利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统及其回收蒸汽余热的方法与流程

本发明涉及余热回收技术。

背景技术：

目前市场上有不少针对高温蒸汽的余热回收装置，但是对于低压中温（0.1mpa、100℃左右）的蒸汽，一直缺乏高效且低成本的能量回收方案。低压中温蒸汽的能量品位较低，无法用于常规汽轮机发电，但是又含有大量的气态潜热能量，且在工业中广泛存在，如何有效地利用低压中温蒸汽的能量、提高能源利用率是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题在于提供一种利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统及其回收蒸汽余热的方法，其能回收低压中温蒸汽的余热，提高能源利用率，降低能耗。

根据本发明一个实施例的利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统，包括第二类吸收式热泵、水泵、膨胀机、蒸汽混合器和分离器；第二类吸收式热泵包括余热路入口、余热路出口、换热路入口以及换热路出口；蒸汽混合器的第一蒸汽入口与膨胀机的排气口连通，蒸汽混合器的第二蒸汽入口用于接收待回收余热的低压中温蒸汽，蒸汽混合器的蒸汽出口与第二类吸收式热泵的余热路入口连通；分离器的入口与第二类吸收式热泵的余热路出口连通，分离器的第一出口用于输出热水，分离器的第二出口与水泵的进水口连通；第二类吸收式热泵的换热路入口与水泵的出水口连通，第二类吸收式热泵的换热路出口与膨胀机的进气口连通；第二类吸收式热泵用于回收从余热路入口流入的低压中温蒸汽的余热，将流入换热路入口的水泵出水加热为高温高压蒸汽并从换热路出口输出。

根据本发明另一个实施例的利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统，包括第二类吸收式热泵、水泵以及膨胀机；第二类吸收式热泵包括第一余热路入口、第一余热路出口、第二余热路入口、第二余热路出口、换热路入口以及换热路出口；第二类吸收式热泵的第一余热路入口与膨胀机的排气口连通，第二类吸收式热泵的第一余热路出口与水泵的进水口连通；第二类吸收式热泵的第二余热路入口用于接收待回收余热的低压中温蒸汽，第二类吸收式热泵的第二余热路出口用于输出热水；第二类吸收式热泵的换热路入口与水泵的出水口连通，第二类吸收式热泵的换热路出口与膨胀机的进气口连通；第二类吸收式热泵用于回收从第一余热路入口流入的膨胀机排汽的余热以及从第二余热路入口流入的低压中温蒸汽的余热，将流入换热路入口的水泵的出水加热为高温高压蒸汽并从换热路出口输出。

根据本发明的另一个方面，还提供了一种利用吸收式热泵回收蒸汽余热的方法，包括以下步骤：

待回收余热的低压中温余热蒸汽及膨胀机排出的低压中温蒸汽进入第二类吸收式热泵的蒸发器和发生器中换热，低压中温蒸汽换热后变成低压低温热水，一部分低压低温热水进入水泵，另一部分低压低温热水从所述第二类吸收式热泵的换热路出口排出；

水泵输出的高压低温热水输入第二类吸收式热泵，经第二类吸收式热泵的吸收器增温，得到高压高温蒸汽；

高温高压蒸汽输入膨胀机，驱动膨胀机做功。

本发明至少具有以下优点：

在本发明实施例中，第二类吸收式热泵能够将膨胀机做功后所排出的气体的能量回收，并制造出适合膨胀机吸气的高温高压蒸汽，以驱动膨胀机做功，进而驱动负载或发电，起到了将能量从低品位泵送到高品位的热泵的作用。在此过程中，低压中温蒸汽的余热被第二类吸收式热泵回收利用，减少了第二类吸收式热泵对驱动热源的消耗，提高了能源利用率。

附图说明

图1示出了根据本发明第一实施例的利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统的示意图。

图2示出了根据本发明第二实施例的利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统的示意图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明第一实施例的利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统的示意图。请参见图1，根据本发明第一实施例的一种利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统包括第二类吸收式热泵1、水泵2、膨胀机3、蒸汽混合器4和分离器5。

第二类吸收式热泵1包括余热路入口1a、余热路出口1b、换热路入口1c以及换热路出口1d。

蒸汽混合器4的第一蒸汽入口与膨胀机3的排气口连通，蒸汽混合器4的第二蒸汽入口用于接收待回收余热的低压中温蒸汽，蒸汽混合器4的蒸汽出口与第二类吸收式热泵1的余热路入口1a连通。分离器5的入口与第二类吸收式热泵1的余热路出口1b连通，分离器5的第一出口用于输出热水，分离器5的第二出口与水泵2的进水口连通。

第二类吸收式热泵1的换热路入口1c与水泵2的出水口连通，第二类吸收式热泵1的换热路出口与膨胀机3的进气口连通；第二类吸收式热泵1用于回收从余热路入口1b流入的低压中温蒸汽的余热，将流入换热路入口1c的水泵出水加热为高温高压蒸汽并从换热路出口1d输出。

图2示出了根据本发明第二实施例的利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统的示意图。请参见图2，根据本发明第二实施例的一种利用吸收式热泵的蒸汽余热回收系统，包括第二类吸收式热泵1a、水泵2以及膨胀机3。

第二类吸收式热泵1a包括第一余热路入口1e、第一余热路出口1f、第二余热路入口1g、第二余热路出口1h、换热路入口1i以及换热路出口1j。

第二类吸收式热泵1a的第一余热路入口1e与膨胀机3的排气口连通，第二类吸收式热泵1a的第一余热路出口1f与水泵2的进水口连通；第二类吸收式热泵的第二余热路入口1g用于接收待回收余热的低压中温蒸汽，第二类吸收式热泵1a的第二余热路出口1h用于输出热水；第二类吸收式热泵1a的换热路入口1i与水泵2的出水口连通，第二类吸收式热泵1a的换热路出口1j与膨胀机3的进气口连通。

第二类吸收式热泵1a用于回收从第一余热路入口1e流入的膨胀机排汽的余热以及从第二余热路入口1g流入的低压中温蒸汽的余热，将流入换热路入口1i的水泵的出水加热为高温高压蒸汽并从换热路出口1j输出。

在第二实施例中，第二类吸收式热泵1a的第一余热路和第二余热路彼此独立，并联设置。

可选地，在第一和第二实施例中，膨胀机3为螺杆膨胀机或汽轮机。膨胀机进气压力为0.27mpa时优选汽轮机，膨胀机进气压力为0.9mpa时优选螺杆式膨胀机。

第一实施例的蒸汽余热回收系统为开启式系统，待回收余热的低压中温蒸汽与膨胀机的排汽混合，混合后一起输入第二类吸收式热泵1a。整个系统中，膨胀机循环的蒸汽与外界（待回收余热的低压中温蒸汽）连通，膨胀机循环属于开式循环。

第二实施例的蒸汽余热回收系统为封闭式系统，待回收余热的低压中温蒸汽与膨胀机的排汽分开，分别进入第二吸收式热泵1a。整个系统中，膨胀机的循环与外界（待回收余热的低压中温蒸汽）彼此独立，膨胀机循环属于闭式循环。

开式循环系统相对简单，但对余热蒸汽洁净度要求较高，否则可能造成膨胀机损坏。闭式系统膨胀机部分可靠性高，但需要使用具有两套换热管路的第二类吸收式热泵，增加了系统的复杂性。

根据本发明另一实施例的利用吸收式热泵回收蒸汽余热的方法，包括以下步骤：

待回收余热的低压中温余热蒸汽及膨胀机3排出的低压中温蒸汽进入第二类吸收式热泵1或1a的蒸发器和发生器中换热，低压中温蒸汽换热后变成低压低温热水，一部分低压低温热水进入水泵，另一部分低压低温热水从第二类吸收式热泵1或1a的换热路出口排出；

水泵2输出的高压低温热水输入第二类吸收式热泵1或1a，经第二类吸收式热泵1或1a的吸收器增温，得到高压高温蒸汽；

高温高压蒸汽输入膨胀机3，驱动膨胀机做功。

在本实施例中，膨胀机的排汽压力为待回收余热的低压中温余热蒸汽的压力，优选地，设定为0.1mpa；膨胀机的排汽温度为排汽压力下的饱和温度，约为100℃，实际运行可以高于100℃；膨胀机的进汽温度设定为进汽压力下的饱和温度，0.27mpa时约为130℃。第二类吸收式热泵的热源温度和压力为待回收余热的低压中温蒸汽的温度和压力；第二类吸收式热泵的供热温度为膨胀机进气温度加换热温差，约为135℃；第二类吸收式热泵的冷却温度为优选为40℃，理论上该温度越低可以回收的能量越高。水泵的泵前压力为膨胀机的排气压力，泵后压力为膨胀机的吸气压力。

以下结合图2所示的第二实施例对本发明的工作原理和过程进行详细说明。在第二实施例中，0.27mpa为高压，0.10mpa为低压；130℃为高温，100℃为中温，40℃为低温。待回收余热的低压中温蒸汽的压力为0.1mpa，温度为100℃；低压低温热水的压力为0.1mpa，温度为40℃；高压低温热水的压力为0.27mpa，温度为40℃；高压高温蒸汽的压力为0.27mpa，温度为130℃。膨胀机采用双螺杆膨胀机。

请参阅图2。膨胀机3排出的低压中温蒸汽(流量q2)进入第二类吸收式热泵1a的第一余热路入口1e中，待回收余热的低压中温蒸汽(流量q1)进入第二类吸收式热泵1a的第二余热路入口1g中，在第二类吸收式热泵1a中，蒸发器中由冷凝器流入冷凝水分别吸收两路低压中温蒸汽的热量后汽化，产生的水蒸汽输送至吸收器，使吸收器中的溴化锂溶液变稀。溴化锂稀溶液经节流阀进入发生器。在发生器中，溴化锂稀溶液分别吸收膨胀机3排出的低压中温蒸汽的热量和待回收余热的低压中温蒸汽的热量，变成溴化锂浓溶液，低压中温蒸汽放出热量冷凝为水。溴化锂浓溶液被送往吸收器，溴化锂内部循环的负压水蒸汽送往冷凝器并在冷凝器中被冷凝成水（此部分为溴化锂吸收式热泵内部循环，本专利不做进一步解释）。待回收余热的低压中温蒸汽经换热后所产生的低压低温热水通过第二余热路出口1h直接排出，膨胀机3排出的低压中温蒸汽经换热后产生的低压低温热水通过第一余热路出口1f输出给水泵2，由水泵2进行增压，吸收器中的溴化锂溶液在吸收过程中产生的热量加热水泵2输出的高压低温热水，得到高压高温蒸汽，然后通过第二类吸收式热泵1a的第二换热路出口1j排出，进入膨胀机3，驱动膨胀机3做功，进而驱动负载或带动发电机发电，从膨胀机3排出的气体成为低压中温蒸汽，再通入第二类吸收式热泵1a，完成循环。

在本发明实施例中，第二类吸收式热泵能够将膨胀机做功后所排出的气体的能量回收，并制造出适合膨胀机吸气的高温高压蒸汽，以驱动膨胀机做功，进而驱动负载或发电，起到了将能量从低品位泵送到高品位的热泵的作用。在此过程中，低压中温蒸汽的余热被第二类吸收式热泵回收利用，减少了第二类吸收式热泵对驱动热源的消耗，提高了能源利用率。

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