本发明涉及非蒸汽低温余热回收系统，属于工业生产过程余热回收利用和供热领域。
背景技术：
随着全球能源问题的日益加剧，特别是我国存在大量能源密集型工业生产过程，为有效克服能源问题，再新能源开发利用的同时，需要对现有工艺进行改造，提高我国工业生产的能源利用率。据统计，我国工业生产过程中排放的余热资源大约占到其能源总消耗的17～67％，在不同温度范围的余热资源中，200℃以下的低温余热可占63％，而产生低温余热的诸多工艺过程都伴随这大量的供热需求，而其中主要的热源都为锅炉蒸汽；因而如何有效的回收利用低温余热资源，提高工艺过程的能源利用率一直是近些年关照和研究的热点。
机械蒸汽再压缩是目前公认的一种高效余热回收方式和节能技术，并得到了很好的应用，其主要原理是利用蒸汽压缩机压缩低温蒸汽提高其温度和压力后作为高品位热源使用，实现蒸汽潜热的回收利用。目前这种节能技术的应用还局限于低温蒸汽余热的回收；而低温蒸汽余热只是诸多低温余热资源的一种。非蒸汽低温余热的回收技术主要包括kalina循环、有机工质朗肯循环(orc)以及常规封闭式热泵循环。
kalina循环和有机工质朗肯循环(orc)的余热回收机理都是利用低温余热使系统工质蒸发产生高压蒸汽，然后通过膨胀机回收功或直接发电，其设备投资成本高，能源回收效率较低，至今尚未得到有效的应用推广。虽然常规封闭式热泵循环能通过蒸发器吸热和冷凝器放热来回收和利用低温余热，但其所能提供的最高热源温度或冷凝温度受限于其所使用工质的最高临界温度，通常不高于95℃，并且这些工质还同时需要满足一定的gwp和odp的国际指标要求。因此需要开发一种高效的、能与原用热过程相结合的非蒸汽低温余热回收和利用方法与技术。
目前锅炉蒸汽主要来源于电锅炉或燃煤锅炉，而用机械蒸汽再压缩的方法产生热源蒸汽的方法只是用锅炉产生等量蒸汽能耗的5％～10％，所以若能将机械蒸汽再压缩技术应用于非蒸汽低温余热的回收，会有较好的市场前景。除了锅炉蒸汽替代，如何克服常规封闭式热泵最高热源温度的限制，回收低温余热的同时，实现100℃以下任一供热需求的热回收或高温热泵技术也具有良好的应用前景。对于很多余热产生的工厂，其职工的生活用水(包含烧热水)也无疑伴随着一定的能量消耗和工业成本增加，特别是对于淡水缺乏地区，还需要单独的淡化设备。
综上，如何有效回收非蒸汽低温余热，同时满足锅炉蒸汽替代、高温热源供给、实现海水淡化或污水处理并供应一定温度生活用水，是亟待解决的且具有重要应用和研究意义的技术难题。
技术实现要素：
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种非蒸汽低温余热回收系统，能提供可替代锅炉蒸汽的热源蒸汽，也能满足工艺流程中的相关用热需求，还能供应可直接使用的具有一定温度的热水。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种非蒸汽低温余热回收系统，包括处于真空状态的余热回收蒸发器，余热回收蒸发器内安装有换热管，换热管一端通入余热资源，经过换热后进入第一预热器，在第一预热器换热后排出，第一预热器从补给水箱中进水，在第一预热器中加热后通过管道进入余热回收蒸发器内的喷淋管中，喷淋在换热管上产生蒸汽，蒸汽从余热回收蒸发器顶部的管道排出。
作为优选，所述余热回收蒸发器顶部的管道同时与第一阀门、第二阀门连接，第一阀门与真空泵连接，第二阀门依次与第一蒸汽压缩机、第二蒸汽压缩机连接。
作为优选，所述第一蒸汽压缩机与第二蒸汽压缩机之间安装有第十五阀门，第一蒸汽压缩机与第十五阀门之间通过管道与第二预热器连接，蒸汽在第二预热器放热冷凝后产生的蒸馏水进入到蒸馏水箱。
作为优选，所述余热回收蒸发器产生的蒸汽通过冷凝器冷凝后继续进入第二预热器换热。
作为优选，所述第二预热器换热后产生的蒸馏水同时还可以进入到补给水箱中。
作为优选，所述余热回收蒸发器的底部通过循环泵与喷淋管连接。
作为优选，所述第一预热器中的补给水预热后再经过第二预热器预热后进入到喷淋管中。
有益效果：本发明的非蒸汽低温余热回收系统，将机械蒸汽再压缩技术应用到了非低温蒸汽形式的余热资源回收领域，系统本身也属于一种以水为工质的开启式热泵系统：回收余热资源热量产生低温蒸汽，再由压缩机压缩后经过冷凝器冷凝释放热量或进一步压缩提供可替代锅炉蒸汽的高温、高压蒸汽，与利用kalina和orc循环回收余热发电相比，其系统自身效率较高，与常规封闭式热泵相比，其冷凝器能提供90℃以上的高温热源。此外，系统回收的热量可直接用于或满足工艺流程的原料液预热等用热需求，而不是产生电，在通过耗电设备使用回收的热量，减小了余热回收到利用的过程，能提高能源回收利用率。与此同时，当补给水为海水或污水时，系统同时兼备海水淡化或污水处理的作用，闪蒸得到的蒸汽经压缩机压缩，随后冷凝产生的蒸馏水可直接作为生活用水使用，且其预热补给水后仍具有一定温度，如此，本发明也可应用在比较干旱或缺乏生活用水的地域。综上，所阀门的系统及控制方法具有很好的节能效果和市场应用前景。
附图说明
图1为本发明实施例的系统示意图。
具体实施方式
如图1所述：一种低温非蒸汽低温余热回收系统，包括余热回收蒸发器1、第一蒸汽压缩机2、第二蒸汽压缩机3、冷凝器4、第一预热器6和第二预热器5,所述余热回收蒸发器1的顶部设置有滤网1a，滤网1a下方设置有喷淋管1b，所述喷淋管1b下发设有换热管1c，所述余热回收蒸发器1的蒸汽出口一路经过第一阀门13连接真空泵11，另一路经过第二阀门14与第一蒸汽压缩机2的入口相连，所述第一蒸汽压缩机2出口通过第三阀门15连接冷凝器4的蒸汽入口，所述冷凝器4的冷凝水出口连接第二预热器5的入口，所述第二预热器冷凝水路出口经过第四阀门21与蒸馏水箱8相连，所述蒸馏水箱8顶部设有用于不凝结气放空的第五阀门22，底部出口设有第六阀门23，所述补给水箱7的水路出口与第一预热器6之间设有补给水泵9和第七阀门25，所述第一预热器6的补给水出口经过第八阀18与第二预热器5的补给水入口相连，所述补给水箱补给水入口设有第九阀门24，第二预热器5的补给水出口经过第十阀门17与余热回收蒸发器1的喷淋管1b入口相连。
所述第二预热器5的冷凝水出口与补给水箱7之间设有第十一阀门20。为了适应不同喷淋水量和喷淋水温度控制需求，所述第一预热器6的补给水出口与喷淋管1b入口之间设有旁通的第十二阀门19。
所述余热资源管路与余热回收蒸发器1的换热管1c入口之间设有第十三阀门12，换热管1c出口与第一预热器6的入口相连，余热回收蒸发器1底部出口和喷淋管1b入口之间设有循环水泵10和第十四阀门26。第二蒸汽压缩机3出口与第一蒸汽压缩机2之间设有第十五阀门16，第一蒸汽压缩机3出口与第二预热器5之间设有旁通用的第十六阀门27。
方法实施例
一种低温非蒸汽低温余热回收系统的控制方法，包括如下步骤：
步骤一：关闭余热回收蒸发器1所有出口阀门，打开第一阀门13，开启真空泵11对余热回收蒸发器1抽真空，真空度最低时关闭第一阀门13和真空泵11；
步骤二：打开第十三阀门12，将余热资源通入余热回收蒸发器1的换热管内，从换热管流出的余热资源继续流入第一预热器6预热补给水后排出；与此同时，打开第七阀门25和补给水泵9，以及阀第十阀门17和第八阀门18，补给水箱内的水经过第一预热器6和第二预热器5后通过喷淋管1b喷入真空状态的余热回收蒸发器1内，由于补给水流经第一预热器6时有被余热资源预热，水温能有一定的升高，喷入真空态余热回收蒸发器1时会在压差作用下产生低温闪蒸汽，未闪蒸的水会流经换热管1c，继续吸收余热资源的热量蒸发产生低温蒸汽；
然后打开第二阀门14和第一蒸汽压缩机2，使所述第一蒸汽压缩机1低转速运行，关闭第三阀门15，打开第十六阀门27，使压缩蒸汽直接进入第二预热器5，因为压缩蒸汽温度会比流出换热管1c的余热资源温度高，所以流出第一预热器6的补给水会在第二预热器内吸收压缩蒸汽的热量，进一步被预热；而压缩蒸汽自身冷凝成具有一定温度的蒸馏水通过第十一阀门20流入补给水箱，用来提升补给水箱内补给水的温度，进而可以使喷淋管1b处的喷淋水温度达到一定的值，从而保证一定的第一压缩机2的吸汽温度和压力以及蒸汽流量；
步骤三：当余热回收蒸发器1底部的液位达到一定值时，打开循环水泵10和第十四阀门26，使未蒸发的喷淋水同预热器5出来的补给水一起由喷淋管1b喷入余热回收换热器1内，继续参与系统循环；当系统做海水淡化或污水处理时，为了调节循环水浓度，需要将部分高浓度的循环水排出；
步骤四：随着喷淋水温度升高到一定值，余热回收蒸发器1产生的蒸汽量不断增加，逐渐提高第一蒸汽压缩机2的运行转速，当转速到达一定值时，关闭第十六阀门27，打开第三阀门15，使压缩蒸汽流入冷凝器4，通过冷凝器4将压缩蒸汽冷凝释放的热量作为100℃以下的高温热源使用，可用于工艺流程的不同预热或加热环节；
冷凝成的蒸馏水流入第二预热器5预热喷淋前的补给水，温度降低后可通过第四阀门21流入蒸馏水箱8内，同时打开用于不凝结气放空的第五阀门22，也可以调节第十一阀门20的开度，使部分蒸馏水流入补给水箱7内；
步骤五：当第一压缩机2额定转速运行时，可以调节第十五阀门16的开度，使部分压缩蒸汽进入第二蒸汽压缩机3继续被压缩，升温升压后成为可直接替代锅炉蒸汽的热源蒸汽；
步骤六：当不需要通过冷凝器4提供热源时，可关闭第三阀门15，完全打开第十五阀门16，使第一蒸汽压缩机2的排汽直接进入第二蒸汽压缩机3，继续压缩升温升压后成为可替代锅炉蒸汽的热源蒸汽；
当冷凝器4不工作时，将没有冷凝水流入第二预热器5，为了保证一定的喷淋管1b处的喷淋水温度，使系统稳定运行，可调节第十六阀门27的开度，引出少量第一蒸汽压缩机2出来的压缩蒸汽进入第二预热器5预热补给水。
考虑水的沿程流道阻力和因水喷淋流出导致的水流量及压头降低，所述喷淋管1b的喷淋孔口直径沿水的流程逐渐增大，以保障各个孔口均匀的喷淋水流量。所述循环水泵10泵出的水流量与余热回收换热器1内的液位正相关。
所述压缩蒸汽冷凝产生的蒸馏水，通过第十一阀门20流入补给水箱7的水流量与补给水箱7内水温负相关；补给水箱7的补给水入口的第九阀门24的开度与补给箱内水位负相关，通过一定温度蒸馏水和低温补给水的流入，控制补给水箱内的水位和水温，维持系统温度运行，当工况变化时，还可实现补给水温度的调节作用。
当部分第一蒸汽压缩机2的压缩蒸汽进入第二蒸汽压缩机3时，流入冷凝器4的蒸馏流量降低，需调节第八阀门18和第十阀门17的开度，控制进入第二预热器5的补给水量，使流出第二预热器5的冷凝水/蒸馏水温度稳定在一定的值，进而保障蒸馏水箱8内的水温，蒸馏水箱8内的温水可直接饮用或作为生活用水使用；第十阀门17的设置主要是为了避免循环水泵10出来的水流入第二预热器5。
当系统不通过冷凝器4提供热源而直接提供高压、高温蒸汽运行时，用于引出部分压缩蒸汽预热补给水的第十六阀门27开度调节受喷淋管1b处的喷淋水温度控制，相应的旁通用第十二阀门19的开度调节同时受喷淋水温度和喷淋水量控制。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。