CN103776161A - 喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置 - Google Patents

喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置，它由燃气锅炉系统(1)、烟气冷凝系统(2)、储水系统(3)、高温水源热泵系统(4)、电控柜(5)五部分组成。其特点：1、对烟气进行喷淋冷凝，气、水直接接触换热，再经第二级高温水源热泵蒸发器与喷淋冷凝水的换热，换热高效，排烟温度低，锅炉效率可达106％左右，设备简单，投资省。2、烟气中的氮氧化物绝大部分溶入水中，减少了对大气的污染。3、采用高温水源热泵，加热外网部分回水，达到外网水温，直接输入外网供水管。4、集水箱设有PH传感器，从注水管中定期加药，保持水为中性。

Description

喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置
技术领域
本发明所述的技术方案属于一般有热发生装置的流体加热器领域，具体的讲，是属于具有特别适于利用冷凝作用从烟气中提取潜热的热发生装置领域，依据国际专利分类法，属于F24H8/00。
发明内容
我国民用燃气锅炉设计效率一般为90％-93％，实际排烟温度大部分为120-180℃。排烟温度降至50℃，效率可达103％，降至40℃，效率可达106％。所以燃气锅炉烟气余热利用是投入低、收益大的节能方式，是我国十大节能工程之一。现有专利，如我国专利号为201120282736.4，名称为《一种燃气锅炉烟气余热全热回收装置》。该装置将燃气锅炉烟气余热利用气水换热器与空气源热泵蒸发器联合回收，用以加热热水。其基本原理是烟气先经过气水换热器降温，再经空气源热泵蒸发器二次降温，使烟气降至常温排出，同时两者均将换热吸收的热量加热同一水箱中的热水。但该项技术还存在不足之处，就是烟气与气水换热器、空气源热泵蒸发器之间的换热效率较低，需要有庞大的空间和设备。
本发明的目的是克服现有技术的不足，提出一种喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置。
本发明的目的是这样实现的：本喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置，包括燃气锅炉系统、烟气冷凝系统、储水系统、高温水源热泵系统、电控柜五部分。燃气锅炉系统与烟气冷凝系统中的烟气进口管相联。烟气冷凝系统通过溢流管与储水系统相联。烟气冷凝系统通过集水箱、内循环管与高温水源热泵系统相联。电控柜通过电缆和导线与外网供水泵、高温水源热泵、输水泵、外循环泵、内循环泵、燃烧机、引风机、各重要运行参数、安全监控参数传感器相联。电控柜通过人工操作或者设定的自控程序对整个喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置启动、停止、运行参数监控、调节、安全参数的监控、报警等进行控制。
燃气锅炉系统包括燃气锅炉本体、燃气锅炉补水装置、外网供水泵、外网供回水管、燃烧机、烟管。燃气锅炉本体与燃烧机、燃气锅炉补水装置、外网供回水管、烟管均为法兰螺栓联接。外网供水泵与外网供回水管为法兰螺栓联接。燃气锅炉系统内充满水，集水箱注水至设定水位。启动外网供水泵和内循环泵，全部喷嘴开始喷淋。启动外循环泵、高温水源热泵压缩机和引风机，燃烧机点火燃烧，整个喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置开始运行。
烟气冷凝系统包括烟气进口管、喷淋冷凝室、喷淋总管、喷淋支管、喷嘴、高效脱水器、烟囱、集水箱、PH传感器、注水管、注水阀、溢流池、溢流管、集水箱液位传感器、引风机。烟气进口管与烟管、喷淋冷凝室均为法兰螺栓联接。喷淋总管与喷淋冷凝室为卡箍螺栓联接，与内循环管为法兰螺栓联接，与喷淋支管为焊接联接。喷淋支管与喷嘴为螺纹联接。高效脱水器与喷淋冷凝室为螺栓联接。烟囱与喷淋冷凝室为法兰螺栓联接。烟囱与引风机为螺栓联接。喷淋冷凝室与集水箱为法兰螺栓联接。集水箱与溢流池、溢流池与溢流管均为焊接联接。集水箱液位传感器、PH传感器与集水箱为卡箍螺栓联接。注水管、注水阀为法兰螺栓联接。注水管与溢流池为焊接联接。经注水阀、注水管向集水箱注水，由内循环泵抽吸，经高温水源热泵蒸发器吸热冷却，降至低温，再经喷淋总管、喷淋支管、喷嘴喷入喷淋冷凝室。高温烟气经烟气进口管进入喷淋冷凝室，受到喷淋雾水的强烈冷却而不断降温。烟气中的水蒸汽不断冷凝成水，除放出显热外，还放出大量冷凝热，不断加热喷淋雾水，烟气大幅降温。被加热的喷淋水，落入集水箱内，再由内循环泵抽吸，如此不断循环。被冷却的烟气经高效脱水器脱水后由引风机从烟囱排出。集水箱液面超过溢流池上边缘，经溢流管流入储水箱。集水箱中PH传感器感知PH值低于设定值，有灯光报警。通过注水管注入适量碱性药物，中和酸度。注水管开机前注水，以后用于注药。
储水系统包括储水箱、输水泵、输水管、储水箱液位传感器。储水系统通过输水管与燃气锅炉补水装置相联。储水箱与输水管、输水泵与输水管为法兰螺栓联接。储水箱液位传感器与储水箱为卡箍螺栓联接。储水箱液位超过设定值，电控柜自动启动输水泵，将水输入燃气锅炉补水装置，低于设定值，电控柜自动关停输水泵。
高温水源热泵系统包括高温水源热泵、高温水源热泵蒸发器、高温水源热泵冷凝器、工质、高温水源热泵压缩机、外循环泵、外循环管、内循环泵、内循环管。高温水源热泵为一独立的外购成件，高温水源热泵蒸发器、高温水源热泵冷凝器、高温水源热泵压缩机、工质为其主要部件。外循环泵与外循环管、内循环泵与内循环管之间为法兰螺栓联接。外循环管、内循环管与高温水源热泵为法兰螺栓联接。被加热的喷淋水，由内循环泵抽吸，被高温水源热泵蒸发器吸收热量，使工质蒸发，工质蒸汽经高温水源热泵压缩机压缩升温，在高温水源热泵冷凝器内冷凝放热，加热外网部分回水，至外网供水温度，经外循环泵打入外网供水管。
本装置将现有名称为《一种燃气锅炉烟气余热全热回收装置》中庞大的气水换热器、空气源热泵蒸发器与烟气间的换热变成喷淋的雾水与烟气的直接换热，再加上一级高温水源热泵蒸发器与喷淋冷凝水的二次换热。烟气与水雾的直接换热效率要比烟气与金属壁面换热效率高出多倍，第二级高温水源热泵蒸发器与喷淋冷凝水的换热效率比空气源热泵蒸发器与烟气换热效率又要高出多倍。其结果，使整个余热回收所需的空间大大缩小，设备投资大大降低。
本喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置有以下特点：
1、对烟气进行喷淋冷凝，气、水直接接触换热，再经第二级高温水源热泵蒸发器与喷淋冷凝水的换热，换热高效，排烟温度低，锅炉效率可达106％左右，设备简单，占地少，投资省。
2、烟气中的氮氧化物绝大部分溶入水中，减少了对大气的污染。
3、采用高温水源热泵从喷淋冷凝水中提取热量，加热外网部分回水，直接输入外网供水管，供水温度，符合外网要求。
4、氮氧化物和二氧化碳溶入喷淋水中后，会使水出现弱酸性，对钢铁件有一定腐蚀作用。为此，集水箱设有PH传感器，从注水管中定期加药，保持水为中性。
附图说明
图1喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置结构示意图。
零部件编号：燃气锅炉系统1、烟气冷凝系统2、储水系统3、高温水源热泵系统4、电控柜5、燃气锅炉本体1-1、燃气锅炉补水装置1-2、外网供水泵1-3、外网供回水管1-4、燃烧机1-5、烟管1-6、烟气进口管2-1、喷淋冷凝室2-2、喷淋总管2-3、喷淋支管2-4、喷嘴2-5、高效脱水器2-6、烟囱2-7、集水箱2-8、PH传感器2-9、注水管2-10、注水阀2-11、溢流池2-12、溢流管2-13、集水箱液位传感器2-14、引风机2-15、储水箱3-1、输水泵3-2、输水管3-3、储水箱液位传感器3-4、高温水源热泵4-1、高温水源热泵蒸发器4-1-1、高温水源热泵冷凝器4-1-2、工质4-1-3、高温水源热泵压缩机4-1-4、外循环泵4-2、外循环管4-3、内循环泵4-4、内循环管4-5。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明作进一步描述。
从图1中可以看出，本喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置，包括燃气锅炉系统1、烟气冷凝系统2、储水系统3、高温水源热泵系统4、电控柜5五部分。燃气锅炉系统1与烟气冷凝系统2中的烟气进口管2-1相联。烟气冷凝系统2通过溢流管2-13与储水系统3相联。烟气冷凝系统2通过集水箱2-8、内循环管4-5与高温水源热泵系统4相联。电控柜5通过电缆和导线与外网供水泵1-3、高温水源热泵4、输水泵3-2、外循环泵4-2、内循环泵4-4、燃烧机1-5、引风机2-15、各重要运行参数、安全监控参数传感器相联。电控柜5通过人工操作或设定的自控程序对整个喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置启动、停止、主要运行参数的监控、调节、重要安全参数的监控、报警进行控制。
燃气锅炉系统1包括燃气锅炉本体1-1、燃气锅炉补水装置1-2、外网供水泵1-3、外网供回水管1-4、燃烧机1-5、烟管1-6。燃气锅炉本体1-1与燃烧机1-5、燃气锅炉补水装置1-2、外网供回水管1-4、烟管1-6均为法兰螺栓联接。外网供水泵1-3与外网供回水管1-4为法兰螺栓联接。燃气锅炉系统1内充满水，集水箱2-8注水至设定水位，启动外网供水泵1-3和内循环泵4-4，全部喷嘴2-5开始喷淋，启动外循环泵4-2、高温水源热泵压缩机4-1-4和引风机2-15，燃烧机1-5点火燃烧，整个喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置开始运行。
烟气冷凝系统2包括烟气进口管2-1、喷淋冷凝室2-2、喷淋总管2-3、喷淋支管2-4、喷嘴2-5、高效脱水器2-6、烟囱2-7、集水箱2-8、PH传感器2-9、注水管2-10、注水阀2-11、溢流池2-12、溢流管2-13、集水箱液位传感器2-14、引风机2-15；烟气进口管2-1与烟管1-6、喷淋冷凝室2-2均为法兰螺栓联接。喷淋总管2-3与喷淋冷凝室2-2为卡箍螺栓联接，与内循环管道4-5为法兰螺栓联接，与喷淋支管2-4为焊接联接。喷淋支管2-4与喷嘴2-5为螺纹联接。高效脱水器2-6与喷淋冷凝室2-2为螺栓联接。烟囱2-7与喷淋冷凝室2-2为法兰螺栓联接。烟囱2-7与引风机2-15为螺栓联接。喷淋冷凝室2-2与集水箱2-8为法兰螺栓联接。集水箱2-8与溢流池2-12、溢流池2-12与溢流管2-13均为焊接联接。集水箱液位传感器2-14、PH传感器2-9与集水箱2-8为卡箍螺栓联接。注水管2-10、注水阀2-11为法兰螺栓联接。注水管2-10与溢流池2-12为焊接联接。经注水阀2-11、注水管2-10向集水箱2-8注水，由内循环泵4-4抽吸，经高温水源热泵蒸发器4-1-1吸热冷却，降至低温，再经喷淋总管2-3、喷淋支管2-4、喷嘴2-5喷入喷淋冷凝室2-2。高温烟气经烟气进口管2-1进入喷淋冷凝室2-2，受到喷淋雾水的强烈冷却而不断降温。烟气中的水蒸汽不断冷凝成水，除放出显热外，还放出大量冷凝热，不断加热喷淋雾水，烟气大幅降温。被加热的喷淋水，落入集水箱2-8内，再由内循环泵4-4抽吸，如此不断循环。被冷却的烟气经高效脱水器2-6脱水后由引风机2-15从烟囱2-7排出。集水箱2-8液面超过溢流池2-12上边缘，经溢流管2-13流入储水箱3-1。集水箱2-8中PH传感器2-9感知PH值低于设定值，有灯光报警，通过注水管2-10注入适量碱性药物，中和酸度，保持水为中性。注水管2-10开机前注水，以后用于注药。
储水系统3包括储水箱3-1、输水泵3-2、输水管3-3、储水箱液位传感器3-4；储水系统3通过输水管3-3与燃气锅炉补水装置1-2相联。储水箱3-1与输水管3-3、输水泵3-2与输水管3-3为法兰螺栓联接。储水箱液位传感器3-4与储水箱3-1为卡箍螺栓联接。储水箱液位超过设定值，电控柜5自动启动输水泵3-2，将水输入燃气锅炉补水装置1-2。低于设定值，电控柜5自动关停输水泵3-2。
高温水源热泵系统4包括高温水源热泵4-1、高温水源热泵蒸发器4-1-1、高温水源热泵冷凝器4-1-2、工质4-1-3、高温水源热泵压缩机4-1-4、外循环泵4-2、外循环管4-3、内循环泵4-4、内循环管4-5；高温水源热泵4-1为一独立的外购成件，高温水源热泵蒸发器4-1-1、高温水源热泵冷凝器4-1-2、高温水源热泵压缩机4-1-4、工质4-1-3为其主要部件。外循环泵4-2与外循环管4-3、内循环泵4-4与内循环管4-5之间为法兰螺栓联接。外循环管4-3、内循环管4-5与高温水源热泵4-1为法兰螺栓联接。被加热的喷淋水，被高温水源热泵蒸发器4-1-1吸收热量，使工质4-1-3蒸发，工质蒸汽经高温水源热泵压缩机4-1-4压缩升温，在高温水源热泵冷凝器4-1-2内冷凝放热，加热外网部分回水，至外网供水温度，经外循环泵4-2打入外网供水管。
本喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置工作过程如下：燃气锅炉系统1内充满水，经注水阀2-11、注水管2-10向集水箱2-8注水至设定水位，启动外网供水泵1-3，供水循环开始运行，启动内循环泵4-4，喷淋冷凝室2-2内全部喷嘴2-5开始喷淋，启动外循泵4-2，启动高温水源热泵4-1，启动燃烧机1-5，开始点火燃烧，加热炉内循环水，同时喷出烟气。烟气通过烟气进口管2-1进入喷淋冷凝室2-2，受到喷淋雾水的强烈冷却而不断降温，放出显热。烟气中的水蒸汽不断冷凝成水，除放出显热外，还放出大量冷凝热，不断加热喷淋雾水。集水箱2-8内被加热的喷淋冷凝水，由内循环泵4-4抽吸，经高温水源热泵蒸发器4-1-1冷却至低温，再经喷淋总管2-3、喷淋支管2-4、喷嘴2-5喷入喷淋冷凝室2-2，冷却烟气。被加热的喷淋水，再次落入集水箱2-8内，再由内循环泵4-4抽吸，如此不断循环。烟气降至较低温度，经高效脱水器2-6脱水，由引风机2-15从烟囱2-7排出。此时，高温水源热泵蒸发器4-1-1吸热使工质4-1-3蒸发，工质蒸汽经高温水源热泵压缩机4-1-4压缩升温，进高温水源热泵冷凝器4-1-2冷凝放热，加热外循环管4-3的部分外网回水，达到外网所需温度后由外循环泵4-2泵送至外网供水管，全系统正式全部运行。电控柜5会根据外网负荷，调节大小火，内循环泵4-4和外循环泵4-2转速，保持较低的喷淋出水温度、保持符合外网要求的外循环管4-3出水温度。烟气中水蒸汽不断冷凝成水，集水箱2-8液面超过溢流池2-12上边缘，就会经溢流管2-13流入储水箱3-1，超过设定液位，电控柜5自动启动输水泵3-2，将水输入燃气锅炉补水装置1-2。储水箱3-1液面低于设定液位，电控柜5自动关停输水泵3-2。集水箱2-8中PH传感器2-9感知PH值低于设定值，灯光报警，值班人员通过注水管2-10注入适量碱性药物，中和酸度。注水管2-10第一次开机前需要注水，以后就用于注药。

Claims (5)

1.一种喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置，其特征在于：包括燃气锅炉系统(1)、烟气冷凝系统(2)、储水系统(3)、高温水源热泵系统(4)、电控柜(5)五部分；燃气锅炉系统(1)与烟气冷凝系统(2)中的烟气进口管(2-1)相联；烟气冷凝系统(2)通过溢流管(2-13)与储水系统(3)相联；烟气冷凝系统(2)通过集水箱(2-8)、内循环管(4-5)与高温水源热泵系统(4)相联；电控柜(5)通过电缆和导线与外网供水泵(1-3)、高温水源热泵(4)、输水泵(3-2)、外循环泵(4-2)、内循环泵(4-4)、燃烧机(1-5)、引风机(2-15)、各重要运行参数、安全监控参数传感器相联；电控柜(5)通过人工操作或者设定的自控程序对整个喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置启动、停止、运行参数监控、调节，安全参数监控、报警。
2.按照权利要求1所述的喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置，其特征在于：所述的燃气锅炉系统(1)包括燃气锅炉本体(1-1)、燃气锅炉补水装置(1-2)、外网供水泵(1-3)、外网供回水管(1-4)、燃烧机(1-5)、烟管(1-6)；燃气锅炉本体(1-1)与燃烧机(1-5)、燃气锅炉补水装置(1-2)、外网供回水管(1-4)、烟管(1-6)均为法兰螺栓联接；外网供水泵(1-3)与外网供回水管(1-4)为法兰螺栓联接；燃气锅炉系统(1)内充满水，集水箱(2-8)注水至设定水位，启动外网供水泵(1-3)和内循环泵(4-4)，全部喷嘴(2-5)开始喷淋；启动外循环泵(4-2)、高温水源热泵压缩机(4-1-4)和引风机(2-15)，燃烧机(1-5)点火燃烧，整个喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置运行。
3.按照权利要求1所述的喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置，其特征在于：所述的烟气冷凝系统(2)包括烟气进口管(2-1)、喷淋冷凝室(2-2)、喷淋总管(2-3)、喷淋支管(2-4)、喷嘴(2-5)、高效脱水器(2-6)、烟囱(2-7)、集水箱(2-8)、PH传感器(2-9)、注水管(2-10)、注水阀(2-11)、溢流池(2-12)、溢流管(2-13)、集水箱液位传感器(2-14)、引风机(2-15)；烟气进口管(2-1)与烟管(1-6)、喷淋冷凝室(2-2)均为法兰螺栓联接；喷淋总管(2-3)与喷淋冷凝室(2-2)为卡箍螺栓联接，与内循环管(4-5)为法兰螺栓联接，与喷淋支管(2-4)为焊接联接；喷淋支管(2-4)与喷嘴(2-5)为螺纹联接；高效脱水器(2-6)与喷淋冷凝室(2-2)为螺栓联接；烟囱(2-7)与喷淋冷凝室(2-2)为法兰螺栓联接；烟囱(2-7)与引风机(2-15)为螺栓联接；喷淋冷凝室(2-2)与集水箱(2-8)为法兰螺栓联接；集水箱(2-8)与溢流池(2-12)、溢流池(2-12)与溢流管(2-13)均为焊接联接；集水箱液位传感器(2-14)、PH传感器(2-9)与集水箱(2-8)为卡箍螺栓联接；注水管(2-10)、注水阀(2-11)为法兰螺栓联接；注水管(2-10)与溢流池(2-12)为焊接联接；经注水阀(2-11)、注水管(2-10)向集水箱(2-8)注水，由内循环泵(4-4)抽吸，经高温水源热泵蒸发器(4-1-1)吸热冷却，降至低温，再经喷淋总管(2-3)、喷淋支管(2-4)、喷嘴(2-5)喷入喷淋冷凝室(2-2)；高温烟气经烟气进口管(2-1)进入喷淋冷凝室(2-2)，受到喷淋雾水的强烈冷却而不断降温；烟气中的水蒸汽不断冷凝成水，除放出显热外，还放出大量冷凝热，不断加热喷淋雾水，烟气大幅降温；被烟气加热的喷淋水，落入集水箱(2-8)内，再由内循环泵(4-4)抽吸，如此不断循环；被冷却的烟气经高效脱水器(2-6)脱水后由引风机(2-15)从烟囱(2-7)排出；集水箱(2-8)液面超过溢流池(2-12)上边缘，经溢流管(2-13)流入储水箱(3-1)；集水箱(2-8)中PH传感器(2-9)感知PH值低于设定值，由灯光报警；通过注水管(2-10)注入适量碱性药物，中和酸度；注水管(2-10)开机前注水，以后用于注药。
4.按照权利要求1所述的喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置，其特征在于：所述的储水系统(3)包括储水箱(3-1)、输水泵(3-2)、输水管(3-3)、储水箱液位传感器(3-4)；储水系统(3)通过输水管(3-3)与燃气锅炉补水装置(1-2)相联；储水箱(3-1)与输水管(3-3)、输水泵(3-2)与输水管(3-3)为法兰螺栓联接；储水箱液位传感器(3-4)与储水箱(3-1)为卡箍螺栓联接；储水箱液位超过设定值，电控柜(5)自动启动输水泵(3-2)，将水输入燃气锅炉补水装置(1-2)；低于设定值，电控柜(5)自动关停输水泵(3-2)。
5.按照权利要求1所述的喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置，其特征在于：所述的高温水源热泵系统(4)包括高温水源热泵(4-1)、高温水源热泵蒸发器(4-1-1)、高温水源热泵冷凝器(4-1-2)、工质(4-1-3)、高温水源热泵压缩机(4-1-4)、外循环泵(4-2)、外循环管(4-3)、内循环泵(4-4)、内循环管(4-5)；高温水源热泵(4-1)为一独立的外购成件，高温水源热泵蒸发器(4-1-1)、高温水源热泵冷凝器(4-1-2)、高温水源热泵压缩机(4-1-4)、工质(4-1-3)为其主要部件；外循环泵(4-2)与外循环管(4-3)、内循环泵(4-4)与内循环管(4-5)之间为法兰螺栓联接；外循环管(4-3)、内循环管(4-5)与高温水源热泵(4-1)为法兰螺栓联接；被加热的喷淋水，由内循环泵(4-4)抽吸，被高温水源热泵蒸发器(4-1-1)吸收热量，使工质(4-1-3)蒸发，工质蒸汽经高温水源热泵压缩机(4-1-4)压缩升温，在高温水源热泵冷凝器(4-1-2)内冷凝放热，加热外网部分回水，至外网供水温度，经外循环泵(4-2)打入外网供水管。
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