[發明專利]蒸汽熱泵的兩種應用方式及其系統

有效

• 申請號: 201710949247.1
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107702378B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 陳則韶;韓華威
• 申請（專利權）人: 陳則韶
• 主分類號: F25B30/02
• 分類號: F25B30/02;F04B37/18;F04B35/04;F26B23/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提出了蒸汽熱泵的兩種應用方式及其系統,其特征在于：所述蒸汽熱泵是采用外補的流動蒸汽為工質；兩種應用方式分別是：是中繼應用和置換物料水分應用；前者，用于提升廢蒸汽源和蒸汽輸運中的蒸汽壓力和溫度，系統為中繼開放式；后者，用于干燥濕物料或濃縮含水溶液，系統為置換蒸汽循環式，主要設備為蒸汽增壓機、補水器系統、智能控制柜系統，蒸汽置換換熱器，提供了蒸汽?濕料換熱器和蒸汽?溶液換熱器設計的基本要素；為防止熱泵過熱，給出了理論和實際補水量的計算關系；蒸汽熱泵適用80?120℃廢蒸汽能量的回收，節能效果遠超過普通熱泵，熱泵性能系數COP值高達15?20，經濟價值很高。

技術領域

本發明涉及動力機械和熱泵節能領域，是特別的新型蒸汽熱泵系統。

背景技術

許多化工廠，例如苯酐的生產過程中，產生大量的低品位的蒸汽和乏汽。它們含有很大的汽化潛熱能，但是由于溫度、壓力偏低，無法在工業再利用。冷熱聯供的方案，在冬季和夏季，可以消耗某些工廠產生的低品位廢蒸汽或乏汽，但是受到季節性限制，不能與工業生產連續同步匹配利用；而產生低品位蒸汽的工廠，為了回收低品位廢蒸汽和乏汽的水，則需要大量冷卻水來冷卻低品位廢蒸汽和乏汽，而為了冷卻水能循環再利用，又需要建冷卻水的冷卻塔，循環冷卻水系統的水泵和風機還要消耗很多電，收益不大；所以許多場合，干脆把低品位蒸汽直接排入大氣中，這又造成環境的熱污染；

另外，遠處的一些造紙廠、印染廠、食品廠、農產品干燥場所等又需要大量熱量，這些熱量通常是由高溫高壓蒸汽提供。由于環保需求，現在不允許這些工廠獨立使用燃煤鍋爐生產蒸汽，生產1噸溫度443 K、壓力0.79 MPa的蒸汽，如果改用電鍋爐要用電3220千瓦時，電費成本約1930元；如果燃燒天然氣，要耗氣100-110立方米，燃料費約260元；顯然這使某些用蒸汽企業的蒸汽成本代價大大上升；

熱泵具有提升熱量溫度的功能，熱力學的原理是在熱泵工質循環中壓縮機消耗少量高品位的電能，補充熱泵低溫蒸發器吸熱和高溫凝結器放熱溫差傳熱消耗的有效能，以及把0品位的環境能量提升到使用溫度的能量所增加的有效能，因此熱泵能夠獲得比消耗的電能多數倍的熱量，但是輸出熱量所增加的有效能不能超過壓縮機消耗的電能。熱泵是一種節能設備，但是利用傳統熱泵的方法，用蒸發器吸收低壓蒸汽的熱量，再在冷凝器中把熱量放給高溫蒸汽，這種方式很難實現；因為傳統熱泵循環的氟利昂工質和壓縮機潤滑油不適合高溫應用，常用溫度范圍是比環境溫度低10℃到65℃，輸出的熱水溫度也只高到55℃，即使二氧化碳工質也難在80℃以上使用；另外，采用傳統熱泵搬運蒸汽的熱能，其能效比低，通常在2.5-4.5之間。

發明內容

為了回收低壓低品位廢蒸汽的汽化潛熱能，克服現有氟利昂、二氧化碳為工質的熱泵不能適應高溫的不足，本發明提出蒸汽熱泵的兩種應用方式及其系統,它以蒸汽為工質，通過蒸汽增壓機壓縮，升高蒸汽壓力和溫度，達到恢復蒸汽工業使用價值；蒸汽熱泵適用80-120℃廢蒸汽能量的回收利用，節能效果遠超過普通熱泵，COP值高達15-20，經濟價值很高。

本發明的具體技術方案是：

蒸汽熱泵的兩種應用方式及其系統，其特征是：所述的蒸汽熱泵的兩種應用方式，一種是中繼應用方式，是用于提升廢蒸汽源和蒸汽輸運中的蒸汽壓力和溫度，使其壓力和溫度升高達到工業或用戶要求標準，該應用方式的系統為中繼開放式蒸汽熱泵系統，工質為低壓蒸汽源管路上的蒸汽，連續不斷補充而不重復循環使用；另一種是置換物料水分應用方式，是用于干燥濕物料或濃縮含水溶液，該應用方式的系統為置換蒸汽循環式蒸汽熱泵系統，工質為被壓縮蒸汽加熱的物料所蒸發的蒸汽，不采用外界蒸汽源的蒸汽；中繼開放式蒸汽熱泵系統，簡稱開放式熱泵系統；置換蒸汽循環式蒸汽熱泵系統，簡稱置換循環式熱泵系統；所述的置換循環式熱泵系統，在建立熱泵循環平衡之前的初始階段是接受外界蒸汽源的蒸汽，系統處于開放式狀態；在建立熱泵循環平衡之后，熱泵循環中的使用物料蒸發的蒸汽。