CN105605828A - 一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，包括水源热泵系统和自然循环余热锅炉的废热利用系统；所述自然循环余热锅炉的废热利用系统包括蒸汽通路、给水管、省煤器、汽包、第二蒸发器、过热器和烟气管道，所述水源热泵系统包括压缩机、冷凝器、第一蒸发器、膨胀阀、汽轮机、汽水换热器、冷凝水泵、循环水回水管和流量控制阀；该利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统可以有效利用自然循环余热锅炉的废气，提高能源利用率。

Description

一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统
技术领域
本发明属于能源回收利用设备技术领域，涉及锅炉、水源热泵技术领域，特指一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统。
背景技术
能源的高效利用与节能环保已成为决定人类社会能否长期可持续快速发展的关键问题，正日益受到人们的重视，当今社会，水源热泵技术发展迅速，应用广泛。水源热泵系统，是以消耗少量的电能驱动压缩机运转形成热泵循环，把温度较低的低品位热能转化成为温度较高的、可供生产生活使用的较高品位热能。在一些工业比较发达的地区，相当多的锅炉烟气没有得到充分利用，排放到大气中，造成了资源浪费环境污染，资源梯级利用迫在眉睫。而如何利用好锅炉的烟气余热，对解决能源的高效利用与节能环保问题具有十分重要的意义。
由于余热的低品位性及存在的普遍性，要求余热回收装置能在小传热温压下传递大热流量，热回收率高，阻力小，还要求结构简单、紧凑、经济，并能妥善处理低温腐蚀问题。常规形式的换热器由于传热温压小、体积庞大、投资费用昂贵，或是由于换热流程长、阻力大，驱动功耗剧增，运行费用高，或是由于制造复杂、难以维护，或是由于腐蚀、结垢、危急设备寿命等原因，其在余热回收中的应用受到限制。
目前，锅炉产生的烟气余热回收主要是通过利用水的显热来回收余热的省煤器和通过利用空气的显热来回收余热的空气预热器，其中利用水的显热来回收烟气余热的省煤器水流量大，水泵耗功多，换热系数低，经济性差；而且只要有一根水管破裂，就会影响锅炉的正常运行，存在安全隐患；此外，当进口水温较低时，常出现部分省煤器管道低于酸露点温度而造成管道酸腐蚀现象；利用空气显热来回收余热的空气预热器的主要缺点是：无论是间壁式空气预热器，还是回转式空气预热器，空气通道和烟气通道必须紧连在一起，工程布置难度大，还存在空气与烟气互混等现象；而且，由于气气换热系数低，换热器庞大，使烟道也很庞大；此外，当进口空气温度较低时，常出现空气预热器低于酸露点温度而造成的换热器腐蚀现象。
发明内容
考虑到现有技术的上述问题，根据本发明的一个方面，为解决上述的技术问题，本发明中锅炉烟气管道的出口处烟气余热将省煤器中的水加热为水蒸气，再将水蒸气送入第二蒸发器内，第二蒸发器内水蒸气进入汽包内存储，汽包内的水蒸气在排出时经过过热器变为过热蒸汽，该过热蒸汽经过蒸汽通路进入汽轮机，由汽轮机将过热蒸汽的内能转变为机械能用于驱动水源热泵系统中的压缩机，使水源热泵系统从地下水、污水、工业废水或工业冷却水等低温热源中吸收热量，对供热系统的回水进行第一级加热，蒸汽余压充分降低后再进入汽水换热器放出热量对供热循环水进行二次加热，这样既充分利用了蒸汽的余压余热，又可以回收利用地下水、污水、工业废水或工业冷却水中的低温热能，该系统具有更高的能源利用效率，经济效益更加突出。烟气在烟气管道内先经过过热器放热，加热蒸汽通路内的蒸汽；连接汽包和第二蒸发器的管道B穿过烟气管道，这样在第二蒸发器内的水蒸气进入汽包时，散失的热量补充到烟气管道内，减少流失，烟气管道内的高温烟气还可进一步保持管道B内的水蒸气的温度。
具体方案如下：
一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，包括水源热泵系统和自然循环余热锅炉的废热利用系统；
所述自然循环余热锅炉的废热利用系统包括蒸汽通路、给水管、省煤器、汽包、第二蒸发器、过热器和烟气管道，所述省煤器绕于所述烟气管道出口的外壁上，所述过热器绕于所述烟气管道入口的外壁上；所述给水管连接所述省煤器的入口，省煤器的出口通过管道A连接所述第二蒸发器的入口；所述第二蒸发器出口与汽包入口之间通过管道B连接，所述汽包的出口通过管道C和过热器的入口连接，过热器的出口连接蒸汽通路的一端，所述管道B穿过所述烟气管道；
所述水源热泵系统包括压缩机、冷凝器、第一蒸发器、膨胀阀、汽轮机、汽水换热器、冷凝水泵、循环水回水管和流量控制阀；
第一蒸发器包括第一入口、与第一入口相连通的第一出口、第二入口、与第二入口相连通的第二出口；
冷凝器包括第一入口、与第一入口相连通的第一出口、第二入口、与第二入口相连通的第二出口；
汽水换热器包括第一入口、与第一入口相连通的第一出口、第二入口、与第二入口相连通的第二出口；
第一蒸发器的第一入口通过管道D连接外界水源，第一蒸发器的第一出口通过管道E连接外界环境；
第一蒸发器的第二出口与冷凝器的第二入口通过管道F连接，冷凝器的第二出口与第一蒸发器的第二入口通过管道G连接；
第一蒸发器和冷凝器通过管道F和管道G构成循环回路；
所述冷凝器的第一入口连接有循环水回水管，冷凝器的第一出口通过管道H连接汽水换热器的第二入口，汽水换热器的第一出口通过管道I连接冷凝水泵，汽水换热器的第二出口通过管道J连接外界供热系统的供水管；
所述管道G上设有膨胀阀；
所述管道F上连接有压缩机，压缩机设于第一蒸发器的第二出口和冷凝器的第二入口之间；在冷凝器和压缩机之间还设有流量控制阀；
所述蒸汽通路的另一端与汽轮机的进气口连接，汽轮机的出气口通过管道K连接汽水换热器的第一入口，汽轮机的机械能输出端通过螺栓连接压缩机的进气口。
进一步，所述第一蒸发器的第一入口所连接的外界水源为地下水、污水、工业废水或工业冷却水。
进一步，在所述给水管上设置有集成式稳流配水装置。
进一步，所述管道I上设有汽水分离器。
进一步，所述汽水分离器为波形板。
进一步，所述烟气管道为U型。
进一步，所述管道B的内壁上设有隔板，所述隔板为波形板。
进一步，所述压缩机为活塞式压缩机。
有益效果：
(1)由于连接汽包和第二蒸发器的管道B是穿过烟气管道的，这样在第二蒸发器内的水蒸气进入汽包时，散失的热量补充到烟气管道内，减少流失，烟气管道内的高温烟气还可进一步保持管道B内的水蒸气的温度。
(2)该利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统可以有效利用自然循环余热锅炉的废气，提高能源利用率。
(3)本发明结构紧凑，占用空间小，实现了热能的优化利用；换热效率高，热量损失小，整个换热过程是在封闭的换热壳体内进行，壳体保温良好。
(4)实现了热能的分级利用，从而提高传热效率。
(5)管内流体可以周期性的改变运动方向和速度，不易结垢，有助于保持内表面的清洁和保证装置长期稳定的运行。
附图说明
图1是本发明中利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统的结构示意图。
图中，1-压缩机，2-冷凝器，21-冷凝器的第一入口，22-冷凝器的第一出口，23-冷凝器的第二入口，24-冷凝器的第二出口，3-第一蒸发器，31-第一蒸发器的第一入口，32-第一蒸发器的第一出口，33-第一蒸发器的第二入口，34-第一蒸发器的第二出口，4-膨胀阀，5-汽轮机，51-汽轮机的进气口，52-汽轮机的出气口，53-汽轮机的机械能输出端，6-汽水换热器，61-汽水换热器的第一入口，62-汽水换热器的第一出口，63-汽水换热器的第二入口，64-汽水换热器的第二出口，7-冷凝水泵，8-蒸汽通路，9-循环水回水管，10-给水管，11-省煤器，12-汽包，13-第二蒸发器，14-过热器，15-流量控制阀，16-烟气管道，17-隔板
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述：
如图1所示，一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，包括水源热泵系统和自然循环余热锅炉的废热利用系统；
所述自然循环余热锅炉的废热利用系统包括蒸汽通路8、给水管10、省煤器11、汽包12、第二蒸发器13、过热器14和烟气管道16，所述省煤器11绕于所述烟气管道16出口的外壁上，所述过热器14绕于所述烟气管道16入口的外壁上；所述给水管10连接所述省煤器11的入口，省煤器11的出口通过管道A连接所述第二蒸发器13的入口；所述第二蒸发器13出口与汽包12入口之间通过管道B连接，所述汽包12的出口通过管道C和过热器14的入口连接，过热器14的出口连接蒸汽通路8的一端，所述管道B穿过所述烟气管道16；所述水源热泵系统包括压缩机1、冷凝器2、第一蒸发器3、膨胀阀4、汽轮机5、汽水换热器6、冷凝水泵7、循环水回水管9和流量控制阀15；第一蒸发器3包括第一入口31、与第一入口31相连通的第一出口32、第二入口33、与第二入口33相连通的第二出口34；冷凝器2包括第一入口21、与第一入口21相连通的第一出口22、第二入口23、与第二入口23相连通的第二出口24；汽水换热器6包括第一入口61、与第一入口61相连通的第一出口62、第二入口63、与第二入口63相连通的第二出口64；第一蒸发器3的第一入口31通过管道D连接外界水源，第一蒸发器3的第一出口32通过管道E连接外界环境；所述的外界水源为地下水、污水、工业废水或工业冷却水；第一蒸发器3的第二出口34与冷凝器2的第二入口23通过管道F连接，冷凝器2的第二出口24与第一蒸发器3的第二入口33通过管道G连接；第一蒸发器3和冷凝器2通过管道F和管道G构成循环回路；所述冷凝器2的第一入口21连接有循环水回水管9，冷凝器2的第一出口22通过管道H连接汽水换热器6的第二入口63，汽水换热器6的第一出口62通过管道I连接冷凝水泵7，汽水换热器6的第二出口64通过管道J连接外界供热系统的供水管；所述管道G上设有膨胀阀4；所述管道F上连接有压缩机1，压缩机1设于第一蒸发器3的第二出口34和冷凝器2的第二入口23之间；在冷凝器2和压缩机1之间还设有流量控制阀15；所述蒸汽通路8的另一端与汽轮机5的进气口51连接，汽轮机5的出气口52通过管道K连接汽水换热器6的第一入口61，汽轮机5的机械能输出端53通过螺栓连接压缩机1的进气口。
在所述给水管10上设置有集成式稳流配水装置，使得该系统更加完善。所述管道I上还可设有汽水分离器，常规汽水分离器均可适用，或者采用波形板。所述烟气管道(16)为U型，当烟气管道16为U型时，烟气管道16本身所占的体积变小，同时管道B可分别穿过烟气管道16的入口段和出口段，两次穿过烟气管道16，可实现热量更充分的交换和保留。所述管道B的内壁上还可设有隔板17，所述隔板17为波形板，用来增大换热面积和增加换热途径。本发明所使用的压缩机1可以为活塞式压缩机。
锅炉烟气管道16的出口处烟气余热将省煤器11中的水加热为水蒸气，再将水蒸气送入第二蒸发器13内，第二蒸发器13内水蒸气进入汽包12内存储，汽包12内的水蒸气在排出时经过过热器14变为过热蒸汽，该过热蒸汽经过蒸汽通8路进入汽轮机5，由汽轮机5将过热蒸汽的内能转变为机械能用于驱动水源热泵系统中的压缩机1，使水源热泵系统从地下水、污水、工业废水或工业冷却水等低温热源中吸收热量，对供热系统的回水进行第一级加热，蒸汽余压充分降低后再进入汽水换热器6放出热量对供热循环水进行二次加热，这样既充分利用了蒸汽的余压余热，又可以回收利用地下水、污水、工业废水或工业冷却水中的低温热能，该系统高能源利用效率，经济效益突出。烟气在烟气管道16内先经过过热器14放热，加热蒸汽通路内的蒸汽；连接汽包12和第二蒸发器13的管道B穿过烟气管道16，这样在第二蒸发器内13的水蒸气进入汽包12时，散失的热量补充到烟气管道16内，减少流失，烟气管道16内的高温烟气还可进一步保持管道B内的水蒸气的温度。

Claims (8)

1.一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，其特征在于，包括水源热泵系统和自然循环余热锅炉的废热利用系统；
所述自然循环余热锅炉的废热利用系统包括蒸汽通路(8)、给水管(10)、省煤器(11)、汽包(12)、第二蒸发器(13)、过热器(14)和烟气管道(16)，所述省煤器(11)绕于所述烟气管道(16)出口的外壁上，所述过热器(14)绕于所述烟气管道(16)入口的外壁上；所述给水管(10)连接所述省煤器(11)的入口，省煤器(11)的出口通过管道A连接所述第二蒸发器(13)的入口；所述第二蒸发器(13)出口与汽包(12)入口之间通过管道B连接，所述汽包(12)的出口通过管道C和过热器(14)的入口连接，过热器(14)的出口连接蒸汽通路(8)的一端，所述管道B穿过所述烟气管道(16)；
所述水源热泵系统包括压缩机(1)、冷凝器(2)、第一蒸发器(3)、膨胀阀(4)、汽轮机(5)、汽水换热器(6)、冷凝水泵(7)、循环水回水管(9)和流量控制阀(15)；
第一蒸发器(3)包括第一入口(31)、与第一入口(31)相连通的第一出口(32)、第二入口(33)、与第二入口(33)相连通的第二出口(34)；
冷凝器(2)包括第一入口(21)、与第一入口(21)相连通的第一出口(22)、第二入口(23)、与第二入口(23)相连通的第二出口(24)；
汽水换热器(6)包括第一入口(61)、与第一入口(61)相连通的第一出口(62)、第二入口(63)、与第二入口(63)相连通的第二出口(64)；
第一蒸发器(3)的第一入口(31)通过管道D连接外界水源，第一蒸发器(3)的第一出口(32)通过管道E连接外界环境；
第一蒸发器(3)的第二出口(34)与冷凝器(2)的第二入口(23)通过管道F连接，冷凝器(2)的第二出口(24)与第一蒸发器(3)的第二入口(33)通过管道G连接；
第一蒸发器(3)和冷凝器(2)通过管道F和管道G构成循环回路；
所述冷凝器(2)的第一入口(21)连接有循环水回水管(9)，冷凝器(2)的第一出口(22)通过管道H连接汽水换热器(6)的第二入口(63)，汽水换热器(6)的第一出口(62)通过管道I连接冷凝水泵(7)，汽水换热器(6)的第二出口(64)通过管道J连接外界供热系统的供水管；
所述管道G上设有膨胀阀(4)；
所述管道F上连接有压缩机(1)，压缩机(1)设于第一蒸发器(3)的第二出口(34)和冷凝器(2)的第二入口(23)之间；在冷凝器(2)和压缩机(1)之间还设有流量控制阀(15)；
所述蒸汽通路(8)的另一端与汽轮机(5)的进气口(51)连接，汽轮机(5)的出气口(52)通过管道K连接汽水换热器(6)的第一入口(61)，汽轮机(5)的机械能输出端(53)通过螺栓连接压缩机(1)的进气口。
2.根据权利要求1所述的一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，其特征在于，所述第一蒸发器(3)的第一入口(31)所连接的外界水源为地下水、污水、工业废水或工业冷却水。
3.根据权利要求1所述的一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，其特征在于，在所述给水管(10)上设置有集成式稳流配水装置。
4.根据权利要求1所述的一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，其特征在于，所述管道I上设有汽水分离器。
5.根据权利要求4所述的一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，其特征在于，所述汽水分离器为波形板。
6.根据权利要求1所述的一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，其特征在于，所述烟气管道(16)为U型。
7.根据权利要求1所述的一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，其特征在于，所述管道B的内壁上设有隔板(17)，所述隔板(17)为波形板。
8.根据权利要求1所述的一种利用锅炉烟气余热的余热余压型水源热泵系统，其特征在于，所述压缩机(1)为活塞式压缩机。
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