高温热水梯级多元利用方法和装置与流程

本发明涉及高温热水利用技术领域，具体涉及一种高温热水梯级多元利用方法和装置。

背景技术：

高温热水可用于工艺换热或工艺水、闪蒸二次蒸汽、利用热能发电或制冷。高温热水梯级多元利用技术包括充分利用热水的高温焓值和无离子品质发电制冷，再经树脂床精制用作锅炉用水。

目前，针对化工企业特点为热能过剩，冷量不足的特点，高温热水梯级多元利用技术得到快速发展。例如，如图1所示，利用约130℃的高温热水，利用热能制冷和发电后热水温度略高于80℃，再经风冷降温至合适的温度范围后，进树脂床生产锅炉用水。其特点包括：(1)来自生产工序热水(约130℃)进入制冷机组，热水降温至110℃左右进入余热发电机组；冷却水进入制冷机组，换热后出制冷机组回凉水塔；生产用-12℃冷冻液(约440t/h)进入制冷机组降温至-20℃，制取3600kw冷量后回生产工序使用。(2)约110℃热水进入余热发电机组，降温至80℃左右进入空冷器；该机组发电约1370kw，输出约1080kw。(3)约80℃热水经风冷器降温后送往树脂床生产锅炉用水。

但是，上述高温热水梯级多元利用技术存在温差区间热能没有充分利用，而是通过空冷器降温处理，极大浪费了高温热水的热能。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种高温热水梯级多元利用方法和装置，解决了现有技术中没有充分利用高温热水热能的技术问题。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种高温热水梯级多元利用方法，包括：

s1、利用高温热水热能制冷；

s2、将制冷后的高温热水热能发电；

s3、将发电后的高温热水制取冷水，所述高温热水降温至设定温度；

s4、将达到设定温度的高温热水生产锅炉用水。

优选的，所述设定温度位于50～60℃区间。

优选的，所述步骤s3中将发电后的高温热水制取冷水具体包括：

将发电后的高温热水接入吸收式冷水机组，所述吸收式冷水机组通过冷水进水管和冷水出水管与冷冻站冷水热交换制取冷量。

优选的，所述吸收式冷水机组设有控制系统，所述控制系统并入冷冻站的集中控制系统；

并入所述控制系统的集成控制系统用于根据冷冻站的上水箱液位控制吸收式冷水机组的冷水出水进入冷冻站的上水箱或者冷冻站的回水箱；

和/或并入所述控制系统的集成控制系统用于根据冷冻站的生产用冷负荷，保持吸收式冷水机组最大负荷，调整冷冻站的离心式冷水机组负荷和开停机。

优选的，所述步骤s3具体包括：

所述控制系统根据吸收式冷水机组进口水温、流量和出口水温串级控制发电后的高温热水的接入量，包括将发电后的高温热水接入吸收式冷水机组制取冷水，并在所述发电后的高温热水的热能超出吸收式冷水机组需求量时，分流一部分接入空冷器降温。

一种高温热水梯级多元利用装置，包括制冷机组、余热发电机组、吸收式冷水机组和树脂床，所述制冷机组、余热发电机组、吸收式冷水机组和树脂床通过管道沿高温热水的流经方向依次串联。

优选的，所述高温热水梯级多元利用装置还包括空冷器，所述空冷器与吸收式冷水机组并联安装在余热发电机组和树脂床之间。

优选的，所述吸收式冷水机组通过冷水进水管和冷水出水管与冷冻站接通，所述冷水出水管上安装有开关阀。

优选的，所述吸收式冷水机组设有控制系统，所述控制系统并入冷冻站的集中控制系统；

并入所述控制系统的集成控制系统用于根据冷冻站的上水箱液位控制开关阀开闭，选择吸收式冷水机组的冷水出水进入冷冻站的上水箱或者冷冻站的回水箱；

和/或并入所述控制系统的集成控制系统用于根据冷冻站的生产用冷负荷，保持吸收式冷水机组最大负荷，调整冷冻站的离心式冷水机组负荷和开停机。

优选的，所述控制系统还用于根据吸收式冷水机组进口水温、流量和出口水温串级控制热能发电后的高温热水的接入量，包括将热能发电后的高温热水接入吸收式冷水机组制取冷水，并在所述热能发电后的高温热水的热能超出吸收式冷水机组需求量时，分流一部分接入空冷器降温。

(三)有益效果

本发明提供了一种高温热水梯级多元利用方法和装置。与现有技术相比，具备以下有益效果：

本发明包括利用高温热水热能制冷；将制冷后的高温热水热能发电；将发电后的高温热水制取冷水，所述高温热水降温至设定温度；将达到设定温度的高温热水生产锅炉用水。利用热水的高温焓值和无离子品质发电制冷，尤其是利用发电后的高温热水制取满足生产需求的冷水，热能多级利用，停用风冷器或减轻风冷器运行负荷，降低运行费用；避免环境温度较高时如夏季，风冷器降温效果达不到要求，热水温度超过设计要求，损害树脂床；也避免超温的高温热水就地排放，浪费热能和高品质无离子水，减轻污水处理负担和费用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术中高温热水梯级多元利用装置的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的一种高温热水梯级多元利用方法流程示意图；

图3本发明实施例提供的一种高温热水梯级多元利用装置的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的吸收式冷水机组的流程示意图；

图5为本发明实施例提供的吸收式冷水机组控制图；

图6为本发明实施例提供的冷冻站集中控制图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

本申请实施例通过提供一种高温热水梯级多元利用方法和装置，解决了现有技术中没有充分利用高温热水热能的技术问题，实现提高高温热水热能利用率，降低成本等技术效果。

本申请实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下：

本发明实施例包括利用高温热水热能制冷；将制冷后的高温热水热能发电；将发电后的高温热水制取冷水，所述高温热水降温至设定温度；将达到设定温度的高温热水生产锅炉用水。利用热水的高温焓值和无离子品质发电制冷，尤其是利用发电后的高温热水制取满足生产需求的冷水，热能多级利用，停用风冷器或减轻风冷器运行负荷，降低运行费用；避免环境温度较高时如夏季，风冷器降温效果达不到要求，热水温度超过设计要求，损害树脂床；也避免超温的高温热水就地排放，浪费热能和高品质无离子水，减轻污水处理负担和费用。

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

如图2所示，本发明实施例提供了一种高温热水梯级多元利用方法，包括：

s1、利用高温热水热能制冷；

s2、将制冷后的高温热水热能发电；

s3、将发电后的高温热水制取冷水，所述高温热水降温至设定温度；

s4、将达到设定温度的高温热水生产锅炉用水。

本发明实施例利用热水的高温焓值和无离子品质发电制冷，尤其是利用发电后的高温热水制取满足生产需求的冷水，热能多级利用，停用风冷器或减轻风冷器运行负荷，降低运行费用；避免环境温度较高时如夏季，风冷器降温效果达不到要求，热水温度超过设计要求，损害树脂床；也避免超温的高温热水就地排放，浪费热能和高品质无离子水，减轻污水处理负担和费用。

实施例1：

如图2所示，本发明实施例提供了一种高温热水梯级多元利用方法，具体包括：

s1、利用高温热水热能制冷。

将生产工序的高温热水(约130℃)接入制冷机组，热水降温至110℃左右进入余热发电机组。

冷却水进入制冷机组，换热后出制冷机组回凉水塔，即制冷机组的循环进水和循环出水过程用于冷却高温热水。

生产用-12℃冷冻液(约440t/h)进入制冷机组降温至-20℃，制取3600kw冷量后回生产工序使用。

s2、将制冷后的高温热水热能发电。

将步骤s1中制冷后温度为110℃左右的高温热水接入余热发电机组，降温至80℃左右后离开。本发明实施例提供的余热发电机组此处发电约1370kw，输出约1080kw。

s3、将发电后的高温热水制取冷水，所述高温热水降温至设定温度。

如图4所示，将步骤s2中发电后温度为80℃左右430t/h的高温热水接入吸收式冷水机组，所述吸收式冷水机组通过冷水进水管和冷水出水管与冷冻站热交换制取4900kw7℃冷水，所述吸收式冷水机组可以为溴化锂吸收式冷水机组。

所述冷冻站通过冷水进水管输出12℃845t/h冷水进入吸收式冷水机组，冷水温度降至7℃，通过冷水出水管回到冷冻站供生产工序用。

32℃2730t/h冷却水进溴化锂冷水机组，换热后升温至38℃，回到循环水站，即吸收式冷水机组循环进水和循环出水过程用于冷却高温热水。

所述设定温度位于50～60℃区间，优选的为55～57℃。

考虑到发电后的高温热水的热能可能会超出吸收式冷水机组需求量，为了确保高温热水降温至设定温度，避免后续步骤中的树脂床树脂和管道衬胶受损。在需要时，本步骤中还包括分流一部分高温热水进入空冷器，利用空冷器风冷降温该部分高温热水至设定温度。

对应的，如图5～6所示，所述吸收式冷水机组设有控制系统，所述控制系统并入现有的冷冻站集中控制系统。

所述步骤s3具体包括：

并入所述控制系统的集成控制系统根据吸收式冷水机组进口水温、流量和出口水温串级控制发电后的高温热水的接入量，包括将发电后的高温热水接入吸收式冷水机组制取冷水，并在所述发电后的高温热水的热能超出吸收式冷水机组需求量时，分流一部分接入空冷器降温。

此外，并入所述控制系统的集成控制系统还用于根据冷冻站的上水箱液位控制吸收式冷水机组的冷水出水进入冷冻站的上水箱或者冷冻站的回水箱；

所述控制系统用于根据冷冻站的生产用冷负荷，保持吸收式冷水机组最大负荷，调整冷冻站的离心式冷水机组负荷和开停机。

所述集成控制系统的控制模式依次为：吸收式冷水机组的出水温度为55～57℃；根据冷冻站的生产用冷水压力调节冷水泵频率；根据冷冻站的离心式冷水机组冷水进出口温度调节离心式冷水机组负荷和开停；根据冷水上水箱液位控制冷水出水进入冷冻站的上水箱或者冷冻站的回水箱。即通过集成控制系统和合理的控制逻辑，调控热水、冷水的温度和流量变化，满足生产用冷水和树脂床热水温度要求。

s4、将达到设定温度的高温热水生产锅炉用水。

将达到设定温度的高温热水接入树脂床总管生产锅炉热水。

本发明实施例提供的方法中热能经再次利用，增加了吸收性冷水机组制冷量，减少了离心式冷水机组制冷量，减少了风冷器风机运行功率，产生了巨大的积极效益。具体如下:

430t/h、80℃的高温热水，制取7℃(5度温差)冷水845t/h，制冷量约4900kw，需用循环水2730t/h，机组耗电30kw。假设本发明实施例中冷冻站的离心式冷水机组，额定功率1126kw，制冷量5300kw，需用循环水1120t/h；空冷器风机额定负荷396kw，按60％计算耗电量。也即所述吸收式冷水机组增加制冷量4900kw，可以停一台离心式冷水机组。

现有技术采用冷冻站制冷4900kw的成本计算如下：电价0.55元/kwh，循环水0.20元/t，离心式冷水机组制冷费用1126*0.55*4900/5300+1120*0.2＝796元；风冷器费用为396*0.6*0.55＝130元；合计926元。本发明实施例提供的方法制冷4900kw的成本计算如下：2730*0.2+30*0.55＝562元。那么全年(8000h)效益为:(926-562)*8000/10000＝291万元。

实施例2：

如图3所示，本发明实施例提供一种高温热水梯级多元利用装置，包括制冷机组、余热发电机组、吸收式冷水机组、空冷器和树脂床。

所述制冷机组、余热发电机组、吸收式冷水机组和树脂床通过管道沿高温热水的流经方向依次串联，所述空冷器与吸收式冷水机组通过三通阀并联安装在余热发电机组和树脂床之间。

所述吸收式冷水机组可以为溴化锂吸收式冷水机组，并通过冷水进水管和冷水出水管与冷冻站接通，所述冷水出水管上安装有开关阀。

如图5～6所示，所述吸收式冷水机组设有控制系统，所述控制系统并入现有的冷冻站集中控制系统。

并入所述控制系统的集成控制系统用于根据冷冻站的上水箱液位控制开关阀开闭，选择吸收式冷水机组的冷水出水进入冷冻站的上水箱或者冷冻站的回水箱；

并入所述控制系统的集成控制系统用于根据冷冻站的生产用冷负荷，保持吸收式冷水机组最大负荷，调整冷冻站的离心式冷水机组负荷和开停机。

并入所述控制系统的集成控制系统还用于根据吸收式冷水机组进口水温、流量和出口水温串级控制热能发电后的高温热水的接入量，包括将热能发电后的高温热水接入吸收式冷水机组制取冷水，并在所述热能发电后的高温热水的热能超出吸收式冷水机组需求量时，分流一部分接入空冷器降温。

所述集成控制系统的控制模式依次为：吸收式冷水机组的出水温度为55～57℃；根据冷冻站的生产用冷水压力调节冷水泵频率；根据冷冻站的离心式冷水机组冷水进出口温度调节离心式冷水机组负荷和开停；根据冷水上水箱液位控制冷水出水进入冷冻站的上水箱或者冷冻站的回水箱。即通过集成控制系统和合理的控制逻辑，调控热水、冷水的温度和流量变化，满足生产用冷水和树脂床热水温度要求。

使用时，本发明实施例提供的装置工作流程如下：

将生产工序的高温热水(约130℃)接入制冷机组，热水降温至110℃左右进入余热发电机组。

冷却水进入制冷机组，换热后出制冷机组回凉水塔，即制冷机组的循环进水和循环出水过程用于冷却高温热水。

生产用-12℃冷冻液(约440t/h)进入制冷机组降温至-20℃，制取3600kw冷量后回生产工序使用。

将制冷后温度为110℃左右的高温热水接入余热发电机组，降温至80℃左右后离开。本发明实施例提供的余热发电机组此处发电约1370kw，输出约1080kw。

如图4所示，将发电后温度为80℃左右430t/h的高温热水接入吸收式冷水机组，所述吸收式冷水机组通过冷水进水管和冷水出水管与冷冻站热交换制取4900kw7℃冷水，所述吸收式冷水机组可以为溴化锂吸收式冷水机组。

所述冷冻站通过冷水进水管输出12℃845t/h冷水进入吸收式冷水机组，冷水温度降至7℃，通过冷水出水管回到冷冻站供生产工序用。

32℃2730t/h冷却水进溴化锂冷水机组，换热后升温至38℃，回到循环水站，即吸收式冷水机组循环进水和循环出水过程用于冷却高温热水。

所述设定温度位于50～60℃区间，优选的为55～57℃。

考虑到发电后的高温热水的热能可能会超出吸收式冷水机组需求量，为了确保高温热水降温至设定温度，避免后续步骤中的树脂床树脂和管道衬胶受损。在需要时，本步骤中还包括分流一部分高温热水进入空冷器，利用空冷器风冷降温该部分高温热水至设定温度。此与本发明实施例提供的装置还设有空冷器、控制系统等相对应。

将达到设定温度的高温热水接入树脂床总管生产锅炉热水。

本发明实施例提供的装置中热能经再次利用，增加了吸收性冷水机组制冷量，减少了离心式冷水机组制冷量，减少了风冷器风机运行功率，产生了巨大的积极效益。具体如下:

430t/h、80℃的高温热水，制取7℃(5度温差)冷水845t/h，制冷量约4900kw，需用循环水2730t/h，机组耗电30kw。假设本发明实施例中冷冻站的离心式冷水机组，额定功率1126kw，制冷量5300kw，需用循环水1120t/h；空冷器风机额定负荷396kw，按60％计算耗电量。也即所述吸收式冷水机组增加制冷量4900kw，可以停一台离心式冷水机组。

现有技术采用冷冻站制冷4900kw的成本计算如下：电价0.55元/kwh，循环水0.20元/t，离心式冷水机组制冷费用1126*0.55*4900/5300+1120*0.2＝796元；风冷器费用为396*0.6*0.55＝130元；合计926元。本发明实施例提供的装置制冷4900kw的成本计算如下：2730*0.2+30*0.55＝562元。那么全年(8000h)效益为:(926-562)*8000/10000＝291万元。

综上所述，与现有技术相比，具备以下有益效果：

1、本发明实施例包括利用高温热水热能制冷；将制冷后的高温热水热能发电；将发电后的高温热水制取冷水，所述高温热水降温至设定温度；将达到设定温度的高温热水生产锅炉用水。利用热水的高温焓值和无离子品质发电制冷，尤其是利用发电后的高温热水制取满足生产需求的冷水，热能多级利用，停用风冷器或减轻风冷器运行负荷，降低运行费用；避免环境温度较高时如夏季，风冷器降温效果达不到要求，热水温度超过设计要求，损害树脂床；也避免超温的高温热水就地排放，浪费热能和高品质无离子水，减轻污水处理负担和费用。

2、本发明实施例通过控制系统和合理的控制逻辑，调控热水、冷水的温度和流量变化，满足生产用冷水和树脂床热水温度要求。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。