CN220601483U - 一种利用余热制备蒸汽的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种利用余热制备蒸汽的装置，包括密闭的闪蒸罐，闪蒸罐的上部气相区连接有第一蒸汽排出管，闪蒸罐连接有净化水进管，闪蒸罐内的底部设有用于热源与净化水换热的余热换热器；第一蒸汽排出管连接有与闪蒸罐产生的蒸汽进行热交换且能将蒸汽提温的蒸汽加热装置，第一蒸汽排出管上设有对闪蒸罐抽负压并防止蒸汽返流的蒸汽输送设备。本实用新型首先利用热水余热闪蒸制备低温饱和蒸汽，然后利用提温法将低温饱和蒸汽制成高温蒸汽，降低了对热水温度的要求，制成的高温蒸汽杂质少品质高。

Description

一种利用余热制备蒸汽的装置

技术领域

本实用新型涉及余热回收技术领域，具体说是一种利用余热制备蒸汽的装置。

背景技术

现在的工业企业需要大批蒸汽用于工业生产，同时也产生大量低品质的工业余热排放。近年来，由于生产高温蒸汽用的电、天然气、煤等价格大幅上升，使产汽成本居高不下，影响了企业的利润。其他的制蒸汽方法还有电磁感应蒸汽发生器，适用于小规模制蒸汽的需求场合，在用汽规模较大的工业蒸汽领域不适用。

使用低品质的余热制蒸汽的成本低于一次能源制蒸汽的成本，不但能够实现余热回收利用，同时还减少了对环境的污染。现在企业大量使用的如空压机、制冷机、太阳能光热、内燃机等设备以及工艺生产中也产生低于100℃的热水，其中的热量也可用于制备低成本的蒸汽，达到节能效果。现有利用热水余热产高温蒸汽的技术不多，而且投资较高，产汽能耗也大，各种技术都有一定的局限性，如使用高温蒸汽热泵产蒸汽，余热水温需要在60℃以上，产蒸汽温度在100-120℃，COP值在3左右，温度再高的部分需使用蒸气压缩机提温提压，耗能较大，投资较高。如使用闪蒸法，一般余热温度需在70℃以上，先制成70℃低温饱和蒸汽，再通过水蒸汽压缩机多级提温提压，制成所需要的高温蒸汽，该方法比热泵法的投资略低，但产气量比热泵法少，这些利用低温蒸汽制备高温蒸汽的方法一般都是对水蒸气压缩的提压法。此外，这两种方法比较难于产生较高温度的蒸汽，如使用螺杆蒸汽压缩机得到200℃以上的高温蒸汽，进汽温度需在170℃以上。

现有的利用热水余热闪蒸制备蒸汽的方法，是将热水直接通入闪蒸罐中，对闪蒸罐抽负压，热水蒸发产生的蒸汽从闪蒸罐抽出，然后作为热源供给用户端，产生冷凝水，蒸汽的品质与热水的水质有关，如果热水中的杂质较多，产生的蒸汽中也含有杂质，一般只能作为热源进行换热，产生的冷凝水成分复杂，处理较为困难，而且这类闪蒸罐一般都设有热水进管和出管，热水边进边出，为了热水顺利流出，罐内的负压程度不能太高，即罐内压力不能太低，影响了热水的蒸发速率。

实用新型内容

本实用新型针对现有的利用余热制备蒸汽的装置采用提压法来提高蒸汽温度、存在对余热温度要求高和制备的蒸汽杂质多品质差的问题，提出利用提温法将低温饱和蒸汽制成高温蒸汽，进而提供一种利用低温余热制备高温蒸汽且得到的蒸汽杂质少的利用余热制备蒸汽的装置。

为解决上述技术问题，本实用新型包括密闭的闪蒸罐，所述闪蒸罐的上部气相区连接有第一蒸汽排出管，其结构特点是：所述闪蒸罐连接有净化水进管，所述闪蒸罐内的底部设有用于热源与净化水换热的余热换热器；所述第一蒸汽排出管连接有与闪蒸罐产生的蒸汽进行热交换且能将蒸汽提温的蒸汽加热装置，所述第一蒸汽排出管上设有对闪蒸罐抽负压并防止蒸汽返流的蒸汽输送设备。

采用上述结构后，净化水通过净化水进管进入闪蒸罐中，余热回收的热源通入余热换热器内，净化水和热源通过余热换热器在闪蒸罐内底部区域进行换热，净化水被加热同时蒸汽输送设备对闪蒸罐抽负压，由于闪蒸罐底部不设用于未蒸发水连续排出的排水管，所以蒸汽输送设备能够将闪蒸罐内抽至较低的气压，气压越低水的沸腾温度越低，利于净化水在低温下沸腾蒸发产生低温饱和蒸汽，提高净化水在闪蒸罐内的蒸发速率，可以利用30℃以上低温余热制备低温饱和蒸汽，扩大了低温余热的利用范围。闪蒸罐内产生的低温饱和蒸汽被蒸汽输送设备抽出后送入蒸汽加热装置，经蒸汽加热装置提温后得到高温蒸汽，蒸汽输送设备的作用为：一.对闪蒸罐抽负压，二.将蒸汽抽出后排入蒸汽加热装置，并防止蒸汽在蒸汽加热装置中加热升压造成返流。由低温饱和蒸汽制备高温蒸汽采用提温法，利用蒸汽加热装置对蒸汽提温得到高温蒸汽，能够制得200℃以上的高温蒸汽，无需使用高温蒸汽热泵或多级水蒸汽压缩机对蒸汽进行提压提温，降低了设备投资。此外，该装置使用净化水作为产蒸汽的水源，产生的蒸汽杂质少品质好，对设备无腐蚀，不结垢，在闪蒸罐内部能全部挥发，无需排出。

进一步的，所述余热换热器的热源进管位于闪蒸罐的外部，所述净化水进管上设有与热源进管进行换热的预换热器，所述净化水进管上还设有水泵。

进一步的，所述净化水进管与闪蒸罐的上部气相区连接，所述闪蒸罐的上部气相区设有与净化水进管连接的喷淋管，所述喷淋管上设有喷淋水头。

进一步的，所述蒸汽输送设备为真空热风机或水蒸气压缩机，所述蒸汽输送设备的出汽口压力在1.6MPa以上。

进一步的，所述蒸汽加热装置包括对闪蒸罐产生的蒸汽进行加热提温的蒸汽加热器或与闪蒸罐产生的蒸汽进行混合提温的蒸汽混合罐，所述蒸汽加热器采用电磁加热、电加热或热交换器加热，所述蒸汽混合罐连接有蒸汽进管。

进一步的，所述蒸汽加热装置的蒸汽出口通过第二蒸汽排出管与稳压罐连接，所述第二蒸汽排出管上设有用于控制蒸汽压力的蒸汽压力控制阀，所述稳压罐连接有第三蒸汽排出管。

进一步的，所述余热换热器为板式换热器或列管式换热器。

本实用新型利用余热制备蒸汽的装置，产蒸汽的水采用净化水，净化水先与余热供水换热后再进入闪蒸罐，从上方喷向罐底部的余热换热器，对净化水进行预热的目的是使进入闪蒸罐的净化水温度和余热供水的温度接近，提高进入闪蒸罐内的净化水温度，防止闪蒸罐底部的净化水蒸发生成的蒸汽在上升过程中遇到低温净化水而冷凝；蒸汽输送设备对闪蒸罐抽负压，闪蒸罐的底部不设用于纯净水连续排出的排水口，所以闪蒸罐内能维持较低的气压，进而提高净化水产蒸汽的速率；蒸汽输送设备将闪蒸罐内的蒸汽抽出并送入蒸汽加热装置中，防止蒸汽在蒸汽加热装置中受热升压造成返流；低温蒸汽通过蒸汽加热装置提温提压后经稳压罐稳压输出给用汽端，蒸汽加热装置可采用电磁加热、电加热、温度高于制成蒸汽温度的高温蒸汽、高温烟气、高温液体作为加热热源，也可以采用将低温蒸汽与高品位的温度高于制成蒸汽温度的蒸汽混合来提温，热源来源广。本装置使用余热供水加热净化水制备蒸汽，得到的蒸汽杂质少品质高，闪蒸罐内气压较低，余热供水的温度在30℃以上时纯净水即可沸腾蒸发，大大降低了对余热供水温度的要求；闪蒸罐产生的蒸汽在蒸汽加热装置中加热提温得到高温蒸汽，无需使用蒸汽热泵或多级水蒸汽压缩机提温提压，减少了投资和蒸汽提温的能耗，进而降低产蒸汽的成本，经蒸汽加热装置加热后可得到200℃以上的高温饱和蒸汽。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为以蒸汽混合罐作为蒸汽加热装置的结构示意图；

图中：1-闪蒸罐；11-喷淋管；2-余热换热器；21-热源进管；22-热源出管；3-净化水进管；31-预换热器；32-水泵；4-第一蒸汽排出管；41-蒸汽输送设备；5-蒸汽加热器；6-第二蒸汽排出管；61-蒸汽压力控制阀；7-稳压罐；8-第三蒸汽排出管；9-蒸汽混合罐；91-蒸汽进管。

具体实施方式

参照图1，一种利用余热制备蒸汽的装置，包括密封的闪蒸罐1、蒸汽输送设备41和蒸汽加热装置。闪蒸罐1内的底部设有余热换热器2，余热换热器2可采用板式换热器或列管式换热器等形式，余热换热器2的热源进管21和热源出管22设置于闪蒸罐1的外部，热源进管21和热源出管22分别用于热源进入和排出余热换热器2，热源优选为余热供水，当然也可以采用其他液体物料作为热源。闪蒸罐1的上部为蒸汽产生的空间，即气相区，闪蒸罐1的上部气相区连接有净化水进管3，净化水进管3上设有沿水流方向依次设置的预换热器31和水泵32，预换热器31用于净化水和热源进管21中的余热供水换热，预换热器31可采用板式换热器或列管式换热器等形式。净化水进管3与闪蒸罐1内部上方的喷淋管11连接，喷淋管11上设有向下喷洒水的喷淋水头。

参照图1，闪蒸罐1的上部气相区连接有第一蒸汽排出管4，第一蒸汽排出管4与蒸汽加热装置连接，蒸汽加热装置为蒸汽加热器5，第一蒸汽排出管4上设有蒸汽输送设备41，蒸汽输送设备41对闪蒸罐1抽负压，同时将蒸汽抽出，并将抽出的蒸汽送入蒸汽加热器5中，防止蒸汽返流，蒸汽输送设备41可采用真空热风机或水蒸气压缩机，蒸汽输送设备41的出汽口压力在1.6MPa以上。蒸汽加热器5可采用电磁加热、电加热等方式对闪蒸罐1产生的蒸汽进行加热，也可采用热交换器对闪蒸罐1产生的蒸汽进行加热，热源采用高于制成蒸汽温度的高温流体，高温流体来源于高温蒸汽、高温烟气、高温液体等，如燃气、燃煤锅炉产生的高温烟气，高温蒸汽锅炉产生的高温蒸汽余汽，生产工艺过程中产生的高温液体等，制成蒸汽是指经蒸汽加热器5提温提压后的蒸汽。蒸汽加热器5通过第二蒸汽排出管6与稳压罐7连接，第二蒸汽排出管6上设有蒸汽压力控制阀61，蒸汽压力控制阀61用于控制蒸汽加热器5排出的蒸汽压力，稳压罐7设有用于制成高温蒸汽排出的第三蒸汽排出管8。闪蒸罐1、蒸汽加热器5、稳压罐7的底部设有排空管及控制阀，运行时控制阀处于关闭状态。

图2为另一种实施方式，与图1基本相同，不同之处在于：蒸汽加热装置用蒸汽混合罐9代替图1中的蒸汽加热器5，蒸汽混合罐9连接有蒸汽进管91，蒸汽进管91中通入高品位蒸汽（不含杂质），蒸汽进管91中通入的蒸汽温度压力高于蒸汽混合罐9排出的蒸汽温度压力，闪蒸罐1产生的低温蒸汽与蒸汽进管91中通入的蒸汽混合来提高低温蒸汽的温度压力。

需要说明的是：实际的设备、管道上还设有阀门、仪表、检修口等常规附件，如用于检测水和蒸汽温度的温度计、检测蒸汽压力的压力表、检测水位的液位计、控制流速的阀门、罐体上的安全阀等，这些附件是本领域的常规设置，在图中未示出。

一种利用余热制备蒸汽的方法，该方法的设备流程参照图1-2，包括闪蒸罐1，闪蒸罐1内的底部设有余热换热器2，余热换热器2的热源进管21和热源出管22位于闪蒸罐1外部，闪蒸罐1的上部气相区连接有净化水进管3和第一蒸汽排出管4，净化水进管3上设有与热源进管21进行换热的预换热器31和水泵32，净化水进管3与闪蒸罐1内部的喷淋管11连接，喷淋管11上设有喷淋水头，第一蒸汽排出管4连接至蒸汽加热装置，第一蒸汽排出管4上设有蒸汽输送设备41，蒸汽输送设备41用于对闪蒸罐1抽负压，将抽出的蒸汽送入蒸汽加热装置，并防止蒸汽返流，蒸汽输送设备41的出汽口压力在1.6MPa以上，蒸汽加热装置通过第二蒸汽排出管6与稳压罐7连通，第二蒸汽排出管6上设有蒸汽压力控制阀61，蒸汽压力控制阀61用于控制蒸汽加热器5排出的蒸汽压力，该方法具体如下：将15-20℃的净化水通入净化水进管3，30-120℃的余热供水通入热源进管21中，净化水在流经预换热器31时被余热供水预热，然后被水泵32泵入闪蒸罐1中，净化水采用纯净水或锅炉软水等；净化水进入闪蒸罐1后从喷淋管11的喷淋水头向下喷到余热换热器2上。蒸汽输送设备41对闪蒸罐1抽负压，使闪蒸罐1内部气压保持在0.003-0.1MPa，净化水被余热供水加热蒸发产生低温饱和蒸汽，产生的蒸汽被蒸汽输送设备41抽出，然后送入蒸汽加热装置中，蒸汽被加热至温度200℃以上，通过蒸汽压力控制阀61将蒸汽加热装置的出汽口压力控制在1.5551MPa以上，蒸汽加热装置排出的饱和蒸汽经第二蒸汽排出管6进入稳压罐7，最后输出至用汽端。

上述方法中，使用净化水的原因是水中的杂质少，产生的蒸汽杂质少品质高，净化水在闪蒸罐1内不会结垢而影响换热效率和腐蚀设备，无需排出，闪蒸罐1底部的净化水在加热作用下最终全部能产生蒸汽。净化水与余热供水在闪蒸罐1外部换热的目的是使进入闪蒸罐1的净化水温度与余热供水的温度接近，缩小温差，提高净化水进入闪蒸罐1时的温度，防止闪蒸罐1底部产生的蒸汽在上升过程中遇到温度较低的净化水发生冷凝。净化水从喷淋管11喷出后呈分散状下落，布水更加均匀，净化水与余热换热器2的接触面积更大，提高换热效率，当然不喷淋也可以，净化水在闪蒸罐1内以水样与余热换热器2接触，也能将净化水加热蒸发生成低温饱和蒸汽。蒸汽压力控制阀61的作用是控制制成高温蒸汽以一定的压力值排出，提高制成蒸汽的品质。

表1为饱和蒸汽的压力、温度、焓值对照表，从表中可以看出，当外部气压达到0.0042MPa以下时，水在30℃即沸腾蒸发。本实用新型的闪蒸罐1与外部连通的管口仅有净化水进管3和第一蒸汽排出管4，当使用真空热风机或水蒸气压缩机对闪蒸罐1抽负压时，闪蒸罐1内能够形成较低的气压，当真空罐1内压力达到0.0042MPa以下时，通入30℃以上的余热供水即能使净化水沸腾蒸发，产生的低压饱和蒸汽随即被真空热风机或水蒸气压缩机抽出，然后压入蒸汽加热装置。200℃时的饱和蒸汽压力为1.5551MPa，当蒸汽在蒸汽加热装置内被加热升温至200℃，通过蒸汽压力控制阀61控制蒸汽加热装置的排出压力1.5551MPa，即得200℃饱和蒸汽，由于真空热风机或水蒸气压缩机的出汽口压力在1.6MPa以上，蒸汽不会发生返流，当蒸汽加热装置的热源温度和真空热风机或水蒸气压缩机的出汽口压力足够高时，能够制成更高温度和压力的高温饱和蒸汽。

实施例1

将55℃的余热供水以41.5t/h的流量通入热源进管21，15℃的净化水以2t/h的流量通入净化水进管3，净化水经预换热器31后温度升至52℃左右，然后泵入闪蒸罐1，从喷淋管11的喷淋水头向下喷出后落到余热换热器2上。闪蒸罐1经蒸汽输送设备41抽负压后，维持罐内气压在0.0042MPa左右，净化水在罐内沸腾蒸发，得到30℃的低温饱和蒸汽，从热源出管22流出的余热供水温度在30℃左右，产生的低温饱和蒸汽经蒸汽输送设备41送入蒸汽加热器5中，蒸汽输送时的流量为2t/h，在蒸汽加热器5中电加热至200℃、1.5551MPa后进入稳压罐7，然后经第三蒸汽排出管8输送至用汽端。

本实施例的设备投资约为350万，生产1t 200℃饱和蒸汽耗能约200kWh。如采用闪蒸+多级水蒸气压缩机法，设备投资约为450万，生产1t 200℃饱和蒸汽耗能约250kWh，并且余热供水温度需在70℃以上；如采用蒸汽热泵+多级水蒸气压缩机法，设备投资约为580万，生产1t 200℃饱和蒸汽耗能约400kWh，余热供水温度需在60℃以上，低温饱和蒸气需经多级水蒸气压缩机压缩提温提压，耗能很大。

本实用新型的利用余热制备蒸汽的装置，净化水和余热供水在负压闪蒸罐内部换热产生低温饱和蒸汽，蒸汽输送设备将低温饱和蒸汽抽出并加压送入蒸汽加热装置中进行加热得到高温蒸汽。本实用新型的装置简单，制备的蒸汽杂质少品质高，不需蒸汽热泵和多级水蒸气压缩机组，减少了设备投资，能够利用低至30℃的余热供水，制备200℃以上的高温饱和蒸汽，具有投资少、能耗低的特点。

Claims (7)

1.一种利用余热制备蒸汽的装置，包括密闭的闪蒸罐（1），所述闪蒸罐（1）的上部气相区连接有第一蒸汽排出管（4），其特征是：所述闪蒸罐（1）连接有净化水进管（3），所述闪蒸罐（1）内的底部设有用于热源与净化水换热的余热换热器（2）；所述第一蒸汽排出管（4）连接有与闪蒸罐（1）产生的蒸汽进行热交换且能将蒸汽提温的蒸汽加热装置，所述第一蒸汽排出管（4）上设有对闪蒸罐（1）抽负压并防止蒸汽返流的蒸汽输送设备（41）。

2.根据权利要求1所述的利用余热制备蒸汽的装置，其特征是：所述余热换热器（2）的热源进管（21）位于闪蒸罐（1）的外部，所述净化水进管（3）上设有与热源进管（21）进行换热的预换热器（31），所述净化水进管（3）上还设有水泵（32）。

3.根据权利要求1所述的利用余热制备蒸汽的装置，其特征是：所述净化水进管（3）与闪蒸罐（1）的上部气相区连接，所述闪蒸罐（1）的上部气相区设有与净化水进管（3）连接的喷淋管（11），所述喷淋管（11）上设有喷淋水头。

4.根据权利要求1所述的利用余热制备蒸汽的装置，其特征是：所述蒸汽输送设备（41）为真空热风机或水蒸气压缩机，所述蒸汽输送设备（41）的出汽口压力在1.6MPa以上。

5.根据权利要求1所述的利用余热制备蒸汽的装置，其特征是：所述蒸汽加热装置包括对闪蒸罐（1）产生的蒸汽进行加热提温的蒸汽加热器（5）或与闪蒸罐（1）产生的蒸汽进行混合提温的蒸汽混合罐（9），所述蒸汽加热器（5）采用电磁加热、电加热或热交换器加热，所述蒸汽混合罐（9）连接有蒸汽进管（91）。

6.根据权利要求1所述的利用余热制备蒸汽的装置，其特征是：所述蒸汽加热装置的蒸汽出口通过第二蒸汽排出管（6）与稳压罐（7）连接，所述第二蒸汽排出管（6）上设有用于控制蒸汽压力的蒸汽压力控制阀（61），所述稳压罐（7）连接有第三蒸汽排出管（8）。

7.根据权利要求1所述的利用余热制备蒸汽的装置，其特征是：所述余热换热器（2）为板式换热器或列管式换热器。