[发明专利]热液喷射多单元蒸气压缩装置及热泵

说明书

本发明公开一种高效的热液喷射多单元蒸气压缩装置及热泵，属压缩机及热泵领域。所述热液喷射多单元蒸气压缩装置，用增压的饱和蒸气凝液即热液压缩同成分的低品位蒸气或二次蒸气，由于热液温度高，不会产生低品位蒸气或二次蒸气冷凝，而是在高速两相流中被压缩，整个压缩过程在有大量热液下进行的，则不会发生如MVR和所有机械压缩机及蒸汽喷射热泵，绝热压缩时，其中80％以上的能量消耗于增温过热，不足20％的能量用于增压；故能耗低，增压比高；其和蒸发器、精馏塔等构成的热泵，无需锅炉生蒸汽、冷却水就能完成目标产能，达绿色低碳、降碳增效；另其二级扩容分离室作为蒸发器的二级扩容蒸发室，又具蒸发效率高，气液分离好的特点；应用领域极其广泛。

技术领域

本发明涉及压缩机及热泵领域，尤其是一种热液喷射多单元蒸气压缩装置及热泵。

背景技术

众所周知：低品位蒸气或二次蒸气的利用，是当今节能减排、绿色低碳经济、碳中和及循环经济的重大课题。

现有技术中一般采用以下方法实现对低品位蒸气或二次蒸气的节能利用。

1、机械蒸汽再压缩技术，简称MVR(mechanical vapor recompression)

MVR是重新利用蒸发产生的二次蒸汽的能量，从而减少对外界能源的需求的一项节能技术，其工作过程是将二次蒸汽经MVR压缩机压缩，温度、压力提高，热焓增加，然后进入蒸发器冷凝，以充分利用蒸汽的潜热。除开车启动外，整个蒸发过程中无需生蒸汽；这样，原来要废弃的二次蒸汽就得到了充分的利用，回收了潜热，又提高了热效率，其经济性相当于20效的多效蒸发。但MVR一次性投资大于多效蒸发，一般为多效蒸发1.5倍以上。另外多效蒸发因没特殊设备，建设周期短，而MVR因压缩机设备特殊，生产周期较长，建设周期为多效蒸发的3倍之多。另外鉴于水蒸汽难于压缩的特点，MVR压缩和其他绝热压缩一样最终必然为过热状态，其中80％以上的能量消耗于增温过热，不足20％的能量用于增压。以100℃的二次蒸汽为例，经核算MVR单级压缩机最高饱和温升8℃，成为108℃饱和蒸汽，见表1，压缩比约1.32，已是现有机械压缩设计的理想点，此时正好20％用于增压，80％用于增温过热，MVR二台单级压缩机串联饱和增温才16℃，即每台单级压缩机饱和增温8℃，使用范围受限。

另外，为了保证机械蒸汽再压缩机MVR长周期安全稳定运行，必须确保进入机械蒸汽再压缩机MVR的二次蒸汽中含盐量或含其它腐蚀溶质量低于10ppm，而现有国内外传统蒸发器的蒸发室，均有蒸发效率不太高，特别是汽液分离不理想，带腐蚀溶质二次蒸汽进入下游设备、管道，造成严重腐蚀、以致不能运行；并且溶质或产品损失也严重的课题亟待解决；MVR不得不设置二次蒸汽三次洗涤系统来解决这一问题，既增加了投资同时也增加了能耗。

2、多效蒸发

以水蒸汽为例，从原理上讲，多效蒸发器是将生蒸汽的汽化潜热多次利用。但是，无论如何，生蒸汽是以汽态的方式进入系统，又以汽态的方式流出系统。进出系统的蒸汽焓差很小，例如以164℃，706.27kpa饱和水蒸汽即生蒸汽，进入蒸发系统，经多效蒸发又以42℃二次蒸汽排出系统，其焓见表1，焓差仅为2763-2578＝185kJ/kg，生蒸汽的热利用率小于7％，非但如此，排出系统的二次蒸汽为保证其蒸发的真空度，不得不用大量的循环水将其冷凝，再加上其它能耗，其热力学第二定率的热利用率更低。更大的问题在于：过程中所需生蒸气是靠燃烧或消耗能源，如媒、石油等由锅炉产生的，能源燃烧不仅产生二氧化碳排放(即碳排放)及其有害气体的排放，而且还可产生废渣、废液等的排放；二次蒸汽冷凝不得不用大量的循环水，而循环水又把其热量通过循环水冷却塔以水的蒸发或加热空气方式而排向大气，造成大量的废热排放至大气中，使环境污染，气温上升。

3、蒸汽喷射热泵