一种煤化工余热废热制取蒸汽的系统及方法

本发明涉及工业余热、废热的清洁低碳回收再利用，尤其涉及一种煤化工余热废热制取蒸汽的系统及方法。

背景技术：

1、在工业领域，尤其在煤化工、热电厂领域中，一方面需要消耗大量的燃煤、燃气等制取蒸汽，用于驱动汽轮机获得动力或工业加热；另一方面在工业生产中产生大量不同温度的余热、废热，经冷却水冷却后，通过水冷塔散热，造成大量的热量浪费，也造成企业的碳排放居高不下，与我国要求的“双碳目标”相违背。因此，如何从余热、废热中回收热量制备蒸汽，满足企业需求，对企业的减碳以及可持续发展有着重要意义。

2、传统利用余热、废热制取蒸汽的复叠、两级或多级等系统，存在能效比不高，蒸汽温度不易调控等问题；在热源余热、废热温度波动或企业对蒸汽温度的需求发生改变时，整个热泵蒸汽制备系统无法快速的进行调控，这导致蒸汽温度波动大，系统效率低，无法充分利用不同温度的热源，因此，现有的热泵制取蒸汽技术具有很大的改进与完善。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、鉴于现有技术的上述缺点、不足，本发明提供一种煤化工余热废热制取蒸汽的系统及方法，其解决了传统热泵蒸汽制备无法快速调控，从而蒸汽温度波动大，系统效率低，无法充分利用不同温度的热源的技术问题。

3、(二)技术方案

4、为了达到上述目的，本发明采用的主要技术方案包括：

5、第一方面，本发明实施例提供一种煤化工余热废热制取蒸汽的系统，其特征在于，所述系统包括第一管路依次连接的液体输入装置(1)、第一蒸气压缩循环热泵机组(a)、第二蒸气压缩循环热泵机组(b)和蒸汽压力调节装置(6)，其中

6、所述第一蒸气压缩循环热泵机组用于从煤化工低温热源吸取热量，并将来自液体输入装置(1)的冷水加热得到高温水；

7、所述第二蒸气压缩循环热泵机组用于从煤化工高温热源吸取热量，并将来自所述第一蒸气压缩循环热泵机组的高温水加热得到蒸汽。

8、可选地，所述第一蒸气压缩循环热泵机组包括第二管路(12)依次连接的低温蒸发器(15)、低温压缩机(13)、低温冷凝器(3)和低温节流装置(14)，其中

9、所述低温蒸发器(15)用于将预先获取的低温液态工质与低温热源进行换热获取热量得到第一气态工质；

10、所述低温压缩机(13)用于将所述第一气态工质转换为高温高压气态工质或高温高压超临界态工质；

11、所述低温冷凝器(3)用于将所述高温高压气态工质或高温高压超临界态工质与来自液体输入装置(1)的冷水进行换热，释放热量得到中温高压的气态工质或中温高压的液态工质，并将来自液体输入装置(1)的冷水进行热交换得到高温水；

12、所述低温节流装置(14)用于对所述中温高压的气态工质或中温高压的液态工质进行节流生成第一液态低温低压工质。

13、可选地，所述第一蒸气压缩循环热泵机组中采用二氧化碳跨临界循环或二氧化碳亚临界循环。

14、可选地，所述第二蒸气压缩循环热泵机组包括第三管路(7)依次连接的高温蒸发器(11)、高温压缩机(8)、高温冷凝器(9)和高温节流装置(10)，其中

15、所述高温蒸发器(11)用于将所述低温液态工质与高温热源进行换热并获取热量得到第二气态工质；

16、所述高温压缩机(8)用于将所述第二气态工质转换为跨临界态工质或亚临界态工质；

17、所述高温冷凝器(9)用于将所述跨临界态工质或亚临界态工质与第来自第二管路(12)的高温热水进行热交换得到中高温高压气态工质或中高温高压超临界态工质，并将高温热水进行热交换得到蒸汽；

18、所述高温节流装置(10)用于对所述中高温高压气态工质或中高温高压超临界态工质进行节流生成低温液态工质。

19、可选地，所述第二蒸气压缩循环热泵机组中采用r-1336mzz跨临界循环或r-1336mzz亚临界循环。

20、可选地，所述蒸汽压力调节装置(6)与所述第二蒸气压缩循环热泵机组(b)连接，包括背压阀，用于调节所述蒸汽的压力。

21、可选地，所述第一蒸气压缩循环热泵机组(a)和所述第二蒸气压缩循环热泵机组(b)之间还设置有流量调节阀(4)，用于调节来自第一蒸气压缩循环热泵机组(a)的高温水的流量。

22、第二方面，本发明实施例提供一种煤化工余热废热制取蒸汽的方法，所述方法包括下列步骤：

23、通过第一蒸气压缩循环热泵机组(a)从煤化工低温热源吸取热量，并将来自液体输入装置(1)的冷水加热得到高温水；

24、通过第二蒸气压缩循环热泵机组(b)从煤化工高温热源吸取热量，并将来自所述第一蒸气压缩循环热泵机组(a)的高温水加热得到蒸汽。

25、可选地，在将来自液体输入装置(1)的冷水加热得到高温水之后还包括，使用流量调节阀调节高温水流量。

26、可选地，所述方法还包括：

27、当高温水的温度高于设定值时，将流量调节阀(4)全开并调节流量输入装置(1)至设定流量，同时检测蒸汽的温度是否高于设定值，若高于设定值，则加大流量输入装置(1)的流量，以进一步回收第一蒸气压缩循环热泵机组(a)和第二蒸气压缩循环热泵机组(b)制取的热量，否则减小流量调节阀(4)的开度并降低蒸汽压力调节装置(6)的压力设定值；

28、当高温水的温度低于设定值时，调节流量调节阀(4)实际开度与全开度的比例值及流量输入装置(1)实际泵功率与额定功率的比例值，并检测蒸汽的温度是否高于设定值，若低于设定值，则降低蒸汽压力调节装置(6)的压力设定值，否则加大流量调节阀(4)的开度以进一步回收第二蒸气压缩循环热泵机组(b)的热量。

29、(三)有益效果

30、本发明的有益效果是：本发明的一种煤化工余热废热制取蒸汽的系统，由于采用耦合两端热力学循环的方法，从不同温度的煤化工余热、废热中回收热量，将来自液体输入装置的冷水逐步提温得到高温水，通过流量调节阀调节高温水的流量同时进行换热得到蒸汽，再由蒸汽压力调节装置调节蒸汽的压力，获得所需温度的饱和蒸汽供用户使用，相对于现有技术而言，可替代煤化工企业的部分燃煤锅炉，减少煤炭消耗，提升能源的利用效率，降低企业的碳排放，而且可依据用户的不同需求，灵活可控地制取多种温度蒸汽的方案。

31、另外，由于采用对液体输入装置、流量调节装置和蒸汽压力调节装置的协同控制，一方面可以产生与用户匹配温度的蒸汽，另一方面使得第一蒸气压缩循环热泵机组和第二蒸气压缩循环热泵机组制取的热量能综合最优回收，获得更加高效的蒸汽制取效率，也适合更多不同热源工况。

技术特征：

1.一种煤化工余热废热制取蒸汽的系统，其特征在于，所述系统包括第一管路依次连接的液体输入装置(1)、第一蒸气压缩循环热泵机组(a)、第二蒸气压缩循环热泵机组(b)和蒸汽压力调节装置(6)，其中

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一蒸气压缩循环热泵机组包括第二管路(12)依次连接的低温蒸发器(15)、低温压缩机(13)、低温冷凝器(3)和低温节流装置(14)，其中

3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一蒸气压缩循环热泵机组中采用二氧化碳跨临界循环或二氧化碳亚临界循环。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二蒸气压缩循环热泵机组包括第三管路(7)依次连接的高温蒸发器(11)、高温压缩机(8)、高温冷凝器(9)和高温节流装置(10)，其中

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第二蒸气压缩循环热泵机组中采用r-1336mzz跨临界循环或r-1336mzz亚临界循环。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述蒸汽压力调节装置(6)与所述第二蒸气压缩循环热泵机组(b)连接，包括背压阀，用于调节所述蒸汽的压力。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一蒸气压缩循环热泵机组(a)和所述第二蒸气压缩循环热泵机组(b)之间还设置有流量调节阀(4)，用于调节来自第一蒸气压缩循环热泵机组(a)的高温水的流量。

8.一种煤化工余热废热制取蒸汽的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，在将来自液体输入装置(1)的冷水加热得到高温水之后还包括，使用流量调节阀调节高温水流量。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

技术总结本发明涉及余热废热制取技术领域，尤其涉及一种煤化工余热废热制取蒸汽的系统及方法，其中，所述系统包括第一管路依次连接的液体输入装置(1)、第一蒸气压缩循环热泵机组(A)、第二蒸气压缩循环热泵机组(B)和蒸汽压力调节装置(6)，其中所述第一蒸气压缩循环热泵机组用于从煤化工低温热源吸取热量，并将来自液体输入装置(1)的冷水加热得到高温水；所述第二蒸气压缩循环热泵机组用于从煤化工高温热源吸取热量，并将来自所述第一蒸气压缩循环热泵机组的高温水加热得到蒸汽。其有益效果是，减少煤炭消耗，提升能源的利用效率，降低企业的碳排放，而且可依据用户的不同需求，灵活可控地制取多种温度蒸汽的方案。技术研发人员：张信荣,郑秋云,刘佳,张伊阳,卞晓宇,冯帅受保护的技术使用者：北京大学技术研发日：技术公布日：2024/3/4