一种基于空气源热泵的高温高压蒸汽的制备系统以及方法与流程

本发明涉及加工技术领域，尤其涉及一种基于空气源热泵的高温高压蒸汽的制备系统以及方法。

背景技术：

通常，常规蒸汽(100℃以下)产生是通过化石燃料烧放热或者用电加热使水加热到沸点而产生，若需要100℃以上的蒸汽，则需要使用空气源热泵将水蒸汽加压到1个大气压以上来实现产生100℃以上的高温高压蒸汽，但现有利用空气源热泵制备高温高压蒸汽方法能耗较高。为此，本发明提供了一种利用常规空气源热泵来制备100℃以上的高温高压蒸汽的方法。

技术实现要素：

本发明提出的一种基于空气源热泵的高温高压蒸汽的制备方法，解决了现有空气源热泵制备高温高压蒸汽能效较高的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

一种基于空气源热泵的高温高压蒸汽的制备系统，包括空气源热泵循环系统和蒸汽压缩系统，所述空气源热泵循环系统包括压缩机和承压水箱，所述压缩机的排气端与承压水箱的输入端连接，所述承压水箱远离压缩机的输出端连接有节流阀，所述节流阀远离承压水箱的输出端连接有蒸发器，所述蒸发器远离节流阀的输出端与压缩机的输入端连接，压缩机、承压水箱、节流阀以及蒸发器依次通过管道连接，且承压水箱与压缩机之间连接的管道和承压水箱与节流阀之间连接的管道均贯穿承压水箱的左侧壁向内侧延伸，所述承压水箱内置有冷凝盘管，所述冷凝盘管的两端分别与延伸至承压水箱内的管道的一端连接；

所述蒸汽压缩系统包括蒸汽压缩机和蒸汽输送管道，所述蒸汽输送管道包括低温低压蒸汽输送管道和高温高压蒸汽输送管道，所述低温低压蒸汽输送管道和高温高压蒸汽输送管道分别位于蒸汽压缩机的左右两侧，且均与蒸汽压缩机连接，所述蒸汽压缩机与承压水箱通过低压蒸汽输送管道连接，所述空气源热泵循环系统与蒸汽压缩系统之间通过承压水箱相连接。

优选的，所述蒸汽压缩系统还包括储蒸汽罐，所述储蒸汽罐与蒸汽压缩机通过高温高压蒸汽输送管道相连接。

优选的，所述空气源热泵循环系统还包括开式水箱，所述开式水箱位于承压水箱的右侧，所述开式水箱与承压水箱通过管道相连接。

优选的，所述开式水箱与水箱之间的管道上还设置有电磁阀。

本发明的目的还在于提供一种通过上述系统实现高温高压蒸汽的制备方法，包括以下步骤：

s1、通过空气源热泵循环系统和蒸汽压缩系统共同作用将水加热至沸腾，产生低温低压蒸汽；

s2、然后蒸汽压缩系统进一步将产生的低温低压蒸汽进行压缩处理，制备产生高温高压蒸汽。

优选的，所述通过空气源热泵循环系统和蒸汽压缩系统共同作用将水加热至沸腾，产生低温低压蒸汽的方法，包括：启动压缩机和蒸汽压缩机，压缩机压缩出高温高压制冷剂气体，高温高压制冷剂气体进入冷凝盘管冷凝放热，加热承压水箱中的水，同时在蒸汽压缩机的吸气作用下，承压水箱内的压力开始下降，当承压水箱内的压力低于大气压时，承压水箱中的水被加热至沸腾，从而产生低温低压蒸汽。

优选的，所述方法还包括自动补给水步骤，包括：当承压水箱中的水量低于设定值时，电磁阀启动，开式水箱通过电磁阀自动补充水至承压水箱中，维持承压水箱的水量充足。

优选的，所述方法还包括制冷剂循环再利用步骤，包括：冷凝盘管中的制冷剂冷凝后经节流阀进入蒸发器进行气化，然后再回到压缩机中。

与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

本发明系统通过空气源热泵循环系统和蒸汽压缩系统进行耦合，实现了高温高压蒸汽的制备，且本发明系统使用清洁的空气作为热源，无污染气体排出，运行过程无污染。通过本发明方法将相同初始温度的水转换成同样温度的蒸汽所需的额定功率较普通燃煤锅炉产生蒸汽的方式节能约60％。因此，本发明方法更加环保节能。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于空气源热泵的高温高压蒸汽的制备系统的示意图。

图中：1、压缩机；2、冷凝盘管；3、节流阀；4、蒸发器；5、承压水箱；6、蒸汽压缩机；7、储蒸汽罐；8、电磁阀；9、开式水箱；10、风机；11、低温低压蒸汽输送管道；12、高温高压蒸汽输送管道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

参照图1，一种基于空气源热泵的高温高压蒸汽的制备系统，包括空气源热泵循环系统和蒸汽压缩系统，空气源热泵循环系统包括压缩机1和承压水箱5，压缩机1的排气端与承压水箱5的输入端连接，承压水箱5远离压缩机1的输出端连接有节流阀3，节流阀3远离承压水箱5的输出端连接有蒸发器4，蒸发器4远离节流阀3的输出端与压缩机1的输入端连接，压缩机1、承压水箱5、节流阀3以及蒸发器4依次通过管道连接，且承压水箱5与压缩机1之间连接的管道和承压水箱5与节流阀3之间连接的管道均贯穿承压水箱5的左侧壁向内侧延伸，承压水箱5内置有冷凝盘管2，冷凝盘管2的两端分别与延伸至承压水箱5内的管道的一端连接；

蒸汽压缩系统包括蒸汽压缩机6和蒸汽输送管道，蒸汽输送管道包括低温低压蒸汽输送管道11和高温高压蒸汽输送管道12，低温低压蒸汽输送管道11和高温高压蒸汽输送管道12分别位于蒸汽压缩机6的左右两侧，且均与蒸汽压缩机6连接，蒸汽压缩机6与承压水箱5通过低压蒸汽输送管道11连接，空气源热泵循环系统与蒸汽压缩系统之间通过承压水箱5相连接。

其中，蒸汽压缩系统还包括储蒸汽罐7，储蒸汽罐7与蒸汽压缩机6通过高温高压蒸汽输送管道12连接；空气源热泵循环系统还包括开式水箱9，开式水箱9位于承压水箱5的右侧，开式水箱9与承压水箱5通过管道相连接；开式水箱9与水箱5之间的管道上还设置有电磁阀8，蒸发器4的一侧设置有风机10。

通过上述系统制备高温高压蒸汽的方法，包括以下步骤：

s1、通过空气源热泵循环系统和蒸汽压缩系统共同作用将水加热至沸腾，产生低温低压蒸汽；具体步骤为：启动压缩机1和蒸汽压缩机6，压缩机1压缩出高温高压制冷剂气体，高温高压制冷剂气体进入冷凝盘管2冷凝放热，加热承压水箱5中的水，同时在蒸汽压缩机6的吸气作用下，承压水箱5内的压力开始下降，当承压水箱5内的压力低于大气压时，承压水箱5中的水被加热至沸腾，产生低温低压蒸汽，同时冷凝盘管2中的制冷剂在冷凝后经节流阀3进入蒸发器4进行气化，然后再回到压缩机1中；

s2、蒸汽压缩系统将产生的低温低压蒸汽进行压缩处理，制备产生高温高压蒸汽；具体步骤为：步骤s1产生的低温低压蒸汽通过低压蒸汽输送管道11进入蒸汽压缩机6中，蒸汽压缩机6对低温低压蒸汽进行压缩处理，从而产生高温高压蒸汽，高温高压蒸汽再经过高压蒸汽输送管道12输送至储蒸汽罐7中储存。

该方法还包括自动补充水步骤，包括：在承压水箱5中的水量随着水蒸气产生而下降时，承压水箱5及开式水箱9之间存在压差，电磁阀8启动，开式水箱9通过电磁阀8自动补充水至承压水箱5中，维持承压水箱5的水量充足。

实施例1

以常规空气源热泵和离心式蒸汽压缩机共同作用产生低温低压蒸汽，然后低温低压蒸汽经过离心式蒸汽压缩机压缩处理，产生高温高压蒸汽，具体实施过程如下：

低温低压蒸汽产生过程：该过程基于常规空气源热泵和离心式蒸汽压缩机共同作用来实现，其中，采用环保混合制冷剂作为循环介质，采用涡旋压缩机将环保混合制冷剂压缩为高温高压蒸汽并在冷凝盘管中冷凝放热，承压水箱中压力在蒸气压缩机吸气作用下降低至0.47mpa，加热承压水箱中水温为80℃沸腾，冷凝盘管中冷凝后的制冷剂经节流阀进入蒸发器，转变为低温低压的气体，经压缩机再压缩成高温高压制冷剂气体，从而形成制冷剂的完整循环再利用。此外，承压水箱中产生80℃的水蒸气经离心式蒸气压缩机压缩至0.197mpa，以此得到120℃的高温高压蒸汽。通过配置的开式水箱及电磁阀，当承压水箱中水量随着水蒸气产生而下降时，承压水箱及开式水箱之间存在压差并通过电磁阀为承压水箱补充蒸汽的水分，以维持承压水箱内压力不变，促进系统整体稳定。

高温高压蒸汽产生过程：低温低压蒸汽通过低温低压蒸汽输送管道进入离心式蒸汽压缩机，经离心式蒸汽压缩机压缩处理，产生高温高压蒸汽，高温高压蒸汽通过高温高压蒸汽输送管道储存在储蒸汽罐内。

与现有常规产生高温高压蒸汽的方式例如通过燃煤锅炉相比，本发明使用清洁的空气作为热源，无污染气体排出，运行过程无污染并且更加节能，而通过燃煤锅炉的方式在运行过程中将产生大量废气等污染物。通过本发明方法将15℃的水转换为120℃蒸汽所需的额定功率约为450kw，而通过燃煤锅炉直接产生120℃蒸汽所需额定功率约为734kw，较普通燃煤锅炉产生蒸汽的方式节能60％。因此，本发明方法更加节能环保。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

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