[发明专利]以恒沸物为工质的分离式相变换热低温余热回收装置和技术

说明书

本发明属于低温余热回收，具体地说是一种以恒沸物为循环工质的分离式相变换热低温余热回收装置和技术。

在动力、石油化工、有机合成等生产过程中，常有150℃以下的流体(产品或中间产品)需冷却到工艺要求的温度或转到下一工序继续加工。它们的温度势虽不高，但流量很大，故热容量不小。为了回收这种低温余热，国内外科技工作者作了大量工作。先后开发了低沸点有机工质发电、吸收制冷、热泵、热管、热媒换热等低温余热回收装置和技术。但是它们有的投资过大，有的换热效率不高。利用重力热管原理开发的真空相变换热技术(中国专利89207329.2)虽然已有了工业利用，然而，由于需要在真空度高达0.0965 MPa条件下运转，故对设备的材质和加工要求很高。文献上开发的有机工质发电，一般选用低沸点单一有机物为工质，为使这种有机工质得以循环，必须配备低于该有机物沸点的冷源。

本发明的目的旨在提供一种制造容易、选择余地大的低温余热回收装置和技术。

本发明是这样实现的：在具有蒸发段(设在下部)、冷凝段(设在上部)和联结通道(设在中部)的余热回收装置中，采用具有最低恒沸点的恒沸物为循环工质。待回收余热的热流体使蒸发段内的液态恒沸物汽化，经联接通道进入冷凝段并被冷流体冷凝成液态，再依靠重力沿联接通道的内壁自动流回蒸发段中，以此实现工质的操作循环。已被加热的冷流体可直接送往用户，从而实现了余热的回收。

恒沸现象是某些液体特有的性质，它们有二元恒沸物，三元恒沸物和多元恒沸物。对某一指定的恒沸而言，其恒沸点和恒沸物组成是一定的。在恒沸点以下它们都呈液态，而且是互不相溶或至多微溶。具有最低恒沸点的恒沸物的恒沸温度低于组成该恒沸物的纯物质沸点，例如二元恒沸物丙二醇一乙醇的恒沸点为63.5℃，其组成为丙二醇∶乙醇＝81∶19，而纯物质的沸点1，2丙二醇为188.2℃，1，3丙二醇为214℃，乙醇为78.4℃。

采用具有最低恒沸点的恒沸物为循环工质可使原来在常压下不能实现相变换热的传热过程变为相变换热过程，以提高其传热系数。也可在减压下操作，进一步降低恒沸点，以回收更低温度的余热。

   本发明具有以下特点：

1、恒沸工质在蒸发段和冷凝段都是相变换热，由于对同一流体来说相变换热比无相变换热的表面换热系数要大数十倍近至百倍，特别是由于恒沸物是由互不相溶的单质组成，在相变过程中不会形成膜状沸腾或膜状冷凝，这样使得传热系数更大。

2、无需真空，使加工制造大为简化。

3、恒沸物种类很多，而且和纯单质一样其恒沸点也随系统的真空度提高而降低，因此工作温度选择余地很大。 

4、依靠重力实现工质的自动循环无需动力，因此结构紧凑。

5、使用恒沸点逐渐降低的恒沸物或改变各级操作压力可以实现分级回收热量，以满足不同的工艺要求。

下面结合附图，对本发明作进一步的描述：

图1为系统示意图。

蒸发段(1)在下部，冷凝段(2)在上部，其中间用联接通道(3)相联接。蒸发段(1)和冷凝段(2)的结构有多种型式，但它们都是间壁式热交换器，推荐采用高效换热元件DAE或DAC。在蒸发段(1)内装有循环工质(4)。待回收余热的流体以较高温度T₁由蒸发段进口(6)经管程后以T₂(T₁＞T₂)由蒸发段出口(7)排出，待加热流体以温度t1由冷凝段进口(9)进入冷凝段的管程后以温度t₂(t₂＞t₁)从冷凝段出口(8)送往用户。在冷凝段(2)的上部设有止逆阀(5)。当系统为常压操作时，止逆阀(5)出口和大气相通以排放系统中的不凝汽〔此时系统内工质(4)温度为该恒沸物的恒沸点T_H〕；当系统处于负压操作时，止逆阀(5)出口和真空系统相联接(此时系统内工质温度低于该恒沸物的恒沸点，其数值取决于系统的真空度)。

为保证在联接通道(3)中汽一液各行其道，图2给出了联接通道(3)的局部放大图。联接通道(3)上端伸入冷凝段(2)的外壳并有一定的高度h，在联接通道(3)靠近冷凝段(2)内壁处沿周开有若干小孔(10)。在联接通道(3)内测设有裙围(11)，裙围(11)下端为锯齿状，齿尖紧贴联接通道(3)内壁，这样，上升蒸汽由联接通道(3)中间部分上升，而积在冷凝段(2)的液态工质(4)经由小孔(10)及裙围(11)沿联接通道(3)的内壁流往蒸发段(1)中。