CN104197311B - 空气能锅炉 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种热能转换节能装置，包括空气能锅炉及原锅炉，空气能锅炉出水管与原锅炉补充水管密封连接，空气能锅炉的进水管与原锅炉回水管及补充水管密封连接。空气能锅炉进气管路与原锅炉排烟管路及旁路排烟管路密封连接。空气能锅炉工作，原锅炉的高温排烟进入N个空气能锅炉，经空气能锅炉换热后变成冷空气排出，同时将排烟中的细颗粒物吸附过滤干净，原锅炉的补充水及回水进入空气能锅炉，经空气能锅炉换热后变成高温水及汽水混合物经空气能锅炉出水管进入原锅炉。本发明能有效降低原锅炉的排烟温度并吸附过滤掉绝大部分排烟中的细颗粒物。既节约了能源，又减少了空气污染。
Description
技术领域
本发明涉及节能装置，尤其涉及一种热能转换节能装置。并减少对空气的污染。
背景技术
目前，众所周知的用锅炉生产的企业锅炉排烟受露点温度的影响，不仅浪费大量的能源，而且将硫等污染空气的细颗粒物大量排入空气中，造成我国经常性的大面积的空气污染。目前采取的措施主要是对锅炉保大压小，或者使用如天然气之类的清洁能源，或者是将锅炉转移到乡村等。但是在需求总量不变或不断增加的情况下，作用有限或者带来新的污染(如将污染转移到农村)。而对煤炭之类的燃料少用或弃用对我国的能源安全也有一定的影响。
发明内容
针对上述问题，本发明要解决的技术问题是提供了一种空气能锅炉。这种锅炉能将原锅炉的排烟能量充分吸收并吸附过滤掉排烟中的细颗粒物。然后用吸收排烟的能量加热原锅炉的回水和补充水。这样既节约了能源，又减少了空气污染。
为解决上述技术问题，本发明包括锅炉和空气能热泵，以及用于内置空气能热泵冷凝器的承压锅筒。为了便于区别，我把烧石化原料的锅炉叫原锅炉，把由空气能热泵和承压锅筒及连接管路、阀门、仪表等共同组合体叫空气能锅炉，即本发明。空气能锅炉的出水管路与原锅炉补充水管路密封连接，空气能锅炉的进水管与原锅炉的补充水管用电磁阀及水泵密封连接，同时空气能锅炉进水管与原锅炉的回水管用电磁阀及水泵密封连接。空气能锅炉的进气管路与原锅炉的排烟管路密封连接，空气能锅炉的排气管路与原锅炉的烟囱密封连接。原锅炉的高温排烟进入空气能锅炉经过换热后变成冷空气经原锅炉烟囱排出，减少了对环境的热污染。同时，通过对排烟中的细颗粒物吸附过滤，减少了对空气的污染。而原锅炉的补充水和回水进入空气能锅炉后经换热后变成高温水或汽水混合物进入原锅炉，减少原锅炉的原料消耗，节约了能源。
作为对本发明的进一步改进，所述空气能锅炉将原来的空气能热泵由整体式改为分体式，将空气能热泵的冷凝器内置于承压密封锅筒内。(为什么要设计承压锅筒，是因为排烟温度较高，最高可达到300℃，而锅炉回水温度也接近100℃，这样就可以轻易将回水加热成蒸气。如果只加热原锅炉补充水，由于原锅炉水损失少，补充水不能足够吸收排烟中的热能)。同时取消冷凝器水管及空气能热泵的附件保温水箱。在锅筒上安装安全阀，温度计，水位表，进出水电磁阀等必要的设备。这样就由空气能热泵与承压锅筒共同组成了一个新的锅炉，空气能锅炉，即本发明。其中承压锅筒为“锅”，而蒸发器，冷凝器，压缩机，调节阀等空气能热泵的其他部件则形成“炉”不断的吸热放热，持续对锅筒里的水加热。
作为对本发明的进一步改进，本发明设置了N台空气能锅炉。因为原锅炉的排烟温度较高，又受原锅炉的引风机影响，排烟流速较快，一台空气能锅炉不可能一次性将原锅炉排烟能量全部吸收。只有在设计多台空气能锅炉的情况下才能尽可能最大限度的吸收原锅炉的排烟能量。原锅炉的排烟在多台空气能锅炉的蒸发器的层层吸热下，基本上能全部吸收原锅炉的排烟能量。同时，在多台空气能锅炉蒸发器的层层吸附过滤下，原锅炉排烟中的细颗粒物必然会大量吸附的蒸发器的吸热面上，这样又减少了空气污染。
作为对本发明的进一步改进，本发明对空气能锅炉蒸发器进行了改进，因为空气能锅炉的蒸发器在吸热的同时要吸附排烟的细颗粒物，时间一长，蒸发器吸热面必然会吸附大量的细颗粒物。这样一会影响热能的进一步吸收，二会阻碍排烟顺利进入下一个空气能锅炉。为解决这一技术问题，本发明将蒸发器的排烟管与冷媒管以你包围我，我包围你的形式设计，即每一根排烟管周围都是冷媒管，而每一根冷媒管周围都是排烟管的形式设计。排烟管与冷媒管之间的间隙用散热片填充。本发明将蒸发器的排烟管道设计为外径一致内径大小不一内且内径表面粗糙管道，内径大的排烟管要比内径小的管道要长，以增加散热面积和吸附细颗粒物的容积。内径不同的管道通过榫接的方式次第连接，即一个大内径管接一个小内径管，然后再接一个大内径管再一个小内径管的方式连接。然后再活动的安装于蒸发器内。这样既增加了排烟道的散热面积(内径大的排烟管长表面粗糙散热面就大)，又能有效吸附过滤排烟中的细颗粒物(排烟管径大小不同，排烟流速也不同，排烟经过大内径的排烟管时流速会变慢，细颗粒物就沉淀下来了)。由于是排烟管道是活动地安装于蒸发器内，这样既方便拆卸清洗，又能检查其受腐蚀情况，以便及时更换。
作为对本发明的进一步改进，本发明对空气能锅炉的蒸发器吸热面材料进行了改进，众所周知，因为普通锅炉受制于露点温度而排烟温度很高，以免排烟中的硫腐蚀锅炉。这也是造成能源浪费和空气污染的主要原因。本发明对蒸发器材料改进的具体办法是，在排烟最开始进入的几个空气能锅炉的蒸发器吸热面采用不能被硫腐蚀的陶瓷或玻璃等材料，因为排烟温度高，排烟中的能量能很快渗过陶瓷等材料而被吸收(日常生活中，我们将100℃的水倒到瓷杯中，杯子的表面马上就会很烫手)，等到排烟温度降低，排烟中的硫也吸附得差不多了，然后在后面几个空气能锅炉的蒸发器采用导热性能更好的抗硫腐金属材料。
作为对本发明的进一步改进，本发明对空气能锅炉排烟管路设计了旁路，旁路与排烟管路密封连接，同时旁路也用风门与各个空气能锅炉的蒸发器密封连接，最后用风门与原锅炉烟囱密封连接。在主排烟管路上用风门与空气能锅炉的蒸发器及蒸发器之间密封连接。以便在清洗一个空气能锅炉时其他空气能锅炉能正常使用。
作为对本发明的进一步改进，本发明将原锅炉的回水管用电磁阀及水泵与空气能锅炉的锅筒一一密封连接。
作为对本发明的进一步改进，本发明将原锅炉的补充水管用电磁阀及水泵与空气能锅炉的锅筒一一密封连接。
作为对本发明的进一步改进，本发明在锅筒上都安装了压力表、水位计、温度表、安全阀等一切必要的仪表设备。
作为对本发明的进一步改进，本发明空气能锅炉的各个锅筒通过电磁阀与空气能锅炉出水管密封连接再与原锅炉补充水管密封连接。
相对于现有技术，空气能锅炉将原锅炉排烟经过蒸发器和冷凝器换热后，以加热空气能锅炉里的回水及补充水，起到提高回水及补充水的温度，减少原锅炉的原料消耗，降低了对空气的污染。平常我们在常温下使用空气能热泵能达到一比四的能效比，而本发明使用的热源是常温的近十倍，而且热源供热稳定，能效比一定更高。
附图说明：
图1是本发明的示意图。
图中各部件名称如下：
1 原锅炉 26 回水电磁阀
2 主排烟管路 27 回水电磁阀
3 旁路排烟管路 28 回水电磁阀
4 风门 29 蒸发器与冷凝器连接管
5 风门 30 蒸发器与冷凝器连接管
6 风门 31 蒸发器与冷凝器连接管
7 风门 32 各种仪表
8 风门 33 各种仪表
9 风门 34 各种仪表
10 风门 35 原锅炉补充水管电磁阀
11 风门 36 补充水管
12 蒸发器 37 补充水管电磁阀
13 蒸发器 38 补充水管电磁阀
14 蒸发器 39 补充水管电磁阀
15 空气能锅炉出水管 40 烟囱
16 冷凝器 41 补充水水泵
17 冷凝器 42 补充水水泵
18 冷凝器 43 补充水水泵
19 空气能锅炉锅筒 44 回水水泵
20 空气能锅炉锅筒 45 回水水泵
21 空气能锅炉锅筒 46 回水水泵
22 出水管电磁阀 47 原锅炉补充水水泵
23 出水管电磁阀 48 风门
24 出水管电磁阀 49 风门
25 原锅炉回水管 A 空气能锅炉
B 空气能锅炉 C 空气能锅炉
下面结合附图对本发明做进一步的说明：
如图1所示，空气能锅炉包括原锅炉1，空气能锅炉的蒸发器12、13、14、至N个，空气能锅炉的冷凝器16、17、18至N个，空气能锅炉锅筒19、20、21至N个，主排烟管路2，旁路排烟管路3，风门4、5、6、7、8、9、10、11、48、49至N个，烟囱40，原锅炉回水管25、补充水管36，空气能锅炉出水管15，回水电磁阀26、27、28至N个，回水水泵44、45、46至N个，补充水管电磁阀37、38、39至N个，补充水水泵41、42、43至N个，蒸发器与冷凝器连接管路29、30、31至N个，空气能锅炉锅筒各种必要仪表(如压力表、水位计、安全阀等)32、33、34至N个，原锅炉补充水水泵47，原锅炉补充水管电磁阀35，分别如图所示密封连接。
具体实施方式
为了便于阐述，我把蒸发器12，冷凝器16，空气能锅炉锅筒19及蒸发器与冷凝器连接管路29称为空气能锅炉A；蒸发器13、冷凝器17、空气能锅炉锅筒20及蒸发器与冷凝器连接管路30称为空气能锅炉B；蒸发器14，冷凝器18，空气能锅炉锅筒21及蒸发器与冷凝器的连接管路31称为空气能锅炉C，以此类推至N个空气能锅炉。现在以空气能锅炉A为例进行说明，空气能锅炉A通电后，原锅炉1的排烟经主排烟管路2经风门4进人空气能锅炉A的蒸发器12，风门8，48关闭，原锅炉1的回水分别经过回水电磁阀28和回水水泵44进入空气能锅炉A的空气能锅炉锅筒19内，原锅炉1的补充水分别经过补充水管电磁阀37和补充水水泵41进入空气能锅炉A的空气能锅炉锅筒19内，经过蒸发器12吸收原锅炉排烟能量后然后经过冷凝器16放热以加热空气能锅炉锅筒19内的回水和补充水，然后将空气能锅炉锅筒19内加热的水或者汽水混合物通过出水管电磁阀22再经过原锅炉补充水水泵47进入原锅炉1内，这时原锅炉补充水管电磁阀35关闭。原锅炉补充水管电磁阀35只有在空气能锅炉供水不足或停止使用时才打开。这一过程首先降低了锅炉的排烟温度，吸附了排烟中的细颗粒物，减少了对空气的污染，同时提高了原锅炉的回水及补充水的温度，节约了能源。同时进一步减少了对空气的污染。以此类推，经过空气能锅炉A的排烟在初次吸热后再进入空气能锅炉B，然后再进入空气能锅炉C直至N个空气能锅炉，直至将排烟中的热能榨干用尽，同时也将排烟中的细颗粒物彻底吸附过滤干净。
在空气能锅炉运行时，必然会发生空气能锅炉蒸发器吸附过多细颗粒物而影响吸热和阻碍排烟顺利进入下一流程的情况。为解决这一技术问题，本发明通过设计排烟旁路来解决，当要清洗空气能锅炉A时，关闭风门4，5，48及回水电磁阀28、补充水管电磁阀37，补充水水泵41、回水水泵44，出水管电磁阀22，关闭空气能锅炉A电源，开启风门9即可拆卸清洗空气能锅炉A，而B，C及N个空气能锅炉则可继续运行。当清洗B空气能锅炉时，关闭风门5，6，49及回水电磁阀27、补充水管电磁阀38，补充水水泵42、回水水泵45，出水管电磁阀23，关闭空气能锅炉B电源，开启风门48及10即可清洗B空气能锅炉。当要清洗C空气能锅炉时，关闭风门6，7及回水电磁阀26、补充水管电磁阀39，补充水水泵43、回水水泵46，出水管电磁阀24，关闭空气能锅炉C电源，开启风门49，11即可清洗空气能锅炉C；以此类推也可以清洗至N个空气能锅炉。风门8，48，49，10，11在正常运行时关闭。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定发明的具体实施只局限于这些说明。对于发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以作出若干简单的推演或者替换，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种热能转换装置，包括原锅炉(1)和N个空气能锅炉，其特征在于：空气能锅炉出水管(15)与原锅炉(1)的补充水管(36)密封连接，原锅炉(1)的旁路排烟管路(3)与空气能锅炉蒸发器密封连接，所述N个空气能锅炉工作，所述原锅炉(1)的高温排烟从所述原锅炉(1)的主排烟管路(2)依次进入所述N个空气能锅炉后，经所述N个空气能锅炉换热后变成冷空气，同时吸附过滤掉高温排烟中的绝大部分细颗粒物然后经所述原锅炉(1)的烟囱(40)排出，原锅炉(1)的补充水由补充水管(36)依次经补充水管电磁阀、补充水水泵进入所述N个空气能锅炉；原锅炉(1)的回水由原锅炉回水管(25)经回水电磁阀、回水水泵进入N个空气能锅炉，经所述N个空气能锅炉换热后变成高温水或汽水混合物，并经空气能锅炉出水管电磁阀从所述空气能锅炉出水管(15)经原锅炉(1)的补充水管(36)再经原锅炉补充水水泵(47)进入原锅炉(1)，其中N≥3；对N个空气能锅炉的蒸发器进行重新设计，将其主排烟管路(2)或旁路排烟管路(3)与冷媒管采取互相包围的形式设计，即一根主排烟管路(2)或旁路排烟管路(3)周围都是冷媒管，而一根冷媒管周围都是主排烟管路(2)或旁路排烟管路(3)的形式设计，主排烟管路(2)或旁路排烟管路(3)与冷媒管之间的间隙用散热片填充；将其主排烟管路(2)或旁路排烟管路(3)设计为外径一致内径大小不一且内表面粗糙，内径大的主排烟管路(2)或旁路排烟管路(3)要比内径小的主排烟管路(2)或旁路排烟管路(3)要长，以增加散热面积和扩大吸附细颗粒物的容积，内径大小不一的主排烟管路(2)或旁路排烟管路(3)采取榫接的方式大小间隔地活动地安装于蒸发器内，既便于拆卸清洗，又能有效的扩大主排烟管路(2)或旁路排烟管路(3)的散热面积，最大限度的吸附过滤排烟中的细颗粒物。
2.根据权利要求1所述的热能转换装置，其特征在于：所述原锅炉(1)设有旁路排烟管路(3)及N个风门，便于停止其中任何一台空气能锅炉进行拆卸清洗及维护保养。
3.根据权利要求1所述的热能转换装置，其特征在于：对N个空气能锅炉的冷凝器进行重新设计，将原冷凝器内的水管用承压空气能锅炉锅筒代替。
4.根据权利要求3所述的热能转换装置，其特征在于：所述空气能锅炉锅筒为压力容器，上面安装有水位表、压力表、安全阀，因为原锅炉的回水温度很高，接近100℃，在经过近300℃的排烟交换热能加热下很快能汽化为蒸汽，与补充水一起形成汽水混合物。
5.根据权利要求3所述的热能转换装置，其特征在于：所述空气能锅炉包括蒸发器、冷凝器、蒸发器与冷凝器连接管、空气能锅炉锅筒、补充水管电磁阀、回水电磁阀、回水水泵、补充水水泵、出水管电磁阀、原锅炉补充水水泵、原锅炉补充水管电磁阀。
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