一种集成多热源热泵的工业余热回收系统的制作方法

本发明属于节能减排设备技术领域，具体涉及一种集成多热源热泵的工业余热回收系统。

背景技术：

废热或称余热在工业、特别是过程工业中广泛存在，数量十分惊人。以高温烟气、炉渣、冷凝水、冷却水等常见介质为例，如果能将其冷却至常温过程中放出的显热加以有效利用，不仅能够显著降低工艺的能耗，同时也减少了相应产热过程的so2、nox等污染物排放，具有巨大的经济和社会效益。

专利(申请公布号：cn101632914a)提出了一种石化工艺的余热分级利用方法及装置，通过实时监测工艺反应釜及循环冷却水回路的温度、并将其在不同温度范围内加以准确匹配，从而实现节能减排降耗。然而应该指出，工艺各种反应的温度范围往往是非常宽的，仅通过直接换热回收工业余热的技术路线过于理想化，很难在现实中达成。专利(申请公布号：cn106091080a)提出了一种工业余热与太阳能联合的跨季节蓄热、区域供热系统，其主要思路是将工业余热和太阳能系统收集获得的中低温热能通过地埋管换热器转换储存于地下土壤中，从而提高了蓄热体热源品位，并更好地实现了太阳能、工业余热与供暖需求的时间匹配。专利(zl201210075294.5)提出了一种利用工业余热的大温差集中供热系统，其特点在于通过电厂内电动热泵和吸收式热泵机组将热网回水由30℃加热至130℃，进而在区域供暖部分利用吸收式热泵提取污水、土壤、焦化厂煤气余热等低位热能，最终采用多组盘管实现梯级供热。

上述工艺中主要探讨了余热的集中供热应用，涉及的能量体量较大、系统复杂、影响范围广，具体实施层面灵活性存在欠缺。针对工业生产中的低温冷却水和低压乏气余热的回收，专利(zl201410833292.7)提出了一种串联式热泵方法及装置，其利用蒸汽驱动小汽轮机与吸收式热泵，再将压缩式和吸收式热泵并联、同时进行热交换，吸取低温余热回收利用，从而实现了更高的整体能效比。然而该系统需要以品位较高的蒸汽作为动力源，包含汽轮机、压缩热泵、吸收热泵及直接换热器等多种设备，操作和控制均相对较为复杂。同时，实践表明，在适当的温位直接匹配换热往往是利用工业余热最简便、最高效的方式；如果温位不匹配，可以考虑采用各种形式的热泵系统，优选热能驱动的系统；而将其转换为其他能源形式如电能(有机朗肯循环)，则往往效率欠佳不值得推荐。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种集成多热源热泵的工业余热回收系统，该系统能够吸收多种介质较宽温度范围的余热并将余热转换至若干基准温位进行输出，系统结构设计合理，调控方便，适用范围广，通用性强。

本发明是通过以下技术方案来实现：

本发明公开的一种集成多热源热泵的工业余热回收系统，包括公用工程管网以及分别与公用工程管网相连的多热源热泵单元和直接换热机组，公用工程管网包括公用工程供汽/液管路和公用工程回汽/液管路；多热源热泵单元的余热介质出口端还连接有终端处理设备；

所述多热源热泵单元包括至少1个高温组件、2个中温组件和1个低温组件，各个组件的热负荷大小大致接近；热泵工质能够在各组件之间进行转移，能够直接发生工质转移的组件构成一个组件对，如高温组件与第一中温组件、低温组件与第二中温组件分别构成两个组件对。热泵工质在各组件间转移，与组件内另外一种物质(对于吸收式为液体，对于吸附式和本发明举例的化学式为固体)结合/分离过程伴随的热效应是其工作的关键。热泵工质可以在压差和化学势差等的作用下，以特定方式在不同组件间转移，同时通过其自身状态的转变(气-液相变、游离态与吸附态或其它结合态)过程吸收或释放热量。

其中，余热介质顺次通过高温组件、直接换热机组的高温侧、低温组件，最终经终端处理设备排放或收集利用；

公用工程介质从公用工程回汽/液侧流出且分为三路，三路分别连接至第一中温组件、直接换热机组低温侧和第二中温组件被加热，最终并流后返回公用工程供汽/液侧；或者，公用工程介质从公用工程回汽/液侧流出，顺次通过第二中温组件、直接换热机组低温侧和第一中温组件被加热，最终返回公用工程管网的公用工程供汽/液侧。

优选地，在公用工程供汽/液管路和公用工程回汽/液管路之间还设有能够自动调节加热负荷的供热设备；公用工程介质在工艺热用户处换热完毕后返回至公用工程回汽/液侧，经余热介质或供热设备被重新加热；

公用工程供汽/液侧与公用工程回汽/液侧的介质比焓差一定，公用工程供汽/液侧分配至工艺热用户的公用工程介质流量根据热负荷确定。

优选地，在供热设备与公用工程回汽/液管之间还设有循环泵。

进一步优选地，供热设备为加热炉或锅炉等设备，具有自动调节加热负荷的功能，能够实时采集余热回收回路和工艺用热回路的状态监测信号加以运算和处理，从而通过闭环控制回路执行器的作用改变加热量、适应工艺要求，同时达到节能的效果。

优选地，通过直接换热机组的余热介质及公用工程介质，其各自的进、出口温度满足相应流程布置(顺流、逆流)下的换热最小温差条件。(各自的进、出口温度，是由于最小温差出现的位置会有变化，顺流是两股介质的出口处，逆流是余热介质的出口和公用工程介质的入口。)

优选地，多热源热泵单元的高温组件、中温组件和低温组件的热负荷大小大致相当，同时选取的工质对满足设计温度下的热力循环要求。

优选地，所述多热源热泵单元包括但不限于吸收式热泵、吸附式热泵或化学热泵，其共同特征是由热能驱动，系统各部件的总吸热量与放热量相当。吸收式热泵为连续式工作模式，吸附式热泵和化学热泵为间歇式工作模式。

当多热源热泵单元为间歇式工作模式时，装填相同材料的组件在一定周期内具备互相切换的功能，使热泵循环不断进行。例如高温组件与第二中温组件，当前者与高温余热介质换热完毕后切换进入放热状态，即开始充当第二中温组件与公用工程介质换热；相反后者与公用工程介质换热完毕后切换进入吸热状态，即开始充当高温组件与高温余热介质换热，如此往复不断实现既定能量转化过程。在这种情况下，各组件之间以及组件与不同换热介质的管路连接满足切换要求。

进一步优选地，当多热源热泵单元为吸收式热泵时，高温组件采用蒸气发生器，第二中温组件采用吸收器；则有：

进、出蒸气发生器的余热介质的最低温度为tw，tw高于工质浓度为ξc的贫液在冷凝压力pc下的沸点；进、出吸收器的公用工程介质的最高温度为tu，tu低于工质浓度为ξe的富液在蒸发压力pe下的露点；其中，pc>pe,，ξe>ξc；tu低于工质pc下的饱和温度，即冷凝温度。

进一步优选地，当多热源热泵单元为吸附式热泵时，高温组件采用高温吸附床，第二中温组件采用低温吸附床；则有：

进、出高温吸附床的余热介质的最低温度为tw，tw高于冷凝压力pc、吸附量mc下的工质平衡吸附温度；进、出低温吸附床的公用工程介质的最高温度为tu，tu低于蒸发压力pe、吸附量me下的工质平衡吸附温度；其中，pc>pe，me>mc；tu低于工质pc下的饱和温度，即冷凝温度。

进一步优选地，当多热源热泵单元为氢工质化学热泵时，高温组件采用装填高温合金m1的高温反应器，第一中温组件采用装填低温合金m2的中温反应器，低温组件采用装填低温合金m2的低温反应器，第二中温组件采用装填高温合金m1的中温反应器；则有：

装填高温合金m1的高温反应器与高温余热介质换热过程中的最小平衡压力p1，装填低温合金m2的中温反应器与公用工程介质换热过程中的最大平衡压力为p2，p1＞p2；

装填低温合金m2的低温反应器与低温余热介质换热过程中的最小平衡压力为p3，装填高温合金m1的中温反应器与公用工程介质换热过程中的最大平衡压力为p4，p3＞p4。

优选地，在供热设备与公用工程回汽/液管之间还设有循环泵。

优选地，还包括设置于公用工程供汽/液管路和公用工程回汽/液管路之间的用于蓄存公用工程介质以调节系统热负荷平衡的储罐(协调热负荷的平衡、同时最大限度利用余热，可选配具有一定容量、保温良好的储罐蓄存公用工程介质)，储罐采用双罐或热分层单罐。

采用双罐时，公用工程回汽/液一部分进入低温罐，有余热供给的时候从低温罐抽取公用工程介质经过热泵和换热器加热送入高温罐。当高温罐被公用工程介质充满后再抽出来进入供汽/液管路供用户使用，同时减少相应的供热设备热负荷。分层单罐位置类似，公用工程介质在罐内形成热分层，温度上高下低，低的由回汽/液管路来，抽出去送到热泵和换热器中加热，吸收余热介质热量送到罐内高温段；高的抽出去补入供汽液管路，同时减少相应的供热设备热负荷。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明公开的集成多热源热泵的工业余热回收系统，由多热源热泵单元、直接换热机组及公用工程管网等部分组成，通过多热源热泵单元的工作循环，使系统吸收余热介质在高温段释放的显热、并将其在低温段的热量提升至可用的水平，连同直接热交换得到的热量共同输入相应的公用工程管网，在显著提高余热利用率的同时方便现场工艺过程使用。系统优势十分显著：

1、适用范围宽广，系统可以为化学热泵或其与他种热泵系统的组合，通过选择适当的配对工质能够在常温至700℃左右的范围内正常工作，足以应付常见工业余热的回收需要；除此之外系统可以实现间歇运行，化学热泵兼具储能的作用，因此可以为全厂用能提供更好的时空匹配弹性。

2、效率较高，本发明的余热回收系统产生的是热量，且与覆盖全厂乃至更广阔区域(如工业园)的公用工程相耦合，转换环节少、距离短、损耗小，可望达到较高的效率。

附图说明

图1为本发明的集成多热源热泵的工业余热回收系统的工艺热能网络结构示意图；

图2为采用本发明的余热回收系统前后的系统温焓图；

图3为实施例1集成水-溴化锂吸收式热泵的余热回收系统结构示意图；

图4为实施例2集成水-沸石工质对的吸附式热泵的余热回收系统结构示意图；

图5为实施例3集成氢气-储氢合金工质对化学热泵的余热回收系统)并联流程)结构示意图；

图6为实施例4集成氢气-储氢合金工质对化学热泵的余热回收系统(串联流程)结构示意图。

其中，1为多热源热泵单元，1-1为高温组件，1-2为第一中温组件，1-3为低温组件，1-4为第二中温组件；2为直接换热机组；3为公用工程管网；4为工艺热用户；5为终端处理设备；6为供热设备；7为循环泵。

具体实施方式

下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

参见图1，本发明公开的集成多热源热泵的工业余热回收系统，包括多热源热泵单元1、直接换热机组2、公用工程管网3、终端处理设备5等，与上游供热段的加热炉/锅炉等供热设备6、循环泵7，以及下游取热段的工艺热用户4等共同构成了工艺热能网络的一部分。

多热源热泵单元1包括至少1个高温组件、2个中温组件和1个低温组件，各个组件的热负荷大小大致接近。热泵工质能够在各组件之间进行热交换，即热泵工质可以在压差和化学势差等的作用下，以特定方式在不同组件间转移，同时通过其自身状态的转变(气-液相变、游离态与吸附态或其它结合态)过程吸收或释放热量。其中，可直接发生工质转移的组件称为一个组件对，如高温组件1-1与第一中温组件1-2构成一个组件工质对，低温组件1-3与第二中温组件1-4构成另一个组件工质对。优选地，多热源热泵单元1的高温组件、中温组件和低温组件的热负荷大小相当，进行热交换形成的组件工质对满足设计温度和负荷下的热力循环要求。

多热源热泵单元以高温段和低温段的余热介质分别作为高温和低温热源，以公用工程介质为中温热汇，热泵收集余热介质在高温和低温的显热，统一释放给公用工程介质供工艺过程使用。

本系统的直接换热机组2的两侧分别为中温段余热介质和公用工程回汽/液，两者在该装置内的进出口温度满足工艺最小温差换热条件δtmin，例如对于液-液或存在相变的换热可取为5℃、对于气-液或液-固换热可取为20℃。

公用工程介质在吸收余热或加热工艺流股的过程中，既可能发生相变、也可能不发生相变，公用工程介质的温度明显低于余热介质的初始温度，且供、回温度变化范围相对较小。

其中，余热介质顺次通过高温组件1-1、直接换热机组2的高温侧、低温组件1-3，最终经终端处理设备5排放或收集利用；

公用工程介质从公用工程回汽/液侧流出且分为三路，三路分别连接至第一中温组件1-2、直接换热机组2低温侧和第二中温组件1-4被加热，最终并流后返回公用工程供汽/液侧，即图1中所示的并联流程。

或者，公用工程介质从公用工程回汽/液侧流出，串联顺次通过第二中温组件1-4、直接换热机组2低温侧和第一中温组件1-2被加热，最终返回公用工程管网3的公用工程供汽/液侧，即图6中所示串联流程。

优选地，公用工程供汽/液侧与公用工程回汽/液的介质比焓差一定，公用工程供汽/液侧分配至工艺热用户4的公用工程介质流量根据热负荷确定；公用工程介质在工艺热用户4处换热完毕后返回至公用工程回汽/液侧，经余热介质或供热设备6被重新加热。

优选地，通过直接换热机组2的余热介质及公用工程介质，在进口和出口的温度满足换热最小温差条件。

优选地，流经低温组件1-3的同一余热介质的低温段流股，可以代之以流程中的其它可用低温热源，如冷却塔回水等。

优选地，在下游取热段与提供热量的上游供热段、余热回收段之间，为协调热负荷的平衡、同时最大限度利用余热，可选配具有一定容量、保温良好的储罐蓄存公用工程介质，储罐可以为双罐或单罐热分层等结构。

优选地，所述多热源热泵单元1为吸收式热泵、吸附式热泵或化学热泵，吸收式热泵为连续式工作模式，吸附式热泵和化学热泵为间歇式工作模式。若为间歇模式工作的系统，如吸附式热泵、化学热泵，则装填相同材料的组件在一定周期互相切换功能，从而使热泵循环得以不断进行。例如图1中高温组件1-1与中温组件1-4，当前者与高温余热介质换热完毕后切换进入放热状态，即开始充当1-4与公用工程介质换热；相反后者与公用工程介质换热完毕后切换进入吸热状态，即开始充当1-1与高温余热介质换热，如此往复不断实现既定能量转化过程。在这种情况下，各组件之间、以及各组件与不同换热介质的管路连接应满足切换要求。

公用工程回汽/液可以并联或串联的方式通过多热源热泵单元1的中温组件及直接换热机组2，只需满足相应流股在直接换热部分的最小换热温差，以及多热源热泵单元1在设计温度和负荷下的热力循环工作条件。

此处热泵的循环工作条件指：

1)对于吸收式热泵：

进、出高温组件1-1即工质蒸气发生器的余热介质温度tw，高于工质浓度为ξc的贫液在冷凝压力pc下的沸点；反之，进、出第二中温组件1-4即吸收器的公用工程介质温度tu，低于工质浓度为ξe的富液在蒸发压力pe下的露点，其中ξe>ξc。

2)对于吸附式热泵：

进、出高温组件1-1即高温吸附床的余热介质温度tw高于冷凝压力pc、吸附量mc下的工质平衡吸附温度；反之，进、出第二中温组件1-4即低温吸附床的公用工程介质温度tu低于蒸发压力pe、吸附量me下的工质平衡吸附温度，其中me>mc。

3)对于化学热泵(以储氢合金-氢工质对为例)：

高温组件1-1即装填高温合金m1的高温反应器，在与高温余热介质换热过程中的最小平衡压力p1(对应于氢浓度c1,min)，高于第一中温组件1-2即装填低温合金m2的中温反应器与公用工程介质换热过程中的最大平衡压力p2(对应于氢浓度c2,max)；与此同时，低温组件1-3即装填低温合金m2的低温反应器，在与低温余热介质换热过程中的最小平衡压力p3(对应于氢浓度c2,min)，高于第二中温组件1-4即装填高温合金m1的中温反应器在与公用工程介质换热过程中的最大平衡压力p4(对应于氢浓度c1,max)，从而使氢工质在高温组件1-1、第一中温组件1-2构成的工质组件对，以及低温组件1-3、第二中温组件1-4构成的工质组件对内的转移具有充分的压差推动力，进而构成热泵循环。上述c1,min<c1,max，c2,min<c2,max。

如图2所示，余热介质的初始温度为th,i，而公用工程介质供回路的温度分别为tc,o和tc,i，当采用直接换热方式回收余热时，为满足最小温差条件，余热介质的出口温度最低只能降至th,o(即tc,i+△tmin)，相应的回收热量为q，即bd段；相反，当采用本发明提出的余热回收系统时，可将余热介质的放热过程分为三段，高温、中温和低温，高温段余热介质(过程1→5)进入系统的高温组件(1-1)，通过中温组件(1-2)释放热量给公用工程介质(过程10→4)；降温后的余热介质进入中温段(过程5→2)，与公用工程介质直接换热(过程3→9)；最后到达低温段的余热介质进入低温组件(1-3)进一步降温(过程2→6)，同时通过中温组件(1-4)释放热量给公用工程介质(过程7→8)，此时余热介质可达到更低的出口温度th,o’，相应回收热量为q’，即ad段，与直接换热相比有较大提高。因此，当公用工程介质发生相变时其吸热过程通过平行于横轴的直线表示，而上述余热回收系统的工作原理仍然成立。

实施例1

基于吸收式热泵的余热回收系统如图3所示，其中，多热源热泵单元1为以水-溴化锂工质对构成的吸收式热泵，其高温组件1-1即为蒸汽发生器，其中的溴化锂溶液被高温烟气加热后产生压力为pc的蒸汽，同时得到溴化锂浓度较高的贫液，蒸汽在第一中温组件1-2即冷凝器中凝结，释放热量给一股工艺热水回水，提升其温度至供水需求水平；压力为pc的冷凝水经阀门节流降压至pe，进入低温组件1-3即蒸发器，吸收低温段烟气放热生成压力为pe(pe<pc)的水蒸汽，该压力较低的水蒸汽进入第二中温组件1-4即吸收器中，被来自高温组件1-1蒸汽发生器的贫液所吸收，伴随放出的热量同样用于提升另一股工艺热水回水的温度，由此形成的溴化锂浓度相对较低的富液通过溶液泵打回发生器，实现连续循环。

热泵循环之外，在高温组件1-1蒸汽发生器中释放热量、温度有所降低的中温烟气通过直接换热机组2与第三股工艺热水回水进行间壁换热，提升后者温位、同时自身温度进一步降低后进入吸收式热泵的低温组件1-3蒸发器放热。系统中工艺热水回水进入和离开第一中温组件1-2、第二中温组件1-4和直接换热机组2的温度是相同的，其流量根据各个设备的热负荷成比例分配。

实施例2

基于吸附式热泵的余热回收系统如图4所示，其中，多热源热泵单元1为以水-沸石工质对组成的吸附式热泵，其高温组件1-1即为高温吸附床，其中装填的固态沸石材料中水的初始吸附量为me(数值较大，即循环中的富工质状态)，经过高温烟气加热发生脱附过程，产生较高压力pc的水蒸汽在第一中温组件1-2即冷凝器中凝结，放出的热量被一股工艺热水回水所吸收，后者的温度提升至工艺可用水平；凝结水经过节流阀降压后进入低温组件1-3即蒸发器，吸收低温段烟气的热量转化为压力为pe的水蒸汽，该股水蒸汽进入第二中温组件1-4即低温吸附床，被其中装填的初始吸附量为mc(数值较小，即循环中的贫工质状态)的沸石材料所吸附，相应的放热加热另一股工艺热水回水达到目标温位。

上述过程进行一段时间后，当前高温组件1-1(高温吸附床)水吸附量降至mc、转变为贫工质状态，同时第二中温组件1-4(低温吸附床)水吸附量升至me、转变为富工质状态，此时该吸附式热泵的半循环过程结束；接下来前者通过显式冷却、转而充当第二中温组件1-4(低温吸附床)，切换工质管路与低温组件1-3蒸发器相连接，切换换热介质管路与工艺热水回水相连接，其中的沸石材料吸附来自蒸发器的压力为pe的低压水蒸汽，产生的吸附热将工艺热水回水升温至需求水平；与此同时后者通过显式加热、转而充当高温组件1-1(高温吸附床)，切换工质管路与第一中温组件1-2(冷凝器)相连接，切换换热介质管路与高温烟气相连接，其中的沸石材料发生脱附，产生的压力为pc的水蒸汽进入冷凝器中发生凝结。如此过程反复进行，吸附式热泵系统可接近连续地获得工艺所需温位的热水供水，另外也可吸收间歇工艺过程产生的余热，从而在某些时段实现储能或降低加热炉/锅炉等设备热负荷的作用。半循环结束后高温组件1-1显式冷却和第二中温组件1-4显式加热的过程可以通过换热介质回路相耦合，从而降低循环的显热损失，提高系统能量效率。

热泵循环之外，在高温组件1-1(高温吸附床)中释放热量、温度有所降低的中温烟气通过直接换热机组2与第三股工艺热水回水进行间壁换热，提升后者温位、同时自身温度进一步降低后进入吸附式热泵的低温组件1-3(蒸发器)放热。系统中工艺热水回水进入和离开第一中温组件1-2、第二中温组件1-4和直接换热机组2的温度是相同的，其流量根据各个设备的热负荷成比例分配。

实施例3

基于单级化学热泵、并联流程的系统。

化学热泵系统的工质对可以为氢气-储氢合金、水-氧化钙(或其它金属氧化物)、氨-氯化锰(或其它卤化物盐类)等，正向反应放热，逆向分解反应吸热。系统如图5所示，其中，多热源热泵单元1为以氢气-储氢合金组成的化学热泵，其高温组件1-1即为装填合金m1的高温反应器，初始氢浓度为c1,max(数值较大，即循环中m1的富氢状态)，经过高温的熄焦惰性气体加热发生脱氢反应，与之相连接的第一中温组件1-2即装填合金m2的中温反应器，其初始氢浓度为c2,min(数值较小，即循环中m2的贫氢状态)，与来自高温反应器的氢气发生吸氢反应，释放出的热量加热一股饱和凝结水产生低压蒸汽供工艺使用。在这个转移氢气的反应过程中，高温组件1-1装填合金m1的高温反应器最终达到c1,min的贫氢状态，而第一中温组件1-2即装填合金m2的中温反应器达到c2,max的富氢状态，此时仍需满足前者的平衡压力大于后者，即存在氢气定向转移的压差推动力。

与此同时，化学热泵的低温组件1-3即装填合金m2的低温反应器，初始氢浓度为c2,max(数值较大，即循环中m2的富氢状态)，经过低温段的熄焦惰性气体加热发生脱氢反应，与之相连接的第二中温组件1-4即装填合金m1的中温反应器，其初始氢浓度为c1,min(数值较小，即循环中m1的贫氢状态)，与来自低温反应器的氢气发生吸氢反应，释放出的热量加热另一股饱和凝结水产生低压蒸汽。在这个转移氢气的反应过程中，低温组件1-3即装填合金m2的低温反应器最终达到c2,min的贫氢状态，而第二中温组件1-4即装填合金m1的中温反应器达到c1,max的富氢状态，此时仍需满足前者的平衡压力大于后者，即存在氢气定向转移的压差推动力。

从以上描述可以看出，经过一段时间的氢气转移和反应(即化学热泵的半循环)，装填同种合金m1的高温组件1-1(即装填合金m1的高温反应器)与第二中温组件1-4(即装填合金m1的中温反应器)，以及装填合金m2的第一中温组件1-2(即装填合金m2的中温反应器)与低温组件1-3(即装填合金m2的低温反应器)分别达到了彼此在反应初始时刻的氢浓度状态，因此对高温组件1-1、第一中温组件1-2进行显式冷却，对低温组件1-3、第二中温组件1-4进行显式加热，同时切换装填相同储氢合金反应器的换热介质，就可以使装填同种合金的反应器角色互换，重复上述反应过程直至下一个半循环。

由此化学热泵系统可接近连续地获得工艺加热所需的低压蒸汽，另外也可吸收间歇工艺过程产生的余热，从而在某些时段实现储能或降低加热炉/锅炉等设备热负荷的作用。半循环结束后高温组件1-1、第一中温组件1-2显式冷却和第二中温组件1-4、低温组件1-3显式加热的过程可以分别通过换热介质回路相耦合，从而降低循环的显热损失，提高系统能量效率。

热泵循环之外，在高温组件1-1中释放热量、温度有所降低的中温熄焦惰性气体通过直接换热机组2与第三股饱和凝结水进行换热，使之发生相变产生低压蒸汽、同时自身温度进一步降低后进入化学热泵的低温组件1-3放热。系统中进入和离开第一中温组件1-2、第二中温组件1-4和直接换热机组2的流体比焓是相同的，其流量根据各个设备的热负荷成比例分配。

实施例4

基于单级化学系统、串联流程的系统。系统如图6所示，其中，多热源热泵单元1为以氢气-储氢合金组成的化学热泵，其高温组件1-1即为装填合金m1的高温反应器，初始氢浓度为c1,max(数值较大，即循环中m1的富氢状态)，经过高温的锅炉排气加热发生脱氢反应，与之相连接的第一中温组件1-2即装填合金m2的中温反应器，其初始氢浓度为c2,min(数值较小，即循环中m2的贫氢状态)，与来自高温反应器的氢气发生吸氢反应，释放出的热量对同一股工艺热水回水进行第三段即终段加热，使之达到工艺要求。在这个转移氢气的反应过程中，高温组件1-1即为装填合金m1的高温反应器最终达到c1,min的贫氢状态，而第一中温组件1-2即装填合金m2的中温反应器达到c2,max的富氢状态，此时仍需满足前者的平衡压力大于后者，即存在氢气定向转移的压差推动力。

与此同时，化学热泵的低温组件1-3即装填合金m2的低温反应器，初始氢浓度为c2,max(数值较大，即循环中m2的富氢状态)，经过低温段的锅炉排气加热发生脱氢反应，与之相连接的第二中温组件1-4即装填合金m1的中温反应器，其初始氢浓度为c1,min(数值较小，即循环中m1的贫氢状态)，与来自低温反应器的氢气发生吸氢反应，释放出的热量对同一股工艺热水回水进行第一段即初段加热。在这个转移氢气的反应过程中，低温组件1-3即装填合金m2的低温反应器最终达到c2,min的贫氢状态，而第二中温组件1-4即装填合金m1的中温反应器达到c1,max的富氢状态，此时仍需满足前者的平衡压力大于后者，即存在氢气定向转移的压差推动力。

从以上描述可以看出，经过一段时间的氢气转移和反应(即化学热泵的半循环)，装填同种合金m1的高温组件1-1(即为装填合金m1的高温反应器)与第二中温组件1-4(即装填合金m1的中温反应器)，以及装填合金m2的第一中温组件1-2(即装填合金m2的中温反应器)与低温组件1-3(即装填合金m2的低温反应器)分别达到了彼此在反应初始时刻的氢浓度状态，因此对高温组件1-1、第一中温组件1-2进行显式冷却，对低温组件1-3、第二中温组件1-4进行显式加热，同时切换装填相同储氢合金反应器的换热介质，就可以使装填同种合金的反应器角色互换，重复上述反应过程直至下一个半循环。

由此化学热泵系统可接近连续地获得工艺加热所需的热水供水。半循环结束后高温组件1-1、第一中温组件1-2显式冷却和第二中温组件1-4、低温组件1-3显式加热的过程可以分别通过换热介质回路相耦合，从而降低循环的显热损失，提高系统能量效率。

热泵循环之外，在高温组件1-1中释放热量、温度有所降低的中温锅炉排气通过直接换热机组2对同一股工艺热水回水进行第二段加热，自身温度进一步降低后进入化学热泵的低温组件1-3放热。进入和离开第一中温组件1-2、第二中温组件1-4和直接换热机组2的流体流量是相同的，其在各段换热过程的进出口温差根据各个设备的热负荷成比例分配。

综上所述，本发明公开的集成多热源热泵的工业余热回收系统，由多热源热泵单元、直接换热机组、公用工程管网等部分组成，特别适用于初始温度高、热容相对较小介质蕴含的显热回收利用。通过多热源热泵单元(如吸收式、吸附式、化学式热泵)的工作循环，系统吸收余热介质在高温段释放的显热、并将其在低温段的热量提升至可用的水平，连同直接热交换得到的热量共同输入相应的公用工程网络，在显著提高余热利用率的同时方便现场工艺过程使用。本系统形式灵活多样、电耗低、现场改造工作量小，可实现间歇操作和储能，预期具有较好的应用前景。同时，该系统具有较强通用性、能够吸收多种介质较宽温度范围的余热并将其转换至若干基准温位输出。