利用余热驱动的螺杆膨胀机制冷系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种利用余热驱动的螺杆膨胀机制冷系统，包括：余热回收子系统、制冷压缩机子系统和制冷循环子系统；所述余热回收子系统包括多个烟气管道、换热器、以及与所有换热器连接的余热回收罐；所述制冷压缩机子系统包括螺杆膨胀机、螺杆压缩机、变速箱和电动机，所述螺杆膨胀机的一端与余热回收罐连接，另一端通过高速离合器与螺杆压缩机连接，所述电动机通过变速箱与螺杆压缩机连接；所述制冷循环子系统包括依次连接的冷凝器、节流阀和蒸发器，所述冷凝器与螺杆压缩机的出口连接，所述蒸发器与螺杆压缩机的进口连接。本实用新型不仅可以减少蒸汽传输过程中的热量损失，而且不消耗或只消耗少量的电能就能使制冷系统运行。
【专利说明】利用余热驱动的螺杆膨胀机制冷系统
【技术领域】
[0001]本实用新型属于冶金行业余热利用【技术领域】，具体涉及一种利用余热驱动的螺杆膨胀机制冷系统。
【背景技术】
[0002]钢铁生产消耗大量的能源，我国钢铁行业的能耗约占全国总能耗的15%，占工业行业能耗的15%?25%，并且我国钢铁工业能源消耗与世界先进水平相比仍有较大差距。目前，钢铁企业的余热资源中，利用余热产生蒸汽的主要技术有干熄焦技术、烧结矿环冷余热发电技术、转炉煤气汽化冷却系统、电炉烟气余热回收技术和加热炉汽化冷却技术等。钢铁企业的蒸汽产量因受用户的制约而呈季节性变化，尤其北方更为明显。在冬季采暖期，对蒸汽的需求明显高于非采暖期。为了解决夏季非采暖期余热蒸汽的利用，应该针对余热蒸汽产销平衡随季节的变化规律，开发夏季的低压蒸汽用户。钢铁企业的办公室、车间等在夏季均有制冷的需求，目前，空调冷热水机组的能源大部分是电能，夏季空调的运行经常造成运行高峰期，导致电力不足。
[0003]目前，蒸汽作为热源用于制冷的主要技术是蒸汽型溴化锂吸收式水冷机组，但是，蒸汽型溴化锂吸收式水冷机制冷温度一般高于5°C ;溴化锂溶液腐蚀性较强，影响制冷机组的使用寿命；系统对真空度要求较高，需要定期抽真空，系统维护较麻烦。而且，钢铁企业中余热资源分布比较分散，蒸汽管线较长，造成余热资源湿度大、输送困难。
实用新型内容
[0004]本实用新型的目的在于提供一种可有效解决上述问题的利用余热驱动的螺杆膨胀机制冷系统，它将余热蒸汽资源就地集中利用，再利用膨胀机动能来驱动制冷压缩机，不仅可以减少蒸汽传输过程中的热量损失，而且不消耗或只消耗少量的电能就能使制冷系统运行，它运行效率高，运行成本低。
[0005]本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是:
[0006]提供一种利用余热驱动的螺杆膨胀机制冷系统，包括:余热回收子系统、制冷压缩机子系统和制冷循环子系统；其中，
[0007]所述余热回收子系统包括多个烟气管道、设置在每个烟气管道上的换热器、以及与所有换热器连接的余热回收罐；
[0008]所述制冷压缩机子系统包括螺杆膨胀机、螺杆压缩机、变速箱和电动机，所述螺杆膨胀机的一端与余热回收罐连接，另一端通过高速离合器与螺杆压缩机连接，所述电动机通过变速箱与螺杆压缩机连接；
[0009]所述制冷循环子系统包括依次连接的冷凝器、节流阀和蒸发器，所述冷凝器与螺杆压缩机的出口连接，所述蒸发器与螺杆压缩机的进口连接。
[0010]按上述技术方案，所述螺杆膨胀机为单螺杆膨胀机，包括一个螺杆转子和两个星轮。
[0011]按上述技术方案，所述螺杆膨胀机为双螺杆膨胀机，包括两个相啮合的螺杆转子。
[0012]按上述技术方案，所述螺杆压缩机为单螺杆压缩机，包括一个螺杆转子和两个星轮。
[0013]按上述技术方案，所述螺杆压缩机为双螺杆压缩机，包括两个相啮合的螺杆转子。
[0014]按上述技术方案，所述制冷循环子系统还包括气液分离器，所述气液分离器的第一气液进口与节流阀连接，出液口与蒸发器的进口连接，第二气液进口与蒸发器的出口连接，出气口与螺杆压缩机连接。
[0015]按上述技术方案，所述螺杆膨胀机制冷系统还包括冷冻水子系统，所述冷冻水子系统包括空调末端和冷冻水泵，所述空调末端与蒸发器连接，所述蒸发器与冷冻水泵连接，所述冷冻水泵与空调末端连接。
[0016]按上述技术方案，所述螺杆膨胀机制冷系统还包括冷却水循环子系统，所述冷却水循环子系统包括冷却塔和冷却水泵，所述冷却塔通过冷却水泵和冷凝器连接。
[0017]本实用新型，具有以下有益效果:本实用新型通过在每个烟气管道上设置换热器将烟气的热能传递给水生成蒸汽，然后将蒸汽集中在余热回收罐中，以将余热蒸汽资源就地集中利用，再利用蒸汽作为热源驱动螺杆膨胀机转动，螺杆膨胀机的旋转机械通过高速离合器直接驱动螺杆压缩机工作，电动机在螺杆压缩机的另外一侧通过变速箱和螺杆压缩机相连，为螺杆压缩机提供驱动动力，制冷剂在螺杆压缩机中绝热压缩，升温升压后的制冷剂进入冷凝器，在冷凝器中等压放热，然后制冷剂进入节流阀中进行节流膨胀，温度和压力降低，降温后的制冷剂进入蒸发器中等压蒸发吸热，完成制冷过程，最后制冷剂回到螺杆压缩机中，完成制冷循环周期过程。本实用新型不仅可以减少蒸汽传输过程中的热量损失，而且不消耗或只消耗少量的电能就能使制冷系统运行，它运行效率高，运行成本低。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，附图中:
[0019]图1是本实用新型实施例的流程示意图。
[0020]其中:1-螺杆膨胀机，2-高速离合器，3-螺杆压缩机，4-变速箱，5-电动机，6_冷凝器，7-节流阀，8-气液分离器，9-蒸发器，10-烟气管道，11-换热器，12-余热回收罐，13-冷却塔，14-冷却水泵，15-空调末端，16-冷冻水泵。
【具体实施方式】
[0021]为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
[0022]在本实用新型的较佳实施例中，如图1所示，一种利用余热驱动的螺杆膨胀机制冷系统，包括:余热回收子系统、制冷压缩机子系统和制冷循环子系统；其中，
[0023]余热回收子系统包括多个烟气管道10、设置在每个烟气管道10上的换热器11、以及与所有换热器11连接的余热回收罐12 ；
[0024]制冷压缩机子系统包括螺杆膨胀机1、螺杆压缩机3、变速箱4和电动机5，螺杆膨胀机I的一端与余热回收罐12连接，另一端通过高速离合器2与螺杆压缩机3连接，电动机5通过变速箱4与螺杆压缩机3连接；
[0025]制冷循环子系统包括依次连接的冷凝器6、节流阀7和蒸发器9，冷凝器6与螺杆压缩机3的出口连接，蒸发器9与螺杆压缩机3的进口连接。
[0026]如图1所示，螺杆膨胀机I和螺杆压缩机3的构造简单，体积小，易损件少，容积率高，可以是单螺杆机，也可以是双螺杆机。若螺杆膨胀机I或螺杆压缩机3为单螺杆机，包括一个螺杆转子和两个星轮，这样受力平衡，故振动小，噪音低，轴承寿命长；若螺杆膨胀机I或螺杆压缩机3为双螺杆机，包括两个相啮合的螺杆转子，这样可以通过滑阀实现无极能量调节。
[0027]如图1所示，制冷循环子系统还包括气液分离器8，气液分离器8的第一气液进口与节流阀7连接，出液口与蒸发器9的进口连接，第二气液进口与蒸发器9的出口连接，出气口与螺杆压缩机3连接，气液分离器8可以保证进入螺杆压缩机3的制冷剂为气相，实现螺杆压缩机的干压缩过程。
[0028]如图1所示，螺杆膨胀机制冷系统还包括冷冻水子系统，冷冻水子系统包括空调末端15和冷冻水泵16，空调末端15与蒸发器9连接，蒸发器9与冷冻水泵16连接，冷冻水泵16与空调末端连接，载体冷冻水在蒸发器中与低温制冷剂换热，水温度降低，再通过冷冻水泵将低温冷冻水输送到各空调末端进行冷却除湿，达到空调制冷效果。
[0029]如图1所示，螺杆膨胀机制冷系统还包括冷却水循环子系统，冷却水循环子系统包括冷却塔13和冷却水泵14，冷却塔13与冷凝器6连接，冷凝器6与冷却水泵14连接，冷却水在冷凝器中吸收热量，温度升高，然后进入冷却塔中降温冷却，达到给本实用新型降温冷却的目的。
[0030]本实用新型的工作过程是:
[0031]1、通过在每个烟气管道上设置换热器将烟气的热能传递给水生成蒸汽，然后将蒸汽集中在余热回收罐中，以将余热蒸汽资源就地集中利用；
[0032]2、利用蒸汽作为热源驱动螺杆膨胀机转动，螺杆膨胀机的旋转机械通过高速离合器直接驱动螺杆压缩机工作，电动机在螺杆压缩机的另外一侧通过变速箱和螺杆压缩机相连，一方面为螺杆压缩机提供驱动动力，另一方面电动机通过变速箱来改变螺杆压缩机的转速，从而改变制冷剂蒸汽的压缩比，正常状态下，蒸汽压力稳定，螺杆膨胀机输出动力平稳，此时螺杆压缩机由螺杆膨胀机和电动机共同驱动，实现制冷剂的压缩过程，当蒸汽压力波动较大时，螺杆膨胀机转速也会随之波动，这时通过变速离合器将螺杆膨胀机和螺杆压缩机脱离，螺杆压缩机完全由电动机来驱动，保证制冷系统的稳定运行；
[0033]3、制冷剂在螺杆压缩机中绝热压缩，升温升压后的制冷剂进入冷凝器，在冷凝器中等压放热，然后制冷剂进入节流阀中进行节流膨胀，温度和压力降低，降温后的制冷剂进入蒸发器中等压蒸发吸热，完成制冷过程，最后制冷剂回到螺杆压缩机中，完成制冷循环周期过程。
[0034]本实用新型不仅可以减少蒸汽传输过程中的热量损失，而且不消耗或只消耗少量的电能就能使制冷系统运行，它运行效率高，运行成本低，还可以根据制冷剂的不同，提供不同温度的冷水。
[0035]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种利用余热驱动的螺杆膨胀机制冷系统，其特征在于，包括:余热回收子系统、制冷压缩机子系统和制冷循环子系统；其中， 所述余热回收子系统包括多个烟气管道、设置在每个烟气管道上的换热器、以及与所有换热器连接的余热回收罐； 所述制冷压缩机子系统包括螺杆膨胀机、螺杆压缩机、变速箱和电动机，所述螺杆膨胀机的一端与余热回收罐连接，另一端通过高速离合器与螺杆压缩机连接，所述电动机通过变速箱与螺杆压缩机连接； 所述制冷循环子系统包括依次连接的冷凝器、节流阀和蒸发器，所述冷凝器与螺杆压缩机的出口连接，所述蒸发器与螺杆压缩机的进口连接。
2.根据权利要求1所述的螺杆膨胀机制冷系统，其特征在于，所述螺杆膨胀机为单螺杆膨胀机，包括一个螺杆转子和两个星轮。
3.根据权利要求1所述的螺杆膨胀机制冷系统，其特征在于，所述螺杆膨胀机为双螺杆膨胀机，包括两个相啮合的螺杆转子。
4.根据权利要求1所述的螺杆膨胀机制冷系统，其特征在于，所述螺杆压缩机为单螺杆压缩机，包括一个螺杆转子和两个星轮。
5.根据权利要求1所述的螺杆膨胀机制冷系统，其特征在于，所述螺杆压缩机为双螺杆压缩机，包括两个相啮合的螺杆转子。
6.根据权利要求1所述的螺杆膨胀机制冷系统，其特征在于，所述制冷循环子系统还包括气液分离器，所述气液分离器的第一气液进口与节流阀连接，出液口与蒸发器的进口连接，第二气液进口与蒸发器的出口连接，出气口与螺杆压缩机连接。
7.根据权利要求1所述的螺杆膨胀机制冷系统，其特征在于，所述螺杆膨胀机制冷系统还包括冷冻水子系统，所述冷冻水子系统包括空调末端和冷冻水泵，所述空调末端与蒸发器连接，所述蒸发器与冷冻水泵连接，所述冷冻水泵与空调末端连接。
8.根据权利要求1所述的螺杆膨胀机制冷系统，其特征在于，所述螺杆膨胀机制冷系统还包括冷却水循环子系统，所述冷却水循环子系统包括冷却塔和冷却水泵，所述冷却水泵与冷凝器连接，所述冷凝器与冷却塔连接。
【文档编号】F25B27/02GK204027056SQ201420404397
【公开日】2014年12月17日 申请日期:2014年7月22日 优先权日:2014年7月22日
【发明者】胡建亮, 盖东兴 申请人:中冶南方工程技术有限公司