[发明专利]多热源热泵高温蒸汽供应系统及其工作方法

说明书

本申请涉及一种多热源热泵高温蒸汽供应系统，其包括热泵加热系统、太阳能辅助闪蒸系统和蒸汽压缩系统，以及实现和控制流体流动所需的管路和阀门。本文所述的多热源热泵高温蒸汽供应系统还可包括电储热辅助系统。本申请还涉及如上所述的多热源热泵高温蒸汽供应系统的工作方法。本文所述的多热源热泵高温蒸汽供应系统运行可靠，且可提供不同温度和压力范围的水蒸气，可以提供温度大于或等于200℃以上且压力大于或等于15个大气压的水蒸气。

技术领域

本发明涉及热泵节能技术领域，具体涉及多热源热泵高温蒸汽供应系统及该多热源热泵高温蒸汽供应系统的工作方法。

背景技术

蒸汽锅炉可以提供高温高压蒸汽，被广泛用于工业和日常生活的各个工艺流程中。现有的锅炉主要包括燃料锅炉和电热锅炉，燃料锅炉又包括燃煤锅炉和燃气锅炉等。燃料锅炉直接利用燃料的燃烧热产生蒸汽，运行成本往往比较低。然而在燃烧过程中，由于燃料存在杂质，将产生诸如氮氧化物之类的污染物和二氧化碳等温室气体。由于燃煤锅炉在运行过程中将产生大量污染，近年来随着国家环保力度的不断加大，燃煤锅炉不断被取缔和改造。即使是更清洁的燃气锅炉，它们也会在燃烧过程中排放大量的二氧化碳。而且，燃气锅炉的也面临着“气荒”即天然气供应不足的问题，尤其是在供暖需求旺盛的冬季。

相比较而言，电热锅炉具有更为广泛的适应性。电热锅炉可以直接将电能转化为热能用于生成蒸汽。与燃料锅炉相比，电热锅炉不仅具有环保性，还具有更为灵活的调节能力。然而就能量转化效率而言，电热锅炉的电热转化效率低于1，即一份电能只能转化不到一份热能，会导致电能消耗量巨大，使用成本上升，同时对于国家电网的负荷冲击较大。如果大规模的使用电锅炉产生蒸汽，将会需要针对电网进行升级，投入成本巨大。

虽然在未来的一段相当长的时间里，燃料工业锅炉依旧是工业锅炉的主导产品。但是由于燃料锅炉对环境造成严重的污染，随着现在国家对节能环保要求的日益严格，采用清洁燃料及相应新技术的高效、节能、低污染工业锅炉将是产品发展的趋势。未来工业锅炉产品市场的发展，除了受到国民经济的发展速度和投资规模等因素的影响之外，而且越来越受到能源政策和节能环保要求的制约。因此，作为一种创新节能技术，采用热泵蒸汽系统来产生高温高压蒸汽将会得到快速发展。

业内已经对采用热泵蒸汽系统来产生高温高压蒸汽进行了一些研究。例如，申请号为“201110170741.0”且标题为“一种热泵蒸汽机”的中国发明专利申请披露了一种热泵蒸汽机，该热泵蒸汽机包括一个热泵系统、通过一个换向阀与所述热泵系统连接的板式换热器、一端通过所述换向阀与所述热泵系统连接另一端分别通过第一控制装置和第二控制装置与所述热泵系统连接的翅片换热器以及与所述板式换热器连接的蒸汽发生系统。申请号为“201721252611.0”且标题为“空气能热泵蒸汽机组”的中国实用新型专利在上述现有技术的基础上进行了改进，将板式换热器替换为包括放热介质通道组和吸热介质通道组的板式换热器组，从而减少检修工作量，提高热泵系统工作效率。

此外，申请号为“201810639688.6”且标题为“一种空气源CO₂热泵蒸汽机组”的中国发明专利披露一种空气源CO₂热泵蒸汽机组，其包括第一级压缩机、第二级压缩机、气体冷却器、多流体换热器、膨胀机、喷射器、蒸发器、第一膨胀阀、气液分离器、闪蒸罐和热水循环泵；第一级压缩机的出口与多流体换热器的冷侧工质入口相连，多流体换热器的冷侧工质出口与第二级压缩机的入口相连，第二级压缩机的出口与气体冷却器的工质入口相连，气体冷却器的工质出口与多流体换热器的热侧工质入口相连，多流体换热器的热侧工质出口与膨胀机的入口相连，膨胀机的出口与喷射器的工作流体入口相连，喷射器的引射流体入口与蒸发器的工质出口相连，喷射器的出口与气液分离器的入口相连，气液分离器的气体出口与第一级压缩机的入口相连，气液分离器的液体出口经第一膨胀阀与蒸发器的工质入口相连，闪蒸罐通过热水循环泵与气体冷却器相连。该专利文献披露的热泵系统降低了第二级压缩机入口的CO₂温度，并通过喷射器提高第二级压缩机的入口的CO₂压力，从而增加了热泵系统的运行可靠性。