一种负压自冷却蒸汽压缩式热泵及其系统技术方案

本发明专利技术涉及一种负压自冷却蒸汽压缩式热泵及其系统，该设备及其系统主要应用于钢厂冲渣水余热回收领域，通过负压自冷却蒸汽压缩式热泵及其系统，消耗少量电能，提取钢厂冲渣水中的余热为建筑物进行供暖，由冲渣水进水口(1)、不凝性气体分离器(2)、蒸发器(3)、水蒸汽压缩机A(4)、水蒸汽压缩机B(5)、冷凝器(6)、高温水循环泵(7)、高温水换热器(8)、过冷器(9)、调节阀(10)、冲渣水出水管(11)、冲渣水排水泵(12)、喷液电磁阀(13)、真空泵A(14)、真空泵B(15)、末端水进水口(16)、末端水出水口(17)、冲渣水出水口(18)组成。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种负压自冷却蒸汽压缩式热泵及其系统，该设备及其系统主要应用于钢厂冲渣水余热回收领域，通过负压自冷却蒸汽压缩式热泵及其系统，消耗少量电能，提取钢厂冲渣水中的余热为建筑物进行供暖。
技术介绍
随着能源的日益紧张，节能问题成为当今全球关注的焦点。在积极开发新能源的同时，也越来越重视回收和利用余热资源，高效的利用余热资源也是解决能源紧张的一种有效途径。在许多工业领域存在着大量的余热资源，钢厂冲渣水中所含有的余热资源具有代表性，其温度范围为50-70℃，水量巨大。现今，这种钢厂冲渣水中所蕴含的能量大部分都直接排放到环境中，造成资源浪费，如将其回收利用，具有一定的经济效益和社会效益。钢厂冲渣水的热利用一直是人们关注的重点，尤其冬季为建筑供热，可减少常规能源的消耗。但是，钢厂冲渣水一般水质较差，如冲渣水含有CaO、SiO2、MgO、Al2O3以及少量的Fe2O3，杂质在冲渣水中以固体颗粒或悬浮物的形式存在，如不采取相应的技术措施，直接对建筑物进行供热，杂质将会使采暖系统中的管道、设备、阀门、散热器发生大面积淤积、堵塞，影响系统的运行安全。一般的钢厂冲渣水温度范围为50-70℃，因含有一定的杂质，无法直接应用，如采用间接换热方式，采用换热器使清水与冲渣水换热，再由清水为建筑物进行供热，一是杂质对堵塞换热器，二是有3-5℃的温度损失；另外，一般钢厂选离生活区，利用钢厂的冲渣水温度供热管网的投资较大，如供水温度较高，达到95-130℃，对减少供热管网的建设成本，但钢厂冲渣水温度范围为50-70℃，利用的供热温差有限，这将增大了管网的建设成本。目前，采用R22、R134A工质的压缩式热泵系统，所能达到的温度范围局限在55-80℃，这主要受限热泵系统所采用的工质，如果有效利用工业余热，通过热泵实现必要的温升，达到系统所需要的温度，需采用新的工质。
技术实现思路
为解决直接利用钢厂冲渣水供热会堵塞采暖设施、间接换热损失温度、供热时利用温差较小，本专利技术提供了负压自冷却蒸汽压缩式热泵及其系统。应用原理：1、如图1所示，本专利技术的一种负压自冷却蒸汽压缩式热泵及其系统，由冲渣水进水口、不凝性气体分离器、蒸发器、水蒸汽压缩机A、水蒸汽压缩机B、冷凝器、高温水循环泵、高温水换热器、过冷器、调节阀、冲渣水出水管、冲渣水排水泵、喷液电磁阀、真空泵A、真空泵B、末端水进水口、末端水出水口、冲渣水出水口组成，外界冲渣水由冲渣水进水口进入不凝性气体分离器，冲渣水经过不凝性气体分离器分离不凝性气体后，进入蒸发器，因水蒸汽压缩机A吸气，蒸发器内的压力低于冲渣水饱和水蒸汽压力，冲渣水不断蒸发，冲渣水自身被冷却，水蒸汽进入水蒸汽压缩机A被一次压缩，再经过水蒸汽压缩机B被二次压缩，形成高温高压水蒸汽，高温高压水蒸汽进入冷凝器，与冷凝器内的喷淋水进行换热，高温高压水蒸汽冷凝，与喷淋水混合形成高温水，高温水通过高温水循环泵进入高温水换热器与从末端进水口进入的末端循环水进行换热，通过充分的热交换后末端循环水由末端水出水口排出，高温水被冷却，一部分水进入过冷器与排出冷凝器的冷凝水换热，吸收排出冷凝器的冷凝水热量后，再混合进入冷凝器与高温高压的水蒸汽换热；排出冷凝器的冷凝水经调节阀与冲渣水出水管中的冲渣水混合后，经冲渣水排水泵排出系统；另外，通过高温水换热器换热后的循环水一小部分通过喷液电磁阀与水蒸汽压缩机排出的过热蒸汽混合，降低水蒸汽压缩机B的吸气压力；真空泵A排出不凝性气体分离器中的不凝性气体，真空泵B排出冷凝器(6)中的不凝性气体。通过水蒸汽压缩机A、水蒸汽压缩机B两级压缩，通过喷液电磁阀喷液，降低水蒸汽压缩机B的吸气压力，末端水出水口的水温可控制在≤130℃。2、如图1所示，进入蒸发器的冲渣水，一少部分冲渣水蒸发成水蒸气，水蒸气含有极少的较小的颗粒杂质，不影响系统的压缩换热，冲渣水蒸发时自身被冷却降温，通过冲渣水的蒸发这种方式将冲渣水中热量提取出来，冲渣水中含有的杂质同被冷却降温的冲渣水通过冲渣水出水管、冲渣水排水泵由冲渣水出水口排出。3、如图1所示，冷凝器中的液位由调节阀进行调节，冷凝器中的液位高于设定值时，调节阀开度增加，冷凝器中的液位低于设定值时，调节阀开度减小，蒸发器中的液位由冲渣水排水泵变频控制，蒸发器中的液位高于设定值时，冲渣水排水泵的频率增加，蒸发器中的液位低于设定值时，冲渣水排水泵频率减小。冷凝器采用喷淋式换热方式，由冷凝器内喷淋管喷淋液态水直接与高温高压的蒸汽接触换热，提高换热循环水的温度。4、如图2所示，外界冲渣水由冲渣水进水口进入不凝性气体分离器，冲渣水经过不凝性气体分离器分离不凝性气体后，进入蒸发器，因水蒸汽压缩机A吸气，蒸发器内的压力低于冲渣水饱和水蒸汽压力，冲渣水不断蒸发，冲渣水自身被冷却，水蒸汽进入水蒸汽压缩机A被压缩，形成高温高压水蒸汽，高温高压水蒸汽进入冷凝器，与冷凝器内的喷淋水进行换热，高温高压水蒸汽冷凝，与喷淋水混合形成高温水，高温水通过高温水循环泵进入高温水换热器与从末端进水口进入的末端循环水进行换热，通过充分的热交换后末端循环水由末端水出水口排出，高温水被冷却，一部分水进入过冷器与排出冷凝器的冷凝水换热，吸收排出冷凝器的冷凝水热量后，再混合进入冷凝器与高温高压的水蒸汽换热；排出冷凝器的冷凝水经调节阀与冲渣水出水管中的冲渣水混合后，经冲渣水排水泵排出系统；真空泵A排出不凝性气体分离器中的不凝性气体，真空泵B排出冷凝器中的不凝性气体。通过水蒸汽压缩机A一级压缩，末端水出水口的水温可控制在≤110℃。5、如图3所示，外界冲渣水由冲渣水进水口进入不凝性气体分离器，冲渣水经过不凝性气体分离器分离不凝性气体后，进入蒸发器，因水蒸汽压缩机A吸气，蒸发器内的压力低于冲渣水饱和水蒸汽压力，冲渣水不断蒸发，冲渣水自身被冷却，水蒸汽进入水蒸汽压缩机A被压缩，形成高温高压水蒸汽，高温高压水蒸汽进入高温水换热器，与从末端进水口进入的末端循环水进行换热，通过充分的热交换后末端循环水由末端水出水口排出，高温高压水蒸汽冷凝成冷凝水经调节阀与冲渣水出水管中的冲渣水混合后，经冲渣水排水泵排出系统。6、如图4所示，一种冲渣水供热系统，由高炉、冲渣水过滤器、蓄水池、冲渣水循环泵、切换阀A、切换阀B、冲渣水供水管、负压自冷却蒸汽压缩式热泵、冲渣水回水管、末端循环水泵、末端供水管、末端系统、末端回水管组成，供热时，切换阀A关闭，切换阀B开启，冲渣水由冲渣水过滤器粗过滤后，进入蓄水池，再由冲渣水循环泵加压经切换阀B、冲渣水供水管输送至负压自冷却蒸汽压缩式热泵提取冲渣水中的热量，被冷却的冲渣水经冲渣水回水管，回到高炉循环利用；末端循环水由末端回水管进入负压自冷却蒸汽压缩式热泵换热，末端循环水温度被提高后，经末端循环水泵、末端供水管进入末端系统对建筑物进行供热，循环水温度降低后，由末端回水管进入负压自冷却蒸汽压缩式热泵循环换热。附图说明图1-本专利技术实施例提供的负压自冷却蒸汽压缩式热泵第一种结构示意图图2-本专利技术实施例提供的负压自冷却蒸汽压缩式热泵第二种结构示意图图3-本专利技术实施例提供的负压自冷却蒸汽压缩式热泵第三种结构示意图图4-本专利技术实施例提供的一种冲渣水供热系统图附图图面说明图1、图2、图3、图4，1-冲渣水进水口；2-不凝性气体分离器；3-本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种负压自冷却蒸汽压缩式热泵，其特征在于由冲渣水进水口(1)、不凝性气体分离器(2)、蒸发器(3)、水蒸汽压缩机A(4)、水蒸汽压缩机B(5)、冷凝器(6)、高温水循环泵(7)、高温水换热器(8)、过冷器(9)、调节阀(10)、冲渣水出水管(11)、冲渣水排水泵(12)、喷液电磁阀(13)、真空泵A(14)、真空泵B(15)、末端水进水口(16)、末端水出水口(17)、冲渣水出水口(18)组成，外界冲渣水由冲渣水进水口(1)进入不凝性气体分离器(2)，冲渣水经过不凝性气体分离器(2)分离不凝性气体后，进入蒸发器(3)，因水蒸汽压缩机A(4)吸气，蒸发器(3)内的压力低于冲渣水饱和水蒸汽压力，冲渣水不断蒸发，冲渣水自身被冷却，水蒸汽进入水蒸汽压缩机A(4)被一次压缩，再经过水蒸汽压缩机B(5)被二次压缩，形成高温高压水蒸汽，高温高压水蒸汽进入冷凝器(6)，与冷凝器(6)内的喷淋水进行换热，高温高压水蒸汽冷凝，与喷淋水混合形成高温水，高温水通过高温水循环泵(7)进入高温水换热器(8)与从末端进水口进入的末端循环水进行换热，通过充分的热交换后末端循环水由末端水出水口(17)排出，高温水被冷却，一部分水进入过冷器(9)与排出冷凝器(6)的冷凝水换热，吸收排出冷凝器(6)的冷凝水热量后，再混合进入冷凝器(6)与高温高压的水蒸汽换热；排出冷凝器(6)的冷凝水经调节阀(10)与冲渣水出水管(11)中的冲渣水混合后，经冲渣水排水泵(12)排出系统；另外，通过高温水换热器(8)换热后的循环水一小部分通过喷液电磁阀(13)与水蒸汽压缩机(4)排出的过热蒸汽混合，降低水蒸汽压缩机B(5)的吸气压力；真空泵A(14)排出不凝性气体分离器(2)中的不凝性气体，真空泵B(15)排出冷凝器(6)中的不凝性气体。...

【技术特征摘要】
1.一种负压自冷却蒸汽压缩式热泵，其特征在于由冲渣水进水口(1)、不凝性气体分离器(2)、蒸发器(3)、水蒸汽压缩机A(4)、水蒸汽压缩机B(5)、冷凝器(6)、高温水循环泵(7)、高温水换热器(8)、过冷器(9)、调节阀(10)、冲渣水出水管(11)、冲渣水排水泵(12)、喷液电磁阀(13)、真空泵A(14)、真空泵B(15)、末端水进水口(16)、末端水出水口(17)、冲渣水出水口(18)组成，外界冲渣水由冲渣水进水口(1)进入不凝性气体分离器(2)，冲渣水经过不凝性气体分离器(2)分离不凝性气体后，进入蒸发器(3)，因水蒸汽压缩机A(4)吸气，蒸发器(3)内的压力低于冲渣水饱和水蒸汽压力，冲渣水不断蒸发，冲渣水自身被冷却，水蒸汽进入水蒸汽压缩机A(4)被一次压缩，再经过水蒸汽压缩机B(5)被二次压缩，形成高温高压水蒸汽，高温高压水蒸汽进入冷凝器(6)，与冷凝器(6)内的喷淋水进行换热，高温高压水蒸汽冷凝，与喷淋水混合形成高温水，高温水通过高温水循环泵(7)进入高温水换热器(8)与从末端进水口进入的末端循环水进行换热，通过充分的热交换后末端循环水由末端水出水口(17)排出，高温水被冷却，一部分水进入过冷器(9)与排出冷凝器(6)的冷凝水换热，吸收排出冷凝器(6)的冷凝水热量后，再混合进入冷凝器(6)与高温高压的水蒸汽换热；排出冷凝器(6)的冷凝水经调节阀(10)与冲渣水出水管(11)中的冲渣水混合后，经冲渣水排水泵(12)排出系统；另外，通过高温水换热器(8)换热后的循环水一小部分通过喷液电磁阀(13)与水蒸汽压缩机(4)排出的过热蒸汽混合，降低水蒸汽压缩机B(5)的吸气压力；真空泵A(14)排出不凝性气体分离器(2)中的不凝性气体，真空泵B(15)排出冷凝器(6)中的不凝性气体。2.根据权利要求1所述的一种负压自冷却蒸汽压缩式热泵，其特征在于通过水蒸汽压缩机A(4)、水蒸汽压缩机B(5)两级压缩，通过喷液电磁阀(13)喷液，降低水蒸汽压缩机B(5)的吸气压力，末端水出水口的水温可控制在≤130℃。3.根据权利要求1所述的一种负压自冷却蒸汽压缩式热泵，其特征在于进入蒸发器(3)的冲渣水，一少部分冲渣水蒸发成水蒸气，水蒸气含有极少的较小的颗粒杂质，不影响系统的压缩换热，冲渣水蒸发时自身被冷却降温，通过冲渣水的蒸发这种方式将冲渣水中热量提取出来，冲渣水中含有的杂质同被冷却降温的冲渣水通过冲渣水出水管(11)、冲渣水排水泵(12)由冲渣水出水管排出。4.根据权利要求1所述的一种负压自冷却蒸汽压缩式热泵，其特征在于冷凝器(6)中的液位由调节阀(10)进行调节，冷凝器(6)中的液位高于设定值时，调节阀(10)开度增加，冷凝器(6)中的液位低于设定值时，调节阀(10)开度减小，蒸发器(3)中的液位由冲渣水排水泵(12)变频控制，蒸发器(3)中的液位高于设定值时，冲渣水排水泵(12)的频率增加，蒸发器(3)中的液位低于设定值时，冲渣水排水泵(12)频率减小，冷凝器(6)采用喷淋式换热方式，由冷凝器(6)内喷淋管喷淋液态水直接与高温高压的蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨胜东，
申请(专利权)人：杨胜东，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23