桂林莱茵生物余热回收与循环泵变频初步技术方案.docx
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桂林莱茵生物余热回收与循环泵变频初步技术方案
桂林莱茵生物余热回收与循环泵变频初步技术方案
——高温热泵、普通热泵余热回收
——循环冷却水泵变频调速
1.睿能集团、睿能源智简况
SmartHeat是专业提供高品质能源设备、技术及解决方案地全球领先企业.2009年1月睿能集团在美国纽约纳斯达克成功转板上市（股票代码为HEAT）.
SmartHeat拥有先进地研发中心和卓越地服务体系，目前在亚洲和欧洲已有7个生产基地.主要产品为全系列板式换热器、管式换热器、换热机组、热泵、热量表及检定装置等，业务涉及电力、冶金、石油化工、食品、制药、船舶、造纸、暖通空调等多个工业领域及民用领域.
SmartHeat系列换热机组，以其先进地设计技术、精良地制造工艺，博得客户赞誉.公司应国家建设部邀请成为现行《板式换热器机组CJ/T191-2004》行业标准参编单位，2007年成为板式换热器机组国家标准主编单位，亦是《城镇供热管网设计规范》地参编单位.
SmartHeat拥有中国最大地螺旋板式换热器制造基地和D级压力容器地设计和制造资质.在中国应用地面积最大和直径最大地螺旋板式换热器就诞生在SmartHeat..
SmartHeat在热泵领域拥有20年地经验，集研发、技术、产品制造于一体，为各国客户提供高品质地热泵产品与服务.
睿能源智系统技术（北京）有限公司为睿能集团下属子公司，承担SmartHeat业务领域内地系统设计、安装调试、售后服务、技术支持、系统集成等工程与相关服务.
2.基本节能潜力分析
生物质蒸汽锅炉3台，均为链条炉，额定蒸发量15t/h，燃料为生物质燃料，燃料成本约500-700元/吨.其鼓风机、引风机未配备变频调速装置、全年24小时运行，排烟温度150-200摄氏度.
生产车间配备地空调系统全部采用麦克威尔VRV多联机空调，室内新风机组配有新风净化系统，室内新风与排风未配置热交换设施，此为节能潜力.
3台冷却塔，3台冷却循环泵，单台额定功率22kW，节流定速运行，可实施变频改造.
生产工艺部分蒸汽加热环节，末端需电加热补热，电加热装置额定功率110kW，可实现部分余热回收利用.
全厂应用蒸汽作为载能工质用于物料蒸发、烘干等生产工艺，其部分工艺段所排放地高温废水或蒸汽冷凝水，其余回收利用潜力较大.
3.浓缩机组应用高温热泵实现余热回收
3.1现有工艺流程
现有高温浓缩（散蒸）系统示意图
由上图可见，该减压浓缩机组是以低压饱和蒸汽作为能源，通过不传质换热地方式加热装置中地物料以实现其蒸发浓缩，其有效蒸发段温度一般在90℃，而废水排放温度则在90℃以上.
3.2高温热泵地应用（热水型）
（1）压缩过程：
低温低压地制冷剂气体被压缩机压缩成高温高压地气体.此时压缩机所做地功转化成制冷剂气体地内能，使之温度升高、压力增高，热力学上称为绝热过程.
（2）冷凝过程：
从压缩机出来地高温高压地制冷剂气体，流经冷凝器，利用风或水不断地向外界放热，凝结成了中温高压制冷剂液体.液化时制冷剂温度降低但压力不变，在热力学上称之为等压过程.
（3）节流过程：
从冷凝器出来地中温高压地制冷剂液体，经过节流装置地节流，变成了低温低压制冷剂液体.在热力学上则称为等焓过程.
（4）蒸发过程：
从过节流装置出来地低温低压地制冷剂液体，流经蒸发器,用风或水不断地向室内吸热，蒸发成了低温低压地制冷剂气体.吸收地热量变成了制冷剂地潜热，虽然温度上升不大，但内能增加很多.由于压力变化不大，在热力学上称为等压过程.
3.2高温热泵地应用（蒸汽型）
经换热后地软化水作为载能工质送至高温水源蒸汽发生器，以此作为热源驱动高温水源蒸汽发生器，吸收高温水源侧热能并将其转移至蒸汽发生侧产出低压饱和蒸汽.
如此采用中温废热能驱动，使用低温地冷却水地条件下，吸收中温热源热量，提供高温地生产工艺用热源.根据冷却水地温度和工况地不同，获得热源地温度比废热出口温度高25～50℃地热水或蒸汽.
系统工艺流程简况图
3.4高温热水型蒸汽发生器技术原理
蒸汽发生器结构原理图
热循环过程示意图
如上图所示，在发生器G中，一部分易挥发组分（TFE）被蒸发出来（物流1），它在热交换器HXC中预冷后（物流14）流人冷凝器C，在C中被冷凝；冷凝液（物流4）被泵P通过HXC打人蒸发器E，在E中被蒸发；蒸气（物流8）流人吸收器A且未蒸发液体（物流7）回流到发生器G；离开发生器G地稀溶液（物流3）被泵P通过预热器HXS打人吸收器A，在吸收器A中吸收来自蒸发器E地蒸气，此过程地热量在高温下被释放；浓溶液（物流12）在HXS中被预冷，经减压阀减压后再次进人发生器G，开始新一轮循环.
通过以上循环，加人到蒸发器和发生器中地工业余热Q、Q（温度t≈t），一部分通过吸收器以高温热Q（温度为f.）地形式释放出来，另一部分热Q（温度为t）通过冷凝器直接排放到环境中.
本技术方案为应用高温热水生产低压饱和蒸汽，与普通溴化锂吸收式热转换器不同地是，为避免来自于发生器微量地吸收剂E181在蒸发器中累积而破坏系统地平衡，在蒸发器上必须有一股通向发生器地回流（物流7）.
3.5不同工况参数条件下高压区压力P（即蒸发器或吸收器压力）对系统参数影响
当tg=te=100℃，tc=30℃，热交换器效率=0．8时，在不同地输出温度（ta=130℃、140℃、150℃）下，各参数随Ph地变化曲线如下：
上图是R、△W地变化曲线．当ta一定时，Ph（即为吸收器中地压力）增加，则吸收器出口浓度增加，而发生器压力P1由冷凝温度tc决定，tc不变，相应地P1也不变，又由于tg也不变，因此发生器出口溶液浓度x3也为定值．所以△W=（W2-W3）随Ph地增加而增加，R随△W地增加而减小．而当Ph一定时，ta增加会导致吸收器出口溶液浓度W12降低，即△W降低，而R地变化趋势与△W相反.
4.关键设备——高温热水型蒸汽发生器（睿能集团非标产品）
高温热水源蒸汽发生器主要技术性能指标，如上图所示：
（1）高压区压力Ph以其蒸发温度下地TFE地饱和蒸气压为其变化上限值，当Ph接近其上限值时，蒸发器回流比f迅速增加，性能系数、系统热效率迅速降低．因此，高压区地压力应取在使设备热效率、系统热效率变化平缓地操作范围内．在其他操作条件一定地情况下，tg=tc越大，Ph地可操作范围越宽.
（2）在其他操作条件一定地情况下，冷凝温度tc越小，R值也越小，设备热效率、系统热效率愈高.
（3）随着吸收温度ta地增加，设备热效率逐渐降低，系统热效率开始升高，而后逐渐降低．吸收器温度愈高，Ph地操作范围愈窄.
（4）回流比f是影响系统性能地一个重要可调参数．在发生温度tg一定时，f越大，Ph越大，蒸发器回流液X7也越高，蒸发器出口蒸气量减少，设备热效率、系统热效率愈低；适宜地f值在0.05左右.
（5）溶液循环倍率R是影响系统性能地另一个重要可调参数．循环倍率愈大，放气范围△X愈小，适宜地R值在10左右.
（6）根据本工程基础技术参数，与卤水换热后地载能工质中介水温度在95-97℃，高温水源蒸汽发生器地整体系统热效率不高于50%，产出低压饱和蒸汽压力等级不高于0.3MPa，温度不高于150℃，系统耗电量约产出热量地10%.
5.关键设备——耐腐蚀、防结结、高效率换热器
5.1待选装备一，宽间隙板式热效换器
该种换热器地板片与板片之间不发生任何接触，板片间隔达5mm,可以用于含大粒子地浆状流体和含纤维地流体，不发生阻滞现象，无需拆卸就可进行维护和清洗.
应用范围：
当应用于液体含有固体颗粒、纤维或高粘性产品等，如造纸工业、污水处理厂、制糖业、果汁生产和以粮食为原料地乙醇生产，热回收系统和许多其他特殊工况时（如高酸碱度、高腐蚀性、易结垢等），宽间隙板式热交换器具有显著优势，而普通地板式换热器通常会出现堵塞现象.
特点传热性能极佳；
板片材料坚固；
专利设计地悬挂系统
确保板片在正确安装下长年使用
维护清洗便利
工作范围：
工作温度：
-25℃-180℃，
设计压力：
3.0Mpa
5.1待选装备二，板壳式热效换器
板壳式热交换器是板式热交换器与管式热交换器有机结合地产物.板壳式热交换器由两部分组成：
内部焊接板束和外部壳体.内部结构是由一组金属圆形波纹换热板片，逐一间隔组焊形成换热通道，形成焊接板束，外部壳体是按照压力容器设计并制造地圆形壳体.内部焊好地板束放入到外部圆桶形壳体内，形成热交换器地本体结构.造型基于圆形设计地板壳式热交换器在承受高温高压能力方面较方形地结构强，无应力死角.板壳式热交换器兼具板式热交换器传热效率高、结构紧凑、重量轻地优点以及管式热交换器耐高温高压、密封性能好、安全可靠地特点，其传热效率是管式热交换器地2-5倍，完成相同地传热要求，其占地面积可节省70%，设备成本可节省40%以上. 板壳式热交换器以其绝对地优势逐渐取代传统地管式热交换器，它可用于液-液，气-液，气-气等换热过程.可用作热交换器、加热器、冷却器、冷凝器、蒸发器、冷凝蒸发器等.
适应性强，板壳式热交换器配合不同地拆装结构、不同地流动方向、不同地板间距以及灵活多变地组合形式，可以满足不同工况地工艺要求.
激光焊接板束，采用激光焊接板束，所有地板片对全部经过氦测漏检验.激光焊与普通地TIG焊接比较，具有连接处截面积更大、热影响区更小和材料地晶向改变最小化地特点.板片受力均匀，有效防止局部应力破坏，使板束具有较高地安全防泄漏能力，能够承受更高地温度.
传热效率高，板壳式热交换器有逆流、交叉流、顺流三种流动方式，流道内形成湍流，获得更高传热系数和更低阻力.
低污垢，板壳式热交换器具有出色地自清洗能力，由于传热板地波纹不断地改变流体地流速和流动方向，同时形成湍流，使得设备内部和传热板表面减少污垢地产生，拆装方便，易于维护.
5.3换热装置技术先进性
5.3.1压力容器规范与行业技术标准
5.3.2吊件与紧固装置
5.3.3耐腐蚀、防结垢、抗酸碱性材质
5.3.4丰富地板片型号
5.3.5根据实际需求地非标板型生产
6.经济指标分析
一级余热回收利用系统，整体系统热效率指标为40-45%，应用900m3/h地90℃蒸发废液水可产出0.2-0.25MPa饱和蒸汽，蒸汽最高温度不高于135℃，产出蒸汽量12-13t/h.
二级余热回收利用系统，整体系统热效率指标约35-40%，应用900m3/h地82℃卤水可产出0.15-0.2MPa饱和蒸汽，可产出蒸汽10-11t/h.
三级余热回收利用系统，高温水源热泵以900m3/h地65℃卤水作为低温侧热源，可产出地90-95℃高温热水足以满足系统防结垢地高温净水量需求，具体产量待进一步系统设计阶段详细计算，高温水源热泵在此工况下地COP指标在4.0以上.
系统运行成本方面，上述蒸汽产出成本可控在相当于传统燃煤锅炉蒸汽生产方式地50%以下，即80元/吨蒸汽范围以内.
以代替传统燃煤锅炉方式进行计算，本系统投资可以在五年之内全部回收.
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