一種利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)。通過三級換熱逐級降低鍋爐排煙溫度，實現(xiàn)煙氣中顯熱與水蒸汽冷凝熱的回收：第一級換熱器為間壁式，利用排煙直接加熱熱網(wǎng)水；第二級換熱器為間壁式，用于控制第三級換熱器煙氣進口溫度；第三級換熱器為混合式與間壁式的組合，利用堿性噴淋水對煙氣進行深度熱質(zhì)交換。第二、三級換熱器的循環(huán)熱媒水作為壓縮式熱泵蒸發(fā)器的低溫熱源。以鍋爐高壓蒸汽驅(qū)動透平膨脹機，拖動熱泵的壓縮機，排出的低壓蒸汽進入凝汽器。熱網(wǎng)回水依次經(jīng)過壓縮式熱泵的冷凝器、凝汽器、一級換熱器升溫后送入熱網(wǎng)供熱。在使用熱水鍋爐的情況下，壓縮式熱泵可以采用電力驅(qū)動。
【專利說明】一種利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于鍋爐煙氣余熱回收領(lǐng)域，特別涉及到深度回收煙氣中的水蒸氣冷凝熱的系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002]由于煙氣露點腐蝕等因素的制約，通常鍋爐的排煙溫度較高。一般情況下，燃煤鍋爐省煤器出口的排煙溫度高達1801:左右，燃氣鍋爐節(jié)能器出口的排煙溫度也有1401左右。排煙損失是鍋爐各項熱損失中最大的一項，約占燃料總發(fā)熱量的15?30%。鍋爐煙氣排放造成巨大的能源浪費，又對大氣環(huán)境產(chǎn)生極大的污染，與資源節(jié)約、環(huán)境友好的能源發(fā)展方向背道而馳。如果能將鍋爐排煙溫度降至煙氣露點以下，煙氣中的水蒸氣將會凝結(jié)，釋放出大量的潛熱，按煤炭或天然氣的低位熱值發(fā)熱量計算，鍋爐效率可達到甚至超過100%。
[0003]國內(nèi)研發(fā)機構(gòu)做了一些關(guān)于燃氣鍋爐的煙氣冷凝熱回收裝置的研宄，將排煙溫度降低到301:左右，可大幅提高了燃氣鍋爐的效率，但是在排煙中仍含有微量硫分，與凝結(jié)水反應(yīng)生成硫酸，因此，在實際運行中冷凝熱回收裝置內(nèi)死角處仍存在露點腐蝕的問題。燃煤鍋爐的煙氣中含有更多的硫分與雜質(zhì)，目前相關(guān)材料和技術(shù)不完善，露點腐蝕危害更嚴重，因此規(guī)范要求排煙設(shè)計溫度在130?1501，在實際運行中還要比設(shè)計值高201:以上，要實現(xiàn)煙氣中水蒸氣冷凝熱的回收則更為困難。
實用新型內(nèi)容
[0004]針對現(xiàn)有鍋爐煙氣余熱回收技術(shù)的不足，本實用新型提出一種利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)，可以有效的克服煙氣露點腐蝕的瓶頸問題，實現(xiàn)了鍋爐煙氣顯熱及水蒸汽冷凝熱的深度回收，較大幅度的提高燃煤鍋爐及燃氣鍋爐的熱效率。
[0005]本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的方案是:在鍋爐排煙管道上依次設(shè)置三級換熱器。第一級間壁式換熱器采用熱管換熱技術(shù)，其作用為:對高溫煙氣進行降溫，通過調(diào)整蒸發(fā)段、冷凝段的傳熱面積來調(diào)整熱管管壁溫度，使熱管盡可能避開露點腐蝕或最大腐蝕區(qū)域。第二級間壁式換熱器采用樹脂材料或熱管，其作用為:對中溫煙氣進行降溫，并控制及避免第三級混合式換熱器煙氣進口溫度過高使噴水蒸發(fā)汽化。第三級換熱器采用混合式與間壁式組合，其作用為:將煙氣溫度降至301:左右，回收煙氣中的水蒸氣冷凝熱，設(shè)置監(jiān)控設(shè)備在線監(jiān)測控制，對混合式換熱器噴淋水進行加堿處理，堿性噴淋水與煙氣進行深度熱質(zhì)交換，在回收冷凝熱的同時，還與煙氣中302、顯X等酸性氣體中和，為了進一步降低腐蝕熱泵蒸發(fā)器的風(fēng)險，在混合式換熱器與熱泵蒸發(fā)器之間設(shè)置間壁式換熱器。具體實施中，第二、三級換熱器的循環(huán)熱媒水作為熱泵蒸發(fā)器的低溫熱源，以鍋爐生產(chǎn)的高壓蒸汽驅(qū)動透平膨脹機，拖動熱泵的壓縮機，排出的低壓蒸汽進入凝汽器。熱網(wǎng)回水依次經(jīng)過壓縮式熱泵冷凝器、凝汽器、第一級換熱器升溫后送入熱網(wǎng)供熱。在使用熱水鍋爐的情況下，壓縮式熱泵可以采用電力驅(qū)動。
[0006]本實用新型的有益效果是:有效的克服煙氣露點腐蝕的瓶頸問題；利用鍋爐高壓蒸汽驅(qū)動透平膨脹機拖動壓縮機熱泵的方式，實質(zhì)是利用鍋爐加熱熱網(wǎng)水不匹配換熱過程中損失的可用能，無需額外消耗高品位能源(電能)即可將鍋爐排煙溫度降至301:左右，進而實現(xiàn)了
[0007]鍋爐煙氣顯熱及水蒸汽冷凝熱的深度回收，使鍋爐熱效率提高10%以上。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0009]圖1是利用透平膨脹機拖動壓縮式熱泵的煙氣余熱深度回收的實施例系統(tǒng)流程圖。
[0010]圖2是利用電動壓縮式熱泵的煙氣余熱深度回收的實施例系統(tǒng)流程圖。
[0011]圖中1.鍋爐，2.第一級間壁式換熱器，3.第二級間壁式換熱器，4.第三級混合式換熱器，5.壓縮式熱泵，6.間壁式換熱器，71?監(jiān)控處理儀，81.補水閥，82.排污閥，91、92、93,94.循環(huán)水泵，10.透平膨脹機，11.凝汽器，1.壓縮機，I1.蒸發(fā)器，II1.冷凝器。

【具體實施方式】
[0012]實施例1:
[0013]在圖1中，鍋爐(1)為蒸汽鍋爐，鍋爐(1)的排煙依次經(jīng)過第一級間壁式換熱器(2^第二級間壁式換熱器(3)和第三級混合式換熱器(4)后由煙囪排出，第三級混合式換熱器(4)中被低溫煙氣加熱的噴淋水由循環(huán)水泵(91)輸送至間壁式換熱器(6)4?監(jiān)控處理儀(7)監(jiān)測控制第三級混合式換熱器(4)噴淋水的四值，補水經(jīng)補水閥(81)進第三級混合式換熱器(4),底池的污水經(jīng)排污閥(82)排出，壓縮式熱泵(5)的蒸發(fā)器(II )出口的循環(huán)熱媒水由循環(huán)水泵(92)依次與間壁式換熱器(6)和第二級間壁式換熱器(3)換熱升溫后返回蒸發(fā)器(II )入口，熱網(wǎng)回水由循環(huán)水泵(93)依次經(jīng)過壓縮式熱泵(5)的冷凝器(皿)、凝汽器(11)和第一級間壁式換熱器(2)加熱后送入熱網(wǎng)供熱，鍋爐(1)產(chǎn)生的高壓蒸汽由透平膨脹機(10)做功拖動壓縮式熱泵(5)的壓縮機(I ),剩余蒸汽可用于工藝生產(chǎn)，透平膨脹機(10)的排汽經(jīng)凝汽器(11)冷凝后的疏水由循環(huán)水泵(94)輸送至鍋爐(1)。
[0014]鍋爐煙氣的出爐溫度在1801:左右，首先經(jīng)過第一級間壁式換熱器(2)降溫至1301左右；然后經(jīng)第二級間壁式換熱器(3)降溫至901:左右；最后進入第三級混合式換熱器(4),降溫至301:左右由煙囪排出。壓縮式熱泵(5)的蒸發(fā)器(II )出口熱水溫度為201左右，依次經(jīng)間壁式換熱器(6)和第二級間壁式換熱器(3)加熱至401:左右后返回蒸發(fā)器(II )入口。熱網(wǎng)回水601:左右，依次經(jīng)壓縮式熱泵(5)的冷凝器(111)和凝汽器(11)和一級間壁式換熱器(2)升溫至1301:左右后送入熱網(wǎng)供熱。
[0015]實施例2:
[0016]在圖2中，鍋爐(1)為熱水鍋爐，鍋爐(1)的排煙依次經(jīng)過第一級間壁式換熱器(2^第二級間壁式換熱器(3)和第三級混合式換熱器(4)后由煙囪排出，第三級混合式換熱器(4)中被低溫煙氣加熱的噴淋水由循環(huán)水泵(91)輸送至間壁式換熱器(6)4?監(jiān)控處理儀(7)監(jiān)測控制第三級混合式換熱器(4)噴淋水的四值，補水經(jīng)補水閥(81)進第三級混合式換熱器(4),底池的污水經(jīng)排污閥(82)排出，壓縮式熱泵(5)的蒸發(fā)器(II )出口的循環(huán)熱媒水由循環(huán)水泵(92)依次與間壁式換熱器(6)和第二級間壁式換熱器(3)換熱升溫后返回蒸發(fā)器(II )入口，熱網(wǎng)回水由循環(huán)水泵(93)依次經(jīng)過壓縮式熱泵(5)的冷凝器(111)和第一級間壁式換熱器(2)加熱后進鍋爐(1)再加熱，壓縮式熱泵(5)的壓縮機(I )驅(qū)動能源采用電能。
[0017]鍋爐煙氣的出爐溫度在1801:左右，首先經(jīng)過第一級間壁式換熱器(2)降溫至1301左右；然后經(jīng)第二級間壁式換熱器(3)降溫至901:左右；最后進入第三級混合式換熱器(4),降溫至301:左右由煙囪排出。壓縮式熱泵(5)的蒸發(fā)器(II )出口熱水溫度為201左右，依次經(jīng)間壁式換熱器(6)和第二級間壁式換熱器(3)加熱至401:左右后返回蒸發(fā)器(II )入口。熱網(wǎng)回水601:左右，依次經(jīng)壓縮式熱泵(5)的冷凝器(皿)、第一級間壁式換熱器(2)和鍋爐(1)加熱至1301:左右后送入熱網(wǎng)供熱。
[0018]實施例1中，采用鍋爐高壓蒸汽驅(qū)動透平膨脹機(10)做功，拖動壓縮式熱泵(5)的壓縮機(I ),實質(zhì)是利用鍋爐加熱熱網(wǎng)水不匹配換熱過程中損失的可用能，無需額外消耗高品位能源(電能)，因此是最合理的能源利用方式。若實際情況由于采用熱水鍋爐或場地、投資等問題的限制，不允許加設(shè)透平膨脹機(10),則可選擇實施例2中的方案，采用電動壓縮式熱泵。
[0019]各設(shè)備的【具體實施方式】分別說明如下:
[0020]1.鍋爐，根據(jù)供熱負荷確定，為常用設(shè)備；
[0021]2.第一、二、三級換熱器，根據(jù)鍋爐排煙流量和進出口溫度，以及熱水流量和進出口溫度確定，為非標設(shè)計；
[0022]31?監(jiān)控處理儀，根據(jù)排煙流量和煙氣成分確定，為非標設(shè)計；
[0023]4.壓縮式熱泵，根據(jù)第二、三級換熱器的循環(huán)熱媒水流量和進出口溫度，以及熱網(wǎng)水流量和回水溫度確定，為非標設(shè)計；
[0024]5.透平膨脹機，根據(jù)壓縮式熱泵的耗功量，以及進汽流量、進出口壓力和溫度確定，為非標設(shè)計；
[0025]6.凝汽器，根據(jù)透平膨脹機排汽流量、壓力和溫度，以及熱網(wǎng)水流量和進出口溫度確定，為非標設(shè)計；
[0026]7.閥門，根據(jù)管徑確定大小，為常用設(shè)備。
【權(quán)利要求】
1.一種利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)，包括鍋爐、壓縮式熱泵、熱網(wǎng)水、鍋爐排煙、循環(huán)熱媒水、三級換熱系統(tǒng)，其特征是:通過三級換熱逐級降低鍋爐排煙溫度，逐級控制煙氣溫度，避免在一級換熱器內(nèi)煙氣冷凝和三級換熱器內(nèi)水汽化；以循環(huán)熱媒水和熱網(wǎng)水為介質(zhì)，與鍋爐排煙換熱；回收的煙氣余熱作為壓縮式熱泵的低溫熱源，利用壓縮式熱泵及換熱器實現(xiàn)煙氣中顯熱與水蒸汽冷凝熱的深度回收；熱網(wǎng)水回水依次被壓縮式熱泵、凝汽器和煙氣加熱后送往熱用戶。
2.如權(quán)利要求1所述的利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)，其特征是:所述三級換熱系統(tǒng)第一級換熱器為間壁式換熱器，采用熱管換熱技術(shù)，控制煙氣溫降，使熱管盡可能避開露點腐蝕或最大腐蝕區(qū)域；第二級換熱器為間壁式換熱器，采用耐腐蝕的樹脂材料或熱管，控制煙氣溫降，并避免第三級混合式換熱器煙氣進口溫度過高使噴水蒸發(fā)汽化；第三級換熱器為混合式與間壁式的組合，混合式換熱器采用常溫水噴淋的方法，與煙氣直接接觸換熱，加熱后噴水介質(zhì)送往間壁式換熱器；其中第一級換熱器為煙氣與熱網(wǎng)水換熱，第二、三級換熱器的循環(huán)熱媒水作為壓縮式熱泵蒸發(fā)器的低溫熱源。
3.如權(quán)利要求1所述的利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)，其特征是:所述循環(huán)熱媒水經(jīng)第三級和第二級換熱器加熱后送入壓縮式熱泵的蒸發(fā)器，創(chuàng)造并維持壓縮式熱泵最佳的工況。
4.如權(quán)利要求1所述的利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)，其特征是:所述熱網(wǎng)水回水依次經(jīng)過壓縮式熱泵冷凝器、凝汽器及一級換熱器加熱后送往熱用戶。
5.如權(quán)利要求1所述的利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)，其特征是:所述熱網(wǎng)水回水還可以依次經(jīng)過壓縮式熱泵冷凝器、一級換熱器及鍋爐加熱后送入熱網(wǎng)供熱。
6.如權(quán)利要求1所述的利用壓縮式熱泵實現(xiàn)鍋爐煙氣余熱深度回收的供熱系統(tǒng)，其特征是:所述第三級混合式換熱器的噴淋水，其PH值由PH監(jiān)控設(shè)備在線檢測控制，底池水的排污與補水分別由排污閥和補水閥控制。
【文檔編號】F25B30/02GK204254934SQ201420716514
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年11月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月25日
【發(fā)明者】李巖, 朱蒙, 張淑彥, 常珊珊, 鐘良, 李鵬鵬 申請人:燕山大學(xué)