热水余热梯级利用产生水蒸汽的系统及方法与流程

本发明涉及余热利用技术，尤其涉及用热水余热产生水蒸汽的技术。

背景技术：

1、随着“碳中和，碳达峰”战略的实施，节能越来越受到工业行业的重视。热水作为工业企业中最常见的余热资源主要来自于两方面，一是蒸汽凝液，即蒸汽加热完成后冷凝变成了高温蒸汽凝液；二是冷却工艺中的低温冷却水(包括精馏塔塔顶冷凝器、换热器、冷却器、反应器、急冷等所用的冷却水)冷却后产生的高温热水。目前，热水余热回收技术主要有换热、有机朗肯循环发电(orc)等方式，而随着我国能源战略的调整以及新能源发电的兴盛，我国的能源价格出现了蒸汽价格越来越高、电价基本保持不变的情况。所以，近年来针对余热的回收方式逐步从用余热发电转变成消耗一点电得到蒸汽。

2、在此情形下，利用热水余热去产蒸汽成为热水余热回收技术发展的热点。热水产蒸汽的方式主要有：低温闪蒸、蒸汽压缩、闭式热泵，这几种方式各自都有优缺点，如下所述：

3、低温闪蒸技术只能产生低于比来源热水温度更低的蒸汽，这种低压蒸汽的需求有限，热量回收率也很低，所以很少单纯用这种方式；

4、配合闪蒸罐的蒸汽压缩是一种很好的方式，尤其是随着螺杆式压缩机的技术突破，可以实现蒸汽100℃的饱和温升。但是如果压缩机的进出口温差大，蒸汽的单位电耗也会很大，这对于一些蒸汽价格不高的场景不太适宜；

5、闭式热泵可以利用低温热水产生低温的蒸汽，其中第二类溴化锂热泵不消耗电能是一种很好方式，但此类cop低，回收的低压蒸汽量有限，因此只能作为一种补充。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用热水余热产生水蒸汽的系统及方法，其用较小的能量消耗实现了较大程度的热量回收。

2、本发明所要解决的进一步的技术问题在于提供一种利用热水余热产生水蒸汽的方法，其能根据热水的温度的变化，对系统的工作状态进行优化匹配。

3、根据本发明实施例的一种用热水余热产生水蒸汽的系统，包括高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、闭式热泵、水泵和蒸汽压缩机；高压闪蒸罐的进口与热水管道连通，高压闪蒸罐的蒸汽出口与第一水蒸汽输出管道连通；低压闪蒸罐的进口与高压闪蒸罐的液体出口连通，低压闪蒸罐的液体出口与水泵的入口连通；闭式热泵的第一入水口与水泵的出口连通；蒸汽压缩机的入口分别与低压闪蒸罐的蒸汽出口和闭式热泵的蒸汽出口连通，蒸汽压缩机的出口与第二水蒸汽输出管道连通。

4、上述的用热水余热产生水蒸汽的系统中，高压闪蒸罐的蒸汽出口或第一水蒸汽输出管道上设有隔离阀；和/或蒸汽压缩机的出口或第二水蒸汽输出管道上设有隔离阀；和/或低压闪蒸罐的蒸汽出口与蒸汽压缩机的入口之间设有隔离阀；和/或闭式热泵的蒸汽出口与蒸汽压缩机的入口之间设有隔离阀。

5、根据本发明实施例的用热水余热产生水蒸汽的方法，包括以下步骤：

6、高温热水在高压闪蒸罐中进行闪蒸，产生高压水蒸汽，未闪蒸的中温热水从高压闪蒸罐的底部排入低压闪蒸罐；

7、低压闪蒸罐对从高压闪蒸罐接收的热水进行闪蒸，得到低压水蒸汽，低压闪蒸罐中未闪蒸的低温热水从底部排出，经水泵加压后送入到闭式热泵的第一入水口；

8、闭式热泵利用低温热水的余热，对流入第二入水口的热水加热，产生低压水蒸汽，该低压水蒸汽与低压闪蒸罐顶部排出的低压水蒸汽混合后一并输入蒸汽压缩机的入口；

9、蒸汽压缩机对低压水蒸汽压缩后得到高压水蒸汽，该高压水蒸汽与高压闪蒸罐闪蒸出来的高压水蒸汽一并供给用户。

10、上述的用热水余热产生水蒸汽的方法，其中，在高温热水的温度达到或高于预设的温度阈值时，高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、闭式热泵、水泵和蒸汽压缩机均运行；在高温热水的温度低于预设的温度阈值时，高压闪蒸罐不工作，低压闪蒸罐工作。

11、本发明至少具有以下优点和特点：

12、1、本发明实施例采用高压闪蒸罐、低压闪蒸罐和闭式热泵实现了三级蒸汽发生，实现了能量的梯级利用，用较小的能量消耗实现了较大程度的余热回收，产生水蒸汽；

13、2、本发明实施例的蒸汽压缩机入口连接在低压闪蒸罐的顶部蒸汽出口，蒸汽压缩机可以实现负压吸入，低压闪蒸罐可以实现负压闪蒸，从而实现热水更大程度的余热回收；

14、3、本发明实施例采用的隔离阀可以将设备间互相隔离，用于不同模式的切换和设备隔离检修；

15、4、本发明实施例用热水余热产生水蒸汽的方法能根据高温热水的温度进行运行模式的切换。

技术特征：

1.一种用热水余热产生水蒸汽的系统，其特征在于，包括高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、闭式热泵、水泵和蒸汽压缩机；

2.如权利要求1所述的用热水余热产生水蒸汽的系统，其特征在于，所述高压闪蒸罐的进口的上游和/或低压闪蒸罐的进口的上游设有减压阀。

3.如权利要求1所述的用热水余热产生水蒸汽的系统，其特征在于，所述高压闪蒸罐的蒸汽出口或所述第一水蒸汽输出管道上设有隔离阀；和/或

4.如权利要求1或3所述的用热水余热产生水蒸汽的系统，其特征在于，所述高压闪蒸罐的蒸汽出口或所述第一水蒸汽输出管道上设有单向阀；和/或

5.如权利要求1所述的用热水余热产生水蒸汽的系统，其特征在于，所述闭式热泵为采用氟利昂、氨水或甲醇作为工质的闭式热泵。

6.如权利要求1所述的用热水余热产生水蒸汽的系统，其特征在于，所述闭式热泵为第二类溴化锂吸收式热泵。

7.如权利要求1所述的用热水余热产生水蒸汽的系统，其特征在于，所述蒸汽压缩机为螺杆式压缩机、离心式压缩机、往复式压缩机或罗茨式压缩机。

8.一种用热水余热产生水蒸汽的方法，其特征在于，包括以下步骤：

9.如权利要求8所述的用热水余热产生水蒸汽的方法，其特征在于，闭式热泵产生的低压水蒸汽的压力与低压闪蒸罐的闪蒸压力相同。

10.如权利要求8所述的用热水余热产生水蒸汽的方法，其特征在于，在所述高温热水的温度达到或高于预设的温度阈值时，所述高压闪蒸罐、所述低压闪蒸罐、所述闭式热泵、所述水泵和所述蒸汽压缩机均运行；

技术总结一种热水余热梯级利用产生水蒸汽的系统及方法。该系统包括高压闪蒸罐、低压闪蒸罐、闭式热泵、水泵和蒸汽压缩机；高压闪蒸罐的进口与热水管道连通，高压闪蒸罐的蒸汽出口与第一水蒸汽输出管道连通；低压闪蒸罐的进口与高压闪蒸罐的液体出口连通，低压闪蒸罐的液体出口与水泵的入口连通；闭式热泵的第一入水口与水泵的出口连通；蒸汽压缩机的入口分别与低压闪蒸罐的蒸汽出口和闭式热泵的蒸汽出口连通，蒸汽压缩机的出口与第二水蒸汽输出管道连通。本发明能用较小的能量消耗实现了较大程度的热量回收。技术研发人员：周岳,刘常峰,王亚洲,张震,李亚冬,王志高,孟泽成,蒋俊彦受保护的技术使用者：上海齐耀膨胀机有限公司技术研发日：技术公布日：2024/3/5