專利名稱：工業(yè)循環(huán)水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領域：
本實用新型涉及一種基于系統(tǒng)能量自平衡理念，對流程工業(yè)循環(huán)水不同品味余熱進行高效回收，并具有分布式能量高效供給特征的自平衡蒸汽拖動的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
化工、冶金和電力等工業(yè)行業(yè)不同企業(yè)的生產(chǎn)，一方面面臨著能源供給形勢惡化和可持續(xù)性發(fā)展要求愈發(fā)嚴格的嚴峻形勢，另一方面卻存在著能量的嚴重浪費。這種能量的浪費集中體現(xiàn)在中低品位能量向環(huán)境的持續(xù)排放上。其中工業(yè)循環(huán)水所具有的不同品位的熱能，是這種能量浪費的一種主要途徑和形式。當然，按照目前所運行的基于開放式冷卻塔的冷卻工藝，工業(yè)循環(huán)水的缺陷還不止表現(xiàn)在大量低品位熱的無端釋放上。冷卻塔運行所造成的水資源的嚴重浪費(在工業(yè)企業(yè)現(xiàn)場冷卻塔所觀察到的，象云霧般的大量水蒸汽飛失)，天生就是工業(yè)循環(huán)水運行的又一重大缺陷。 對于采用工業(yè)循環(huán)水流程的絕大多數(shù)企業(yè)而言，在循環(huán)水熱能大量、持續(xù)向環(huán)境排放的同時，因主體工藝流程動力設備驅(qū)動的需求又大量消耗電能，這一現(xiàn)實狀況在能源形勢日趨進展的今天造成制約企業(yè)發(fā)展的瓶頸。同時，為保證不同企業(yè)的需求，電力系統(tǒng)需要構(gòu)建大量的電力輸配系統(tǒng)。一方面在發(fā)電的過程中，由于火力發(fā)電占據(jù)電力行業(yè)的主體，發(fā)電過程造成巨大的環(huán)境污染問題；另一方面，所產(chǎn)生的電能會在輸配過程中產(chǎn)生相當份額的輸配損失；最后，在用戶端驅(qū)動工藝設備的過程中，又產(chǎn)生能源的大量損失(電機效率、運轉(zhuǎn)效率、管理問題)。這種運行方式是形成電力生產(chǎn)、輸配系統(tǒng)運行惡化的根本因素所在。上述分析可知，對于應用循環(huán)水流程的絕大多數(shù)工業(yè)企業(yè)，一方面存在著低品位資源的持續(xù)大量無端排放，造成環(huán)境污染和熱污染；另一方面，卻由于設備驅(qū)動的需求，弓丨發(fā)電力損耗持續(xù)居高不下的問題。這個問題主要表現(xiàn)為，有鑒于我國是以熱電為主的，發(fā)電過程中，從煤燃燒產(chǎn)生蒸汽、蒸汽推動汽輪機、輪機帶動發(fā)電機，最后到電力的遠程輸送，伴隨熱能到機械能、機械能到電能，以及電力輸送的損耗等，兩次能量轉(zhuǎn)換損失以及電力輸送的損失。那么如何通過企業(yè)循環(huán)水流程運行中廢熱的高效回用，作為企業(yè)主流程設備驅(qū)動能量的有機組成，構(gòu)建一個具有能量自平衡特征的利用廢熱產(chǎn)生蒸汽直接驅(qū)動設備的高效分布式拖動系統(tǒng)，在提高企業(yè)核心競爭力的同時推動流程工業(yè)企業(yè)的清潔生產(chǎn)，顯然是解決這一矛盾的根本有效途徑。

實用新型內(nèi)容本實用新型要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種工業(yè)循環(huán)水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動系統(tǒng)。在高效回收循環(huán)水廢熱的同時，高效驅(qū)動主體工藝動力系統(tǒng)，并直接克服傳統(tǒng)冷卻循環(huán)水系統(tǒng)居高不下的水資源損失和對環(huán)境的熱污染，促進企業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級和清潔生產(chǎn)，從而提高相應工業(yè)企業(yè)的核心競爭力。本實用新型是將主體工藝流程中的余廢熱引入鍋爐系統(tǒng)，作為蒸汽過熱的換熱能量來源。本實用新型提供了一種工業(yè)循環(huán)水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統(tǒng)，包括熱泵系統(tǒng)；主體工藝流程中的循環(huán)水回水管路和循環(huán)水給水管路均接于熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中的工質(zhì)循環(huán)管路均接于熱泵系統(tǒng)換熱器；鍋爐給水管路經(jīng)熱泵系統(tǒng)換熱器、省煤器接至鍋爐系統(tǒng)的鍋爐給水入口 ；鍋爐煙氣管路一端接至鍋爐系統(tǒng)，另一端經(jīng)省煤器、空氣預熱器后排空，空氣管路經(jīng)空氣預熱器接至鍋爐系統(tǒng)；鍋爐系統(tǒng)的蒸汽出口通過管路接至汽輪機。本實用新型所述的蒸汽出口與汽輪機之間的管路上，還設置有蒸汽蓄熱器。本實用新型所述熱泵系統(tǒng)是普通熱泵，或是中高溫水源熱泵。本實用新型所述鍋爐系統(tǒng)是新增的鍋爐系統(tǒng)，或者是根據(jù)主體工藝流程的構(gòu)成特征所構(gòu)建的廢熱鍋爐。本實用新型所述鍋爐系統(tǒng)還通過管路連接至主體工藝流程中的余廢熱系統(tǒng)，用于 引入余廢熱作為蒸汽過熱的換熱能量來源。本實用新型的實現(xiàn)方法包括以下步驟(I)使來自主體工藝流程中的循環(huán)水回水進入熱泵系統(tǒng)，通過熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器從循環(huán)水回水中提取熱量；(2)將鍋爐系統(tǒng)的鍋爐給水先引入熱泵系統(tǒng)，通過換熱器的熱交換過程將熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器提取到的熱量用于提升鍋爐給水的溫度；(3)使鍋爐給水進入省煤器與鍋爐系統(tǒng)排放的鍋爐煙氣進行換熱，換熱后的鍋爐給水進入鍋爐系統(tǒng)；鍋爐系統(tǒng)通過過熱和再熱工藝產(chǎn)生中壓蒸汽，以驅(qū)動汽輪機的運行；(4)汽輪機的輸出端接于主體工藝流程中動力設備的主軸承，或通過變速箱接于驅(qū)動系統(tǒng)。所述步驟(I)還包括通過壓縮機對熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器中的工質(zhì)進行壓縮，以提高熱泵系統(tǒng)工質(zhì)的熱品質(zhì)。該方法還包括使鍋爐系統(tǒng)所使用的空氣通過空氣預熱器，讓在省煤器中完成換熱的鍋爐煙氣再與空氣進行熱交換。本實用新型的有益效果是(I)系統(tǒng)能量的自平衡性，即充分將循環(huán)水低品位廢熱，回用于對應主體工藝流程，作為設備驅(qū)動的動力。同時，在總量平衡的原則下，避免了循環(huán)水低品位廢熱對環(huán)境造成的持續(xù)性熱污染；(2)蒸汽拖動系統(tǒng)的分布特性，根據(jù)流程工業(yè)循環(huán)水和工藝驅(qū)動設備特征，就地構(gòu)建基于循環(huán)水余熱回用的蒸汽拖動系統(tǒng)。該套系統(tǒng)可作為獨立拖動系統(tǒng)或者輔助拖動系統(tǒng)，減小系統(tǒng)對一次能源的依賴性，降低電力的輸配損失，將傳統(tǒng)電力驅(qū)動能源的二次損失，部分或者全面的改變?yōu)橐淮螕p失，從根本上為系統(tǒng)節(jié)能和清潔生產(chǎn)提供基礎；對于蒸汽系統(tǒng)而言，其熱源也可以最大程度利用相應工業(yè)流程的廢熱為前提，來設計相關的方式實現(xiàn)。如對于鋼鐵系統(tǒng)和化工系統(tǒng)中的大量反應熱的應用，可以作為蒸汽再熱的熱源，或者直接用于產(chǎn)生飽和蒸汽及過熱蒸汽，這則需要與具體的工藝系統(tǒng)相結(jié)合，可以作為本實用新型的衍生系統(tǒng)。(3)循環(huán)水系統(tǒng)本身水分相變損失為零，本實用新型從根本上改變了原有循環(huán)水系統(tǒng)的冷卻方式，熱泵蒸發(fā)器在從循環(huán)水回水中，汲取低品位廢熱的同時，在無相變的前提下，確保系統(tǒng)循環(huán)水高效冷卻；(4)本實用新型在設計思路上，要求過程中的換熱設備采用單元式的群控組合方式運行。通常，對于工業(yè)企業(yè)而言，其生產(chǎn)強度一定會受到市場需求的強烈影響，如何在多變的工況下，確保系統(tǒng)汲取低品位廢熱時的高效運行。換熱單元數(shù)目的變化，需跟進生產(chǎn)荷載強度、環(huán)境溫度、輪機效率進行優(yōu)化調(diào)整，確保系統(tǒng)運行的良性循環(huán)。

圖I為本實用新型系統(tǒng)流程框圖；圖2為本實用新型的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施方式
工業(yè)循環(huán)水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統(tǒng)，包括熱泵系統(tǒng)；主體工藝流程中的循環(huán)水回水管路和循環(huán)水給水管路均接于熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中的工質(zhì)循環(huán)管路均接于熱泵系統(tǒng)換熱器；鍋爐給水管路經(jīng)熱泵系統(tǒng)換熱器、省煤器接至鍋爐系統(tǒng)的鍋爐給水入口 ；鍋爐煙氣管路一端接至鍋爐系統(tǒng)，另一端經(jīng)省煤器、空氣預熱器后排空，空氣管路經(jīng)空氣預熱器接至鍋爐系統(tǒng)；鍋爐系統(tǒng)的蒸汽出口通過管路接至汽輪機。所述的蒸汽出口與汽輪機之間的管路上，還設置有蒸汽蓄熱器。熱泵系統(tǒng)是普通熱泵，或是中高溫水源熱泵。鍋爐系統(tǒng)是新增的鍋爐系統(tǒng)，或者是根據(jù)主體工藝流程的構(gòu)成特征所構(gòu)建的廢熱鍋爐。鍋爐系統(tǒng)還通過管路連接至主體工藝流程中的余廢熱系統(tǒng)，用于引入余廢熱作為蒸汽過熱的換熱能量來源。鑒于工業(yè)循環(huán)水的低品位特征，回水溫度在10 60°C范圍內(nèi)波動，有別與傳統(tǒng)通過冷卻塔(機械通風和自然通風冷卻塔)。利用相變潛熱冷卻的原理，本實用新型首先采用熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器直接從循環(huán)水回水中提取原來直接排放的低品位廢熱。同時，由于采用熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器集熱，直接免去了對應冷卻塔相變過程水分的喪失。當然對于回水溫度的差異，所采用熱泵的形式可以包括普通熱泵和中高溫水源熱泵，這種變化主要考慮不同循環(huán)水水源溫度，對熱泵機組運行效率的影響，系統(tǒng)整體應該保持在高效和較高效運行的范圍內(nèi)。第二步，將熱泵系統(tǒng)蒸發(fā)器所采集的廢熱部分，通過壓縮機的壓縮提高熱泵系統(tǒng)工質(zhì)的熱品質(zhì)；第三步，則是在冷凝器內(nèi)與本流程作為冷凝器冷卻介質(zhì)的鍋爐給水進行高效熱交換，使鍋爐給水的溫度適當提升。提升的溫度，以控制循環(huán)冷卻水供水溫度和對應鍋爐效率為界限。即所得到的鍋爐給水溫度的提升并不是越高越好，而是要在保證主體工藝對冷卻水溫度需求的同時，確保所對應鍋爐的運行效率。此處所提及的對鍋爐給水進行品位提升的鍋爐系統(tǒng)，可以是新增的鍋爐系統(tǒng)，也可以是根據(jù)主體工藝流程的構(gòu)成特征所構(gòu)建的廢熱鍋爐。對于廢熱鍋爐也可以采用部分外供燃料共同作用產(chǎn)生蒸汽，這個對于具體的工藝流程進行相應的調(diào)配，從整體上并不影響本實用新型的主體思路?？偠灾I(yè)企業(yè)主工藝流程中高品位的廢熱，也應該被充分回用，整體目標是構(gòu)建具有能量自平衡特征的分布式蒸汽驅(qū)動系統(tǒng)。[0031]第四步，鍋爐通過過熱和再熱工藝，產(chǎn)生具有相當品質(zhì)的中壓蒸汽，驅(qū)動汽輪機的運行。汽輪機的有效能輸出端，則為通過同軸技術(shù)連接在汽輪機主軸上的企業(yè)主體工藝中各種動力設備一風機、壓縮機等裝置的主軸承，也可以通過變速箱技術(shù)構(gòu)建驅(qū)動系統(tǒng)來驅(qū)動相應的裝置。上述系統(tǒng)可以根據(jù)工業(yè)企業(yè)相應的動力流程循環(huán)水廢熱的特征，在于就地分布式構(gòu)建，可與電力驅(qū)動系統(tǒng)共同作用大幅降低企業(yè)工藝流程對一次能源的依賴性。這種分布式動力拖動的系統(tǒng)，優(yōu)勢在于大幅削減由于電力長距離輸送所造成的損失，同時將傳統(tǒng)驅(qū)動過程中蒸汽發(fā)電后電力驅(qū)動的兩次能源損失，改為一次能量損失，減少 了系統(tǒng)能量損失的環(huán)節(jié)，在提高主流程設備驅(qū)動效率的同時降低了系統(tǒng)運行對環(huán)境的污染，避免了傳統(tǒng)冷卻系統(tǒng)中水分持續(xù)大量的損失。這種蒸汽拖動系統(tǒng)可以充分利用汽輪機拖動的轉(zhuǎn)速可調(diào)特征，與生產(chǎn)的波動相匹配。對于存在蒸汽過流問題的系統(tǒng)而言，為了避免造成能量的浪費，過多的蒸汽能可以采用蒸汽蓄熱器的方法進行能量的調(diào)配。
權(quán)利要求1.一種工業(yè)循環(huán)水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統(tǒng)，包括熱泵系統(tǒng)；其特征在于，主體工藝流程中的循環(huán)水回水管路和循環(huán)水給水管路均接于熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中的工質(zhì)循環(huán)管路均接于熱泵系統(tǒng)換熱器；鍋爐給水管路經(jīng)熱泵系統(tǒng)換熱器、省煤器接至鍋爐系統(tǒng)的鍋爐給水入口 ；鍋爐煙氣管路一端接至鍋爐系統(tǒng)，另一端經(jīng)省煤器、空氣預熱器后排空，空氣管路經(jīng)空氣預熱器接至鍋爐系統(tǒng)；鍋爐系統(tǒng)的蒸汽出口通過管路接至汽輪機。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鍋爐系統(tǒng)的蒸汽出口與汽輪機之間的管路上，還設置有蒸汽蓄熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱泵系統(tǒng)是普通熱泵，或是中高溫水源熱泵。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述鍋爐系統(tǒng)還通過管路連接至主體工藝流程中的余廢熱系統(tǒng)，用于引入余廢熱作為蒸汽過熱的換熱能量來源。
專利摘要本實用新型涉及一種工業(yè)循環(huán)水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括熱泵系統(tǒng)；主體工藝流程中的循環(huán)水回水管路和循環(huán)水給水管路均接于熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，蒸發(fā)器中的工質(zhì)循環(huán)管路均接于熱泵系統(tǒng)換熱器；鍋爐給水管路經(jīng)熱泵系統(tǒng)換熱器、省煤器接至鍋爐系統(tǒng)的鍋爐給水入口；鍋爐煙氣管路一端接至鍋爐系統(tǒng)，另一端經(jīng)省煤器、空氣預熱器后排空，空氣管路經(jīng)空氣預熱器接至鍋爐系統(tǒng)；鍋爐系統(tǒng)的蒸汽出口通過管路接至汽輪機。本實用新型能充分將循環(huán)水低品位廢熱，回用于對應主體工藝流程，作為設備驅(qū)動的動力。同時，在總量平衡的原則下，避免了循環(huán)水低品位廢熱對環(huán)境造成的持續(xù)性熱污染。
文檔編號F25B30/06GK202546729SQ201220103889
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月19日 優(yōu)先權(quán)日2012年3月19日
發(fā)明者湯中彩, 沈新榮, 王小華, 章威軍, 郁輝球, 麻劍鋒 申請人:杭州哲達科技股份有限公司