一种工业闪蒸汽加温升压高效回收循环系统及回收方法与流程

1.本发明属于闪蒸汽加热与回收利用技术领域，具体涉及一种工业闪蒸汽 加温升压高效回收循环系统及回收方法。


背景技术：

2.在“碳中和碳达峰”的政策下为了减少碳排量，不断压缩企业用能消耗 指标以降低对能源的消耗减少碳排放；同时能源成本也在不断升高，企业必 须采用新节能技术来降低对能源消耗，以降低生产成本适应政策环境的变化。 传统工业中的闪蒸汽回收系统工艺的用能设备(简称：用能设备)所排放的高温 冷凝水，会在闪汽罐中产生的低温低压的闪蒸汽，低温低压的闪蒸汽直接通 过一次性较高压力蒸汽的蒸汽喷射式热泵而直接吸入成混合蒸汽后输回用能 设备循环再使用，使低温(低焓值)闪蒸汽得到循环再利用而降低用汽量，传统 闪蒸汽热泵回收系统(如图1所示)主要存在以下问题和缺点：1、当闪蒸罐内的 闪蒸汽的压力较低时，使用蒸汽喷射式热泵必须使用较高压力的一次性蒸汽 才能正常吸入工作，否则产生蒸汽反串倒流进闪蒸罐现象事故发生，喷射系 数较低；2、回转压力容器用热设备(如高速旋转烘缸)产生冷凝水中夹带蒸汽， 造成混合闪蒸汽量大，当采用蒸汽喷射式热泵只能吸收一定量混合闪蒸汽， 此时闪蒸罐内的压力较高，则排出的冷凝水温度较高，造成还有一定量的闪 蒸汽没有能在低压状态下充分释放，回收效率较低；3、目前国内外还没有冷 凝水蒸汽喷射式热泵系统回收达到使闪蒸汽(闪蒸罐)的压力达到表压达到接 近零值或负值以下回收技术，一般处于正压状态，尚存在低于表压为负值以 下的闪蒸汽没有被开发使用。为使工业闪蒸汽得到最大化充分回收并符合“双 碳”节能政策，以降低了企业的用能成本，节约能源使用，减少碳排放，具 有良好的经济效益和社会效益。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种工业闪蒸汽加温升压高效回收循环系统及回 收方法，本发明将高温闪蒸汽经过加压后与一次蒸汽进行混合喷射形成高压、 高温混合闪蒸汽为用能设备提供能量动力，使闪蒸汽得到最大极限充分高效 利用，从而满足各类工业用能设备余热闪蒸汽进行回收循环再高效利用的目 的。为了实现上述目的，本发明采用以下技术效果：
4.根据本发明的一个方面，提供了一种工业闪蒸汽加温升压高效回收循环 系统，所述回收循环系统包括以高温蒸汽为热源的用能设备、连接于用能设 备的蒸汽输入端口一侧的蒸汽加温升压控制单元和连接于用能设备的输出侧 的第一闪汽罐，所述第一闪汽罐的蒸汽输出端与所述蒸汽加温升压单元的回 收端连通；所述蒸汽加温升压控制单元包括换热器、蒸汽压缩器和蒸汽喷射 式热泵，所述换热器的一次蒸汽输入端连接有一次高温蒸汽主管道，所述换 热器的换热输出端通过一次蒸汽换热后管道与蒸汽喷射式热泵的换热蒸汽输 入端连通，所述换热器的加压输出端通过高温闪蒸汽出气管与所述蒸汽压缩 器的闪蒸加压入端连通；所述蒸汽压缩器的闪蒸汽输出端通过升压闪蒸汽出 气管与所述蒸汽
喷射式热泵的第一闪蒸汽输入端连通，所述蒸汽喷射式热泵 的蒸汽输出端通过混合后蒸汽管道与用能设备的蒸汽输入端口连通，所述用 能设备的冷凝输出端口与第一闪汽罐的冷凝输入端连通，所述第一闪汽罐的 闪蒸汽输出端通过低温闪蒸汽管道与换热器的闪蒸汽输入端连通，在第一闪 汽罐的底部设置有第一低温冷凝水排出管道。
5.上述方案优选的，所述蒸汽加温升压控制单元还包括第一液位压力传感 器、plc控制单元、第一电动调节阀和第二电动调节阀，在所述第一闪汽罐内 设置所述第一液位压力传感器，所述第一电动调节阀设置在一次蒸汽换热后 管道上，所述第二电动调节阀设置在混合后蒸汽管道上，所述第一液位压力 传感器的信号输出端、第一电动调节阀的控制端和第二电动调节阀的控制端 分别与所述plc控制单元的信号端连接。
6.上述方案进一步优选的额，所述蒸汽加温升压控制单元还包括第一压力 传感器、第二压力传感器和第三压力传感器，所述第一压力传感器设置于一 次蒸汽换热后管道上，所述第二压力传感器、第三压力传感器分别设置于第 二减压阀(9)的输入一侧与输出一侧的混合后蒸汽管道上，所述第一压力传感 器、第二压力传感器和第三压力传感器分别与所述plc控制单元的信号采集输 入端连接。
7.上述方案进一步优选的，在第一低温冷凝水排出管道上分别设置有第一 排水泵和第一止回阀。
8.上述方案进一步优选的，在所述第一闪汽罐的顶端分别设置有第一正负 压力表和第一安全排气阀。
9.上述方案进一步优选的，所述回收循环系统还包括设置在所述用能设备 的冷凝输出端口与第一闪汽罐的冷凝输入端之间的第二闪汽罐，所述用能设 备的冷凝输出端口通过冷凝水输送排出管与所述第二闪汽罐的冷凝输入端连 通，所述第二闪汽罐的闪蒸汽输出端通过一次闪汽输送管与所述蒸汽喷射式 热泵的第二闪蒸汽输入端连通，所述第二闪汽罐的冷凝输出端通过一次冷凝 水排出管与第一闪汽罐的冷凝输入端连通。
10.上述方案进一步优选的，在所述第二闪汽罐的顶端设置有第二正负压力 表和第二安全排气阀。
11.上述方案进一步优选的，在所述第二闪汽罐内设置有第二液位压力传感 器。
12.根据本发明的另一个方面，利用本发明的一种工业闪蒸汽加温升压高效 回收循环系统的回收方法，所述回收方法包括如下步骤：将一次蒸汽经换热 器进行加热，送入蒸汽喷射式热泵内进行喷射产生高速二次闪蒸汽给用能设 备；用能设备运行中产生的高温产生冷凝水经一级或多级闪汽罐，对高温冷 凝水进行沸腾蒸发产生一次回收闪蒸汽或多次回收闪蒸汽，二次回收闪蒸汽 经换热器进行加热、蒸汽压缩器内进行加压产生高压闪蒸汽，再将高压闪蒸 汽送入蒸汽喷射式热泵内与一次蒸汽进行混合喷射产生混合蒸汽，并约用能 设备运行使用所需能量，循环上述混合喷射产生混合蒸汽为用能设备提供所 需能量。
13.上述方案进一步优选的，所述回收方法还包括如下步骤：用能设备运行 中产生的高温产生冷凝水经多级闪汽罐进行沸腾蒸发产生一次回收闪蒸汽 时，对第一级闪汽罐沸腾蒸发产生的一次回收闪蒸汽直径送入蒸汽喷射式热 泵内分别与高压闪蒸汽、一次蒸汽进行混合喷射产生混合蒸汽，满足用能设 备运行所需用能条件要求，并循环上述混合喷射产生混合蒸汽为用能设备运 行提供所需能量。
14.综上所述，本发明采用了上述技术方案，本发明具有以下技术效果：
15.(1)、本发明的工业闪蒸汽升温升压高效回收循环再利用系统能将各类工 业用能设备余热闪蒸汽进行回收循环再高效利用，热能回收系统配置合理， 操作简单，设备投资不高，回收投资期短，能显著的降低用客用热的能源成 本
16.(2)、本发明的回收系统能闪蒸罐达到更低或负压状态使冷凝水释放更大 量的低温低压闪蒸汽，冷凝水温度排放温度更低，特别对于高速旋转造纸烘 缸排放冷凝水时同时夹带一定量的蒸汽出来，形成蒸汽 闪蒸汽的大量混合闪 蒸汽，则使闪汽罐(闪蒸罐)的压力较高，并通过动力式蒸汽压缩设备主动式抽 吸大量的闪蒸汽主动，使闪汽罐(闪蒸罐)的压力很低或达到压力负值，从而提 升回收效果显著。本发明通过压缩器将闪蒸汽增压后则增加了动能，使用较 低压力的一次蒸汽就能使蒸汽喷射式热泵正常工作，喷射系数增大，提升了 整体回收效率。
附图说明
17.图1是传统的工业闪蒸回收循环再利用系统的示意图的安装示意图；
18.图2是本发明的一种工业闪蒸汽加温升压高效回收循环系统的第一实施 例的系统原理图；
19.图3是本发明的一种工业闪蒸汽加温升压高效回收循环系统的第二实施 例的系统原理图；
20.附图中，一次高温蒸汽主管道1，换热器2，高温闪蒸汽出气管3，蒸汽 压缩器4，升压闪蒸汽出气管5，蒸汽喷射式热泵6，一次蒸汽换热后管道7， 第一电动调节阀8，第二电动调节阀9，混合后蒸汽管道10，第一液位压力传 感器11，低温闪蒸汽管道12，用能设备13，plc控制单元14，第一闪汽罐 15，第一低温冷凝水排出管道16，第一压力传感器17，第二压力传感器18， 第一排水泵19，第一止回阀20，冷凝水输送排出管21，第一正负压力表22， 第一安全排气阀23，一次冷凝水排出管24，第二正负压力表25，第二安全排 气阀26，一次闪汽输送管27，第二液位压力传感器28，第二闪汽罐29，第 二低温冷凝水排出管道161，第三压力传感器180，第二排水泵191，第二止 回阀201。
具体实施方式
21.为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举 出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中 列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的 理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。
22.结合图2所示，根据本发明的一种工业闪蒸汽加温升压高效回收循环系 统，所述回收循环系统包括以高温蒸汽为热源的用能设备13、连接于用能设 备13的蒸汽输入端口一侧的蒸汽加温升压控制单元和连接于用能设备13的 输出侧的第一闪汽罐15(闪蒸汽发生罐)，所述第一闪汽罐15的蒸汽输出端与 所述蒸汽加温升压单元的回收端连通；所述蒸汽加温升压控制单元包括换热 器2、蒸汽压缩器4和蒸汽喷射式热泵6，所述换热器2的一次蒸汽输入端连 接有一次高温蒸汽主管道1，所述蒸汽压缩器4为高压离心式风机、容积式压 缩机(螺杆式压缩机、罗茨鼓风机)，所述换热器2的换热输出端通过一次蒸汽 换热后管道7
与蒸汽喷射式热泵6的换热蒸汽输入端连通，所述换热器2的 加压输出端通过高温闪蒸汽出气管3与所述蒸汽压缩器4的闪蒸加压入端连 通；所述蒸汽压缩器4的闪蒸汽输出端通过升压闪蒸汽出气管5与所述蒸汽 喷射式热泵6的第一闪蒸汽输入端连通，所述蒸汽喷射式热泵6的蒸汽输出 端通过混合后蒸汽管道10与用能设备13的蒸汽输入端口连通，所述用能设 备13的冷凝输出端口与第一闪汽罐15的冷凝输入端连通，所述第一闪汽罐 15的闪蒸汽输出端通过低温闪蒸汽管道12与换热器2的闪蒸汽输入端连通， 在第一闪汽罐15的底部设置有第一低温冷凝水排出管道16；所述换热器2是 用一次蒸汽加热提升低温闪蒸汽温度的设备，换热器2为焓换热器是指为压 力式管道式(管束)换热器，其内部的小管束内流一次蒸汽，小管束外流闪蒸汽， 换热器2内部有很多的管束，管束内的流入一次性蒸汽，闪蒸汽沿管束外管 表面流动，两种蒸汽分开并进行热交换，。换热器2的换热输出端安装一次蒸 汽换热后管道7并与蒸汽喷射式热泵6的换热蒸汽输入端连通。本发明以高 温蒸汽或高温过热蒸汽为热源的用热设备13，用于加温的换热器2安装在一 次性高压蒸汽喷射式热泵6的换热蒸汽输入端输前侧，高温蒸汽或高温过热 蒸汽通过一次高温蒸汽主管道1进入换热器2加热后，产生的一次驱动蒸汽 通过一次蒸汽换热后管道7与蒸汽喷射式热泵6的驱动输入口连通，蒸汽喷 射式热泵6的蒸汽输出驱动口通过混合后蒸汽管道10与工艺用热设备1相连 通，一次蒸汽通过换热器2进行加热升温送入蒸汽喷射式热泵6喷射出高速 二次闪蒸汽，高速蒸汽流被送入用能设备13内并驱动该用能设备13高速运 转，从而应用于生产；用能设备13运行中的产生冷凝水并夹带有蒸汽，经过 排出管13a送到达第一闪汽罐15内经再次被沸腾汽化，第一闪汽罐15内沸 腾蒸发产生的(高压和过热)蒸汽通过低温闪蒸汽管道12反馈送入换热器2内 进行加热升温，在换热器2内产生较高温的闪蒸汽再通过高温闪蒸汽出气管3 送入蒸汽压缩器4内进行升压，蒸汽压缩器4产生的二次高温蒸汽送入蒸汽 喷射式热泵6的吸入口，一次蒸汽经过一次高温蒸汽主管道1送入换热器2 内进行加热后产生较低温的一次闪蒸汽并通过一次蒸汽换热后管道7送入高 压蒸汽喷射式热泵6内，使加热升压后的二次高温蒸汽与加热后的一次闪蒸 在蒸汽喷射式热泵6内进行混合，使混合闪蒸汽增压后则增加了动能，所以 系统回收效率高。
23.在本发明中，结合图2所示，所述蒸汽加温升压控制单元还包括第一液 位压力传感器11、plc控制单元14、第一自动调节阀8和第二电动调节9， 在所述第一闪汽罐15内设置所述第一液位压力传感器11，所述第一电动调节 阀8设置在一次蒸汽换热后管道7上，所述第二自动调节阀9设置在混合后 蒸汽管道10上，所述第一液位压力传感器11的信号输出端、第一电动调节 阀8的控制端和第二电动调节阀9的控制端分别与所述plc控制单元14的信 号端连接；所述蒸汽加温升压控制单元还包括第一压力传感器17、第二压力 传感器18和第三压力传感器180，所述第一压力传感器17设置于一次蒸汽换 热后管道7上，所述第二压力传感器18、第三压力传感器19分别设置于第二 电动调节阀9的输入一侧与输出一侧的混合后蒸汽管道10上，，所述第一压 力传感器17、第二压力传感器18和第三压力传感器180分别与所述plc控 制单元14的信号采集输入端连接；在第一低温冷凝水排出管道16上分别设 置有第一排水泵19和第一止回阀20，第一闪汽罐15下部设置第一低温冷凝 水排出管道16、第一排水泵19和第一止回阀20，将闪蒸后的冷凝水通过第 一排水泵19输送到需要的其它工艺用水设备；在所述第一闪汽罐15的顶端 分别设置有第一正负压力表22和第一安全排气阀23，plc控制单元14以plc 控制器为核心部件分别用于设定各减压控制阀的压力大
小以及获取各压力传 感器采集的蒸汽压力信号，并根据采集的压力信号输出压力调节控制信号控 制各减压阀，使各减压阀的当前压力值大小与前一次蒸汽压力值大小相比较 并自动进行调整；换热器2内产生较高温的一次蒸汽经过一次蒸汽换热后管 道7上安装的第一电动调节阀8来进行自动化调控高压蒸汽喷射式热泵6的 工作压力高温蒸汽混合后的压力通过安装在混合后蒸汽管道10上且位于第二 电动调节阀9输入、输出两侧的第二压力传感器18、第三压力传感器180进 行检测其压力，并通过第一电动调节阀8、第二电动调节阀9进行调控其压力。 结合图2，以一次设定蒸汽或过热蒸汽作为热源，用能设备13工作时使用蒸 汽交接热能后产生高温冷凝水(有时包含夹带一次蒸汽)，通过与用能设备13 备相连接的排出管13a排入冷凝水到达第一闪汽罐15内，在蒸汽压缩器4的 抽吸下使第一闪汽罐15(冷凝水闪蒸罐)形成低压状态下或负压状态，冷凝水 充分的释放出低焓值低温闪蒸汽，低焓低温闪蒸汽经第一闪汽罐15上部出口 连通低温闪蒸汽管道12进入升焓换热器2内进行加热升焓；低温闪蒸汽在升 焓换热器2(与一次蒸汽逆或流进行换热)加热后形成高温闪蒸汽，并由高温闪 蒸汽出气管3连接进入到蒸汽压缩器4(蒸汽压缩机)内进行升压，高温闪蒸汽 经过蒸汽压缩器4(蒸汽压缩机)后压力进一步提升至工艺需要设定的压力，形 成高温升压闪蒸汽通过升压闪蒸汽出气管5进入蒸汽喷射式热泵6内，高温 升压闪蒸汽与一次蒸汽进行引射混合形成混合蒸汽，混合蒸汽通过混合后蒸 汽管道10及第二电动调节阀9输入用能设备13。本系统闪蒸汽采用加热及动 力式主动强制回收循环到用能设备，所以闪蒸汽得到最大极限充分高效回收 利用，而第一闪汽罐15的低温冷凝水通过冷凝水排出管道1连接第一排水泵 19和第一止回阀20送达到其它工艺用水设备使用。
24.在本发明中，结合图2和图3所示，所述回收循环系统还包括设置在所 述用能设备13的冷凝输出端口与第一闪汽罐15的冷凝输入端之间的第二闪 汽罐29，所述用能设备13的冷凝输出端口通过冷凝水输送排出管21与所述 第二闪汽罐29的冷凝输入端连通，所述第二闪汽罐29的闪蒸汽输出端通过 一次闪汽输送管27与所述蒸汽喷射式热泵6的第二闪蒸汽输入端连通，所述 第二闪汽罐29的冷凝输出端通过一次冷凝水排出管24与第一闪汽罐15的冷 凝输入端连通；在所述第二闪汽罐29的顶端设置有第二正负压力表25和第 二安全排气阀26，所述第二闪汽罐29内设置有第二液位压力传感器28；
25.本发明实施例中，如图3所示，所述第一闪汽罐15和第二闪汽罐29为 压力密闭性式冷凝水存储及闪蒸汽发生罐，在本发明中，换热器2能耐压16 公斤的蒸汽压力及能耐250℃的压力容器；高温闪蒸汽出气管3能耐压5公斤 的蒸汽压力及能耐200℃左右的无缝钢管；蒸汽压缩机4可加压闪蒸汽运动 0.3～8公斤及能耐200度的温度；蒸汽喷射式热泵6能耐压16公斤的蒸汽压 力及能耐250℃的温度；第一闪汽罐15及第二闪汽罐29能耐压5公斤的蒸汽 压力及能耐150℃的温度；以一次过热或泡和蒸汽作为热源，用能设备13工 作时使用蒸汽吸收热能后产生高温冷凝水(有时包含夹带一次蒸汽)，用能设备 13运行中产生的高温产生冷凝水经一级或二级闪汽罐时，对高温冷凝水进行 沸腾蒸发产生一次回收闪蒸汽、二次回收闪蒸汽，通过与用能设备13备相连 接的冷凝水输送排出管21排出高温冷凝水到达第二闪汽罐29内，在第二闪 汽罐29的产生的一次闪蒸汽通过一次闪汽输送管27直接送入蒸汽喷射式热 泵6内，在第二闪汽罐29内温度较高的冷凝水经过一次冷凝水排出管24进 入第一闪汽罐15，在蒸汽压缩器4的抽吸下使冷凝水在第一闪汽罐15内形成 低压状态下或负压状态，冷凝水充分的释放出低焓值低温闪蒸汽，低焓低温 闪蒸汽通过第一闪汽罐
15上部出口与低温闪蒸汽管道12连通并进入升焓换 热器2内进行加热升焓；低温闪蒸汽在升焓换热器2(与一次蒸汽逆或流进行 换热)加热后形成高温闪蒸汽由出口管3连接进入到蒸汽压缩机4内进行升压， 高温闪蒸汽经过蒸汽压缩器4(蒸汽压缩机)后压力进一步提升至需要工艺设定 的压力，形成高温升压闪蒸汽后，通过升压闪蒸汽出气管5将高温升压闪蒸 进入蒸汽喷射式热泵6内，一次蒸汽通过换热器2、一次蒸汽换热后管道7送 出的一次加热蒸汽与高温升压闪蒸汽和一次闪汽输送管27输送的一次闪蒸汽 进行引射混合形成混合蒸汽，三种蒸汽进行混合后经蒸汽管道10及第二减压 阀9后输入用能设备13，使能设备13获取混合蒸汽的能量，使闪蒸汽得到最 大极限充分高效回收和利用，而闪蒸汽经过用能设备13产生的冷凝水依次经 过第二闪汽罐29底端的第二低温冷凝水排出管道161排到第一闪汽罐15，第 二闪汽罐29底端临时应急或在开停机时(正常运行时关闭)排放管道第二排 水泵191和第二止回阀201控制低温冷凝水排放。本发明对用能设备使用的 一次(饱和或过热)蒸汽所产生的低温低压闪蒸汽进行加热时，先将一次蒸汽通 过换热器进行加热闪蒸汽，使其温度或提升焓值，变成过热闪蒸汽或高温闪 蒸汽；将低温低压闪蒸汽经换热器进行加温形成过热(高温)闪蒸汽，减少低温 输送升压过程中析出水分而造成质量损耗，同时闪蒸汽温度加热后温度与一 次蒸汽温度趋于相同，利用混合后蒸汽温度稳定，再采用加温(升焓)换热 器 蒸汽压缩器(同时存在的闪蒸汽回收设备组合体，从而可创造出更低或负压 状态使冷凝水释放更大量的低温低压闪蒸汽，冷凝水温度排放温度更低。
26.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普 通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润 饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。