一種循環氨水余熱利用系統的制作方法
【專利摘要】一種循環氨水余熱利用系統,是一種以循環軟水為熱載體,通過一類熱泵機組回收循環氨水余熱的新方法,其中,在循環氨水泵和煉焦爐之間的管道上引出一與所述熱交換器的殼程換熱通道連接的支管回路,煉焦爐、循環氨水槽、循環氨水泵和熱交換器之間構成循環氨水的循環回路,且75~78℃的循環氨水由循環氨水泵從循環氨水槽抽出經熱交換器換熱后溫度降低至70~73℃。余熱水首先與循環氨水換熱,升溫后的余熱水通過閥門切換,進入機組的不同部位,實現制冷與制熱功能的切換。用于制冷,生產的低溫水可用于滿足焦化生產用冷凍水需求。用于制熱是加熱純水為除氧水,用于焦化干熄焦或焦爐煙道氣余熱回收余熱鍋爐供水。
【專利說明】一種循環氨水余熱利用系統
【技術領域】
[0001]本實用新型提供了一種可廣泛應用于焦化行業循環氨水余熱利用系統,屬于余熱利用領域,通過對現有煉焦系統的改進,通過引進熱泵機組,對其中蘊含的能量進行回收與利用,具體的說是一種循環氨水余熱利用系統。
【背景技術】
[0002]煉焦過程中,從焦爐炭化室經上升管逸出的荒煤氣溫度為650?750°C,需要在橋管和集氣管內用表壓為147?196KPa的循環氨水噴灑,當細霧狀的氨水與煤氣充分接觸時,氨水吸收荒煤氣顯熱部分蒸發進入煤氣中,煤氣溫度急劇降至80?85°C,進入初冷器冷卻至21°C。蒸發的循環氨水與煤氣在初冷器冷卻過程中與煤氣中的水蒸汽、氨、焦油、萘等被冷凝冷卻下來,形成冷凝液。冷凝液在焦油氨水分離器或機械化澄清槽中靜止分離,得到氨水,溫度一般為75?78°C,對于其中的75?78°C氨水,部分用于循環噴灑冷卻焦爐煤氣,循環量約為6m3/1干煤,大部分很難處理。一般循環氨水溫度應高于集氣管煤氣露點5?10°C,當裝入煤水分在8%?11%時,相應的煤氣露點溫度為65?70°C,即循環氨水溫度在70?75°C也可滿足噴灑冷卻煤氣要求,故75?78°C的循環氨水可利用3?7°C溫差后再用于循環冷卻煤氣。對于120萬噸的焦化廠,循環氨水量一般在1000?1200m3/h,利用5°C溫差,可獲得550萬kcal/h的熱量。同時,焦化作為化工生產企業,在生產過程中,各種介質需要頻繁升降溫,需要以蒸汽、煤氣為熱源,需要中溫水和冷凍水為換熱介質,整個工藝過程需要消耗大量的能源,如干熄焦或煙道氣余熱利用的除氧水生產工序需要消耗蒸汽,制冷機需要消耗煤氣或蒸汽。一方面,大量的余熱未被利用,一方面又需要消耗大量的能源介質,不符合焦化行業節能減排、低碳綠色的發展方向。因此,如何將對于其中的75?78°C氨水能量進行回收利用,應用于其他工藝中,形成能量的內循環利用模式,是本專利申請的一個研究方向。
[0003]目前,在焦化行業開發了循環氨水余熱制冷技術,但是僅用于夏季;另外,在北方還將循環氨水余熱與采暖水換熱后用于取暖,僅限于冬季,不能實現全年循環氨水余熱的綜合利用,也就是說缺少一套在夏季和冬季都可使用的技術。
[0004]基于上述論述,本實用新型研究的是一種循環氨水余熱綜合利用系統,在夏季可回收初冷器余熱用于制取冷凍水,在非制冷季節,用熱泵回收循環氨水余熱加熱純水為除氧水105°C,通常采用加熱的方式對純水進行加熱以獲得可以用于干熄焦或煙道氣余熱鍋爐用水,降低制冷機或除氧器的能量輸入,減少了高品質的蒸汽或燃氣消耗,從而降低工序能耗。
實用新型內容
[0005]針對上述情況,本實用新型旨在提供一種循環氨水余熱利用系統,是通過水汽兩用、冷熱兩用的雙效熱泵機組回收利用循環氨水余熱,并設計合理的管道布局,產生如下效果:即在夏季,利用循環氨水余熱通過熱泵機組生產低溫水,作為焦化化產系統冷媒水;在冬季,使用該熱泵機組回收循環氨水余熱加熱鍋爐除鹽水,提高除鹽水進除氧氣溫度,從而降低除氧器蒸汽消耗。
[0006]為實現上述目的,本實用新型所述方法由以下技術方案解決:
[0007]—種循環氨水余熱回收利用系統,包括煉焦爐、循環氨水泵、熱交換器、軟水泵、雙效熱泵機組、純水泵、純水槽、除氧器、涼水架、冷卻水泵及管道和若干閥門,所述煉焦爐、循環氨水槽和循環氨水泵之間通過管道及控制閥門構成氨水循環使用的通道,所述雙效熱泵機組中具有第一高溫熱交換裝置和第二低溫熱交換裝置,其特征在于,
[0008]在循環氨水泵和煉焦爐之間的管道上引出一與所述熱交換器的殼程換熱通道連接的支管回路,所述煉焦爐、循環氨水槽、循環氨水泵和熱交換器之間構成循環氨水的循環回路;
[0009]所述熱交換器的管程換熱通道外接一循環軟水泵,且
[0010]當需要制冷時,
[0011]所述循環軟水泵的出口通過管道及閥門接入第一高溫熱交換裝置的低溫端(冷凝器端)并在熱交換器和第一高溫熱交換裝置之間形成軟水循環回路;在第二低溫熱交換裝置的低溫端(蒸發器端)連接冷水用戶端,并通過低溫水泵及管道形成冷水循環回路;第一高溫熱交換裝置和第二低溫熱交換裝置的管路相貫通并通過外置的涼水架和冷卻水泵構成冷卻水循環回路;
[0012]當需要制熱時,
[0013]所述循環軟水泵的出口通過管道及閥門接入第二低溫熱交換裝置的低溫端(蒸發器端)并在熱交換器和第二低溫熱交換裝置之間形成軟水循環回路;第一高溫熱交換裝置中的低溫端(冷凝器端)接入蒸汽管道并由蒸汽提供輔助熱能;第一高溫熱交換裝置和第二低溫熱交換裝置的管路相貫通并連接外置的用于補充純水的純水泵和用于對加熱后的純水進行輔助除氧的除氧器,所述除氧器與除氧水用水設備連接;
[0014]且制冷和制熱之間僅能夠擇一進行工作且是通過閥門進行切換控制的。
[0015]所述的除氧水用水設備為鍋爐。
[0016]所述的冷水用戶端為焦化化產工序中需要冷媒水的設備。
[0017]所述雙效熱泵機組為第一類吸收式熱泵機組。
[0018]上述的各個組件之間,最初循環氨水從循環氨水泵出口引出至熱交換器,其中,通過殼程與管程之間的熱交換作用,循環軟水吸收循環氨水中的熱量,用熱后的循環氨水溫度根據情況降低3?7°C,再返回原循環氨水管道進行循環利用。循環氨水流向通過一組閥門控制,可根據機組運行實現調整或切換。同時,循環軟水溫度升高至70°C上下,經循環軟水泵加壓,進入熱泵機組,且分別同時連接雙效熱泵機組的發生器和蒸發器,根據需要通過閥門切換可控制循環軟水走向,且同時只能夠向一個管道中進行供應軟水,實現兩種情況:一種是夏季加熱后的循環熱水進入雙效熱泵機組中的發生器,用熱循環軟水驅動雙效熱泵機組制取16?18°C冷凍水,用于焦化化產工序的冷媒水;一種是在非制冷季,將加熱后的循環熱水接入雙效熱泵機組的蒸發器,用熱循環軟水驅動機組加熱純水,并輔以蒸汽為熱源,制取除氧水,用于焦化干熄焦或焦爐煙道氣余熱回收鍋爐用水。經機組后的循環軟水溫度降低,返回熱交換器,與循環氨水換熱后,經循環軟水泵加壓后循環使用。
[0019]所述雙效熱泵機組為第一類吸收式熱泵機組,包括蒸發器、吸收器、冷凝器、發生器、噴灑泵、溶液泵和溶液熱交換器,為現有技術裝備。在用作制冷功能時,吸收器和冷凝器連接有冷卻水系統,蒸發器與低溫水系統相連,熱循環軟水作為驅動能源進入發生器。在用作制熱功能時,高溫熱循環熱水與機組蒸發器相連,吸收器與冷凝器與鍋爐純水系統相連,發生器接入蒸汽作為補充熱源。機組在實現制冷與制熱功能轉換時,機組可通過并聯的閥門組轉換介質。
[0020]本實用新型的有益效果是:
[0021]( I )以循環軟水為載體,回收循環氨水余熱,用于驅動熱泵機組,既可以制取16?18°C冷凍水,減少蒸汽或煤氣消耗,也可以加熱純水至105°C,生產除氧水,用于干熄焦或煙氣余熱鍋爐供水,降低原除氧器蒸汽消耗,實現了循環氨水余熱的回收利用。
[0022]( II )用本系統加熱純水制取除氧水,焦化干熄焦工序除氧器作為備用,提高了干媳焦的生廣保障能力;
[0023](III )該余熱利用方法靈活多變,既可既制冷又制熱,也可根據需要單獨采用制冷或制熱功能,且轉換只需要控制閥門的啟閉即可實現切換,可控性好且簡單;
[0024]( IV )通過余熱利用,煤氣在集氣管建立新溫度平衡,在一定程序上降低了初冷器生產負荷;
[0025]( V )本技術只需在循環氨水管道連接換熱器,并進行相關的管道改造即可,不影響焦爐循環氨水噴灑系統結構,可以方便的進行實施。
[0026](VI)本技術用于余熱鍋爐供水,只需將純水引至機組,加熱后返回到原除氧器,不影響余熱鍋爐供水系統,且除氧器可作為備用,提高了干熄焦生產保障。
[0027](W)該技術適用于所有焦化企業,推廣應用前景廣闊。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0028]圖1為循環氣水余熱利用系統的連接關系不意圖;
[0029]圖2為循環氨水余熱制冷管道的開啟示意圖;
[0030]圖3為循環氨水余熱制熱管道的開啟示意圖;
[0031]圖4為循環氨水余熱制冷示意圖;
[0032]圖5為循環氨水余熱制熱示意圖;
【具體實施方式】
[0033]一種循環氨水余熱利用系統,包括循環氨水泵、熱交換器、軟水泵、雙效熱泵機組、純水泵、純水槽、給水泵、除氧器、余熱鍋爐、涼水架、冷卻水泵及管道和若干閥門,連接關系如圖1所示。
[0034]75?78°C的循環氨水由循環氨水泵從循環氨水槽抽出,從泵出口閥門前開口將循環氨水引出至循環氨水-循環軟水熱交換器,將熱量傳遞給循環軟水后,溫度降低至70?73°C從泵出口閥后返回原循環氨水管路,送往煉焦爐上升管進行噴灑冷卻煤氣使用。循環軟水吸收循環氨水熱量后溫度升高至70°C左右,經循環軟水泵加壓送往熱泵機組。
[0035]熱泵機組為現有技術,熱泵具有發生器、冷凝器、蒸發器、吸收器、噴淋泵、溶液泵、真空泵、溶液熱交換器等構成一個封閉的系統,其中:
[0036]發生器的供熱端分別連接高溫循環軟水和蒸汽,并通過一組閥門實現熱源的切換,且發生器氣相通過管道連接至冷凝器,溶液通過管道經溶液熱交換器連接至吸收器。
[0037]吸收器和冷凝器的放熱端分別連接冷卻水和純水,并通過一組閥門實現冷卻介質的切換。
[0038]冷凝器通過管道與發生器的氣相相連,冷凝液通過管道連接至蒸發器。
[0039]蒸發器的放熱端分別與低溫水、高溫循環軟水相連,并通過一組閥門實現兩種介質的切換;氣相通過管道連通至吸收器,液相通過噴淋泵實現冷劑的自循環噴灑。
[0040]吸收器的稀溶液由溶液泵送出,經溶液熱交換器后,與發生器通過管道相連;與并發生器的濃溶液通過管道連通。
[0041]真空泵通過管路分別與蒸發器和發生器相連,在確保在工作時兩室在真空狀態下工作。
[0042]該系統的工作過程是這樣的:
[0043]如圖2和圖4所示,制冷:將與循環氨水換熱后的高溫循環軟水直接引入機組的發生器,驅動機組生產冷凍水,用于焦化化產系統冷卻用水。主要工藝流程為:將循環氨水從循環氨水泵出口引至熱交換器,與循環軟水換熱,放熱后的循環氨水溫度降低,返回原循環氨水管道,送至煉焦爐噴灑冷卻荒煤氣使用;吸熱后的循環軟水溫度升高,引至熱泵機組,驅動機組制出16°C的低溫水,低溫水被送至化產系統冷卻介質后,溫度升高,經低溫水泵加壓返回機組循環使用。循環軟水出機組后溫度降低,返回熱交換器循環加熱后,再經循環軟水加壓后循環使用。為實現能量平衡,在機組的吸收器端連接有來自冷卻水泵的循環冷卻水,循環冷卻水由吸收器進入機組冷凝器后,溫度升高,返回涼水架,循環冷卻后再經冷卻水泵加壓后循環使用。能量轉移過程為:循環氨水通過熱交換器將熱量傳遞給循環軟水,高溫循環軟水通過雙效熱泵機組將能量轉移至低溫水,低溫水用于焦化化產系統冷媒介質將熱量散失于系統,實現了余熱的回收利用。
[0044]如圖3和圖5所示,制熱:將與循環氨水換熱后的高溫循環軟水直接引入機組的蒸發器,驅動機組加熱純水,再輔以蒸汽為熱源將純水加熱至105°C成為除氧水送入除氧器,再用給水泵將除氧水加壓,送至鍋爐產生蒸汽使用。主要工藝流程為:將循環氨水從循環氨水泵出口引至熱交換器,與循環軟水換熱,放熱后的循環氨水溫度降低,返回原循環氨水管道,送至煉焦爐噴灑冷卻荒煤氣使用;吸熱后的循環軟水溫度升高,引至熱泵機組,在機組發生器引入蒸汽熱源,共同驅動機組加熱由純水泵送來的純水至105°C,成為除氧水后進入除氧器,得到除氧水,再由給水泵送至鍋爐,用于產生蒸汽。循環軟水出機組后溫度降低,返回熱交換器循環加熱后,再經循環軟水加壓后循環使用。能量轉移過程為:循環氨水通過熱交換器將熱量傳遞給循環軟水,高溫循環軟水和蒸汽通過機組將能量轉移至除氧水,實現了余熱的回收利用。
[0045]雙效熱泵機組的制冷原理:
[0046]在發生器,稀溶液中的冷劑水吸收循環軟水的熱量汽化進入冷凝器,稀溶液中水分蒸發后成為濃溶液,經熱交換器與來自吸收器的稀溶液換熱后進入吸收器;在冷凝器,來自發生器的冷劑蒸汽被換熱管內流動的冷卻水冷凝冷卻,成為冷劑水后進入蒸發器;在蒸發器,在真空狀態下,冷劑水在低溫狀態下吸收換熱管中流動的冷凍水的熱量汽化,進入吸收器,換熱管中的冷凍水放熱后溫度降低,制得了 16°C冷凍水,用作系統冷卻介質;在吸收器,來自蒸發器的冷劑蒸汽被來自發生器的濃溶液吸收,由氣相變液相,溶液由濃溶液成為稀溶液,經溶液泵抽出后再經熱交換器與來自發生器的濃溶液熱交換后進入發生器,蒸汽冷凝過程中放出的熱量由循環冷卻水帶走。
[0047]雙效熱泵機組的制熱原理:
[0048]在蒸發器,來自冷凝器冷劑水吸收高溫循環軟水熱量而蒸發形成冷劑蒸汽,冷劑蒸汽進入吸收器,循環軟水放熱后溫度降低出機組循環使用;在吸收器,來自蒸發器冷劑蒸汽被來自發生器的濃溶液吸收,蒸汽由氣相變液相,放出的熱量被換熱管內流動的純水吸收,純水溫度升高進入冷凝器,濃溶液吸收冷劑蒸汽后成為稀溶液,經溶液泵抽出再經熱交換器與來自發生器的濃溶液接交換后,進入發生器;在發生器,來自吸收器的稀溶液中的冷劑水吸收蒸汽的熱量而汽化為冷劑蒸汽,冷劑蒸汽進入冷凝器,冷劑蒸發后,溶液由稀變濃,濃溶液經熱交換器與來自吸收器的稀溶液熱交換后進入吸收器;在冷凝器,來自發生器的冷劑蒸汽冷凝,釋放出大量的熱,被換熱管內流動的來自吸收器的純水吸收,純水溫度進一步升高至105°C而出機組,蒸汽冷凝成為冷劑水,進入蒸發器,完成一個循環。
[0049]本實用新型提供是一種通過一類熱泵機組制取冷凍水或除氧水而回收利用循環氨水余熱的技術,是以循環軟水為載體,回收循環氨水余熱,再以加熱后的高溫循環軟水驅動機組,生產冷凍水或除氧水,從而實現循環氨水余熱的利用。在夏季,用與循環氨水換熱后的高溫軟水驅動機組制取16°C低溫水,用于焦化化產系統的冷媒水;在非制冷季,用與循環氨水換熱后的高溫軟水驅動機組加熱純水,并輔以蒸汽為熱源,將純水加熱至105°C,制取除氧水,用作鍋爐給水。本技術實現了循環氨水余熱的回收利用,在夏季,降低了制冷機的能量輸入,在非制冷季,降低了除氧器蒸汽消耗,實現了焦化行業能量的梯級循環利用,降低了焦化工序能量輸入,是節能減排技術,具有較高的經濟效益和社會效益,推廣應用前景廣闊。
[0050]除說明書所述的技術特征外,均為本專業技術人員的已知技術。
【權利要求】
1.一種循環氨水余熱利用系統,包括煉焦爐、循環氨水泵、熱交換器、軟水泵、雙效熱泵機組、純水泵、純水槽、除氧器、涼水架、冷卻水泵及管道和若干閥門,所述煉焦爐、循環氨水槽和循環氨水泵之間通過管道及控制閥門構成氨水循環使用的通道,所述雙效熱泵機組中具有第一高溫熱交換裝置和第二低溫熱交換裝置,其特征在于, 在循環氨水泵和煉焦爐之間的管道上引出一與所述熱交換器的殼程換熱通道連接的支管回路,所述煉焦爐、循環氨水槽、循環氨水泵和熱交換器之間構成循環氨水的循環回路; 所述熱交換器的管程換熱通道外接一循環軟水泵,且 當需要制冷時, 所述循環軟水泵的出口通過管道及閥門接入第一高溫熱交換裝置的低溫端并在熱交換器和第一高溫熱交換裝置之間形成軟水循環回路;在第二低溫熱交換裝置的低溫端連接冷水用戶端,并通過低溫水泵及管道形成冷水循環回路;第一高溫熱交換裝置和第二低溫熱交換裝置的管路相貫通并通過外置的涼水架和冷卻水泵構成冷卻水循環回路; 當需要制熱時, 所述循環軟水泵的出口通過管道及閥門接入第二低溫熱交換裝置的低溫端并在熱交換器和第二低溫熱交換裝置之間形成軟水循環回路;第一高溫熱交換裝置中的低溫端接入蒸汽管道并由蒸汽提供輔助熱能;第一高溫熱交換裝置和第二低溫熱交換裝置的管路相貫通并連接外置的用于補充純水的純水泵和用于對加熱后的純水進行輔助除氧的除氧器,所述除氧器與除氧水用水設備連接; 且制冷和制熱之間僅能夠擇一進行工作且是通過閥門進行切換控制的。
2.根據權利要求1所述的一種循環氨水余熱利用系統,其特征在于,所述的除氧水用水設備為鍋爐。
3.根據權利要求1所述的一種循環氨水余熱利用系統,其特征在于,所述的冷水用戶端為焦化化產工序中需要冷媒水的設備。
4.根據權利要求1所述的一種循環氨水余熱利用系統,其特征在于,所述雙效熱泵機組為第一類吸收式熱泵機組。
【文檔編號】C10B57/00GK203949412SQ201420342775
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年6月25日 優先權日:2014年6月25日
【發明者】祝仰勇, 甄玉科, 王健, 寧述芹, 王華明, 張順賢, 李瑞萍, 范華磊 申請人:濟鋼集團有限公司, 煙臺荏原空調設備有限公司