CN104279794A - 烟气余热全回收热泵系统及制取高温热水的方法 - Google Patents

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Abstract

一种烟气余热全回收热泵系统及制取高温热水的方法，热泵系统包括余热回收装置和水源热泵装置。所述余热回收装置包括喷淋式余热回收器、循环水泵和循环水管道，所述水源热泵装置采用满液式蒸发器和花瓣孔板式冷凝器，余热回收装置的循环水管道连接水源热泵装置的满液式蒸发器，使两个装置组成一个热泵系统，热泵系统运行采用自动监测控制系统。制取高温热水的方法是：先通过喷淋式余热回收器对烟气的显热和潜热进行全回收，再通过循环水管道把回收热量传递给满液式蒸发器，然后通过水源热泵装置提高回收热量的品位，再通过花瓣孔板式冷凝器将高品位的热量传递给自来水，制取高温热水。该热泵系统能全部回收烟气余热，还有净化烟气的作用。

Description

烟气余热全回收热泵系统及制取高温热水的方法
技术领域
本发明涉及一种烟气余热全回收热泵系统及制取高温热水的方法，属余热回收利用领域。
背景技术
锅炉和窑炉在运行过程中排放大量的高温烟气及粉尘，为了回收利用烟气余热，工程中常在烟道上安装省煤器或空气预热器，一般采用管翅式换热器，它们都属于间壁式换热器，只能回收烟气中的部分显热，且载热介质的温度低于烟气温度。
文献中介绍一种喷淋式烟气余热回收方法，属于直接接触式换热，比间壁式换热效率更高，但目前存在如下问题：有的喷淋式烟气余热回收器内装填料，但结构设计不合理，过厚的填料层造成烟气的流动阻力过大，且喷淋水在填料层形成壁流现象，从而降低了烟气与喷淋水的换热效率；有的喷淋式烟气余热回收器不设填料吸热层，虽然大大减小烟气流动阻力，但烟气与喷淋水无法充分接触换热，同样造成烟气余热回收效率较低。
烟气中通常含有一定量的SO2和NOx，与喷淋水结合后形成酸，会对余热回收器及引风机等设备和管道造成严重腐蚀，因此需要解决喷淋式烟气余热回收器的耐腐蚀问题，以及实时控制和调节喷淋水的酸碱度。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种烟气余热全回收热泵系统及制取高温热水的方法。本发明采用如下技术方案：
一种烟气余热全回收热泵系统，包括余热回收装置和水源热泵装置。所述余热回收装置包括喷淋式余热回收器、循环水泵和循环水管道，所述水源热泵装置采用满液式蒸发器和花瓣孔板式冷凝器，余热回收装置的循环水管道连接水源热泵装置的满液式蒸发器，使两个装置组成一个热泵系统，在保证换热效率的前提下实现两个装置的完美结合，同时热泵系统的运行采用自动监测控制系统。
所述喷淋式余热回收器采用立式圆筒体，自上而下依次设置有烟气出口管、多功能翅片捕雾器、喷淋雾化器、空腔吸热段、填料吸热段、填料支撑孔板、烟气进口管、补水进口管、喷淋水集箱和排污管。
所述水源热泵包括满液式蒸发器、气液分离器、高温螺杆式压缩机、花瓣孔板式冷凝器、储液器、干燥过滤器、节流阀和引射泵，各部件间通过不锈钢管道连接，水源热泵的管道内装有载热工质。
所述热泵系统的自动监测控制系统，包括循环水酸碱度监测控制器、碱液自动加注器和热泵系统运行自动控制器，能自动调节喷淋式余热回收器中循环水的酸碱度。
所述多功能翅片捕雾器由波纹板翅片阵列和冷凝盘管组成，波纹板翅片阵列套固在冷凝盘管外，不但能高效捕集烟气中的水雾，而且还能回收烟气携带的部分热量。
所述填料吸热段采用阶梯环或鲍尔环填料，填料下面装有填料支撑孔板，在支撑填料的同时还可以实现烟气的均布，保证烟气与填料表面水膜的充分接触，提高换热效率。
所述满液式蒸发器出汽口设置除液器，以避免液击现象，换热管采用高温烧结多孔表面，以强化换热管外沸腾换热。
所述花瓣孔板式冷凝器为固定管板式，换热管内采用微肋壁面，换热管束支撑采用花瓣孔板，使换热器壳程流体沿着轴向流动。
所述引射泵用于抽取存积在满液式蒸发器和花瓣孔板式冷凝器中的润滑油，使润滑油回到压缩机，保证压缩机正常工作。
所述压缩机采用高温螺杆式压缩机，以满足实际生产中对不同冷凝温度的需求。
一种制取高温热水的方法是：先通过喷淋式余热回收器对烟气的显热和潜热进行全回收，再通过循环水管道把回收热量传递给满液式蒸发器，然后通过水源热泵装置提高回收热量的品位，再通过花瓣孔板式冷凝器将高品位的热量传递给自来水，制取高温热水。
本发明采用上述技术方案后，与现有技术相比具有以下有益效果：一是采用喷淋式换热，使烟气与喷淋水直接接触换热，可实现烟气显热和潜热的全回收，同时还有净化烟气的作用；二是采用空腔吸热段和填料吸热段“两段式”余热回收器，不但增大了汽液换热空间，而且也显著减小了烟气的流动阻力；三是采用自动监测控制系统，能自动调节喷淋式余热回收器中循环水的酸碱度，解决了设备和管道的腐蚀问题；四是余热回收装置与水源热泵装置组成一个烟气余热全回收热泵系统，回收的烟气余热通过水源热泵装置有效提高其品位，提高了余热的使用价值，扩大了余热的应用范围。
附图说明
图1是烟气余热全回收热泵系统原理图。
图2是内壁微肋管示意图。
图3是花瓣孔板示意图。
附图标记，1-喷淋水集箱；2-烟气进口管；3-填料支撑孔板；4-填料吸热段；5-筒体；6-空腔吸热段；7-喷淋雾化器；8-多功能翅片捕雾器；9-烟气出口管；10-循环水泵；11-补水进口管；12-筒体支腿；13-排污管；14-酸碱度监测控制器；15-碱液自动加注器；16—满液式蒸发器；17-气液分离器；18-高温螺杆式压缩机；19-花瓣孔板式冷凝器；20-储液器；21-干燥过滤器；22-节流阀；23-电磁阀；24-引射泵。
具体实施方式
结合附图对本发明的具体实施方式进行说明。
如图1所示，一种烟气余热全回收热泵系统，包括余热回收装置和水源热泵装置。所述余热回收装置包括喷淋式余热回收器、循环水泵和循环水管道，其中喷淋式余热回收器采用立式圆筒体5，自上而下依次设置有烟气出口管9、多功能翅片捕雾器8、喷淋雾化器7、空腔吸热段6、填料吸热段4、填料支撑孔板3、烟气进口管2、喷淋水集箱1、补水进口管11和排污管13。喷淋式余热回收器的下端设置筒体支腿12，循环水管道上设置有循环水泵10。所述水源热泵装置包括满液式蒸发器16、气液分离器17、高温螺杆式压缩机18、花瓣孔板式冷凝器19、储液器20、干燥过滤器21、节流阀22、电磁阀23和引射泵24，各部件间通过不锈钢管道连接，管道内装有载热工质。余热回收装置的循环水管道连接水源热泵装置的满液式蒸发器16，使两个装置组成一个热泵系统，在保证换热效率的前提下实现两个装置的完美结合，同时热泵系统的运行采用自动监测控制系统。
烟气余热全回收热泵系统运行时，先通过喷淋式余热回收器对烟气的显热和潜热进行全回收，再通过循环水管道把回收热量传递给满液式蒸发器，然后通过水源热泵装置提高回收热量的品位，再通过花瓣孔板式冷凝器将高品位的热量传递给自来水，制取高温热水。
下面举例说明烟气余热全回收热泵系统具体工作过程及制取高温热水的方法：
在喷淋式余热回收器中，烟气通过筒体下部的烟气进口管2进入筒体5，经过填料支撑孔板3均布后进入填料吸热段4，烟气余热首先被填料表面的水膜吸收一部分，之后进入空腔吸热段6，从喷淋雾化器7喷出的低温雾化水与烟气在空腔吸热段6混合，烟气余热被低温水雾进一步吸收，经过空腔吸热段6的烟气继续上升经过多功能翅片捕雾器8之后，除去烟气携带的部分水分，从筒体顶端的烟气出气管9排出。
吸收烟气余热的循环水在重力作用下落到筒体底部的喷淋水集箱1，循环水通过循环水泵10进入满液式换热器16，与水源热泵装置内的载热工质进行换热，降温后的循环水通过循环水管道再次进入喷淋雾化器7，继续进行喷淋换热循环。
 在水源热泵装置中，液态载热工质在满液式蒸发器16内吸收循环水的热量后汽化，载热工质蒸气经过气液分离器17在高温螺杆式压缩机18内压缩成高温高压气体，之后进入花瓣孔板式冷凝器19与自来水进行换热，放热后的高温高压载热工质蒸气冷凝为高压液体，经过储液器20、干燥过滤器21、节流阀22之后，又变为低压的液态载热工质，再次进入满液式蒸发器16，完成载热工质循环。载热工质循环过程中，存积在满液式蒸发器和花瓣孔板式冷凝器中的润滑油在引射泵的作用下回到压缩机，以保证压缩机正常工作。
来自外部管网的自来水，在花瓣孔板式冷凝器19内吸收载热工质放出的热量后变为高温热水，供生产和生活使用。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种烟气余热全回收热泵系统，包括余热回收装置和水源热泵装置，其特征在于，所述余热回收装置包括喷淋式余热回收器、循环水泵和循环水管道，所述水源热泵装置采用满液式蒸发器和花瓣孔板式冷凝器，余热回收装置的循环水管道连接水源热泵装置的满液式蒸发器，使两个装置组成一个热泵系统，热泵系统运行采用自动监测控制系统。
2.根据权利要求1所述的烟气余热全回收热泵系统，其特征在于，所述喷淋式余热回收器采用立式圆筒体，自上而下依次设置有烟气出口管、多功能翅片捕雾器、喷淋雾化器、空腔吸热段、填料吸热段、填料支撑孔板、烟气进口管、补水进口管、喷淋水集箱和排污管。
3.根据权利要求1所述的烟气余热全回收热泵系统，其特征在于，所述水源热泵包括满液式蒸发器、气液分离器、高温螺杆式压缩机、花瓣孔板式冷凝器、储液器、干燥过滤器、节流阀和引射泵，各部件间通过不锈钢管道连接，水源热泵的管道内装有载热工质。
4.根据权利要求1所述的烟气余热全回收热泵系统，其特征在于，所述自动监测控制系统包括循环水酸碱度监测控制器、碱液自动加注器和热泵系统运行自动控制器。
5.根据权利要求2所述的喷淋式余热回收器，其特征在于，所述多功能翅片捕雾器由波纹板翅片阵列和冷凝盘管组成，波纹板翅片阵列套固在冷凝盘管外。
6.根据权利要求2所述的喷淋式余热回收器，其特征在于，所述填料吸热段采用阶梯环或鲍尔环填料，填料下面装有填料支撑孔板。
7.根据权利要求3所述的水源热泵装置，其特征在于，所述满液式蒸发器出汽口设置除液器，换热管采用高温烧结多孔表面。
8.根据权利要求3所述的水源热泵装置，其特征在于，所述花瓣孔板式冷凝器为固定管板式，换热管内采用微肋壁面，换热管束支撑采用花瓣孔板。
9.根据权利要求1-8任意一项所述烟气余热全回收热泵系统，一种制取高温热水的方法，其特征在于，先通过喷淋式余热回收器对烟气的显热和潜热进行全回收，再通过循环水管道把回收热量传递给满液式蒸发器，然后通过水源热泵装置提高回收热量的品位，再通过花瓣孔板式冷凝器将高品位的热量传递给自来水，制取高温热水。
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