一种带储热功能的热泵蒸汽供应系统的制作方法

1.本发明涉及工业用热技术领域，具体为一种带储热功能的热泵蒸汽供应系统。


背景技术：

2.工业蒸汽是我国重要的二次能源，其具有加热、蒸发、干燥、消毒等功能，因而被广泛应用于各种行业中。而现阶段的工业蒸汽主要由化石能源通过锅炉制备。这种制备方式虽然制备成本低，但生产过程中会产生各种污染且温室效应严重。因此，这种制备方式将逐步被市场淘汰。
3.出于产业升级和节能环保的目的，一种低碳节能型的工业蒸汽制备方式被逐步开发并被市场接受。即，利用可再生能源产生的电力，驱动冷媒热泵从环境或余热中取热，产生热水闪蒸出低压蒸汽后，再利用蒸汽压缩机增压后供给终端客户使用。此类制备系统通常被称为热泵蒸汽供应系统。由于蒸汽压缩机直接采用水为工质，采用单级或多级压缩可以制备中高压蒸汽，该系统适应范围更广阔的工业应用，同时也对环境更加友好。
4.热泵蒸汽供应系统面临的一大问题是如何平衡供汽量与峰谷电价的矛盾。具体地说，日间工业用电量处于“峰值”，电价最高的时候，客户用汽量最大，系统需要全负荷运行。而夜间工业用电量处于“谷值”，电价最低的时候，客户用汽量最小，系统反而低负荷运行。
5.热泵蒸汽供应系统面临的另一大问题是如何适应客户的供汽量变化。由于热泵蒸汽供应系统的汽动设备较多，而其核心设备蒸汽压缩机流量调节极为困难，因此，最可靠的运行方式是连续不间断在稳定工况运行。但受工业客户的生产模式影响，热泵蒸汽供应系统的供汽量通常不稳定且在夜间供汽量极小，是热泵蒸汽供应系统长期安全稳定运行的巨大挑战。
6.因此，急需一种新技术来解决上述问题。


技术实现要素：

7.本发明的目的在于提供一种带储热功能的热泵蒸汽供应系统。该带储热功能的热泵蒸汽供应系统利用冷媒热泵生产出低压蒸汽，再通过蒸汽压缩机增压至高压蒸汽供给终端客户使用。该系统在水的闪蒸汽化过程中充分利用了热泵的节能效应，相比较电加热节能效果大幅提升。
8.此外，该带储热功能的热泵蒸汽供应系统中蒸汽压缩机制备的高压蒸汽与储水罐提供的低温热水在雾化室混合后凝结成高温热水进入储热罐，实现流量调节并可以在工业用电“谷值”阶段有效地进行高效储能，达到了一定的“填谷”功能。同时起到了平衡用户蒸汽量波动，稳定系统供汽压力的作用。在工业用电“峰值”阶段，储热罐的高温热水通过在储水罐内闪蒸，闪蒸出的低压蒸汽直接进入蒸汽压缩机，由此降低冷媒热泵的用电负荷。因此，该系统可以大幅减少热泵机组在“峰值”的用电负荷，达到了一定的“削峰”功能，也有效地利用了储热罐在“谷值”阶段的储热。因此，该带储热功能的热泵蒸汽供应系统解决了热泵蒸汽供应系统存在的流量调节困难、谷值电价不能充分利用的问题。
9.另外，该带储热功能的热泵蒸汽供应系统还具有安全可靠、环境友好、应用范围广等优点。
10.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种带储热功能的热泵蒸汽供应系统。
11.带储热功能的热泵蒸汽供应系统包括冷媒热泵、蒸汽压缩机、雾化室、储热罐、储水罐和高温蒸汽供应管道。冷媒热泵与蒸汽压缩机依次通过管道相连通形成高温蒸汽供应通路，蒸汽压缩机的出口端与高温蒸汽供应管道相连通。蒸汽压缩机、雾化室、储热罐、储水罐依次通过管道相连通形成储热通路，蒸汽压缩机的出口端与雾化室相连通，储水罐与蒸汽压缩机的入口相连通。
12.优选地，高温蒸汽供应管道上设置有第一压力传感器，用于连通蒸汽压缩机的出口端与雾化室的管道上设置有第一调节阀，第一调节阀的控制参数包括第一压力传感器的测量值。
13.优选地，第一调节阀的控制参数进一步包括第一压力传感器上限阈值和第一压力传感器下限阈值，第一调节阀被设置为当第一压力传感器的测量值大于第一压力传感器上限阈值时，第一调节阀打开，当第一压力传感器的测量值小于第一压力传感器下限阈值时，第一调节阀关闭。
14.优选地，雾化室内设置有喷嘴，储水罐与喷嘴通过管道相连通，用于连通储水罐与喷嘴的管道上进一步设置有水泵。
15.优选地，储热罐上设置有第二压力传感器，用于连通储水罐与喷嘴的管道上进一步设置有第二调节阀，第二调节阀的控制参数包括第二压力传感器的测量值。
16.优选地，第二调节阀的控制参数进一步包括第二压力传感器上限阈值和第二压力传感器下限阈值，第二调节阀被设置为当第二压力传感器的测量值大于第二压力传感器上限阈值时，第二调节阀打开，当第二压力传感器的测量值小于第二压力传感器下限阈值时，第二调节阀关闭。
17.优选地，储热罐上设置有水位传感器，用于连通储热罐与储水罐的管道上进一步设置有第三调节阀，第三调节阀的控制参数包括水位传感器的测量值。
18.优选地，第三调节阀的控制参数进一步包括水位传感器上限阈值和水位传感器下限阈值，第三调节阀被设置为当水位传感器的测量值大于水位传感器上限阈值时，第三调节阀打开，当水位传感器的测量值小于水位传感器下限阈值时，第三调节阀关闭。
19.优选地，用于连通冷媒热泵与蒸汽压缩机的管道上设置有第三压力传感器，第三调节阀的控制参数包括第三压力传感器的测量值。
20.优选地，第三调节阀的控制参数进一步包括第三压力传感器上限阈值和第三压力传感器下限阈值，第三调节阀被设置为当第三压力传感器的测量值大于第三压力传感器上限阈值时，第三调节阀的开度减小，当第三压力传感器的测量值小于第三压力传感器下限阈值时，第三调节阀的开度增大。
附图说明
21.图1为本发明的实施例中的一种带储热功能的热泵蒸汽供应系统的结构示意图。
22.图中的附图标记及名称如下：
23.10、软化水；20、热源；30、蒸汽出口；100、冷媒热泵；102、蒸汽压缩机；104、雾化室；106、储热罐；108、储水罐；110、高温蒸汽供应管道；112、第一压力传感器；114、第一调节阀；116、喷嘴；118、水泵；120、第二压力传感器；122、第二调节阀；124、水位传感器；126、第三调节阀；128、第三压力传感器。
具体实施方式
24.除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
25.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
26.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
27.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是相连，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.本技术的实施例涉及一种如图1所示的带储热功能的热泵蒸汽供应系统。带储热功能的热泵蒸汽供应系统包括冷媒热泵100、蒸汽压缩机102、雾化室104、储热罐106、储水罐108和高温蒸汽供应管道110。
30.冷媒热泵100与蒸汽压缩机102依次通过管道相连通形成高温蒸汽供应通路，蒸汽压缩机102的出口端与高温蒸汽供应管道110相连通。在一些实施例中，外部环境热能或余热可以作为冷媒热泵100的热源20，外部的软化水10可以作为冷媒热泵100的水源。冷媒热泵100可以用于将外部环境热能或余热作为热源20与外部的软化水10转化为低温蒸汽。蒸汽压缩机102则可以用于将低温蒸汽增压后产生高温蒸汽，并通过高温蒸汽供应管道110输送至终端用户。
31.蒸汽压缩机102、雾化室104、储热罐106、储水罐108依次通过管道相连通形成储热通路，蒸汽压缩机102的出口端与雾化室104相连通，储水罐108与蒸汽压缩机102的入口相连通。在一些实施例中，雾化室104可以用于将来自于蒸汽压缩机102的高温蒸汽与经雾化室104的喷嘴116雾化后的低温热水混合，并完全凝结成高温热水。储热罐106可以用于储存
高温热水。储水罐108可以用于接收来自于储热罐106的高温热水并闪蒸出低温蒸汽与低温热水，并将低温蒸汽输送至蒸汽压缩机102。
32.在一些实施例中，高温蒸汽供应管道110上设置有第一压力传感器112，用于连通蒸汽压缩机102的出口端与雾化室104的管道上设置有第一调节阀114，第一调节阀114的控制参数包括第一压力传感器112的测量值。
33.在一些实施例中，第一调节阀114的控制参数进一步包括第一压力传感器上限阈值和第一压力传感器下限阈值，第一调节阀114被设置为当第一压力传感器112的测量值大于第一压力传感器上限阈值时，第一调节阀114打开，当第一压力传感器112的测量值小于第一压力传感器下限阈值时，第一调节阀114关闭。第一调节阀114可以控制第一压力传感器112的测量值在第一压力传感器上限阈值和第一压力传感器下限阈值之间，起到稳定蒸汽供应压力的作用。
34.在一些实施例中，雾化室104内设置有喷嘴116，储水罐108与喷嘴116通过管道相连通，用于连通储水罐108与喷嘴116的管道上进一步设置有水泵118。在一些实施例中，储水罐108里的低温热水经过管道与水泵118后提压，随后被输送至雾化室104的喷嘴116，并经雾化后进入雾化室104。
35.在一些实施例中，储热罐106上设置有第二压力传感器120，用于连通储水罐108与喷嘴116的管道上进一步设置有第二调节阀122，第二调节阀122的控制参数包括第二压力传感器120的测量值。
36.在一些实施例中，第二调节阀122的控制参数进一步包括第二压力传感器上限阈值和第二压力传感器下限阈值，第二调节阀122被设置为当第二压力传感器120的测量值大于第二压力传感器上限阈值时，第二调节阀122打开，当第二压力传感器120的测量值小于第二压力传感器下限阈值时，第二调节阀122关闭。第二调节阀122可以控制第二压力传感器120的测量值在第二压力传感器上限阈值和第二压力传感器下限阈值之间，起到储热的作用。
37.在一些实施例中，储热罐106上设置有水位传感器124，用于连通储热罐106与储水罐108的管道上进一步设置有第三调节阀126，第三调节阀126的控制参数包括水位传感器124的测量值。
38.在一些实施例中，第三调节阀126的控制参数进一步包括水位传感器上限阈值和水位传感器下限阈值，第三调节阀126被设置为当水位传感器124的测量值大于水位传感器上限阈值时，第三调节阀126打开，当水位传感器124的测量值小于水位传感器下限阈值时，第三调节阀126关闭。在一些实施例中，当第三调节阀126打开时，带储热功能的热泵蒸汽供应系统处于供热模式。而当第三调节阀126关闭时，带储热功能的热泵蒸汽供应系统处于储能模式。
39.在一些实施例中，用于连通冷媒热泵100与蒸汽压缩机102的管道上设置有第三压力传感器128，第三调节阀126的控制参数包括第三压力传感器128的测量值。
40.在一些实施例中，第三调节阀126的控制参数进一步包括第三压力传感器上限阈值和第三压力传感器下限阈值，第三调节阀126被设置为当第三压力传感器128的测量值大于第三压力传感器上限阈值时，第三调节阀126的开度减小，当第三压力传感器128的测量值小于第三压力传感器下限阈值时，第三调节阀126的开度增大。第三压力传感器128与第
三调节阀126关联可以用于控制第三调节阀126的开度，从而可以控制供热的幅度。
41.下面，结合图1，就本技术的实施例涉及的带储热功能的热泵蒸汽供应系统的运行方法进行简要说明。
42.外部环境热能或余热作为热源20与外部的软化水10一同被输送至冷媒热泵100从而产生低温蒸汽。随后，低温蒸汽被输送至蒸汽压缩机102增压后产生高温蒸汽。高温蒸汽通过与蒸汽压缩机102的出口端相连的高温蒸汽供应管道110提供给终端用户。在一种具体实施方式中，高温蒸汽供应管道110具有蒸汽出口30，可通过蒸汽出口30将高温蒸汽供应给终端用户。
43.当处于工业电谷值阶段时、当终端用户的用气量波动或其他原因无法完全消耗产生的高温蒸汽时，可以进行高效储能。具体地说，第一调节阀114打开，富余的高温蒸汽经过管道与第一调节阀114被输送至雾化室104。同时，第二调节阀122打开，低温热水经过管道与水泵118后提压，随后经过第二调节阀122被输送至雾化室104的喷嘴116，并经雾化后进入雾化室104。富余的高温蒸汽与来自储水罐108的经雾化室104的喷嘴116雾化后的低温热水混合，随后完全凝结成高温热水。高温热水随后被输送至储热罐106。此时，第三调节阀126关闭。带储热功能的热泵蒸汽供应系统利用储热罐106储存高温热水，起到了对工业电“填谷”的功能，同时有效地利用了谷值电价进行储热，经济效益显著。
44.当处于工业电峰值阶段时、当终端用户的用气量波动或其他原因需要大量消耗产生的高温蒸汽时，或者当水位传感器124的测量值大于水位传感器上限阈值时，可以进行高效供能。具体地说，第三调节阀126打开，储热罐106内的高温热水经过管道与第三调节阀126被输送至储水罐108，并在储水罐108闪蒸出低温蒸汽与低温热水。低温蒸汽经过管道与蒸汽压缩机102入口连通，实现供热。同时，第三压力传感器128与第三调节阀126关联并用于控制第三调节阀126的开度，从而可以控制供热的幅度。带储热功能的热泵蒸汽供应系统利用储热罐106储存的高温热水经储水罐108产生低温蒸汽，能大大减少冷媒热泵100的用电负荷，起到了对工业电“削峰”的功能。
45.对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。