專利名稱：一種中低溫余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于新能源技術(shù)、熱能工程、化學(xué)工程以及材料工程等相互交叉的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種中低溫余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展走進(jìn)了追求循環(huán)經(jīng)濟(jì)的新階段，進(jìn)一步的節(jié)能降耗已成為了鋼鐵、化工、建材等高能耗行業(yè)必需面對的重要課題。
經(jīng)過了企業(yè)多年的努力，工廠內(nèi)品位較高的余熱、廢氣大都已得到了有效的利用，因而剩下的挖潛空間主要是品位低、數(shù)量大、回用難度大的低品位能量，即溫度范圍在90-500℃的中低溫余熱。典型的中低溫余熱有溫度300℃左右的蒸汽鍋爐出口煙氣和鋼坯、爐渣所攜帶的顯熱等。
通常，中低溫余熱、尤其低溫余熱的利用方法是將該余熱轉(zhuǎn)化為60-90℃的熱水，以此作為職工生活熱水或供暖供冷的熱源。對于大中型企業(yè)來說，由于職工生活區(qū)和產(chǎn)區(qū)通常相距甚遠(yuǎn)，該利用方法顯然是不適用的。此外，也有一些通過采用第二類吸收式熱泵技術(shù)將低溫余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽的研究報(bào)告(趙曉巍，王樹昆.第二類吸收式熱泵及其在冶金企業(yè)中的應(yīng)用前景.山東冶金，2004，26(6)37-39.)?？墒?，傳統(tǒng)的第二類吸收式熱泵循環(huán)系統(tǒng)存在著三個缺點(diǎn)，即所產(chǎn)蒸汽壓力低、熱效率低(1份熱值的蒸汽需耗兩份以上熱值的低溫余熱)以及需要用于冷卻的低溫?zé)嵩础?br>
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種中低溫余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽的系統(tǒng)及方法，解決了上述第二類吸收式熱泵系統(tǒng)存在的三個缺點(diǎn)。
本發(fā)明的系統(tǒng)采用蒸發(fā)器1、吸收器2、發(fā)生器3和送液泵9組成吸收式熱泵開路循環(huán)系統(tǒng)。蒸發(fā)器1和吸收器2之間用蒸汽通路7連接，吸收器2、發(fā)生器3和送液泵9之間用吸收溶液管路18、19連接；換熱器4置于蒸發(fā)器1中，換熱器5置于吸收器2中，換熱器6置于發(fā)生器3中。用250-1300℃熱源作為發(fā)生器3的熱源，通過置于發(fā)生器3的換熱器6加熱發(fā)生器3中的吸收溶液，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生蒸汽20；在吸收器2吸收溶液吸收來自蒸發(fā)器1的蒸汽并產(chǎn)生吸收熱，通過置于吸收器2中的換熱器5加熱冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生蒸汽21；用90-500℃中低溫余熱作為蒸發(fā)器1的熱源，通過置于蒸發(fā)器1中的換熱器4加熱蒸發(fā)器1中的冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生蒸汽，通過蒸汽連接通道7將該蒸汽引入吸收器2。
本發(fā)明將發(fā)生器蒸汽21引至本循環(huán)的外部加以利用并使之得到冷凝，之后以冷凝水的形式返回到蒸發(fā)器1和吸收器2。這實(shí)際上是將冷凝器置于本循環(huán)系統(tǒng)的外部。因此，本循環(huán)相對于傳統(tǒng)的第二類熱泵循環(huán)所采用的的封閉式(閉路)循環(huán)來說，是一種熱泵開路循環(huán)。如圖1所示，由送液泵9將吸收器2的吸收溶液送入發(fā)生器3，然后利用發(fā)生器3與吸收器2的壓力差將發(fā)生器3的吸收溶液引入吸收器2，從而構(gòu)成吸收溶液的循環(huán)。
本發(fā)明還可在上述系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽噴射泵8，用蒸汽管路16將噴射泵8的高壓側(cè)入口14與吸收器2的蒸汽出口12相連接，用蒸汽管路17將蒸汽噴射泵8的低壓側(cè)入口15與發(fā)生器3的蒸汽出口13相連接，通過蒸汽噴射泵8的作用將分別從吸收器2和發(fā)生器3得到的不同參數(shù)的蒸汽20和蒸汽21合流為同一參數(shù)的蒸汽22，從而使發(fā)生器蒸汽21的壓力得到提升。
為了進(jìn)一步提高吸收器蒸汽20和發(fā)生器蒸汽21的壓力，本發(fā)明的第二個系統(tǒng)如圖2所示，在吸收器2和發(fā)生器3之間設(shè)置冷卻晶析器10和固液分離11，通過冷卻晶析器10和固液分離器11的作用使引入發(fā)生器的吸收溶液的濃度降低。更具體地說，通過對吸收器出口吸收溶液進(jìn)行冷卻，使溶質(zhì)過飽和晶析，經(jīng)固液分離后，將分離液送入發(fā)生器。根據(jù)吸收溶液汽液平衡的特性，在溫度一定的條件下吸收溶液的濃度越低飽和蒸汽的壓力就越高。由于吸收溶液中的部分溶質(zhì)在冷卻晶析器10晶析，溶質(zhì)結(jié)晶在固液分離器10得到分離，從而發(fā)生器3中吸收溶液的濃度得到了降低，發(fā)生器蒸汽21的壓力也就隨之升高。同時，將在固液分離器得到的溶質(zhì)結(jié)晶和發(fā)生器出口吸收溶液送入吸收器2，使溶質(zhì)結(jié)晶在吸收器2中得到溶解。根據(jù)吸收溶液汽液平衡的特性，在所吸收蒸汽壓力即蒸發(fā)器壓力一定的條件下吸收溶液的濃度越高吸收溫度就越高，由于溶質(zhì)結(jié)晶的溶解吸收器2中吸收溶液的濃度得到了提高，吸收器2工作溫度就隨之升高，以吸收過程放出的吸收熱為熱源的吸收器蒸汽20的壓力也就隨之升高。本發(fā)明第二個系統(tǒng)的特征在于，通過在吸收器2和發(fā)生器3之間設(shè)置冷卻晶析器10和固液分離器11，達(dá)到了可分別設(shè)定和優(yōu)化吸收器2與發(fā)生器3吸收溶液工作濃度的目的。也就是說，本發(fā)明的第二個系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)一種對于吸收式熱泵循環(huán)十分有益的工藝條件，即吸收器在高吸收溶液濃度條件下工作的同時，發(fā)生器在比吸收器吸收溶液濃度低的吸收溶液濃度條件下工作，而這是傳統(tǒng)的吸收式熱泵循環(huán)所難以做到的。
本發(fā)明對所采用吸收溶液的種類并無特別的限制，可采用LiBr溶液，亦可采用LiBr，NaBr，KBr，MgBr2等的混合溶液。
本發(fā)明可利用低谷電作為發(fā)生器3的熱源。
本發(fā)明的的方法是采用蒸發(fā)器、吸收器和發(fā)生器組成吸收式熱泵開路循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化；用250-1300℃熱源作為發(fā)生器3的熱源，通過置于發(fā)生器3的換熱器6加熱發(fā)生器3中的吸收溶液，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生蒸汽21；在吸收器2吸收溶液吸收來自蒸發(fā)器1的蒸汽并產(chǎn)生吸收熱，通過置于吸收器2中的換熱器5加熱冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生蒸汽20；用90-500℃中低溫余熱作為蒸發(fā)器1的熱源，通過置于蒸發(fā)器1中的換熱器4加熱蒸發(fā)器1中的冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生蒸汽，通過蒸汽連接通道7將該蒸汽引入吸收器2。
本發(fā)明也可以在圖1所示的系統(tǒng)中設(shè)置蒸汽噴射泵8，用蒸汽管路16將噴射泵8的高壓側(cè)入口14與吸收器2的蒸汽出口12相連接，用蒸汽管路17將蒸汽噴射泵8的低壓側(cè)入口15與發(fā)生器3的蒸汽出口13相連接，通過蒸汽噴射泵8的作用將蒸汽20和發(fā)生器21合流為蒸汽22。
本發(fā)明還可以用圖2所示的系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，即在吸收器2和發(fā)生器3之間設(shè)置冷卻晶析器10和固液分離器11，通過冷卻晶析器10和固液分離器11的作用使引入發(fā)生器的吸收溶液的濃度降低。
根據(jù)本發(fā)明的原理，每一份熱量的發(fā)生器熱源除了自身可生產(chǎn)一份熱量的蒸汽之外，同時還可將一份熱量的中低溫余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽。進(jìn)而，所產(chǎn)兩份蒸汽可通過蒸汽噴射泵的作用合流為同一參數(shù)的蒸汽，該蒸汽可直接用于蒸汽輪機(jī)發(fā)電，也可用作現(xiàn)有蒸汽輪機(jī)冷凝水的加熱熱源，通過減少或省去透平抽氣量而達(dá)到增加發(fā)電量的目的。進(jìn)而，本發(fā)明所產(chǎn)蒸汽還可通過第二個蒸汽噴射泵的作用，并入工廠的蒸汽管網(wǎng)。此外，本發(fā)明所產(chǎn)蒸汽還可用作天然氣、焦?fàn)t煤氣等的水蒸氣重整制氫過程所需的水蒸汽。
本發(fā)明的又一個特征是，通過調(diào)整吸收液的容量，吸收器和發(fā)生器既可同步連續(xù)運(yùn)行，又可分別獨(dú)立間歇式運(yùn)行，該特點(diǎn)對于煉鋼過程間歇排放的中低溫余熱的利用十分有益。
本發(fā)明的效果第一、熱回收效率高，每一份熱值的發(fā)生器熱源與一份熱值的中低溫余熱可產(chǎn)生2份熱值的蒸汽；第二、流程簡單，設(shè)備造價(jià)低。這是由于無需低溫冷卻熱源及其系統(tǒng)，且裝置均在壓力較高的條件下運(yùn)行，無需設(shè)置非冷凝氣體處理系統(tǒng)；第三、吸收器和發(fā)生器既可同步連續(xù)運(yùn)行，亦可分別獨(dú)立間歇式運(yùn)行，十分適合于鋼鐵生產(chǎn)過程的特點(diǎn)。
第四、可有機(jī)融入企業(yè)現(xiàn)有能源使用體系如蒸汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組或蒸汽管網(wǎng)等，從而達(dá)到最佳節(jié)能降耗與經(jīng)濟(jì)效益的目的。


圖1是本發(fā)明的第一個吸收式熱泵開路循環(huán)系統(tǒng)的流程圖；圖2是本發(fā)明的第二個吸收式熱泵開路循環(huán)系統(tǒng)的流程圖。其中，蒸發(fā)器1、吸收器2、發(fā)生器3、蒸發(fā)器換熱器4、吸收器換熱器5、發(fā)生器換熱器6、蒸汽通路7、蒸汽噴射泵8、送液泵9、冷卻晶析器10、固液分離器11、吸收器蒸汽出口12、發(fā)生器蒸汽出口13、蒸汽噴射泵高壓側(cè)入口14、蒸汽噴射泵低壓側(cè)入口15、蒸汽管路16、蒸汽管路17、吸收溶液管路18、吸收溶液管路19、吸收器出口蒸汽20、發(fā)生器出口蒸汽21、蒸汽噴射泵出口蒸汽22。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例1如圖1所示，以約500℃的煙氣為發(fā)生器3的熱源，通過置于發(fā)生器3的換熱器6加熱發(fā)生器3中的吸收溶液，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生約200℃，0.2MPa的蒸汽21，同時發(fā)生器3中吸收溶液的濃度升高；發(fā)生器3的吸收溶液被引入吸收器2。在吸收器2吸收溶液吸收來自蒸發(fā)器1的蒸汽并產(chǎn)生吸收熱，通過置于吸收器2中的換熱器5加熱冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生約150℃，0.5MPa的蒸汽20，同時吸收器2中吸收溶液的濃度降低。以約250℃的低溫?zé)煔鉃檎舭l(fā)器1的熱源，通過置于蒸發(fā)器1中的換熱器4加熱蒸發(fā)器1中的冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生溫度約90℃的蒸汽，并通過蒸汽連接通道7將該蒸汽引入吸收器2。將吸收器2和發(fā)生器3所產(chǎn)生的蒸汽20和蒸汽21引入蒸汽噴射泵8，在蒸汽噴射泵8的出口得到約160℃，0.3MPa的蒸汽22。蒸汽22可通過另一個蒸汽噴射泵并入蒸汽管網(wǎng)，亦可引入蒸汽輪機(jī)系統(tǒng)作直接或間接發(fā)電。本實(shí)施例所采用的吸收溶液為溴化鋰溶液，吸收器2吸收溶液的溴化鋰質(zhì)量百分比約為65％；發(fā)生器3吸收溶液的溴化鋰質(zhì)量百分比約為67％；實(shí)施例2本發(fā)明的第一個系統(tǒng)具有流程簡單的優(yōu)點(diǎn)，但是存在所產(chǎn)蒸汽壓力較低的不足。這是由于吸收器吸收溶液工作濃度與發(fā)生器吸收溶液工作濃度受到相互制約的結(jié)果。為了進(jìn)一步提高所產(chǎn)蒸汽壓力，本發(fā)明的第二個系統(tǒng)如圖2所示，其流程特點(diǎn)是在吸收器2和發(fā)生器3之間設(shè)置了冷卻晶析器10和固液分離器11。本實(shí)施例與上述實(shí)施例一一樣，以約250℃的低溫?zé)煔鉃檎舭l(fā)器1的熱源，而以約500℃的煙氣為發(fā)生器3的熱源。在蒸發(fā)器1產(chǎn)生約90℃的蒸汽，該蒸汽通過連接通道7進(jìn)入吸收器2；在吸收器2吸收溶液吸收來自蒸發(fā)器1的蒸汽并產(chǎn)生吸收熱，通過置于吸收器2中的換熱器5加熱冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生約170℃，0.8MPa的蒸汽20，同時吸收器2中吸收溶液的濃度降低。從吸收器2引出的吸收溶液被送入冷卻晶析器10，以約8℃的冷卻水作為冷媒進(jìn)行冷卻晶析，在固液分離器11進(jìn)行固液分離后，得到的分離液由送液泵11送入發(fā)生器3。發(fā)生器3中的吸收溶液蒸發(fā)產(chǎn)生約200℃，0.3MPa的蒸汽21，同時發(fā)生器3中的吸收溶液濃度升高；由發(fā)生器3引出的吸收溶液和固液分離器11得到的溶質(zhì)結(jié)晶被送入吸收器2。進(jìn)而，將蒸汽20和蒸汽21引入蒸汽噴射泵8，在蒸汽噴射泵8出口得到約180℃，0.5MPa的蒸汽22。本實(shí)施例所采用的吸收溶液為溴化鋰溶液，吸收器2吸收溶液的溴化鋰質(zhì)量百分比約為70％；發(fā)生器3吸收溶液的溴化鋰質(zhì)量百分比約為60％。
權(quán)利要求
1.一種中低溫余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽的系統(tǒng)，其特征在于采用蒸發(fā)器(1)、吸收器(2)、發(fā)生器(3)和送液泵(9)組成吸收式熱泵開路循環(huán)系統(tǒng)；蒸發(fā)器(1)和吸收器(2)之間用蒸汽通路(7)連接，吸收器(2)、發(fā)生器(3)和送液泵(9)之間用吸收溶液管路(18、19)連接；換熱器(4)置于蒸發(fā)器(1)中，換熱器(5)置于吸收器(2)中，換熱器(6)置于發(fā)生器(3)中；用250-1300℃熱源作為發(fā)生器(3)的熱源，用溫度90-500℃中低溫余熱作為蒸發(fā)器(1)的熱源，同時在吸收器(2)和發(fā)生器(3)得到蒸汽(20)和蒸汽(21)。
2.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于設(shè)置蒸汽噴射泵(8)，用蒸汽管路(16)將噴射泵(8)的高壓側(cè)入口(14)與吸收器(2)的蒸汽出口(12)相連接，用蒸汽管路(17)將蒸汽噴射泵(8)的低壓側(cè)入口(15)與發(fā)生器(3)的蒸汽出口(13)相連接。
3.按照權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于在吸收器(2)和發(fā)生器(3)之間設(shè)置冷卻晶析器(10)和固液分離器(11)。
4.按照權(quán)利要求1、2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于利用低谷電作為發(fā)生器(3)的熱源。
5.一種采用權(quán)利要求1所述系統(tǒng)將中低溫余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽的方法，其特征在于用蒸發(fā)器、吸收器和發(fā)生器組成吸收式熱泵開路循環(huán)系統(tǒng)進(jìn)行轉(zhuǎn)化；用250-1300℃熱源作為發(fā)生器(3)的熱源，通過置于發(fā)生器(3)的換熱器(6)加熱發(fā)生器(3)中的吸收溶液，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生蒸汽(21)；在吸收器(2)吸收溶液吸收來自蒸發(fā)器(1)的蒸汽并產(chǎn)生吸收熱，通過置于吸收器(2)中的換熱器(5)加熱冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生蒸汽(20)；用90-500℃中低溫余熱作為蒸發(fā)器(1)的熱源，通過置于蒸發(fā)器(1)中的換熱器(4)加熱蒸發(fā)器(1)中的冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生蒸汽，通過蒸汽連接通道(7)將該蒸汽引入吸收器(2)。
6.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于設(shè)置蒸汽噴射泵(8)，用蒸汽管路(16)將噴射泵(8)的高壓側(cè)入口(14)與吸收器(2)的蒸汽出口(12)相連接，用蒸汽管路(17)將蒸汽噴射泵(8)的低壓側(cè)入口(15)與發(fā)生器(3)的蒸汽出口(13)相連接，通過蒸汽噴射泵(8)的作用將蒸汽(20)和發(fā)生器(21)合流為蒸汽(22)。
7.按照權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于在吸收器(2)和發(fā)生器(3)之間設(shè)置冷卻晶析器(10)和固液分離器(11)，通過冷卻晶析器(10)和固液分離器(11)的作用使引入發(fā)生器的吸收溶液的濃度降低。
全文摘要
一種中低溫余熱轉(zhuǎn)化為蒸汽的系統(tǒng)及方法，屬于能源技術(shù)、熱能工程以及材料工程等相互交叉的技術(shù)領(lǐng)域。由蒸發(fā)器、吸收器和發(fā)生器組成熱泵開路循環(huán)系統(tǒng)，并在吸收器和發(fā)生器之間設(shè)置冷卻晶析器和固液分離器。將發(fā)生器蒸汽引至外部加于利用并冷凝，實(shí)際上將冷凝器置于外部。用300－1300℃的中高溫?zé)嵩醋鳛闊岜醚h(huán)系統(tǒng)發(fā)生器的熱源，而用90－300℃的低溫余熱作為蒸發(fā)器的熱源，同時從吸收器和發(fā)生器得到蒸汽。其優(yōu)點(diǎn)在于，熱回收效率高，每一份中溫余熱或低谷電與一份低溫余熱可產(chǎn)2份中低壓蒸汽；流程簡單，設(shè)備造價(jià)低。
文檔編號F25B15/06GK101033897SQ200710098499
公開日2007年9月12日 申請日期2007年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月19日
發(fā)明者蘇慶泉, 王立, 米萬良 申請人:北京科技大學(xué)