本發(fā)明涉及非蒸汽低溫余熱回收系統(tǒng)，屬于工業(yè)生產(chǎn)過程余熱回收利用和供熱領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

隨著全球能源問題的日益加劇，特別是我國存在大量能源密集型工業(yè)生產(chǎn)過程，為有效克服能源問題，再新能源開發(fā)利用的同時，需要對現(xiàn)有工藝進行改造，提高我國工業(yè)生產(chǎn)的能源利用率。據(jù)統(tǒng)計，我國工業(yè)生產(chǎn)過程中排放的余熱資源大約占到其能源總消耗的17～67％，在不同溫度范圍的余熱資源中，200℃以下的低溫余熱可占63％，而產(chǎn)生低溫余熱的諸多工藝過程都伴隨這大量的供熱需求，而其中主要的熱源都為鍋爐蒸汽；因而如何有效的回收利用低溫余熱資源，提高工藝過程的能源利用率一直是近些年關(guān)照和研究的熱點。

機械蒸汽再壓縮是目前公認(rèn)的一種高效余熱回收方式和節(jié)能技術(shù)，并得到了很好的應(yīng)用，其主要原理是利用蒸汽壓縮機壓縮低溫蒸汽提高其溫度和壓力后作為高品位熱源使用，實現(xiàn)蒸汽潛熱的回收利用。目前這種節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用還局限于低溫蒸汽余熱的回收；而低溫蒸汽余熱只是諸多低溫余熱資源的一種。非蒸汽低溫余熱的回收技術(shù)主要包括kalina循環(huán)、有機工質(zhì)朗肯循環(huán)(orc)以及常規(guī)封閉式熱泵循環(huán)。

kalina循環(huán)和有機工質(zhì)朗肯循環(huán)(orc)的余熱回收機理都是利用低溫余熱使系統(tǒng)工質(zhì)蒸發(fā)產(chǎn)生高壓蒸汽，然后通過膨脹機回收功或直接發(fā)電，其設(shè)備投資成本高，能源回收效率較低，至今尚未得到有效的應(yīng)用推廣。雖然常規(guī)封閉式熱泵循環(huán)能通過蒸發(fā)器吸熱和冷凝器放熱來回收和利用低溫余熱，但其所能提供的最高熱源溫度或冷凝溫度受限于其所使用工質(zhì)的最高臨界溫度，通常不高于95℃，并且這些工質(zhì)還同時需要滿足一定的gwp和odp的國際指標(biāo)要求。因此需要開發(fā)一種高效的、能與原用熱過程相結(jié)合的非蒸汽低溫余熱回收和利用方法與技術(shù)。

目前鍋爐蒸汽主要來源于電鍋爐或燃煤鍋爐，而用機械蒸汽再壓縮的方法產(chǎn)生熱源蒸汽的方法只是用鍋爐產(chǎn)生等量蒸汽能耗的5％～10％，所以若能將機械蒸汽再壓縮技術(shù)應(yīng)用于非蒸汽低溫余熱的回收，會有較好的市場前景。除了鍋爐蒸汽替代，如何克服常規(guī)封閉式熱泵最高熱源溫度的限制，回收低溫余熱的同時，實現(xiàn)100℃以下任一供熱需求的熱回收或高溫?zé)岜眉夹g(shù)也具有良好的應(yīng)用前景。對于很多余熱產(chǎn)生的工廠，其職工的生活用水(包含燒熱水)也無疑伴隨著一定的能量消耗和工業(yè)成本增加，特別是對于淡水缺乏地區(qū)，還需要單獨的淡化設(shè)備。

綜上，如何有效回收非蒸汽低溫余熱，同時滿足鍋爐蒸汽替代、高溫?zé)嵩垂┙o、實現(xiàn)海水淡化或污水處理并供應(yīng)一定溫度生活用水，是亟待解決的且具有重要應(yīng)用和研究意義的技術(shù)難題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，本發(fā)明提供一種非蒸汽低溫余熱回收系統(tǒng)，能提供可替代鍋爐蒸汽的熱源蒸汽，也能滿足工藝流程中的相關(guān)用熱需求，還能供應(yīng)可直接使用的具有一定溫度的熱水。

技術(shù)方案：為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種非蒸汽低溫余熱回收系統(tǒng)，包括處于真空狀態(tài)的余熱回收蒸發(fā)器，余熱回收蒸發(fā)器內(nèi)安裝有換熱管，換熱管一端通入余熱資源，經(jīng)過換熱后進入第一預(yù)熱器，在第一預(yù)熱器換熱后排出，第一預(yù)熱器從補給水箱中進水，在第一預(yù)熱器中加熱后通過管道進入余熱回收蒸發(fā)器內(nèi)的噴淋管中，噴淋在換熱管上產(chǎn)生蒸汽，蒸汽從余熱回收蒸發(fā)器頂部的管道排出。

作為優(yōu)選，所述余熱回收蒸發(fā)器頂部的管道同時與第一閥門、第二閥門連接，第一閥門與真空泵連接，第二閥門依次與第一蒸汽壓縮機、第二蒸汽壓縮機連接。

作為優(yōu)選，所述第一蒸汽壓縮機與第二蒸汽壓縮機之間安裝有第十五閥門，第一蒸汽壓縮機與第十五閥門之間通過管道與第二預(yù)熱器連接，蒸汽在第二預(yù)熱器放熱冷凝后產(chǎn)生的蒸餾水進入到蒸餾水箱。

作為優(yōu)選，所述余熱回收蒸發(fā)器產(chǎn)生的蒸汽通過冷凝器冷凝后繼續(xù)進入第二預(yù)熱器換熱。

作為優(yōu)選，所述第二預(yù)熱器換熱后產(chǎn)生的蒸餾水同時還可以進入到補給水箱中。

作為優(yōu)選，所述余熱回收蒸發(fā)器的底部通過循環(huán)泵與噴淋管連接。

作為優(yōu)選，所述第一預(yù)熱器中的補給水預(yù)熱后再經(jīng)過第二預(yù)熱器預(yù)熱后進入到噴淋管中。

有益效果：本發(fā)明的非蒸汽低溫余熱回收系統(tǒng)，將機械蒸汽再壓縮技術(shù)應(yīng)用到了非低溫蒸汽形式的余熱資源回收領(lǐng)域，系統(tǒng)本身也屬于一種以水為工質(zhì)的開啟式熱泵系統(tǒng)：回收余熱資源熱量產(chǎn)生低溫蒸汽，再由壓縮機壓縮后經(jīng)過冷凝器冷凝釋放熱量或進一步壓縮提供可替代鍋爐蒸汽的高溫、高壓蒸汽，與利用kalina和orc循環(huán)回收余熱發(fā)電相比，其系統(tǒng)自身效率較高，與常規(guī)封閉式熱泵相比，其冷凝器能提供90℃以上的高溫?zé)嵩础４送?，系統(tǒng)回收的熱量可直接用于或滿足工藝流程的原料液預(yù)熱等用熱需求，而不是產(chǎn)生電，在通過耗電設(shè)備使用回收的熱量，減小了余熱回收到利用的過程，能提高能源回收利用率。與此同時，當(dāng)補給水為海水或污水時，系統(tǒng)同時兼?zhèn)浜Ｋ蛭鬯幚淼淖饔茫W蒸得到的蒸汽經(jīng)壓縮機壓縮，隨后冷凝產(chǎn)生的蒸餾水可直接作為生活用水使用，且其預(yù)熱補給水后仍具有一定溫度，如此，本發(fā)明也可應(yīng)用在比較干旱或缺乏生活用水的地域。綜上，所閥門的系統(tǒng)及控制方法具有很好的節(jié)能效果和市場應(yīng)用前景。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的系統(tǒng)示意圖。

具體實施方式

如圖1所述：一種低溫非蒸汽低溫余熱回收系統(tǒng)，包括余熱回收蒸發(fā)器1、第一蒸汽壓縮機2、第二蒸汽壓縮機3、冷凝器4、第一預(yù)熱器6和第二預(yù)熱器5,所述余熱回收蒸發(fā)器1的頂部設(shè)置有濾網(wǎng)1a，濾網(wǎng)1a下方設(shè)置有噴淋管1b，所述噴淋管1b下發(fā)設(shè)有換熱管1c，所述余熱回收蒸發(fā)器1的蒸汽出口一路經(jīng)過第一閥門13連接真空泵11，另一路經(jīng)過第二閥門14與第一蒸汽壓縮機2的入口相連，所述第一蒸汽壓縮機2出口通過第三閥門15連接冷凝器4的蒸汽入口，所述冷凝器4的冷凝水出口連接第二預(yù)熱器5的入口，所述第二預(yù)熱器冷凝水路出口經(jīng)過第四閥門21與蒸餾水箱8相連，所述蒸餾水箱8頂部設(shè)有用于不凝結(jié)氣放空的第五閥門22，底部出口設(shè)有第六閥門23，所述補給水箱7的水路出口與第一預(yù)熱器6之間設(shè)有補給水泵9和第七閥門25，所述第一預(yù)熱器6的補給水出口經(jīng)過第八閥18與第二預(yù)熱器5的補給水入口相連，所述補給水箱補給水入口設(shè)有第九閥門24，第二預(yù)熱器5的補給水出口經(jīng)過第十閥門17與余熱回收蒸發(fā)器1的噴淋管1b入口相連。

所述第二預(yù)熱器5的冷凝水出口與補給水箱7之間設(shè)有第十一閥門20。為了適應(yīng)不同噴淋水量和噴淋水溫度控制需求，所述第一預(yù)熱器6的補給水出口與噴淋管1b入口之間設(shè)有旁通的第十二閥門19。

所述余熱資源管路與余熱回收蒸發(fā)器1的換熱管1c入口之間設(shè)有第十三閥門12，換熱管1c出口與第一預(yù)熱器6的入口相連，余熱回收蒸發(fā)器1底部出口和噴淋管1b入口之間設(shè)有循環(huán)水泵10和第十四閥門26。第二蒸汽壓縮機3出口與第一蒸汽壓縮機2之間設(shè)有第十五閥門16，第一蒸汽壓縮機3出口與第二預(yù)熱器5之間設(shè)有旁通用的第十六閥門27。

方法實施例

一種低溫非蒸汽低溫余熱回收系統(tǒng)的控制方法，包括如下步驟：

步驟一：關(guān)閉余熱回收蒸發(fā)器1所有出口閥門，打開第一閥門13，開啟真空泵11對余熱回收蒸發(fā)器1抽真空，真空度最低時關(guān)閉第一閥門13和真空泵11；

步驟二：打開第十三閥門12，將余熱資源通入余熱回收蒸發(fā)器1的換熱管內(nèi)，從換熱管流出的余熱資源繼續(xù)流入第一預(yù)熱器6預(yù)熱補給水后排出；與此同時，打開第七閥門25和補給水泵9，以及閥第十閥門17和第八閥門18，補給水箱內(nèi)的水經(jīng)過第一預(yù)熱器6和第二預(yù)熱器5后通過噴淋管1b噴入真空狀態(tài)的余熱回收蒸發(fā)器1內(nèi)，由于補給水流經(jīng)第一預(yù)熱器6時有被余熱資源預(yù)熱，水溫能有一定的升高，噴入真空態(tài)余熱回收蒸發(fā)器1時會在壓差作用下產(chǎn)生低溫閃蒸汽，未閃蒸的水會流經(jīng)換熱管1c，繼續(xù)吸收余熱資源的熱量蒸發(fā)產(chǎn)生低溫蒸汽；

然后打開第二閥門14和第一蒸汽壓縮機2，使所述第一蒸汽壓縮機1低轉(zhuǎn)速運行，關(guān)閉第三閥門15，打開第十六閥門27，使壓縮蒸汽直接進入第二預(yù)熱器5，因為壓縮蒸汽溫度會比流出換熱管1c的余熱資源溫度高，所以流出第一預(yù)熱器6的補給水會在第二預(yù)熱器內(nèi)吸收壓縮蒸汽的熱量，進一步被預(yù)熱；而壓縮蒸汽自身冷凝成具有一定溫度的蒸餾水通過第十一閥門20流入補給水箱，用來提升補給水箱內(nèi)補給水的溫度，進而可以使噴淋管1b處的噴淋水溫度達到一定的值，從而保證一定的第一壓縮機2的吸汽溫度和壓力以及蒸汽流量；

步驟三：當(dāng)余熱回收蒸發(fā)器1底部的液位達到一定值時，打開循環(huán)水泵10和第十四閥門26，使未蒸發(fā)的噴淋水同預(yù)熱器5出來的補給水一起由噴淋管1b噴入余熱回收換熱器1內(nèi)，繼續(xù)參與系統(tǒng)循環(huán)；當(dāng)系統(tǒng)做海水淡化或污水處理時，為了調(diào)節(jié)循環(huán)水濃度，需要將部分高濃度的循環(huán)水排出；

步驟四：隨著噴淋水溫度升高到一定值，余熱回收蒸發(fā)器1產(chǎn)生的蒸汽量不斷增加，逐漸提高第一蒸汽壓縮機2的運行轉(zhuǎn)速，當(dāng)轉(zhuǎn)速到達一定值時，關(guān)閉第十六閥門27，打開第三閥門15，使壓縮蒸汽流入冷凝器4，通過冷凝器4將壓縮蒸汽冷凝釋放的熱量作為100℃以下的高溫?zé)嵩词褂?，可用于工藝流程的不同預(yù)熱或加熱環(huán)節(jié)；

冷凝成的蒸餾水流入第二預(yù)熱器5預(yù)熱噴淋前的補給水，溫度降低后可通過第四閥門21流入蒸餾水箱8內(nèi)，同時打開用于不凝結(jié)氣放空的第五閥門22，也可以調(diào)節(jié)第十一閥門20的開度，使部分蒸餾水流入補給水箱7內(nèi)；

步驟五：當(dāng)?shù)谝粔嚎s機2額定轉(zhuǎn)速運行時，可以調(diào)節(jié)第十五閥門16的開度，使部分壓縮蒸汽進入第二蒸汽壓縮機3繼續(xù)被壓縮，升溫升壓后成為可直接替代鍋爐蒸汽的熱源蒸汽；

步驟六：當(dāng)不需要通過冷凝器4提供熱源時，可關(guān)閉第三閥門15，完全打開第十五閥門16，使第一蒸汽壓縮機2的排汽直接進入第二蒸汽壓縮機3，繼續(xù)壓縮升溫升壓后成為可替代鍋爐蒸汽的熱源蒸汽；

當(dāng)冷凝器4不工作時，將沒有冷凝水流入第二預(yù)熱器5，為了保證一定的噴淋管1b處的噴淋水溫度，使系統(tǒng)穩(wěn)定運行，可調(diào)節(jié)第十六閥門27的開度，引出少量第一蒸汽壓縮機2出來的壓縮蒸汽進入第二預(yù)熱器5預(yù)熱補給水。

考慮水的沿程流道阻力和因水噴淋流出導(dǎo)致的水流量及壓頭降低，所述噴淋管1b的噴淋孔口直徑沿水的流程逐漸增大，以保障各個孔口均勻的噴淋水流量。所述循環(huán)水泵10泵出的水流量與余熱回收換熱器1內(nèi)的液位正相關(guān)。

所述壓縮蒸汽冷凝產(chǎn)生的蒸餾水，通過第十一閥門20流入補給水箱7的水流量與補給水箱7內(nèi)水溫負相關(guān)；補給水箱7的補給水入口的第九閥門24的開度與補給箱內(nèi)水位負相關(guān)，通過一定溫度蒸餾水和低溫補給水的流入，控制補給水箱內(nèi)的水位和水溫，維持系統(tǒng)溫度運行，當(dāng)工況變化時，還可實現(xiàn)補給水溫度的調(diào)節(jié)作用。

當(dāng)部分第一蒸汽壓縮機2的壓縮蒸汽進入第二蒸汽壓縮機3時，流入冷凝器4的蒸餾流量降低，需調(diào)節(jié)第八閥門18和第十閥門17的開度，控制進入第二預(yù)熱器5的補給水量，使流出第二預(yù)熱器5的冷凝水/蒸餾水溫度穩(wěn)定在一定的值，進而保障蒸餾水箱8內(nèi)的水溫，蒸餾水箱8內(nèi)的溫水可直接飲用或作為生活用水使用；第十閥門17的設(shè)置主要是為了避免循環(huán)水泵10出來的水流入第二預(yù)熱器5。

當(dāng)系統(tǒng)不通過冷凝器4提供熱源而直接提供高壓、高溫蒸汽運行時，用于引出部分壓縮蒸汽預(yù)熱補給水的第十六閥門27開度調(diào)節(jié)受噴淋管1b處的噴淋水溫度控制，相應(yīng)的旁通用第十二閥門19的開度調(diào)節(jié)同時受噴淋水溫度和噴淋水量控制。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出：對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。