由气相变液相，放出的热量被换热管内流动的纯水吸收，纯水温度升高进入冷凝器，浓溶液吸收冷剂蒸汽后成为稀溶液，经溶液泵抽出再经热交换器与来自发生器的浓溶液接交换后，进入发生器；在发生器，来自吸收器的稀溶液中的冷剂水吸收蒸汽的热量而汽化为冷剂蒸汽，冷剂蒸汽进入冷凝器，冷剂蒸发后，溶液由稀变浓，浓溶液经热交换器与来自吸收器的稀溶液热交换后进入吸收器；在冷凝器，来自发生器的冷剂蒸汽冷凝，释放出大量的热，被换热管内流动的来自吸收器的纯水吸收，纯水温度进一步升高至105°C而出机组，蒸汽冷凝成为冷剂水，进入蒸发器，完成一个循环。
[0049]本实用新型提供是一种通过一类热泵机组制取冷冻水或除氧水而回收利用循环氨水余热的技术，是以循环软水为载体，回收循环氨水余热，再以加热后的高温循环软水驱动机组，生产冷冻水或除氧水，从而实现循环氨水余热的利用。在夏季，用与循环氨水换热后的高温软水驱动机组制取16°C低温水，用于焦化化产系统的冷媒水；在非制冷季，用与循环氨水换热后的高温软水驱动机组加热纯水，并辅以蒸汽为热源，将纯水加热至105°C，制取除氧水，用作锅炉给水。本技术实现了循环氨水余热的回收利用，在夏季，降低了制冷机的能量输入，在非制冷季，降低了除氧器蒸汽消耗，实现了焦化行业能量的梯级循环利用，降低了焦化工序能量输入，是节能减排技术，具有较高的经济效益和社会效益，推广应用前景广阔。
[0050]除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。
【权利要求】
1.一种循环氨水余热利用系统，包括炼焦炉、循环氨水泵、热交换器、软水泵、双效热泵机组、纯水泵、纯水槽、除氧器、凉水架、冷却水泵及管道和若干阀门，所述炼焦炉、循环氨水槽和循环氨水泵之间通过管道及控制阀门构成氨水循环使用的通道，所述双效热泵机组中具有第一高温热交换装置和第二低温热交换装置，其特征在于， 在循环氨水泵和炼焦炉之间的管道上引出一与所述热交换器的壳程换热通道连接的支管回路，所述炼焦炉、循环氨水槽、循环氨水泵和热交换器之间构成循环氨水的循环回路； 所述热交换器的管程换热通道外接一循环软水泵，且 当需要制冷时， 所述循环软水泵的出口通过管道及阀门接入第一高温热交换装置的低温端并在热交换器和第一高温热交换装置之间形成软水循环回路；在第二低温热交换装置的低温端连接冷水用户端，并通过低温水泵及管道形成冷水循环回路；第一高温热交换装置和第二低温热交换装置的管路相贯通并通过外置的凉水架和冷却水泵构成冷却水循环回路； 当需要制热时， 所述循环软水泵的出口通过管道及阀门接入第二低温热交换装置的低温端并在热交换器和第二低温热交换装置之间形成软水循环回路；第一高温热交换装置中的低温端接入蒸汽管道并由蒸汽提供辅助热能；第一高温热交换装置和第二低温热交换装置的管路相贯通并连接外置的用于补充纯水的纯水泵和用于对加热后的纯水进行辅助除氧的除氧器，所述除氧器与除氧水用水设备连接； 且制冷和制热之间仅能够择一进行工作且是通过阀门进行切换控制的。
2.根据权利要求1所述的一种循环氨水余热利用系统，其特征在于，所述的除氧水用水设备为锅炉。
3.根据权利要求1所述的一种循环氨水余热利用系统，其特征在于，所述的冷水用户端为焦化化产工序中需要冷媒水的设备。
4.根据权利要求1所述的一种循环氨水余热利用系统，其特征在于，所述双效热泵机组为第一类吸收式热泵机组。
【文档编号】C10B57/00GK203949412SQ201420342775
【公开日】2014年11月19日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】祝仰勇, 甄玉科, 王健, 宁述芹, 王华明, 张顺贤, 李瑞萍, 范华磊 申请人:济钢集团有限公司, 烟台荏原空调设备有限公司