专利名称：二氧化碳冷量回收系统及方法
二氧化碳冷量回收系统及方法本发明涉及节能环保及其自动化控制技术领域，具体的说是一种二氧化碳冷量回收系统及方法。蒸汽与液态二氧化碳通过热交换技术使二氧化碳达到生产需要的温度。热能从热流体间接(例如经过间壁)或直接传向冷流体的过程叫做热交换。锅炉产生的蒸汽与液态二氧化碳在热交换器中进行热交换，使液态二氧化碳变为气态二氧化碳并送往生产车间， 蒸汽变为汽水混合物返回锅炉重复利用。本发明的目的在于通过热交换，对二氧化碳冷量进行回收，不仅使液态二氧化碳吸收热量变为气态，而且使常温介质(水)通过热交换冷却后用于其它设备。从而改进以往通过蒸气对液态二氧化碳加热，使其达到所需温度的生产过程，既节约了蒸气加热所需的能量，又合理地对液态二氧化碳气化所释放的冷量进行回收利用。为实现上述目的，设计一种二氧化碳冷量回收系统，包括二氧化碳储罐、盘管交换器、蒸汽加热器，水泵、板式交换器，其特征在于若干个二氧化碳储罐下部设有二氧化碳输送管道，二氧化碳输送管道通过一个阀门连接1#盘管交换器左上孔输入端，1#盘管交换器右上孔输出端连接2#盘管交换器的左上孔输入端，姊盘管交换器的左下孔输出端连接板式交换器左上孔输入端，板式交换器左下孔输出端通过管道与阀门及三通分别连接二氧化碳储罐的输送管道及蒸汽加热器右下孔输入端，蒸汽加热器的左上孔输出端连接净化装置并将气态二氧化碳送往生产车间；常温水箱水通过冰冻水泵进入板式交换器1输入端，板式交换器2输出端连接2#盘管交换器的3输入端，2#盘管交换器的4输出端连接1#盘管交换器的5输入端，1#盘管交换器的6输出端经过阀门流向水箱；1#循环水泵通过管道连接1#盘管交换器的7和8端口形成内部水循环；1#盘管交换器9输出端通过2#循环水泵进入2#盘管交换器10输入端形成外循环，从而构成常温水热交换，并将常温水通过热交换冷却，并送往车间，同时液态二氧化碳通过热交换变为气态。所述的蒸汽加热器为备用装置，系统正常工作时，设备不工作，只有电气自动控制系统发生故障或检修时才使用。控制目标参数低温冷冻水箱水温6. 1°C，常温水箱水温14. 7 V，冷冻水降温至 8. 1°C，二氧化碳升温至30. 6 °C，回收制冷量80. Okw/h，TEl温度21. 4°C，TE2温度21. 3°C， TE3 温度-17. 20C，TE4 温度 6. 6°C，TE5 温度-4. 6°C，TE6 温度 13. 4°C，TE7 温度 13. 3 V，TE8 温度 6. I0C, TE9 温度 14. 7。C, TElO 温度-16. 5°C, TEll 温度 9. 2°C。液态二氧化碳从储罐内流出首先经过1#盘管交换器、姊盘管交换器、板式交换器，再流经蒸汽加热器进入生产车间，常温水从常温水箱出来，流经变频控制的冰冻水泵， 通过板式交换器进入2#盘管交换器、1#盘管交换器，流向水箱。通过对水温的判断，来确定流向哪个水箱(水的温度较低时流向低温冷冻水箱；温度较高时流向常温水箱)，冷冻水箱的冷却水通往生产设备，供设备冷却后变成常温水返回常温水箱，以循环利用。从二氧化碳储罐出来的液态二氧化碳和常温水通过与1#盘管交换器进行一次热交换，再与姊盘管交换器进行二次热交换，与板式交换器中流动的水进行热交换(三次热交换)，变成气态，送至生产车间，常温水箱的水通过热交换，并通过冷冻水泵调节水的流量，使水温降到6 7V，低温冷冻水箱的水送至生产车间。本系统通过全自动控制方式，将生产所需信号采集进入PLC，并编程实现生产自动化冷冻水泵为变频电机，PLC采集的温度信号作为PID调节的反馈值，与设定值通过PID计算，输出4 20MA模拟量信号，控制冷冻水泵频率，调节水量大小；循环水泵加速盘管交换器的水的流动，均衡水温。本发明与现有技术相比达到了节能环保的目的第一，本发明不需要通过蒸汽换热，节约了生产蒸汽所需能源并减少了环境污染。第二，现有技术通过冷冻机生产冷却水， 而本发明通过常温水和二氧化碳热交换生产冷冻水，节约了电能，而且冷却效果更佳；控制方面，则是通过全自动控制方式，将生产信号采集进入PLC，并编程实现生产自动化。本发明既节约了电能又节约了蒸汽，焦耳与千瓦时的换算公式如下=IkWh == 3600000J则每小时节省电能为25. 9Kff/H*3600000 = 93240000J (25. 9KW为冷冻机功率)， 热能计算公式为Q = G*C*(tg-th) = 1200*0. 83^(8+24) == 31872J，二氧化碳比热 C = 0. 83焦耳/千克；二氧化碳每小时流量G = 1200千克/小时；二氧化碳加热目标温度tg = 8°C;二氧化碳初始温度th =因为原来需要蒸汽加热，则每小时节省了蒸汽31872J。
图1为本发明的结构示意图；图2为本发明的PID控制原理图；图3为本发明的2#泵控制流程图；图4为本发明的3#泵控制控制流程图；图5为本发明的三通水阀控制流程图；指定图1为摘要附中11为二氧化碳储罐，12为流量计，13为低温冷冻水箱，14为常温水箱，15为循环水泵( 泵)，16为2#盘管交换器，17为1#盘管交换器，18为循环水泵(1#泵)，19 为板式交换器，20为冷冻水泵(3#泵)，21为蒸汽管加热器，22为蒸汽，23为流量计，24为
去净化装置。下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，这种制造技术对本领域的技术人员来说是非常清楚的。参见图1本系统正常的工作流程若干个二氧化碳储罐下部设有二氧化碳输送管道，二氧化碳输送管道通过一个阀门连接1#盘管交换器左上孔输入端，1#盘管交换器右上孔输出端连接2#盘管交换器的左上孔输入端，姊盘管交换器的左下孔输出端连接板式交换器左上孔输入端，板式交换器左下孔输出端通过管道与阀门及三通分别连接二氧化碳储罐的出气管道及蒸汽加热器右下孔输入端，蒸汽加热器的左上孔输出端连接净化装置并将气态二氧化碳送往生产车间；常温水箱水通过冰冻水泵进入板式交换器1输入端，板式交换器2输出端连接2#盘管交换器的3输入端，2#盘管交换器的4输出端连接1#盘管交换器的5输入端，1#盘管交换器的6输出端经过阀门流向水箱；1#循环水泵通过管道连接1# 盘管交换器的7和8端口形成内部水循环；1#盘管交换器9输出端通过2#循环水泵进入 2#盘管交换器10输入端形成外循环。从而构成常温水热交换，并将常温水通过热交换冷却，并送往车间，同时液态二氧化碳通过热交换变为气态。从二氧化碳储罐出来的液态二氧化碳和常温水通过与1#盘管交换器进行一次热交换，再与姊盘管交换器进行二次热交换，与板式交换器中流动的水进行热交换(三次交换)，变成气态，送至生产车间，常温水箱的水通过热交换，并通过冷冻水泵调节水的流量， 使水温降到6 7°C，低温冷冻水箱的水送至生产车间。首先，冷冻水泵为变频电机，PLC采集的温度信号作为PID调节的反馈值，与设定值(人工设定)，通过PID计算，输出模拟量信号4 20MA，控制冷冻水泵频率，调节水量大小，参见图2。姊泵控制当进板式交换器的C02温度TE5≤-10°C时，姊泵50拟全速运行；当进板式交换器的C02温度TE5≥-10°C时，姊泵延时1分钟，姊泵频率通过PID调节到15HZ 运行；进板式交换器的C02温度TE5 ≤ -10°C时，此时维持当前频率运行2#泵。当进板式交换器的C02温度TE5≥-10°C，且水温TE4 > 6. 1°C时，邶泵运行频率小于IOHZ时，通过 PID调节，将频率调整到15HZ运行；当进板式交换器的C02温度TE5≤0°C时，延时1分钟后停止姊泵；当进板式交换器的C02温度TE5 ( 0°C时，维持当前频率运行；当进板式交换器的C02温度TE5 ≤ -2 °C时，姊泵将直接以固定频率15HZ运行。参见图33#泵控制3#泵运行，C02流量> 2. 2m3/h时，3#泵以50HZ全速运行，当C02流量 < 2. 2m3/h,延时1分钟，将3#泵通过PID调节将频率降到IOHZ运行；当3#泵运行，C02流量< 2. 2m3/h,且水温TE4 > 6. 1°C时，3#泵将通过PID调节频率运行到IOHZ运行，条件满足，维持当前运行频率运行；当3#泵运行，C02流量< 2. 2m3/h,且水温TE4 < 5. 9°C，且进板式交换器的C02温度TE5 < -15°C时，3#泵将直接以50HZ全速运行，直到TE5 > -15°C时， 延时1分钟后通过PID将3#泵频率调整到IOHZ运行；当3#泵运行，C02流量< 2. 2m3/h， 且水温TE4 < 5. 9°C，且进板式交换器的C02温度TE5 > -15°C时3#泵将通过PID调整到 50HZ全速运行，直到TE5 > -15°C时，延时1分钟后通过PID将3#泵频率调整到IOHZ运行。 参见图4。三通水阀控制当水温TE4≥8°C时，三通水阀将水转向常温水箱；当冷冻水温度 TE4 < 8 °C时，三通水阀将水转向低温水箱。参见图5。系统正常运行时，当进板式交换器的C02温度TE5 < _20°C时、C02流量> 2. 2m3/ h时系统向车间发出报警信号。设定值TE4 上限温度=6. 1下限温度=5. 9TE5 上限温度 1 = 0. 0上限温度2 = -2
下限温度2 = -10下限温度1 = -15报警温度=-20C02 报警流量=2. 6上限流量=2. 21#循环泵手动(50HZ)邶循环泵自动比例二 0.0003积分二 60S下限频率=15HZ3#主泵自动比例二 0.001积分二30S下限频率=IOHZ三通阀控制自动TE4 > 8 转向常温水箱TE5 < 7. 5 转向低温冷冻水箱。
权利要求
1.一种二氧化碳冷量回收系统，包括二氧化碳储罐、盘管交换器、蒸汽加热器、水泵、板式交换器，其特征在于若干个二氧化碳储罐下部设有二氧化碳输送管道，二氧化碳输送管道通过一个阀门连接1#盘管交换器左上孔输入端，1#盘管交换器右上孔输出端连接2#盘管交换器的左上孔输入端，姊盘管交换器的左下孔输出端连接板式交换器左上孔输入端， 板式交换器左下孔输出端通过管道与阀门及三通分别连接二氧化碳储罐的出气管道及蒸汽加热器右下孔输入端，蒸汽加热器的左上孔输出端连接净化装置并将气态二氧化碳送往生产车间；常温水箱水通过冰冻水泵进入板式交换器1输入端，板式交换器2输出端连接 2#盘管交换器的3输入端，2#盘管交换器的4输出端连接1#盘管交换器的5输入端，1#盘管交换器的6输出端经过阀门流向水箱；1#循环水泵通过管道连接1#盘管交换器的7和8 端口形成内部水循环；1#盘管交换器9输出端通过2#循环水泵进入2#盘管交换器10输入端形成外循环，从而构成常温水热交换，并将常温水通过热交换冷却，并送往车间，同时液态二氧化碳通过热交换变为气态。
2.如权利要求1所述的一种二氧化碳冷量回收系统，其特征在于低温冷冻水箱水温 6. I0C,常温水箱水温14. 70C，冷冻水降温至8. TC，二氧化碳升温至30. 6°C，回收制冷量 80. Okw/h, TEl 温度 21. 4 °C, TE2 温度 21. 3 °C, TE3 温度-17. 2 °C, TE4 温度 6. 6 °C, TE5 温度-4. 60C，TE6 温度 13. 40C，TE7 温度 13. 3°C，TE8 温度 6. 1°C，TE9 温度 14. 7 V，TElO 温度-16. 5°C，TE11 温度 9. 2°C。
3.—种二氧化碳冷量回收系统的方法，其特征在于a、液态二氧化碳从储罐内流出首先经过1#盘管交换器、姊盘管交换器、板式交换器， 再流经蒸汽加热器进入生产车间，常温水从常温水箱出来，流经变频控制的冰冻水泵，通过板式交换器进入2#盘管交换器、1#盘管交换器，流向水箱，水的温度较低时流向低温冷冻水箱，温度较高时流向常温水箱，冷冻水箱的冷却水通往生产设备，供设备冷却后变成常温水返回常温水箱，以循环利用。b、从二氧化碳储罐出来的液态二氧化碳和常温水通过与1#盘管交换器进行一次热交换，再与姊盘管交换器进行二次热交换，与板式交换器中流动的水进行热交换，三次热交换，变成气态，送至生产车间，常温水箱的水通过热交换，并通过冷冻水泵调节水的流量，使水温降到6 7°C，低温冷冻水箱的水送至生产车间。本系统通过全自动控制方式，将生产所需信号采集进入PLC，并编程实现生产自动化冷冻水泵为变频电机，PLC采集的温度信号作为PID调节的反馈值，与设定值通过PID计算，输出4 20MA模拟量信号，控制冷冻水泵频率，调节水量大小；循环水泵加速盘管交换器的水的流动，均衡水温。
全文摘要
本发明涉及节能环保及其自动化控制技术领域，具体的说是一种二氧化碳冷量回收系统及方法，其特征在于二氧化碳输送管道通过一个阀门连接1号盘管交换器左上孔输入端，1号盘管交换器右上孔输出端连接2号盘管交换器的左上孔输入端，2号盘管交换器的左下孔输出端连接板式交换器左上孔输入端，板式交换器左下孔输出端通过管道与阀门及三通分别连接二氧化碳储罐的出气管道及蒸汽加热器右下孔输入端，蒸汽加热器的左上孔输出端连接净化装置并将气态二氧化碳送往生产车间；本发明与现有技术相比不需要通过蒸汽换热，节约了生产蒸汽所需能源并减少了环境污染，通过常温水和二氧化碳热交换生产冷冻水，节约了电能，而且冷却效果更佳。
文档编号F25D3/10GK102155613SQ201010604499
公开日2011年8月17日 申请日期2010年12月23日 优先权日2010年12月23日
发明者丁运芳, 冯旭, 张慎, 雷正军 申请人:上海浦马机电工程技术有限公司, 上海浦马电气自动化有限公司