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)濟發(fā)展走進了追求循環(huán)經(jīng)濟的新階段，進一步的節(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90-50(TC的中低溫余熱。典型的中低溫余熱有 溫度30(TC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 "C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，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，即所產(chǎn)蒸汽壓力低、熱效率低(l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熱源。

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
4決了上述第二類吸收式熱泵系統(tǒng)存在的三個缺點。
本發(fā)明的系統(tǒng)采用蒸發(fā)器l、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的出口、送液泵9和發(fā)生器3的入口之間用吸收溶液管路18連接，發(fā) 生器3的出口和吸收器2的入口之間用吸收溶液管路19連接；第一換熱器 4置于蒸發(fā)器1中，第二換熱器5置于吸收器2中，第三換熱器6置于發(fā)生 器3中。
用250-130(TC熱源作為發(fā)生器3的熱源，通過置于發(fā)生器3的第三換 熱器6加熱發(fā)生器3中的吸收溶液，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生第一蒸汽20;在吸收 器2吸收溶液吸收來自蒸發(fā)器1的第三蒸汽并產(chǎn)生吸收熱，通過置于吸收 器2中的第二換熱器5加熱冷凝7jC使之蒸發(fā)并產(chǎn)生第二蒸汽21;用90-500 'C中低溫余熱作為蒸發(fā)器1的熱源，通過置于蒸發(fā)器1中的第一換熱器4 加熱蒸發(fā)器1中的冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生第三蒸汽，通過蒸汽通路7將 該第三蒸汽引入吸收器2。
本發(fā)明將發(fā)生器第二蒸汽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)2
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)的第一蒸汽 20和第二蒸汽21合流為同一參數(shù)的蒸汽22，從而使發(fā)生器第二蒸汽21的 壓力得到提升。
為了進一步提高吸收器第一蒸汽20和發(fā)生器第二蒸汽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io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)生器第二蒸汽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第一蒸汽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)進行轉(zhuǎn)化；用250-130(TC熱源作為發(fā)生器3的熱源，通過置于發(fā) 生器3的第三換熱器6加熱發(fā)生器3中的吸收溶液，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生第二 蒸汽21;在吸收器2吸收溶液吸收來自蒸發(fā)器1的第三蒸汽并產(chǎn)生吸收熱 通過置于吸收器2中的第二換熱器5加熱冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生第一蒸 汽20;用90-500'C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 的第一換熱器4加熱蒸發(fā)器1中的冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生第三蒸汽，通 過蒸汽通路7將該第三蒸汽引入吸收器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的作用將分別從吸收器2和發(fā)生器3得到的不同參數(shù)的第一蒸汽20和第二蒸汽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。
本發(fā)明還可以用圖2所示的系統(tǒng)進行轉(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發(fā)電，也可用作現(xiàn)有蒸汽輪機冷凝水的加熱熱源，通過減少或省去透平抽氣量而達到增加發(fā)電量的目的。進而，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、焦爐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)運行，又可分別獨立間歇式運行，該特點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)運行，亦可分別獨立間歇式運行，十分適合于鋼鐵生產(chǎn)過程的特點。
第四、可有機融入企業(yè)現(xiàn)有能源使用體系如蒸汽輪機發(fā)電機組或蒸汽管網(wǎng)等，從而達到最佳節(jié)能降耗與經(jīng)濟效益的目的。


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l、吸收器2、發(fā)生器3、蒸發(fā)器第一換熱器4、吸收器第二換熱器5、發(fā)生器第三換熱器6、蒸汽通路7、蒸汽噴射泵8、送液泵9、冷卻晶析器IO、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、吸收器出口第一蒸汽20、發(fā)生器出口第二蒸汽21、蒸汽噴射泵出口蒸汽22。
具體實施方式
實施例1
如圖1所示，以約50(TC的煙氣為發(fā)生器3的熱源，通過置于發(fā)生器3的第三換熱器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°C，0.2MPa的第二蒸汽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的第三蒸汽并產(chǎn)生吸收熱，通過置于吸收器2中的第二換熱器5加熱冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生約150°C， 0. 5MPa的第一蒸汽20，同時吸收器2中吸收溶液的濃度降低。以約25(TC的低溫煙氣為蒸發(fā)器1的熱源，通過置于蒸發(fā)器1中的第一換熱器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9(TC的第三蒸汽，并通過蒸汽通路7將該第三蒸汽引入吸收器2。將吸收器2和發(fā)生器3所產(chǎn)生的第一蒸汽20和第二蒸汽21引入蒸汽噴射泵&在蒸汽噴射泵8的出口得到約160°C， 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)，亦可引入蒸汽輪機系統(tǒng)作直接或間接發(fā)電。本實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%;實施例2
本發(fā)明的第一個系統(tǒng)具有流程簡單的優(yōu)點，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。本實施例與上述實施例一一樣，以約250'C的低溫煙氣為蒸發(fā)器1的熱源，而以約50(TC的煙氣為發(fā)生器3的熱源。在蒸發(fā)器1產(chǎn)生約90。C的第三蒸汽，該第三蒸汽通過蒸汽通路7進入吸收器2;在吸收器2吸收溶液吸收來自蒸發(fā)器1的第三蒸汽并產(chǎn)生吸收熱，通過置于吸收器2中的第二換熱器5加熱冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生約170°C， 0.8MPa的第一蒸汽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-C的冷卻水作為冷媒進行冷卻晶析，在固液分離器11進行固液分離后，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20(TC， 0.3MPa的第二蒸汽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。進而，將第一蒸汽20和第二蒸汽21引入蒸汽噴射泵8，在蒸汽噴射泵8出口得到約18(TC， 0.5MPa的蒸汽22。本實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)，其特征在于包括蒸發(fā)器(1)、吸收器(2)、發(fā)生器(3)和送液泵(9)；所述的蒸發(fā)器(1)和吸收器(2)之間用蒸汽通路(7)連接，吸收器(2)的出口、送液泵(9)和發(fā)生器(3)的入口之間用吸收溶液管路(18)連接，發(fā)生器(3)的出口和吸收器(2)的入口之間用吸收溶液管路(19)連接；第一換熱器(4)置于蒸發(fā)器(1)中，第二換熱器(5)置于吸收器(2)中，第三換熱器(6)置于發(fā)生器(3)中。
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)的出口 和發(fā)生器(3)的入口之間設(shè)置冷卻晶析器(10)和固液分離器(11)。
4. 按照權(quán)利要求l、 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. 按照權(quán)利要求l、 2或3所述的系統(tǒng)，其特征在于所述吸收溶液 為LiBr溶液，或者LiBr， NaBr， KBr，和MgBr2中幾種物質(zhì)的混合溶液。
6. —種采用權(quán)利要求l-5任一項所述的系統(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)進行轉(zhuǎn)化；通過置于發(fā)生器(3)的第三換熱器(6)加熱發(fā)生器(3) 中的吸收溶液，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生第二蒸汽(21);在吸收器(2)中的吸收 溶液吸收來自蒸發(fā)器(1)的第三蒸汽并產(chǎn)生吸收熱，通過置于吸收器(2) 中的第二換熱器(5)加熱冷凝水，使之蒸發(fā)并產(chǎn)生第一蒸汽(20);通過 置于蒸發(fā)器(1)中的第一換熱器(4)加熱蒸發(fā)器(1)中的冷凝水，使之 蒸發(fā)并產(chǎn)生第三蒸汽，通過蒸汽通路(7)將蒸發(fā)器產(chǎn)生的第三蒸汽引入吸 收器(2)。
7. 按照權(quán)利要求6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 作用將分別從吸收器2和發(fā)生器(3)得到的不同參數(shù)的第一蒸汽(20)和 第二蒸汽(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。
8.按照權(quán)利要求6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。所述系統(tǒng)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以利用并冷凝，實際上是將冷凝器置于外部。用250-1300℃的熱源作為熱泵循環(huán)系統(tǒng)發(fā)生器的熱源，而用90-500℃的中低溫余熱作為蒸發(fā)器的熱源，同時從吸收器和發(fā)生器得到蒸汽。其優(yōu)點在于，熱回收效率高，每一份熱值的熱源與一份熱值的中低溫余熱可產(chǎn)生2份熱值的蒸汽，流程簡單，設(shè)備造價低。
文檔編號F25B15/06GK101566404SQ20091013080
公開日2009年10月28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)明者立 王, 米萬良, 蘇慶泉 申請人:北京科技大學