燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)及其控制方法，包括燃氣鍋爐、煙氣余熱回收利用裝置、煙氣源熱泵、自動加藥系統(tǒng)、自動補水系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和集中監(jiān)控系統(tǒng)，還包括與其相對應(yīng)的控制方法。該發(fā)明將煙氣余熱回收利用裝置和煙氣源熱泵相結(jié)合應(yīng)用至燃氣鍋爐，不僅能充分回收高溫?zé)煔庵械娘@熱和大部分潛熱，提高燃氣利用率，還可將煙氣冷凝水經(jīng)加藥處理后加以回收利用，且冷凝水在析出過程中會凈化煙氣中的有害氣體，最終實現(xiàn)節(jié)能、節(jié)水和環(huán)保的綜合效果。
【專利說明】燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)及其控制方法，具體是涉及一種可根據(jù)鍋爐煙氣余熱節(jié)能潛力，將煙氣余熱回收利用裝置與煙氣源熱泵聯(lián)合運行，依據(jù)特定的控制方法，實現(xiàn)煙氣余熱和冷凝水的回收利用，達到節(jié)能節(jié)水的運行模式，本發(fā)明適用于燃氣鍋爐、燃油鍋爐、直燃機及工業(yè)燃氣燃燒設(shè)備的煙氣余熱深度回收利用。
【背景技術(shù)】
[0002]我國能源結(jié)構(gòu)正向清潔低碳轉(zhuǎn)型，天然氣用能設(shè)備發(fā)展迅速，但燃氣的高效利用逐步成為當(dāng)今節(jié)能的重要課題。目前普通燃氣鍋爐等熱能動力設(shè)備排煙溫度約150?250°C，排煙熱損失達到20%以上，造成能源浪費和環(huán)境污染。目前市場上應(yīng)用最多的是在燃氣鍋爐尾部加裝煙氣余熱利用回收裝置，由于受被加熱介質(zhì)的溫度限制，即采暖回水溫度一般較高，經(jīng)煙氣余熱回收利用裝置后排煙溫度仍在55°C以上，煙氣中還有近一半的余熱被浪費。可見，若僅用煙氣余熱回收利用裝置來回收煙氣余熱，其節(jié)能潛力是有限的。
[0003]眾所周知，煙氣溫度降至露點以下時，才會有冷凝水析出。每立方米天然氣燃燒約產(chǎn)生1.58kg的水蒸氣，煙氣露點溫度一般在58°C左右，因此煙氣溫度越低，析出的冷凝水越多，若將這部分冷凝水加以利用，則節(jié)水潛力巨大。可見，僅采用煙氣余熱回收利用裝置來降低煙氣溫度，受被加熱介質(zhì)影響較大，效果較好的也只能達到55°C，煙氣中析出的冷凝水很少。
[0004]燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)可將煙氣溫度降至約25°C，即回收85%以上的煙氣余熱和冷凝水，提高鍋爐熱效率17%以上。值得一提的是，煙氣冷凝水析出的同時，會凈化煙氣中的SO2和NOx等有害氣體，減少污染物的排放。可見，本發(fā)明是在保證節(jié)能效果的前提下，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的節(jié)水和環(huán)保效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的問題
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)及其控制方法，以解決燃氣動力設(shè)備排煙溫度過高引起的能源和水資源浪費，達到節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保的運行效果。同時，煙氣源熱泵在中低溫環(huán)境下運行，可解決熱泵在低溫環(huán)境下結(jié)霜除霜的弊端。
[0007]( 二)燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)
[0008]本發(fā)明的燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)是包括燃氣鍋爐、煙氣余熱回收利用裝置、煙氣源熱泵、冷凝水水箱、自動加藥系統(tǒng)、自動補水系統(tǒng)、煙氣管道、熱水管道、水路電動閥、電動風(fēng)閥、風(fēng)機、溫度和壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控系統(tǒng)。其特征在于:燃氣鍋爐產(chǎn)生的高溫?zé)煔庀冉?jīng)煙氣余熱回收利用裝置降溫后進入煙氣源熱泵，在煙氣源熱泵吸熱后，煙氣溫度進一步降低；低溫水分兩路進入煙氣余熱回收利用裝置和煙氣源熱泵，進水流量由電動閥調(diào)節(jié)，加熱后的高溫水返回?zé)峋W(wǎng)系統(tǒng)；煙氣冷凝后的冷凝水進入冷凝水水箱，經(jīng)自動加藥系統(tǒng)處理后，由補水泵抽到補水水箱。[0009]本發(fā)明的主要部分是煙氣余熱回收利用裝置、煙氣源熱泵、自動加藥系統(tǒng)、自動補水系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控系統(tǒng)。
[0010](I)煙氣余熱回收利用裝置:肋化系數(shù)高的翅片管為傳熱管，傳熱管的布置采用叉排，被加熱水與煙氣之間逆流換熱，使裝置結(jié)構(gòu)緊湊且換熱效率高；煙道與裝置之間采用變徑連接，以降低煙氣流動阻力。
[0011](2)煙氣源熱泵系統(tǒng):由蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機和膨脹閥組成。蒸發(fā)器直接布置在煙道內(nèi)，蒸發(fā)器中制冷劑吸收煙氣中的熱量后由液體變成蒸氣，經(jīng)由壓縮機后進入冷凝器，低溫水在冷凝器中吸收制冷劑的熱量，制冷劑降溫后由氣態(tài)變成液體，最后經(jīng)膨脹閥節(jié)流降壓后進入蒸發(fā)器，如此往復(fù)循環(huán)。煙氣源熱泵的蒸發(fā)器直接布置在煙道中，制冷劑直接吸收煙氣中的熱量，即充分利用了煙道內(nèi)部空間，又提高了換熱效率。
[0012](3)自動加藥系統(tǒng):由在線PH分析儀、加藥泵和自動加藥控制柜組成。煙氣中析出的冷凝水顯酸性，加藥處理后使PH達到10左右以用作系統(tǒng)補水。在線PH分析儀實時監(jiān)測煙氣冷凝水的PH值，控制柜則根據(jù)PH值來控制加藥泵啟停。
[0013](4)自動補水系統(tǒng):處理后的冷凝水，先經(jīng)過濾器過濾后，由補水泵將冷凝水打入補水水箱或補水系統(tǒng)。補水泵則由冷凝水水箱中液位來控制其啟停，采用間歇性工作節(jié)能模式。
[0014](5)數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控系統(tǒng):由感知系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、采集系統(tǒng)和監(jiān)控系統(tǒng)組成。感知系統(tǒng)主要采集溫度傳感器、壓力傳感器、電動閥開度、電動風(fēng)閥開度、水箱液位、水泵和風(fēng)機的啟停等信號。將感知系統(tǒng)采集的數(shù)字量信號和4?20mA模擬量信號經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)傳至采集系統(tǒng)終端，最后實現(xiàn)遠程集中監(jiān)控。
[0015](三)燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)的控制方法
[0016]燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)及其控制方法主要包括煙氣源熱泵的工作環(huán)境與安全控制方法、自動加藥控制方法和自動補水系統(tǒng)控制方法三部分。
[0017](I)煙氣源熱泵的工作環(huán)境和安全控制方法:包括供水溫度和壓力傳感器、回水溫度和壓力傳感器、熱泵系統(tǒng)煙氣出口溫度和壓力、熱泵系統(tǒng)煙氣入口溫度、熱泵進水管路電動三通閥、煙氣回?zé)煿苈冯妱语L(fēng)閥、空氣進風(fēng)管路電動風(fēng)閥和風(fēng)機等。工作環(huán)境控制主要控制熱泵煙氣入口溫度，當(dāng)實際煙氣入口溫度超過設(shè)定入口溫度值時，煙氣回?zé)煿苈冯妱语L(fēng)閥工作，風(fēng)閥緩緩開大直至設(shè)定入口溫度值，電動風(fēng)閥開度的大小是根據(jù)設(shè)定煙氣入口溫度和實際煙氣入口溫度的差值采用PID控制調(diào)節(jié)，若煙道回路電動風(fēng)閥全開仍無法滿足要求，空氣進風(fēng)管路的電動風(fēng)閥開始工作，控制方法也采用PID調(diào)節(jié)。煙氣源熱泵的安全控制是控制風(fēng)機的變頻運行和風(fēng)機的啟停，風(fēng)機頻率是根據(jù)熱泵煙氣出口壓力和設(shè)定煙氣出口壓力的差值進行高精度PID調(diào)節(jié)算法控制，從而確保煙氣安全排出，當(dāng)實際煙氣出口壓力超過設(shè)定上限值時，風(fēng)機停止運行。
[0018](2)自動加藥控制方法:在線PH分析儀實時采集冷凝水的PH值并將其轉(zhuǎn)化為4?20mA信號，并將信號傳給自動加藥控制柜，控制柜對探測周期內(nèi)傳來的信號作出判斷。若PH值小于9.5時，開啟加藥泵；若PH值超過10.5時，加藥泵停止加藥。
[0019](3)自動補水控制方法:在冷凝水箱中安裝有液位傳感器，液位傳感器實時采集冷凝水的液位，并將液位轉(zhuǎn)化為4?20mA信號傳給控制柜，控制柜根據(jù)液位的上下限來控制補水泵的啟停，即液位達到設(shè)定上限后補水泵啟動，將冷凝水打入補水箱，當(dāng)液位降至設(shè)定下限時，補水泵停止工作。自動補水控制方法主要是通過水箱液位來控制補水泵的啟停，從而實現(xiàn)節(jié)能運行模式。
[0020](四)有益效果
[0021]本發(fā)明的技術(shù)方案通過采用煙氣余熱回收利用裝置和煙氣源熱泵聯(lián)合運行，實現(xiàn)最大化的煙氣余熱回收利用，同時冷凝水的析出會凈化煙氣中的SO2和NOx等有害氣體，減少污染物的排放，冷凝水經(jīng)處理后可循環(huán)利用。該聯(lián)合運行系統(tǒng)采用特定的控制方法，實現(xiàn)整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，從而達到節(jié)能、節(jié)水、環(huán)保的效果，具有重要的社會經(jīng)濟和環(huán)境效益。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)及其控制方法示意圖。
【具體實施方式】
[0023]以下附圖用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0024]圖1為本發(fā)明燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)及其控制方法示意圖，如圖所示，該系統(tǒng)主要包括燃氣鍋爐1，鍋爐排煙溫度較高，所含的顯熱和潛熱較大；煙氣余熱回收利用裝置2，通過氣-水換熱來回收煙氣中的熱量，加熱低溫水；煙氣源熱泵(包括壓縮機3、蒸發(fā)器4、冷凝器5和膨脹閥6)，在煙氣余熱回收利用裝置吸熱的基礎(chǔ)上，蒸發(fā)器中的制冷劑吸收煙氣中低溫?zé)?，通過熱泵循環(huán)將熱量經(jīng)冷凝器傳遞給低溫水，提高進水溫度；冷凝水箱7，收集煙氣冷卻過程中析出的冷凝水；自動加藥系統(tǒng)(包括在線PH分析儀8、加藥箱9、加藥泵10和自動加藥控制柜11)，處理煙氣中析出的冷凝水，以便回收利用；自動補水系統(tǒng)(液位傳感器12、Y型過濾器13、補水泵14、補水水箱15和控制柜11)，將處理后的煙氣冷凝水用作熱網(wǎng)系統(tǒng)補水；煙氣管道16，流通煙氣；熱水管道17，用于循環(huán)采暖/生活熱水；水路電動三通閥18，根據(jù)供水溫度和設(shè)定溫度的差值進行高精確PID調(diào)節(jié)算法來控制電動三通閥的開度，最終滿足供水溫度要求；電動風(fēng)閥19，通過熱泵入口實際煙氣溫度與設(shè)定溫度差值進行比較，采用PID調(diào)節(jié)算法控制來調(diào)節(jié)電動風(fēng)閥開度，以滿足熱泵工作環(huán)境溫度的要求；風(fēng)機20，根據(jù)熱泵出口煙氣壓力來控制風(fēng)機的頻率和啟停，實現(xiàn)節(jié)能運行模式；溫度傳感器21，采集煙道各管段的煙氣溫度，以及水管路進出水溫度；壓力傳感器22，采集進出水管路和煙道出口的壓力；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)23，采集各感知末端的溫度、壓力、電動三通閥開度、電動風(fēng)閥開度、風(fēng)機和水泵運行參數(shù)及水箱液位等參數(shù)；集中監(jiān)控系統(tǒng)24，實時監(jiān)測整個系統(tǒng)的運行參數(shù)，按照特定的控制方法進行監(jiān)控，保證系統(tǒng)的安全可靠運行。
[0025]上述本發(fā)明實施例中，煙氣中析出的冷凝水可用作多種用途，本發(fā)明主要從供熱系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)角度考慮，將冷凝水用作熱網(wǎng)的補水。實際上用戶可根據(jù)自身需求，采用合理的處理方法將冷凝水加以回收利用。
[0026]以上為本發(fā)明的最佳實施方式，依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠顯而易見的想到一些雷同、替代方案，均應(yīng)落入本發(fā)明保護的范圍。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明涉及一種燃氣鍋爐低溫排煙深度利用系統(tǒng)及其控制方法，主要包括燃氣鍋爐、煙氣余熱回收利用裝置、煙氣源熱泵、冷凝水箱、自動加藥系統(tǒng)、自動補水系統(tǒng)、煙氣管道、熱水管道、水路電動三通閥、電動風(fēng)閥、風(fēng)機、溫度和壓力傳感器、數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控系統(tǒng)，還包括煙氣源熱泵系統(tǒng)及補水系統(tǒng)的控制方法；所述的煙氣源熱泵包括壓縮機、蒸發(fā)器、冷凝器、膨脹閥和連接管；所述的自動加藥系統(tǒng)包括；所述的自動加藥系統(tǒng)包括在線PH分析儀、加藥箱、加藥泵和自動加藥控制柜組成；所述的自動補水系統(tǒng)包括液位傳感器、補水泵、過濾器，補水水箱組成；所述的數(shù)據(jù)采集和集中監(jiān)控系統(tǒng)包括監(jiān)控供回水管溫度和壓力、煙道溫度和壓力、風(fēng)機啟停、電動閥開度、冷凝水水箱液位和補水泵啟停等。
2.權(quán)利要求1所述的利用煙氣余熱回收利用裝置，其特征是采用翅片管式換熱器來回收煙氣中的顯熱和少部分潛熱；裝置的進出口采用變徑，以降低煙氣流動阻力。
3.權(quán)利要求1所述的煙氣源熱泵，其特征是由熱泵的蒸發(fā)器回收煙氣中的顯熱和大部分潛熱，通過熱泵循環(huán)來加熱冷凝器側(cè)的供暖熱水或生活熱水。
4.權(quán)利要求1所述的自動加藥系統(tǒng)，其特征是對從煙氣中析出的酸性冷凝水進行加藥處理。
5.權(quán)利要求1所述的自動補水系統(tǒng)，其特征是將加藥處理后的煙氣冷凝水作為熱網(wǎng)補水，將補水泵補入水箱。
6.權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控系統(tǒng)，其特征是具有監(jiān)控各系統(tǒng)的運行狀態(tài)，實現(xiàn)自動控制，出現(xiàn)故障發(fā)出報警等功能。
7.權(quán)利要求1所述的熱泵系統(tǒng)控制方法，其特征是根據(jù)熱泵系統(tǒng)的煙氣出口壓力控制風(fēng)機的啟停，實現(xiàn)節(jié)能控制模式；根據(jù)熱泵系統(tǒng)的實際煙氣入口溫度與設(shè)定煙氣溫度進行比較，并采用智能PID方法優(yōu)先調(diào)節(jié)煙道回路的電動風(fēng)閥開度，當(dāng)調(diào)節(jié)該電動風(fēng)閥無法滿足設(shè)定溫度要求時，再調(diào)節(jié)空氣管路的電動風(fēng)閥開度，直至滿足設(shè)定熱泵入口煙氣溫度的要求；同時根據(jù)熱泵系統(tǒng)的實際供水溫度與設(shè)定供水溫度進行比較，采用智能PID方式調(diào)節(jié)電動三通閥到最佳工作狀態(tài)，使實際供水溫度滿足設(shè)定供水溫度的要求。
8.權(quán)利要求1所述的補水系統(tǒng)控制方法，其特征是根據(jù)冷凝水水箱中的液位上限來控制補水泵的啟停。
【文檔編號】F24H8/00GK103438575SQ201310385548
【公開日】2013年12月11日 申請日期:2013年8月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月30日
【發(fā)明者】丁琦, 張春蕾, 穆連波 申請人:北京金房暖通節(jié)能技術(shù)股份有限公司