專利名稱：工業循環水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種基于系統能量自平衡理念，對流程工業循環水不同品味余熱進行高效回收，并具有分布式能量高效供給特征的自平衡蒸汽拖動的系統。
背景技術：
化工、冶金和電力等工業行業不同企業的生產，一方面面臨著能源供給形勢惡化和可持續性發展要求愈發嚴格的嚴峻形勢，另一方面卻存在著能量的嚴重浪費。這種能量的浪費集中體現在中低品位能量向環境的持續排放上。其中工業循環水所具有的不同品位的熱能，是這種能量浪費的一種主要途徑和形式。當然，按照目前所運行的基于開放式冷卻塔的冷卻工藝，工業循環水的缺陷還不止表現在大量低品位熱的無端釋放上。冷卻塔運行所造成的水資源的嚴重浪費(在工業企業現場冷卻塔所觀察到的，象云霧般的大量水蒸汽飛失)，天生就是工業循環水運行的又一重大缺陷。 對于采用工業循環水流程的絕大多數企業而言，在循環水熱能大量、持續向環境排放的同時，因主體工藝流程動力設備驅動的需求又大量消耗電能，這一現實狀況在能源形勢日趨進展的今天造成制約企業發展的瓶頸。同時，為保證不同企業的需求，電力系統需要構建大量的電力輸配系統。一方面在發電的過程中，由于火力發電占據電力行業的主體，發電過程造成巨大的環境污染問題；另一方面，所產生的電能會在輸配過程中產生相當份額的輸配損失；最后，在用戶端驅動工藝設備的過程中，又產生能源的大量損失(電機效率、運轉效率、管理問題)。這種運行方式是形成電力生產、輸配系統運行惡化的根本因素所在。上述分析可知，對于應用循環水流程的絕大多數工業企業，一方面存在著低品位資源的持續大量無端排放，造成環境污染和熱污染；另一方面，卻由于設備驅動的需求，弓丨發電力損耗持續居高不下的問題。這個問題主要表現為，有鑒于我國是以熱電為主的，發電過程中，從煤燃燒產生蒸汽、蒸汽推動汽輪機、輪機帶動發電機，最后到電力的遠程輸送，伴隨熱能到機械能、機械能到電能，以及電力輸送的損耗等，兩次能量轉換損失以及電力輸送的損失。那么如何通過企業循環水流程運行中廢熱的高效回用，作為企業主流程設備驅動能量的有機組成，構建一個具有能量自平衡特征的利用廢熱產生蒸汽直接驅動設備的高效分布式拖動系統，在提高企業核心競爭力的同時推動流程工業企業的清潔生產，顯然是解決這一矛盾的根本有效途徑。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題是，克服現有技術中的不足，提供一種工業循環水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動系統。在高效回收循環水廢熱的同時，高效驅動主體工藝動力系統，并直接克服傳統冷卻循環水系統居高不下的水資源損失和對環境的熱污染，促進企業的產業升級和清潔生產，從而提高相應工業企業的核心競爭力。本實用新型是將主體工藝流程中的余廢熱引入鍋爐系統，作為蒸汽過熱的換熱能量來源。本實用新型提供了一種工業循環水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統，包括熱泵系統；主體工藝流程中的循環水回水管路和循環水給水管路均接于熱泵系統的蒸發器，蒸發器中的工質循環管路均接于熱泵系統換熱器；鍋爐給水管路經熱泵系統換熱器、省煤器接至鍋爐系統的鍋爐給水入口 ；鍋爐煙氣管路一端接至鍋爐系統，另一端經省煤器、空氣預熱器后排空，空氣管路經空氣預熱器接至鍋爐系統；鍋爐系統的蒸汽出口通過管路接至汽輪機。本實用新型所述的蒸汽出口與汽輪機之間的管路上，還設置有蒸汽蓄熱器。本實用新型所述熱泵系統是普通熱泵，或是中高溫水源熱泵。本實用新型所述鍋爐系統是新增的鍋爐系統，或者是根據主體工藝流程的構成特征所構建的廢熱鍋爐。本實用新型所述鍋爐系統還通過管路連接至主體工藝流程中的余廢熱系統，用于 引入余廢熱作為蒸汽過熱的換熱能量來源。本實用新型的實現方法包括以下步驟(I)使來自主體工藝流程中的循環水回水進入熱泵系統，通過熱泵系統蒸發器從循環水回水中提取熱量；(2)將鍋爐系統的鍋爐給水先引入熱泵系統，通過換熱器的熱交換過程將熱泵系統蒸發器提取到的熱量用于提升鍋爐給水的溫度；(3)使鍋爐給水進入省煤器與鍋爐系統排放的鍋爐煙氣進行換熱，換熱后的鍋爐給水進入鍋爐系統；鍋爐系統通過過熱和再熱工藝產生中壓蒸汽，以驅動汽輪機的運行；(4)汽輪機的輸出端接于主體工藝流程中動力設備的主軸承，或通過變速箱接于驅動系統。所述步驟(I)還包括通過壓縮機對熱泵系統蒸發器中的工質進行壓縮，以提高熱泵系統工質的熱品質。該方法還包括使鍋爐系統所使用的空氣通過空氣預熱器，讓在省煤器中完成換熱的鍋爐煙氣再與空氣進行熱交換。本實用新型的有益效果是(I)系統能量的自平衡性，即充分將循環水低品位廢熱，回用于對應主體工藝流程，作為設備驅動的動力。同時，在總量平衡的原則下，避免了循環水低品位廢熱對環境造成的持續性熱污染；(2)蒸汽拖動系統的分布特性，根據流程工業循環水和工藝驅動設備特征，就地構建基于循環水余熱回用的蒸汽拖動系統。該套系統可作為獨立拖動系統或者輔助拖動系統，減小系統對一次能源的依賴性，降低電力的輸配損失，將傳統電力驅動能源的二次損失，部分或者全面的改變為一次損失，從根本上為系統節能和清潔生產提供基礎；對于蒸汽系統而言，其熱源也可以最大程度利用相應工業流程的廢熱為前提，來設計相關的方式實現。如對于鋼鐵系統和化工系統中的大量反應熱的應用，可以作為蒸汽再熱的熱源，或者直接用于產生飽和蒸汽及過熱蒸汽，這則需要與具體的工藝系統相結合，可以作為本實用新型的衍生系統。(3)循環水系統本身水分相變損失為零，本實用新型從根本上改變了原有循環水系統的冷卻方式，熱泵蒸發器在從循環水回水中，汲取低品位廢熱的同時，在無相變的前提下，確保系統循環水高效冷卻；(4)本實用新型在設計思路上，要求過程中的換熱設備采用單元式的群控組合方式運行。通常，對于工業企業而言，其生產強度一定會受到市場需求的強烈影響，如何在多變的工況下，確保系統汲取低品位廢熱時的高效運行。換熱單元數目的變化，需跟進生產荷載強度、環境溫度、輪機效率進行優化調整，確保系統運行的良性循環。
圖I為本實用新型系統流程框圖；圖2為本實用新型的系統結構框圖。
具體實施方式
工業循環水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統，包括熱泵系統；主體工藝流程中的循環水回水管路和循環水給水管路均接于熱泵系統的蒸發器，蒸發器中的工質循環管路均接于熱泵系統換熱器；鍋爐給水管路經熱泵系統換熱器、省煤器接至鍋爐系統的鍋爐給水入口 ；鍋爐煙氣管路一端接至鍋爐系統，另一端經省煤器、空氣預熱器后排空，空氣管路經空氣預熱器接至鍋爐系統；鍋爐系統的蒸汽出口通過管路接至汽輪機。所述的蒸汽出口與汽輪機之間的管路上，還設置有蒸汽蓄熱器。熱泵系統是普通熱泵，或是中高溫水源熱泵。鍋爐系統是新增的鍋爐系統，或者是根據主體工藝流程的構成特征所構建的廢熱鍋爐。鍋爐系統還通過管路連接至主體工藝流程中的余廢熱系統，用于引入余廢熱作為蒸汽過熱的換熱能量來源。鑒于工業循環水的低品位特征，回水溫度在10 60°C范圍內波動，有別與傳統通過冷卻塔(機械通風和自然通風冷卻塔)。利用相變潛熱冷卻的原理，本實用新型首先采用熱泵系統的蒸發器直接從循環水回水中提取原來直接排放的低品位廢熱。同時，由于采用熱泵系統蒸發器集熱，直接免去了對應冷卻塔相變過程水分的喪失。當然對于回水溫度的差異，所采用熱泵的形式可以包括普通熱泵和中高溫水源熱泵，這種變化主要考慮不同循環水水源溫度，對熱泵機組運行效率的影響，系統整體應該保持在高效和較高效運行的范圍內。第二步，將熱泵系統蒸發器所采集的廢熱部分，通過壓縮機的壓縮提高熱泵系統工質的熱品質；第三步，則是在冷凝器內與本流程作為冷凝器冷卻介質的鍋爐給水進行高效熱交換，使鍋爐給水的溫度適當提升。提升的溫度，以控制循環冷卻水供水溫度和對應鍋爐效率為界限。即所得到的鍋爐給水溫度的提升并不是越高越好，而是要在保證主體工藝對冷卻水溫度需求的同時，確保所對應鍋爐的運行效率。此處所提及的對鍋爐給水進行品位提升的鍋爐系統，可以是新增的鍋爐系統，也可以是根據主體工藝流程的構成特征所構建的廢熱鍋爐。對于廢熱鍋爐也可以采用部分外供燃料共同作用產生蒸汽，這個對于具體的工藝流程進行相應的調配，從整體上并不影響本實用新型的主體思路。總而言之，工業企業主工藝流程中高品位的廢熱，也應該被充分回用，整體目標是構建具有能量自平衡特征的分布式蒸汽驅動系統。[0031]第四步，鍋爐通過過熱和再熱工藝，產生具有相當品質的中壓蒸汽，驅動汽輪機的運行。汽輪機的有效能輸出端，則為通過同軸技術連接在汽輪機主軸上的企業主體工藝中各種動力設備一風機、壓縮機等裝置的主軸承，也可以通過變速箱技術構建驅動系統來驅動相應的裝置。上述系統可以根據工業企業相應的動力流程循環水廢熱的特征，在于就地分布式構建，可與電力驅動系統共同作用大幅降低企業工藝流程對一次能源的依賴性。這種分布式動力拖動的系統，優勢在于大幅削減由于電力長距離輸送所造成的損失，同時將傳統驅動過程中蒸汽發電后電力驅動的兩次能源損失，改為一次能量損失，減少 了系統能量損失的環節，在提高主流程設備驅動效率的同時降低了系統運行對環境的污染，避免了傳統冷卻系統中水分持續大量的損失。這種蒸汽拖動系統可以充分利用汽輪機拖動的轉速可調特征，與生產的波動相匹配。對于存在蒸汽過流問題的系統而言，為了避免造成能量的浪費，過多的蒸汽能可以采用蒸汽蓄熱器的方法進行能量的調配。
權利要求1.一種工業循環水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統，包括熱泵系統；其特征在于，主體工藝流程中的循環水回水管路和循環水給水管路均接于熱泵系統的蒸發器，蒸發器中的工質循環管路均接于熱泵系統換熱器；鍋爐給水管路經熱泵系統換熱器、省煤器接至鍋爐系統的鍋爐給水入口 ；鍋爐煙氣管路一端接至鍋爐系統，另一端經省煤器、空氣預熱器后排空，空氣管路經空氣預熱器接至鍋爐系統；鍋爐系統的蒸汽出口通過管路接至汽輪機。
2.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述鍋爐系統的蒸汽出口與汽輪機之間的管路上，還設置有蒸汽蓄熱器。
3.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述熱泵系統是普通熱泵，或是中高溫水源熱泵。
4.根據權利要求I所述的系統，其特征在于，所述鍋爐系統還通過管路連接至主體工藝流程中的余廢熱系統，用于引入余廢熱作為蒸汽過熱的換熱能量來源。
專利摘要本實用新型涉及一種工業循環水廢熱自平衡分布式蒸汽拖動的系統。該系統包括熱泵系統；主體工藝流程中的循環水回水管路和循環水給水管路均接于熱泵系統的蒸發器，蒸發器中的工質循環管路均接于熱泵系統換熱器；鍋爐給水管路經熱泵系統換熱器、省煤器接至鍋爐系統的鍋爐給水入口；鍋爐煙氣管路一端接至鍋爐系統，另一端經省煤器、空氣預熱器后排空，空氣管路經空氣預熱器接至鍋爐系統；鍋爐系統的蒸汽出口通過管路接至汽輪機。本實用新型能充分將循環水低品位廢熱，回用于對應主體工藝流程，作為設備驅動的動力。同時，在總量平衡的原則下，避免了循環水低品位廢熱對環境造成的持續性熱污染。
文檔編號F25B30/06GK202546729SQ201220103889
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月19日 優先權日2012年3月19日
發明者湯中彩, 沈新榮, 王小華, 章威軍, 郁輝球, 麻劍鋒 申請人:杭州哲達科技股份有限公司