本發(fā)明涉及一種負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵及其系統(tǒng)，該設(shè)備及其系統(tǒng)主要應(yīng)用于鋼廠沖渣水余熱回收領(lǐng)域，通過負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵及其系統(tǒng)，消耗少量電能，提取鋼廠沖渣水中的余熱為建筑物進(jìn)行供暖。

背景技術(shù)：

隨著能源的日益緊張，節(jié)能問題成為當(dāng)今全球關(guān)注的焦點。在積極開發(fā)新能源的同時，也越來越重視回收和利用余熱資源，高效的利用余熱資源也是解決能源緊張的一種有效途徑。在許多工業(yè)領(lǐng)域存在著大量的余熱資源，鋼廠沖渣水中所含有的余熱資源具有代表性，其溫度范圍為50-70℃，水量巨大?，F(xiàn)今，這種鋼廠沖渣水中所蘊含的能量大部分都直接排放到環(huán)境中，造成資源浪費，如將其回收利用，具有一定的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

鋼廠沖渣水的熱利用一直是人們關(guān)注的重點，尤其冬季為建筑供熱，可減少常規(guī)能源的消耗。但是，鋼廠沖渣水一般水質(zhì)較差，如沖渣水含有CaO、SiO₂、MgO、Al₂O₃以及少量的Fe₂O₃，雜質(zhì)在沖渣水中以固體顆?；驊腋∥锏男问酱嬖冢绮徊扇∠鄳?yīng)的技術(shù)措施，直接對建筑物進(jìn)行供熱，雜質(zhì)將會使采暖系統(tǒng)中的管道、設(shè)備、閥門、散熱器發(fā)生大面積淤積、堵塞，影響系統(tǒng)的運行安全。

一般的鋼廠沖渣水溫度范圍為50-70℃，因含有一定的雜質(zhì)，無法直接應(yīng)用，如采用間接換熱方式，采用換熱器使清水與沖渣水換熱，再由清水為建筑物進(jìn)行供熱，一是雜質(zhì)對堵塞換熱器，二是有3-5℃的溫度損失；另外，一般鋼廠選離生活區(qū)，利用鋼廠的沖渣水溫度供熱管網(wǎng)的投資較大，如供水溫度較高，達(dá)到95-130℃，對減少供熱管網(wǎng)的建設(shè)成本，但鋼廠沖渣水溫度范圍為50-70℃，利用的供熱溫差有限，這將增大了管網(wǎng)的建設(shè)成本。

目前，采用R22、R134A工質(zhì)的壓縮式熱泵系統(tǒng)，所能達(dá)到的溫度范圍局限在55-80℃，這主要受限熱泵系統(tǒng)所采用的工質(zhì)，如果有效利用工業(yè)余熱，通過熱泵實現(xiàn)必要的溫升，達(dá)到系統(tǒng)所需要的溫度，需采用新的工質(zhì)。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決直接利用鋼廠沖渣水供熱會堵塞采暖設(shè)施、間接換熱損失溫度、供熱時利用溫差較小，本發(fā)明提供了負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵及其系統(tǒng)。

應(yīng)用原理：

1、如圖1所示，本發(fā)明的一種負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵及其系統(tǒng)，由沖渣水進(jìn)水口、不凝性氣體分離器、蒸發(fā)器、水蒸汽壓縮機(jī)A、水蒸汽壓縮機(jī)B、冷凝器、高溫水循環(huán)泵、高溫水換熱器、過冷器、調(diào)節(jié)閥、沖渣水出水管、沖渣水排水泵、噴液電磁閥、真空泵A、真空泵B、末端水進(jìn)水口、末端水出水口、沖渣水出水口組成，外界沖渣水由沖渣水進(jìn)水口進(jìn)入不凝性氣體分離器，沖渣水經(jīng)過不凝性氣體分離器分離不凝性氣體后，進(jìn)入蒸發(fā)器，因水蒸汽壓縮機(jī)A吸氣，蒸發(fā)器內(nèi)的壓力低于沖渣水飽和水蒸汽壓力，沖渣水不斷蒸發(fā)，沖渣水自身被冷卻，水蒸汽進(jìn)入水蒸汽壓縮機(jī)A被一次壓縮，再經(jīng)過水蒸汽壓縮機(jī)B被二次壓縮，形成高溫高壓水蒸汽，高溫高壓水蒸汽進(jìn)入冷凝器，與冷凝器內(nèi)的噴淋水進(jìn)行換熱，高溫高壓水蒸汽冷凝，與噴淋水混合形成高溫水，高溫水通過高溫水循環(huán)泵進(jìn)入高溫水換熱器與從末端進(jìn)水口進(jìn)入的末端循環(huán)水進(jìn)行換熱，通過充分的熱交換后末端循環(huán)水由末端水出水口排出，高溫水被冷卻，一部分水進(jìn)入過冷器與排出冷凝器的冷凝水換熱，吸收排出冷凝器的冷凝水熱量后，再混合進(jìn)入冷凝器與高溫高壓的水蒸汽換熱；排出冷凝器的冷凝水經(jīng)調(diào)節(jié)閥與沖渣水出水管中的沖渣水混合后，經(jīng)沖渣水排水泵排出系統(tǒng)；另外，通過高溫水換熱器換熱后的循環(huán)水一小部分通過噴液電磁閥與水蒸汽壓縮機(jī)排出的過熱蒸汽混合，降低水蒸汽壓縮機(jī)B的吸氣壓力；真空泵A排出不凝性氣體分離器中的不凝性氣體，真空泵B排出冷凝器(6)中的不凝性氣體。

通過水蒸汽壓縮機(jī)A、水蒸汽壓縮機(jī)B兩級壓縮，通過噴液電磁閥噴液，降低水蒸汽壓縮機(jī)B的吸氣壓力，末端水出水口的水溫可控制在≤130℃。

2、如圖1所示，進(jìn)入蒸發(fā)器的沖渣水，一少部分沖渣水蒸發(fā)成水蒸氣，水蒸氣含有極少的較小的顆粒雜質(zhì)，不影響系統(tǒng)的壓縮換熱，沖渣水蒸發(fā)時自身被冷卻降溫，通過沖渣水的蒸發(fā)這種方式將沖渣水中熱量提取出來，沖渣水中含有的雜質(zhì)同被冷卻降溫的沖渣水通過沖渣水出水管、沖渣水排水泵由沖渣水出水口排出。

3、如圖1所示，冷凝器中的液位由調(diào)節(jié)閥進(jìn)行調(diào)節(jié)，冷凝器中的液位高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)閥開度增加，冷凝器中的液位低于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)閥開度減小，蒸發(fā)器中的液位由沖渣水排水泵變頻控制，蒸發(fā)器中的液位高于設(shè)定值時，沖渣水排水泵的頻率增加，蒸發(fā)器中的液位低于設(shè)定值時，沖渣水排水泵頻率減小。

冷凝器采用噴淋式換熱方式，由冷凝器內(nèi)噴淋管噴淋液態(tài)水直接與高溫高壓的蒸汽接觸換熱，提高換熱循環(huán)水的溫度。

4、如圖2所示，外界沖渣水由沖渣水進(jìn)水口進(jìn)入不凝性氣體分離器，沖渣水經(jīng)過不凝性氣體分離器分離不凝性氣體后，進(jìn)入蒸發(fā)器，因水蒸汽壓縮機(jī)A吸氣，蒸發(fā)器內(nèi)的壓力低于沖渣水飽和水蒸汽壓力，沖渣水不斷蒸發(fā)，沖渣水自身被冷卻，水蒸汽進(jìn)入水蒸汽壓縮機(jī)A被壓縮，形成高溫高壓水蒸汽，高溫高壓水蒸汽進(jìn)入冷凝器，與冷凝器內(nèi)的噴淋水進(jìn)行換熱，高溫高壓水蒸汽冷凝，與噴淋水混合形成高溫水，高溫水通過高溫水循環(huán)泵進(jìn)入高溫水換熱器與從末端進(jìn)水口進(jìn)入的末端循環(huán)水進(jìn)行換熱，通過充分的熱交換后末端循環(huán)水由末端水出水口排出，高溫水被冷卻，一部分水進(jìn)入過冷器與排出冷凝器的冷凝水換熱，吸收排出冷凝器的冷凝水熱量后，再混合進(jìn)入冷凝器與高溫高壓的水蒸汽換熱；排出冷凝器的冷凝水經(jīng)調(diào)節(jié)閥與沖渣水出水管中的沖渣水混合后，經(jīng)沖渣水排水泵排出系統(tǒng)；真空泵A排出不凝性氣體分離器中的不凝性氣體，真空泵B排出冷凝器中的不凝性氣體。

通過水蒸汽壓縮機(jī)A一級壓縮，末端水出水口的水溫可控制在≤110℃。

5、如圖3所示，外界沖渣水由沖渣水進(jìn)水口進(jìn)入不凝性氣體分離器，沖渣水經(jīng)過不凝性氣體分離器分離不凝性氣體后，進(jìn)入蒸發(fā)器，因水蒸汽壓縮機(jī)A吸氣，蒸發(fā)器內(nèi)的壓力低于沖渣水飽和水蒸汽壓力，沖渣水不斷蒸發(fā)，沖渣水自身被冷卻，水蒸汽進(jìn)入水蒸汽壓縮機(jī)A被壓縮，形成高溫高壓水蒸汽，高溫高壓水蒸汽進(jìn)入高溫水換熱器，與從末端進(jìn)水口進(jìn)入的末端循環(huán)水進(jìn)行換熱，通過充分的熱交換后末端循環(huán)水由末端水出水口排出，高溫高壓水蒸汽冷凝成冷凝水經(jīng)調(diào)節(jié)閥與沖渣水出水管中的沖渣水混合后，經(jīng)沖渣水排水泵排出系統(tǒng)。

6、如圖4所示，一種沖渣水供熱系統(tǒng)，由高爐、沖渣水過濾器、蓄水池、沖渣水循環(huán)泵、切換閥A、切換閥B、沖渣水供水管、負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵、沖渣水回水管、末端循環(huán)水泵、末端供水管、末端系統(tǒng)、末端回水管組成，供熱時，切換閥A關(guān)閉，切換閥B開啟，沖渣水由沖渣水過濾器粗過濾后，進(jìn)入蓄水池，再由沖渣水循環(huán)泵加壓經(jīng)切換閥B、沖渣水供水管輸送至負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵提取沖渣水中的熱量，被冷卻的沖渣水經(jīng)沖渣水回水管，回到高爐循環(huán)利用；末端循環(huán)水由末端回水管進(jìn)入負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵換熱，末端循環(huán)水溫度被提高后，經(jīng)末端循環(huán)水泵、末端供水管進(jìn)入末端系統(tǒng)對建筑物進(jìn)行供熱，循環(huán)水溫度降低后，由末端回水管進(jìn)入負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵循環(huán)換熱。

附圖說明

圖1-本發(fā)明實施例提供的負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵第一種結(jié)構(gòu)示意圖

圖2-本發(fā)明實施例提供的負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵第二種結(jié)構(gòu)示意圖

圖3-本發(fā)明實施例提供的負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵第三種結(jié)構(gòu)示意圖

圖4-本發(fā)明實施例提供的一種沖渣水供熱系統(tǒng)圖

附圖圖面說明

圖1、圖2、圖3、圖4，1-沖渣水進(jìn)水口；2-不凝性氣體分離器；3-蒸發(fā)器；4-水蒸汽壓縮機(jī)A；5-水蒸汽壓縮機(jī)B；6-冷凝器；7-高溫水循環(huán)泵；8-高溫水換熱器；9-過冷器；10-調(diào)節(jié)閥；11-沖渣水出水管；12-沖渣水排水泵；13-噴液電磁閥；14-真空泵A；15-真空泵B；16-末端水進(jìn)水口；17-末端水出水口；18-沖渣水出水口；19-高爐；20-沖渣水過濾器；21-蓄水池；22-沖渣水循環(huán)泵；23-切換閥A；24-切換閥B；25-沖渣水供水管；26-負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵；27-沖渣水回水管；28-末端循環(huán)水泵；29-末端供水管；30-末端系統(tǒng)；31-末端回水管。

具體實施方式

本發(fā)明公開了一種負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵及其系統(tǒng)，以為解決直接利用鋼廠沖渣水供熱會堵塞采暖設(shè)施、間接換熱損失溫度、供熱時利用溫差較小。

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

1、如圖1所示，本發(fā)明實施例提供的一種負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵及其系統(tǒng)，由沖渣水進(jìn)水口(1)、不凝性氣體分離器(2)、蒸發(fā)器(3)、水蒸汽壓縮機(jī)A(4)、水蒸汽壓縮機(jī)B(5)、冷凝器(6)、高溫水循環(huán)泵(7)、高溫水換熱器(8)、過冷器(9)、調(diào)節(jié)閥(10)、沖渣水出水管(11)、沖渣水排水泵(12)、噴液電磁閥(13)、真空泵A(14)、真空泵B(15)、末端水進(jìn)水口(16)、末端水出水口(17)、沖渣水出水口(18)組成，外界沖渣水由沖渣水進(jìn)水口(1)進(jìn)入不凝性氣體分離器(2)，沖渣水經(jīng)過不凝性氣體分離器(2)分離不凝性氣體后，進(jìn)入蒸發(fā)器(3)，因水蒸汽壓縮機(jī)A(4)吸氣，蒸發(fā)器(3)內(nèi)的壓力低于沖渣水飽和水蒸汽壓力，沖渣水不斷蒸發(fā)，沖渣水自身被冷卻，水蒸汽進(jìn)入水蒸汽壓縮機(jī)A(4)被一次壓縮，再經(jīng)過水蒸汽壓縮機(jī)B(5)被二次壓縮，形成高溫高壓水蒸汽，高溫高壓水蒸汽進(jìn)入冷凝器(6)，與冷凝器(6)內(nèi)的噴淋水進(jìn)行換熱，高溫高壓水蒸汽冷凝，與噴淋水混合形成高溫水，高溫水通過高溫水循環(huán)泵(7)進(jìn)入高溫水換熱器(8)與從末端進(jìn)水口進(jìn)入的末端循環(huán)水進(jìn)行換熱，通過充分的熱交換后末端循環(huán)水由末端水出水口(17)排出，高溫水被冷卻，一部分水進(jìn)入過冷器(9)與排出冷凝器(6)的冷凝水換熱，吸收排出冷凝器(6)的冷凝水熱量后，再混合進(jìn)入冷凝器(6)與高溫高壓的水蒸汽換熱；排出冷凝器(6)的冷凝水經(jīng)調(diào)節(jié)閥(10)與沖渣水出水管(11)中的沖渣水混合后，經(jīng)沖渣水排水泵(12)排出系統(tǒng)；另外，通過高溫水換熱器(8)換熱后的循環(huán)水一小部分通過噴液電磁閥(13)與水蒸汽壓縮機(jī)(4)排出的過熱蒸汽混合，降低水蒸汽壓縮機(jī)B(5)的吸氣壓力；真空泵A(14)排出不凝性氣體分離器(2)中的不凝性氣體，真空泵B(15)排出冷凝器(6)中的不凝性氣體。

通過水蒸汽壓縮機(jī)A(4)、水蒸汽壓縮機(jī)B(5)兩級壓縮，通過噴液電磁閥(13)噴液，降低水蒸汽壓縮機(jī)B(5)的吸氣壓力，末端水出水口的水溫可控制在≤130℃。

2、如圖1所示，進(jìn)入蒸發(fā)器(3)的沖渣水，一少部分沖渣水蒸發(fā)成水蒸氣，水蒸氣含有極少的較小的顆粒雜質(zhì)，不影響系統(tǒng)的壓縮換熱，沖渣水蒸發(fā)時自身被冷卻降溫，通過沖渣水的蒸發(fā)這種方式將沖渣水中熱量提取出來，沖渣水中含有的雜質(zhì)同被冷卻降溫的沖渣水通過沖渣水出水管(11)、沖渣水排水泵(12)由沖渣水出水管排出。

3、如圖1所示，冷凝器(6)中的液位由調(diào)節(jié)閥(10)進(jìn)行調(diào)節(jié)，冷凝器(6)中的液位高于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)閥(10)開度增加，冷凝器(6)中的液位低于設(shè)定值時，調(diào)節(jié)閥(10)開度減小，蒸發(fā)器(3)中的液位由沖渣水排水泵(12)變頻控制，蒸發(fā)器(3)中的液位高于設(shè)定值時，沖渣水排水泵(12)的頻率增加，蒸發(fā)器(3)中的液位低于設(shè)定值時，沖渣水排水泵(12)頻率減小。

冷凝器(6)采用噴淋式換熱方式，由冷凝器(6)內(nèi)噴淋管噴淋液態(tài)水直接與高溫高壓的蒸汽接觸換熱，提高換熱循環(huán)水的溫度。

4、如圖2所示，本發(fā)明提供的第二種實施例一種負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵及其系統(tǒng)，外界沖渣水由沖渣水進(jìn)水口(1)進(jìn)入不凝性氣體分離器(2)，沖渣水經(jīng)過不凝性氣體分離器(2)分離不凝性氣體后，進(jìn)入蒸發(fā)器(3)，因水蒸汽壓縮機(jī)A(4)吸氣，蒸發(fā)器(3)內(nèi)的壓力低于沖渣水飽和水蒸汽壓力，沖渣水不斷蒸發(fā)，沖渣水自身被冷卻，水蒸汽進(jìn)入水蒸汽壓縮機(jī)A(4)被壓縮，形成高溫高壓水蒸汽，高溫高壓水蒸汽進(jìn)入冷凝器(6)，與冷凝器(6)內(nèi)的噴淋水進(jìn)行換熱，高溫高壓水蒸汽冷凝，與噴淋水混合形成高溫水，高溫水通過高溫水循環(huán)泵(7)進(jìn)入高溫水換熱器(8)與從末端進(jìn)水口(16)進(jìn)入的末端循環(huán)水進(jìn)行換熱，通過充分的熱交換后末端循環(huán)水由末端水出水口(17)排出，高溫水被冷卻，一部分水進(jìn)入過冷器(9)與排出冷凝器(6)的冷凝水換熱，吸收排出冷凝器(6)的冷凝水熱量后，再混合進(jìn)入冷凝器(6)與高溫高壓的水蒸汽換熱；排出冷凝器(6)的冷凝水經(jīng)調(diào)節(jié)閥(10)與沖渣水出水管(11)中的沖渣水混合后，經(jīng)沖渣水排水泵(12)排出系統(tǒng)；真空泵A(14)排出不凝性氣體分離器(2)中的不凝性氣體，真空泵B(15)排出冷凝器(6)中的不凝性氣體。

通過水蒸汽壓縮機(jī)A(4)一級壓縮，末端水出水口的水溫可控制在≤110℃。

5、如圖3所示，本發(fā)明提供的第三種實施例一種負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵及其系統(tǒng)，外界沖渣水由沖渣水進(jìn)水口(1)進(jìn)入不凝性氣體分離器(2)，沖渣水經(jīng)過不凝性氣體分離器(2)分離不凝性氣體后，進(jìn)入蒸發(fā)器(3)，因水蒸汽壓縮機(jī)A(4)吸氣，蒸發(fā)器(3)內(nèi)的壓力低于沖渣水飽和水蒸汽壓力，沖渣水不斷蒸發(fā)，沖渣水自身被冷卻，水蒸汽進(jìn)入水蒸汽壓縮機(jī)A(4)被壓縮，形成高溫高壓水蒸汽，高溫高壓水蒸汽進(jìn)入高溫水換熱器(8)，與從末端進(jìn)水口(16)進(jìn)入的末端循環(huán)水進(jìn)行換熱，通過充分的熱交換后末端循環(huán)水由末端水出水口(17)排出，高溫高壓水蒸汽冷凝成冷凝水經(jīng)調(diào)節(jié)閥(10)與沖渣水出水管(11)中的沖渣水混合后，經(jīng)沖渣水排水泵(12)排出系統(tǒng)。

6、如圖4所示，一種沖渣水供熱系統(tǒng)，由高爐(19)、沖渣水過濾器(20)、蓄水池(21)、沖渣水循環(huán)泵(22)、切換閥A(23)、切換閥B(24)、沖渣水供水管(25)、負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵(26)、沖渣水回水管(27)、末端循環(huán)水泵(28)、末端供水管(29)、末端系統(tǒng)(30)、末端回水管(31)組成，供熱時，切換閥A(23)關(guān)閉，切換閥B(24)開啟，沖渣水由沖渣水過濾器(20)粗過濾后，進(jìn)入蓄水池(21)，再由沖渣水循環(huán)泵(22)加壓經(jīng)切換閥B(24)、沖渣水供水管(25)輸送至負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵(26)提取沖渣水中的熱量，被冷卻的沖渣水經(jīng)沖渣水回水管(27)，回到高爐循環(huán)利用；末端循環(huán)水由末端回水管(31)進(jìn)入負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵(26)換熱，末端循環(huán)水溫度被提高后，經(jīng)末端循環(huán)水泵(28)、末端供水管進(jìn)入末端系統(tǒng)(30)對建筑物進(jìn)行供熱，循環(huán)水溫度降低后，由末端回水管(31)進(jìn)入負(fù)壓自冷卻蒸汽壓縮式熱泵(26)循環(huán)換熱。

本說明書中各個實施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

對所公開的實施例的上述說明，使本領(lǐng)域?qū)I(yè)技術(shù)人員能夠?qū)崿F(xiàn)或使用本發(fā)明。對這些實施例的多種修改對本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說將是顯而易見的，本文中所定義的一般原理可以在不脫離本發(fā)明的精神或范圍的情況下，在其它實施例中實現(xiàn)。因此，本發(fā)明將不會被限制于本文所示的這些實施例，而是要符合與本文所公開的原理和新穎特點相一致的最寬的范圍。