蒸汽热泵的两种应用方式及其系统技术方案

本发明专利技术提出了蒸汽热泵的两种应用方式及其系统,其特征在于：所述蒸汽热泵是采用外补的流动蒸汽为工质；两种应用方式分别是：是中继应用和置换物料水分应用；前者，用于提升废蒸汽源和蒸汽输运中的蒸汽压力和温度，系统为中继开放式；后者，用于干燥湿物料或浓缩含水溶液，系统为置换蒸汽循环式，主要设备为蒸汽增压机、补水器系统、智能控制柜系统，蒸汽置换换热器，提供了蒸汽‑湿料换热器和蒸汽‑溶液换热器设计的基本要素；为防止热泵过热，给出了理论和实际补水量的计算关系；蒸汽热泵适用80‑120℃废蒸汽能量的回收，节能效果远超过普通热泵，热泵性能系数COP值高达15‑20，经济价值很高。

Two kinds of application and system of steam heat pump

The invention provides two ways of applying steam and heat pump system, which is characterized in that the steam flow of steam heat pump is the supplement for refrigerant; two application modes are: relay application and moisture replacement application; the former is used for lifting the waste steam source and vapor transport in steam pressure and temperature system for relay open; the latter, for drying wet materials or concentrated aqueous solution system for replacement of steam cycle type, main equipment for steam supercharger, feeder system, intelligent control system, the replacement of steam heat exchanger, the basic elements of steam wet material heat exchanger and steam solution heat exchanger the design provides the heat pump; to prevent overheating, the calculation gives the relationship between the theory and practice of water supply; the recovery of steam heat pump for 80 120 C waste steam energy, energy-saving effect is far more than the general Through the heat pump, heat pump performance coefficient COP value up to 15 20, high economic value.

【技术实现步骤摘要】
蒸汽热泵的两种应用方式及其系统
本专利技术涉及动力机械和热泵节能领域，是特别的新型蒸汽热泵系统。
技术介绍
许多化工厂，例如苯酐的生产过程中，产生大量的低品位的蒸汽和乏汽。它们含有很大的汽化潜热能，但是由于温度、压力偏低，无法在工业再利用。冷热联供的方案，在冬季和夏季，可以消耗某些工厂产生的低品位废蒸汽或乏汽，但是受到季节性限制，不能与工业生产连续同步匹配利用；而产生低品位蒸汽的工厂，为了回收低品位废蒸汽和乏汽的水，则需要大量冷却水来冷却低品位废蒸汽和乏汽，而为了冷却水能循环再利用，又需要建冷却水的冷却塔，循环冷却水系统的水泵和风机还要消耗很多电，收益不大；所以许多场合，干脆把低品位蒸汽直接排入大气中，这又造成环境的热污染；另外，远处的一些造纸厂、印染厂、食品厂、农产品干燥场所等又需要大量热量，这些热量通常是由高温高压蒸汽提供。由于环保需求，现在不允许这些工厂独立使用燃煤锅炉生产蒸汽，生产1吨温度443K、压力0.79MPa的蒸汽，如果改用电锅炉要用电3220千瓦时，电费成本约1930元；如果燃烧天然气，要耗气100-110立方米，燃料费约260元；显然这使某些用蒸汽企业的蒸汽成本代价大大上升；热泵具有提升热量温度的功能，热力学的原理是在热泵工质循环中压缩机消耗少量高品位的电能，补充热泵低温蒸发器吸热和高温凝结器放热温差传热消耗的有效能，以及把0品位的环境能量提升到使用温度的能量所增加的有效能，因此热泵能够获得比消耗的电能多数倍的热量，但是输出热量所增加的有效能不能超过压缩机消耗的电能。热泵是一种节能设备，但是利用传统热泵的方法，用蒸发器吸收低压蒸汽的热量，再在冷凝器中把热量放给高温蒸汽，这种方式很难实现；因为传统热泵循环的氟利昂工质和压缩机润滑油不适合高温应用，常用温度范围是比环境温度低10℃到65℃，输出的热水温度也只高到55℃，即使二氧化碳工质也难在80℃以上使用；另外，采用传统热泵搬运蒸汽的热能，其能效比低，通常在2.5-4.5之间。
技术实现思路
为了回收低压低品位废蒸汽的汽化潜热能，克服现有氟利昂、二氧化碳为工质的热泵不能适应高温的不足，本专利技术提出蒸汽热泵的两种应用方式及其系统,它以蒸汽为工质，通过蒸汽增压机压缩，升高蒸汽压力和温度，达到恢复蒸汽工业使用价值；蒸汽热泵适用80-120℃废蒸汽能量的回收利用，节能效果远超过普通热泵，COP值高达15-20，经济价值很高。本专利技术的具体技术方案是：蒸汽热泵的两种应用方式及其系统，其特征是：所述的蒸汽热泵的两种应用方式，一种是中继应用方式，是用于提升废蒸汽源和蒸汽输运中的蒸汽压力和温度，使其压力和温度升高达到工业或用户要求标准，该应用方式的系统为中继开放式蒸汽热泵系统，工质为低压蒸汽源管路上的蒸汽，连续不断补充而不重复循环使用；另一种是置换物料水分应用方式，是用于干燥湿物料或浓缩含水溶液，该应用方式的系统为置换蒸汽循环式蒸汽热泵系统，工质为被压缩蒸汽加热的物料所蒸发的蒸汽，不采用外界蒸汽源的蒸汽；中继开放式蒸汽热泵系统，简称开放式热泵系统；置换蒸汽循环式蒸汽热泵系统，简称置换循环式热泵系统；所述的置换循环式热泵系统，在建立热泵循环平衡之前的初始阶段是接受外界蒸汽源的蒸汽，系统处于开放式状态；在建立热泵循环平衡之后，热泵循环中的使用物料蒸发的蒸汽。所述的蒸汽热泵的两种应用方式及其系统，其特征是：所述的开放式热泵系统，主要设备为蒸汽增压机、电机、补水器系统、冷却水系统、智能控制柜系统；蒸汽增压机的进、出汽口，分别与低压进汽蒸汽管、高压出汽蒸汽管连接；蒸汽增压机的进汽管路上安装有进汽阀、电动进气阀、文丘里管、进汽的压力和温度探头；出汽管路上的安装有蒸汽流量计、排汽压力和温度探头、单向阀；所述的补水器系统，由补水喷嘴、补水阀、补水泵和补水管路构成，补水喷嘴固定插在文丘里管的近喉口处；进汽管路的低处增设有疏水管,在疏水管上安装有疏水阀；电机带动蒸汽增压机工作；所述的冷却水系统，包括冷却水进出水管，用于冷却润滑油系统油箱中的润滑油；所述的智能控制柜系统，包括智能控制柜、信号检测和处理系统、具有实时检测增压机进、出口蒸汽的温度、压力、出口蒸汽流量，润滑油油温，补水温度和压力，自动调节补水阀开度，防止超温超压和稳定输出压力，对故障有声光报警和记忆功能。所述的蒸汽热泵的两种应用方式及其系统，其特征是：所述的置换循环式热泵系统，包括开放式热泵系统的全部组成：蒸汽增压机、电机、补水器系统、冷却水系统、智能控制柜系统；在蒸汽增压机的进汽管路上，相对进汽口位置由远而近分别安装有外接进汽总阀、电动进气阀、文丘里管、进汽的压力和温度探头；进汽管路的最低处下侧增设有疏水管，疏水管上安装有疏水阀；在出汽管路上，安装有排汽压力、温度探头；所述的补水器系统，由补水喷嘴、补水阀、补水泵和补水管路组成，补水喷嘴固定插在文丘里管的近喉口处；所述的冷却水系统，包括冷却水进出水管，用于冷却润滑油系统油箱中的润滑油；所述的智能控制柜系统，包括智能控制柜、信号检测和处理系统、具有实时检测增压机进、出口蒸汽的温度、压力、出口蒸汽流量，润滑油油温，补水温度和压力，自动调节补水阀开度，防止超温超压和稳定输出压力，对故障有声光报警和记忆功能；所述的置换循环式热泵系统，还增添有工质与物料蒸汽置换换热器，简称蒸汽置换换热器；所述的蒸汽置换换热器，有蒸汽通路和物料通路，共有六个接口：蒸汽通路的蒸汽进口、凝结水出口和不凝性气体排气口，物料通路的物料进口、干物料或浓溶液出口和物料蒸汽出口；蒸汽置换换热器的蒸汽进口与蒸汽增压机的出口连接；物料蒸汽的出口，经过回送蒸汽管连接到蒸汽增压机的进汽管路上，接入点在电动进气阀的出口与蒸汽增压机的进口之间；凝结水出口与安装有凝结水出水阀的凝结水输送管连接，凝结水可送往凝结水收集器；物料进口与物料进料管路连接；干物料或浓溶液出口与安装有物料出口阀的物料输出管路连接；不凝性气体排气口，设在热蒸汽通路的腔体顶部，其排气管上安装有不凝性气体排气阀。所述的蒸汽热泵两种应用方式及其系统，其特征是：所述的蒸汽增压机是离心式蒸汽增压机，或是罗茨蒸汽增压机，或是单螺杆蒸汽增压机，或是双螺杆蒸汽增压机；当增压比>1.5以上，可采用多级串联压缩方式。所述的蒸汽热泵的两种应用方式及其系统，其特征是：所述的蒸汽置换换热器，属于凝结-蒸发换热器系列；按被加热的物料区分，蒸汽置换换热器有两种形式:一种是蒸汽凝结-湿物料被加热换热器，简称蒸汽-湿料换热器，用于湿物料干燥；另一种是蒸汽凝结-含水溶液物料被加热换热器，简称蒸汽-溶液换热器，用于水溶液的浓缩；其总体结构，设有加热蒸汽通路和被加热物料通路，加热蒸汽通路通入热泵输出的蒸汽，工作时热泵输出的蒸汽在放热凝结后，变成凝结水排出；被加热物料通路，送入的含水物料或溶液物料受热时其所含的水分蒸发成为物料蒸汽，物料蒸汽经过回送蒸汽管被抽吸进入蒸汽增压机，作为新一次循环的热泵工质，如此重复。根据权利要求1所述的蒸汽热泵两种应用方式及其系统，其特征是：所述的蒸汽-湿料换热器，是一种用蒸汽加热湿物料的干燥器，其轮廓结构为卧式圆筒罐体；圆筒罐体顶部设物料进口斗和两级进料阀门；圆筒罐体底部的物料出料口安装有两级出料阀门；在圆筒罐体内自上而下布置数层蒸汽加热管排本文档来自技高网...

【技术保护点】
蒸汽热泵的两种应用方式及其系统，其特征是：所述的蒸汽热泵的两种应用方式，一种是中继应用方式，是用于提升废蒸汽源和蒸汽输运中的蒸汽压力和温度，使其压力和温度升高达到工业或用户要求标准，该应用方式的系统为中继开放式蒸汽热泵系统，工质为低压蒸汽源管路上的蒸汽，连续不断补充而不重复循环使用；另一种是置换物料水分应用方式，是用于干燥湿物料或浓缩含水溶液，该应用方式的系统为置换蒸汽循环式蒸汽热泵系统，工质为被压缩蒸汽加热的物料所蒸发的蒸汽，不采用外界蒸汽源的蒸汽；中继开放式蒸汽热泵系统，简称开放式热泵系统；置换蒸汽循环式蒸汽热泵系统，简称置换循环式热泵系统；所述的置换循环式热泵系统，在建立热泵循环平衡之前的初始阶段是接受外界蒸汽源的蒸汽，系统处于开放式状态；在建立热泵循环平衡之后，热泵循环中的工质使用物料蒸发的蒸汽。

【技术特征摘要】
1.蒸汽热泵的两种应用方式及其系统，其特征是：所述的蒸汽热泵的两种应用方式，一种是中继应用方式，是用于提升废蒸汽源和蒸汽输运中的蒸汽压力和温度，使其压力和温度升高达到工业或用户要求标准，该应用方式的系统为中继开放式蒸汽热泵系统，工质为低压蒸汽源管路上的蒸汽，连续不断补充而不重复循环使用；另一种是置换物料水分应用方式，是用于干燥湿物料或浓缩含水溶液，该应用方式的系统为置换蒸汽循环式蒸汽热泵系统，工质为被压缩蒸汽加热的物料所蒸发的蒸汽，不采用外界蒸汽源的蒸汽；中继开放式蒸汽热泵系统，简称开放式热泵系统；置换蒸汽循环式蒸汽热泵系统，简称置换循环式热泵系统；所述的置换循环式热泵系统，在建立热泵循环平衡之前的初始阶段是接受外界蒸汽源的蒸汽，系统处于开放式状态；在建立热泵循环平衡之后，热泵循环中的工质使用物料蒸发的蒸汽。2.根据权利要求1所述的蒸汽热泵的两种应用方式及其系统，其特征是：所述的开放式热泵系统，主要设备为蒸汽增压机、电机、补水器系统、冷却水系统、智能控制柜系统；蒸汽增压机的进、出汽口，分别与低压进汽蒸汽管、高压出汽蒸汽管连接；蒸汽增压机的进汽管路上安装有进汽阀、电动进气阀、文丘里管、进汽的压力和温度探头；出汽管路上的安装有蒸汽流量计、排汽压力和温度探头、单向阀；所述的补水器系统，由补水喷嘴、补水阀、补水泵和补水管路构成，补水喷嘴固定插在文丘里管的近喉口处；进汽管路的低处增设有疏水管，在疏水管上安装有疏水阀；电机带动蒸汽增压机工作；所述的冷却水系统，包括冷却水进出水管，用于冷却润滑油系统油箱中的润滑油；所述的智能控制柜系统，包括智能控制柜、信号检测和处理系统、具有实时检测蒸汽增压机进、出口蒸汽的温度、压力、出口蒸汽流量，润滑油油温，补水温度和压力，自动调节补水阀开度，防止超温超压和稳定输出压力，对故障有声光报警和记忆功能。3.根据权利要求1所述的蒸汽热泵的两种应用方式及其系统，其特征是：所述的置换循环式热泵系统，包括开放式热泵系统的全部组成：蒸汽增压机、电机、补水器系统、冷却水系统、智能控制柜系统；在蒸汽增压机的进汽管路上，相对进汽口位置由远而近分别安装有外接进汽总阀、电动进气阀、文丘里管、进汽的压力和温度探头；进汽管路的最低处下侧增设有疏水管，疏水管上安装有疏水阀；在出汽管路上，安装有排汽压力、温度探头；所述的补水器系统，由补水喷嘴、补水阀、补水泵和补水管路组成，补水喷嘴固定插在文丘里管的近喉口处；所述的冷却水系统，包括冷却水进出水管，用于冷却润滑油系统油箱中的润滑油；所述的智能控制柜系统，包括智能控制柜、信号检测和处理系统、具有实时检测增压机进、出口蒸汽的温度、压力、出口蒸汽流量，润滑油油温，补水温度和压力，自动调节补水阀开度，防止超温超压和稳定输出压力，对故障有声光报警和记忆功能；所述的置换循环式热泵系统，还增添有工质与物料蒸汽置换换热器，简称蒸汽置换换热器；所述的蒸汽置换换热器，有蒸汽通路和物料通路，共有六个接口：蒸汽通路的蒸汽进口、凝结水出口和不凝性气体排气口，物料通路的物料进口、干物料或浓溶液出口和物料蒸汽出口；蒸汽置换换热器的蒸汽进口与蒸汽增压机的出口连接；物料蒸汽的出口，经过回送蒸汽管连接到蒸汽增压机的进汽管路上，接入点在电动进气阀的出口与蒸汽增压机的进口之间；凝结水出口与安装有凝结水出水阀的凝结水输送管连接，凝结水可送往凝结水收集器；物料进口与物料进料管路连接；干物料或浓溶液出口与安装有物料出口阀的物料输出管路连接；不凝性气体排气口，设在热蒸汽通路的腔体顶部，其排气管上安装有不凝性气体排气阀。4.根据权利要求1所述的蒸汽热泵两种应用方式及其系统，其特征是：所述的蒸汽增压机是离心式蒸汽增压机，或是罗茨蒸汽增压机，或是单螺杆蒸汽增压机，或是双螺杆蒸汽增压机；当增压比>1.5以上，可采用多级串联压缩方式。5.根据权利要求1所述的蒸汽热泵的两种应用方式及其系统，其特征是：所述的蒸汽置换换热器，属于凝结-蒸发换热器系列；按被加热的物料区分，蒸汽置换换热器有两种形式：一种是蒸汽凝结-湿物料被加热换热器，简称蒸汽-湿料换热器，用于湿物料干燥；另一种是蒸汽凝结-含水溶液物料被加热换热器，简称蒸汽-溶液换热器，用于水溶液的浓缩；其总体结构，设有加热蒸汽通路和被加热物料通路，加热蒸汽通路通入热泵输出的蒸汽，工作时热泵输出的蒸汽放热凝结后，变成凝结水排出；被加热物料通路，送入的含水物料或溶液物料受热时其所含的水分蒸发成为物料蒸汽，物料蒸汽经过回送蒸汽管被抽吸进入蒸汽增压机，作为新一次循环的热泵工质，如此重复。6.根据权利要求1所述的蒸...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈则韶，韩华威，
申请(专利权)人：陈则韶，
类型：发明
国别省市：安徽,34