一种多热源热工混合压缩蒸汽发生系统的制作方法

1.本实用新型涉及工业用热技术领域，具体为一种多热源热工混合压缩蒸汽发生系统。


背景技术：

2.蒸汽锅炉作为一个可以提供高温高压蒸汽的工业设备，被广泛应用于工业生产和日常生活的各个工艺流程中。目前，市场上的蒸汽锅炉的种类主要包括燃料锅炉和电热锅炉。其中，燃料锅炉则通常包括燃煤锅炉和燃气锅炉。
3.但燃料锅炉和电热锅炉都存在自身难以克服的缺点。燃料锅炉在燃料燃烧过程中，由于燃料存在杂质，会产生诸如氮氧化物之类的污染物和二氧化碳等温室气体，对环境有较大的污染和破坏。而电热锅炉的电热转化效率低于1，即一份电能只能转化不到一份热能。因此，使用电热锅炉的电能消耗量巨大，使用成本较高，同时对于电网的负荷冲击也较大。
4.在如今“碳达峰、碳中和”大的能源与环境背景下，在工业领域实现用热的节能减排具有非常重要的意义，因此，急需一种既高效又环保的新技术来解决上述问题，提供绿色节能的工业蒸汽。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提供一种多热源热工混合压缩蒸汽发生系统。该多热源热工混合压缩蒸汽发生系统中的多热源蒸汽发生系统通过对太阳能和低品位余热的使用降低一次能源的消耗，从而助力节能减排，促进碳中和的早日实现。同时，太阳能和低品位余热的使用也有助于降低生产成本，提高生产效益。此外，多热源热工混合压缩蒸汽发生系统通过多热源蒸汽发生、热压缩与机械压缩三者的结合实现了从太阳能和低品位余热到满足用户需求的高温高压水蒸气，其充分的利用了清洁可再生的太阳能和低品位余热资源。
6.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种多热源热工混合压缩蒸汽发生系统。多热源热工混合压缩蒸汽发生系统包括多热源蒸汽发生系统、热压缩系统和机械压缩系统。
7.多热源蒸汽发生系统包括太阳能集热器和高温蒸发罐，太阳能集热器和高温蒸发罐形成流体流动回路。
8.多热源蒸汽发生系统还包括热泵蒸发器、热泵压缩机、低温蒸发罐和热泵膨胀阀，热泵蒸发器上设置有放热管和吸热管，低温蒸发罐的内部设置有低温蒸发螺旋管。热泵蒸发器上的吸热管、热泵压缩机、低温蒸发螺旋管、热泵膨胀阀依次设置并形成流体流通回路。
9.热压缩系统包括引射泵和储气降温水箱，引射泵的工作流体进口与多热源蒸汽发生系统中的高温蒸发罐通过动力进气管相连，引射泵的引射流体进口与多热源蒸汽发生系统中的低温蒸发罐通过引射进气管相连，引射泵的混合流体出口与储气降温水箱之间通过
引射泵排气管相连。
10.所述机械压缩系统包括高温蒸发罐、压缩机补水泵、水蒸气压缩机以及储气降温水箱，所述水蒸气压缩机与所述储气降温水箱形成流体流动通路，且所述高温蒸发罐、所述压缩机补水泵和所述水蒸气压缩机形成流体流动通路。
11.优选地，太阳能集热器的出水口与高温蒸发罐的入水口之间通过太阳能回水管相连，太阳能回水管上设置有第一减压调节阀，高温蒸发罐的出水口与太阳能集热器的入水口之间通过太阳能进水管相连，太阳能进水管上设置有第一调节阀和太阳能循环泵。
12.热泵蒸发器上的吸热管的出口与热泵压缩机的入口通过热泵进气管相连，热泵压缩机的出口与低温蒸发螺旋管的入口通过热泵出气管相连，低温蒸发螺旋管的出口与热泵膨胀阀的入口通过热泵回水管相连，热泵膨胀阀的出口与热泵蒸发器上的吸热管的入口通过热泵进水管相连。
13.水蒸气压缩机的入气口与热压缩系统中的储气降温水箱通过压缩机吸气管相连，水蒸气压缩机的出气口与压缩机排气管相连。
14.优选地，热泵蒸发器上的放热管的入口与热源进水管相连，热泵蒸发器上的放热管的出口与热源出水管相连。
15.优选地，太阳能进水管与补水管相连通，补水管上设置有第二调节阀。
16.优选地，太阳能进水管与补水管相连通的连接点位于第一调节阀和太阳能循环泵之间。
17.优选地，高温蒸发罐上进一步设置有高温蒸发罐排水管，高温蒸发罐排水管上设置有第一截止阀。低温蒸发罐上进一步设置有低温蒸发罐排水管，低温蒸发罐排水管上设置有第二截止阀。
18.优选地，低温蒸发罐与高温蒸发罐通过减压管相连，减压管上设置有第二减压调节阀。
19.优选地，低温蒸发罐和储气降温水箱之间通过水箱回水管相连，水箱回水管上设置有第三调节阀。
20.优选地，低温蒸发罐和储气降温水箱之间通过水箱循环管相连，水箱循环管上设置有水箱循环泵和第四调节阀。
21.优选地，高温蒸发罐与水蒸气压缩机之间通过压缩机补水管相连，压缩机补水管上设置有压缩机补水泵和第五调节阀。
附图说明
22.通过结合附图对于本技术的实施方式进行描述，可以更好地理解本技术，在附图中：
23.图1为本实用新型的一个实施例中的一种多热源热工混合压缩蒸汽发生系统的结构示意图。
24.图中的附图标记及名称如下：
25.10、太阳能集热器；11、高温蒸发罐；111、高温蒸发罐排水管；112、第一截止阀；12、太阳能回水管；13、第一减压调节阀；14、太阳能进水管；15、第一调节阀；16、太阳能循环泵；17、补水管；18、第二调节阀；20、热泵蒸发器；201、放热管；202、吸热管；21、热泵压缩机；22、
低温蒸发罐；221、低温蒸发螺旋管；222、低温蒸发罐排水管；223、第二截止阀；23、热泵膨胀阀；24、热泵进气管；25、热泵出气管；26、热泵回水管；27、热泵进水管；28、热源进水管；29、热源出水管；30、减压管；31、第二减压调节阀；40、引射泵；41、储气降温水箱；42、动力进气管；43、引射进气管；44、引射泵排气管；45、水箱回水管；46、第三调节阀；47、水箱循环管；48、水箱循环泵；49、第四调节阀；50、水蒸气压缩机；51、压缩机排气管；52、压缩机吸气管；53、压缩机补水泵；54、压缩机补水管；55、第五调节阀。
具体实施方式
26.除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本实用新型所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。
27.在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
28.此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
29.在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。
30.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
31.本技术的实施例涉及一种如图1所示的一种多热源热工混合压缩蒸汽发生系统。多热源热工混合压缩蒸汽发生系统包括多热源蒸汽发生系统、热压缩系统和机械压缩系统。
32.多热源蒸汽发生系统包括太阳能集热器10和高温蒸发罐11，太阳能集热器10和高温蒸发罐11形成流体流动回路。在一些实施例中，太阳能集热器10的出水口与高温蒸发罐11的入水口之间通过太阳能回水管12相连，太阳能回水管12上设置有第一减压调节阀13，高温蒸发罐11的出水口与太阳能集热器10的入水口之间通过太阳能进水管14相连，太阳能进水管14上设置有第一调节阀15和太阳能循环泵16。
33.多热源蒸汽发生系统还包括热泵蒸发器20、热泵压缩机21、低温蒸发罐22和热泵膨胀阀23，热泵蒸发器20上设置有放热管201和吸热管202，低温蒸发罐22的内部设置有低温蒸发螺旋管221。热泵蒸发器20上的吸热管201、热泵压缩机21、低温蒸发螺旋管221、热泵
膨胀阀23依次设置并形成流体流通回路。在一些实施例中，热泵蒸发器20上的吸热管202的出口与热泵压缩机21的入口通过热泵进气管24相连，热泵压缩机21的出口与低温蒸发螺旋管221的入口通过热泵出气管25相连，低温蒸发螺旋管221的出口与热泵膨胀阀23的入口通过热泵回水管26相连，热泵膨胀阀23的出口与热泵蒸发器20上的吸热管202的入口通过热泵进水管27相连。
34.热压缩系统包括引射泵40和储气降温水箱41，引射泵40的工作流体进口与多热源蒸汽发生系统中的高温蒸发罐11通过动力进气管42相连，引射泵40的引射流体进口与多热源蒸汽发生系统中的低温蒸发罐22通过引射进气管43相连，引射泵40的混合流体出口与储气降温水箱41之间通过引射泵排气管44相连。
35.机械压缩系统包括水蒸气压缩机50，水蒸气压缩机50与储气降温水箱41形成流体流动通路。在一些实施例中，水蒸气压缩机50的入气口与热压缩系统中的储气降温水箱41通过压缩机吸气管52相连，水蒸气压缩机50的出气口与压缩机排气管51相连。
36.在一些实施例中，热泵蒸发器20上的放热管201的入口与热源进水管28相连，热泵蒸发器20上的放热管201的出口与热源出水管29相连。
37.在一些实施例中，太阳能进水管14与补水管17相连通，补水管17上设置有第二调节阀18。在一些实施例中，太阳能进水管14与补水管17相连通的连接点位于第一调节阀15和太阳能循环泵16之间。在如图1所示的实施例中，补充水可以通过补水管17流入太阳能进水管14，并参与循环。补充水可以用于补充高温蒸发罐11中因为被加热蒸发而损失的水工质。
38.在一些实施例中，高温蒸发罐11上进一步设置有高温蒸发罐排水管111，高温蒸发罐排水管111上设置有第一截止阀112。高温蒸发罐11中的废弃水工质和过多的水工质可以通过高温蒸发罐排水管111排出，第一截止阀112可以用于控制高温蒸发罐11中水工质的排出。
39.在一些实施例中，低温蒸发罐22上进一步设置有低温蒸发罐排水管222，低温蒸发罐排水管222上设置有第二截止阀223。低温蒸发罐22中的废弃水工质和过多的水工质可以通过低温蒸发罐排水管222排出,第二截止阀223可以用于控制低温蒸发罐22中水工质的排出。
40.在一些实施例中，低温蒸发罐22与高温蒸发罐11通过减压管30相连，减压管30上设置有第二减压调节阀31。在如图所示的实施例中，高温蒸发罐11中可以包含高温高压水工质，该高温高压水工质可以通过减压管30流经第二减压调节阀31，并在被降温降压后流入低温蒸发罐22。高温高压水工质降压后会闪蒸成低温低压水蒸气和低温低压饱和水，一方面可以用于补充低温蒸发罐22中因被加热蒸发损失的水工质，另一方面可以产生部分低温低压水蒸气。
41.在一些实施例中，低温蒸发罐22和储气降温水箱41之间通过水箱回水管45相连，水箱回水管45上设置有第三调节阀46。储气降温水箱41中可以包括中温液态水工质，该中温液态水工质可以通过水箱回水管45流经第三调节阀46流入低温蒸发罐22中，并可以弥补低温蒸发罐22中的水工质因蒸发产生的消耗。
42.在一些实施例中，低温蒸发罐22和储气降温水箱41之间通过水箱循环管47相连，水箱循环管47上设置有水箱循环泵48和第四调节阀49。低温蒸发罐22中可以包括低温水工
质，该低温水工质可以通过水箱循环管47流经第四调节阀49由水箱循环泵48输送入储气降温水箱41中。进而，可以弥补储气降温水箱41中的水工质因蒸发而产生的损失。
43.在一些实施例中，高温蒸发罐11与水蒸气压缩机50之间通过压缩机补水管54相连，压缩机补水管54上设置有压缩机补水泵53和第五调节阀55。在如图1所示的实施例中，在水蒸气压缩机50工作过程中，来自高温蒸发罐11的水工质可以被压缩机补水泵53通过压缩机补水管54流经第五调节阀55送入水蒸气压缩机50的压缩腔中。进而，可以降低最终排气的温度，保证机组的安全稳定运行。
44.下面，结合图1就该实施例涉及的多热源热工混合压缩蒸汽发生系统的运行方式进行简要说明。
45.当多热源蒸汽发生系统开始工作时，高温蒸发罐11中的水工质通过太阳能进水管14流经第一调节阀15和太阳能循环泵16被送入太阳能集热器10中。太阳能集热器10利用太阳能加热水工质，使其吸热成为高温水工质。高温水工质流出太阳能集热器10的出水口，并通过太阳能回水管12流经第一减压调节阀13被输送至高温蒸发罐11中。高温水工质在流经第一减压调节阀13时温度和压力降低发生闪蒸，在高温蒸发罐11中产生高温高压水蒸气。
46.低品位热源工质通过热源进水管28流入热泵蒸发器20的放热管201内，并在热泵蒸发器20内放热，从而加热在热泵蒸发器20的吸热管202内的热泵循环工质，使其蒸发成低温低压蒸汽。经过放热后的低品位热源工质经过热源出水管29流出系统。
47.在热泵蒸发器20中被加热后产生的低温低压蒸汽经过热泵进气管24被热泵压缩机21吸入并压缩成高温高压蒸汽。随后，高温高压蒸汽通过热泵出气管25流入低温蒸发罐22中的低温蒸发螺旋管221，并在低温蒸发螺旋管221内冷凝放热，从而加热低温蒸发罐22里面的低温水工质，使低温水工质蒸发形成低温低压水蒸气。而冷凝后的热泵循环工质则经过热泵回水管26流入热泵膨胀阀23，并在热泵膨胀阀23中发生膨胀并且降温降压。随后，热泵循环工质通过热泵进水管27流入热泵蒸发器20中，形成低温热泵循环。在这个循环中可以把低品位余热的热量提取出来，用来加热低温蒸发罐22中的水工质生成水蒸气，实现低品位热源的利用。通过使用热泵压缩机21升温后再进行换热产生的水蒸气，温度和压力都有所提升，可以进一步的提升系统内的整体压力，也有助于提升压缩机最终的吸气压力。
48.在该实施例中，高温蒸发罐11和低温蒸发罐22不仅具有产生水蒸气的作用同时还是水工质和水蒸气的储存体。
49.接着,热压缩系统工作。在高温蒸发罐11里的高温高压水蒸气通过动力进气管42流入引射泵40，并引射低温蒸发罐22里产生的较低温度和压力的水蒸气。低温蒸发罐22里较低温度和压力的水蒸气通过引射进气管43流入引射泵40被高温蒸发罐11里面的高温高压水蒸气热压缩。压缩后，二者混合成为中间压力水蒸气并可能带有一定的过热度。中间压力水蒸气通过引射泵排气管44流入储气降温水箱41的液面以下。储气降温水箱41中包括中温液态水工质，该中温液态水工质吸收中间压力水蒸气的过热并蒸发提升产生的蒸汽量，并实现中间压力水蒸气过热度的降低。在该实施例中，储气降温水箱41不仅具有产生蒸汽的作用同时还是水工质和水蒸气的储存体。
50.随后，机械压缩系统工作。储气降温水箱41中的中间压力水蒸气通过压缩机吸气管52被水蒸气压缩机50吸入并压缩。从而，产生更高温度和压力的水蒸气后通过压缩机排气管51供给用户使用。
51.多热源热工混合压缩蒸汽发生系统中的多热源蒸汽发生系统中的太阳能集热器10和高温蒸发罐11实现了利用绿色可再生能源，即太阳能，来产生高温高压水蒸气。同时，多热源蒸汽发生系统中的低温蒸发罐22实现了利用一种经常被忽视和浪费的能源，即低品位余热，来产生温度和压力较低的水蒸气。低品位热源可以是空气源、余热水、地热源、水源等。太阳能和低品位余热的使用有助于降低一次能源的消耗，从而助力节能减排，促进碳中和的早日实现。同时，太阳能和低品位余热的使用也有助于降低生产成本，提高生产效益。
52.多热源热工混合压缩蒸汽发生系统中的热压缩系统则通过使用引射泵40利用太阳能产生的高温高压水蒸气来热压缩由低品位余热产生的较低温度和压力的水蒸气，产生中压水蒸气。进而，实现较低温度和压力水蒸气的压力提升，有利于提升水蒸气压缩机50的吸气压力。从而，实现了低品位余热的高效回收利用，进一步提升整个系统的能效，减少系统的功耗。
53.多热源热工混合压缩蒸汽发生系统中的机械压缩系统通过水蒸气压缩机50利用机械压缩将中压水蒸气进一步压缩升压升温产生更高温和压力的水蒸气，来满足用户使用需求。机械压缩的效率高、稳定性强，能够有效地提升蒸汽压力和温度保证系统的高效稳定运行。
54.多热源热工混合压缩蒸汽发生系统通过多热源蒸汽发生、热压缩与机械压缩三者的结合实现了从太阳能和低品位余热到满足用户需求的高温高压水蒸气，其充分的利用了清洁可再生的太阳能和低品位余热资源。与目前已有的燃煤和燃气锅炉相比，该系统仅消耗部分电能提供蒸汽，更加的清洁环保。与电锅炉相比，该系统利用太阳能高效回收低品位余热产生水蒸气，耗电和耗能都大幅度的减少。
55.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。