CN108731490A - 一种新型烟气余热循环回收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种新型烟气余热循环回收系统及方法，包括烟气型非电空调热泵机组、冷却塔、板式换热器、中频加热炉、节能热水箱、冷却循环水泵、第一三通比例调节阀、第二三通比例调节阀和连接管路，中频加热炉的高温烟囱处通过烟气型热量表、第一三通比例调节阀连接有烟气型非电空调热泵机组和板式换热器，板式换热器与第一三通比例调节阀之间还设置有第二三通比例调节阀，板式换热器一侧还连到节能热水箱上，板式换热器的烟气排放出口处还设置温度流量监测仪。本发明回收利用中频加热炉高温烟气的热量，让低温生活热水与板式换热器进行高效换热；又通过循环回收，利用余热余能进行集中供冷供热，提高了热能循环经济效益。

Description

一种新型烟气余热循环回收系统及方法

技术领域

本发明涉及工业余热的回收再利用技术领域，特别是涉及一种新型烟气余热循环回收系统及方法。

背景技术

目前，在工业化工、制造业等领域产生有大量的工业废热，这些工业废热带有大量的高温余热，将其排放到空气中，不仅造成巨大的能源浪费，同时还会造成严重的大气环境热污染。随着热泵技术的发展，特别是一体化单效蒸汽、热水、烟气机的问世，使得工业中频加热炉、锅炉等高能耗废热的回收成为可能，回收利用这些余热资源，一方面可以提高对于一次能源的利用率，另一方面也可以减轻行业中的环境热污染问题，余热回收后加以合理利用能够提高热利用效率，例如集中供暖、供冷、并提供全年生活热水。然而，现有的一些回收系统在运作时经过换热器的烟气温度可能仍然很高，却被直接排放到大气中，造成了一定量的能源浪费。

目前市场上的余热回收系统主要有：1，高温热回收制取低温热，在市场上出现的最多；2，高温热制取7°低温冷水，市场上目前出现也不是很多。在此对第一种情况不做过多介绍，主要对第二中情况做一下详细对比说明，因为本发明与第二种情况最为类似，其利用的系统现状：废烟气或者废蒸汽通过板换换热出90°高温热水，再经过热水型溴化锂主机制取7°冷却水。之所以市场上应用不广泛是因为以下几点原因：1，烟气板换容易堵塞或腐蚀，同时换热效率衰减快；2，经过板换转换成高温热水再通过主机，系统回收效率降低30％-40％；3，无法解决烟气不连续而工艺冷却水需要连续供应的问题；4，系统防结晶是通过人工停机来解决比较繁琐。

本专利解决了上述所有相关的问题，主要的系统创新点有：1，烟气直接进主机，直接转换成7°冷却水，余热回收效率提高30％-40％，许多项目节能率明显提高，节能回收期缩短，项目可行性提高；2，烟气板换内部增加了防腐蚀涂料，同时嵌入主机的板换内部关键部分组件使用了特殊耐腐蚀性的材料，增加了板换寿命。而且结构上采用了可便于拆卸的互插式板换结构，可实现低成本维护保养；3，解决了烟气不连续而工艺冷却水需要连续供应的问题，使其应用与生产工艺上成为可能(有专门段落详细介绍本部分)；4，系统完美的解决了防结晶问题，通过冷却塔系统旁通+变频设置+烟气阀智能反馈调节系统解决了系统结晶问题。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种新型烟气余热循环回收系统，能够循环回收废热的余热，利用余热余能进行集中供冷供热，提高了热能循环经济效益。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种新型烟气余热循环回收系统，包括烟气型非电空调热泵机组、冷却塔、板式换热器、中频加热炉、节能热水箱、冷却循环水泵、三通比例调节阀、烟气型热量表、第二三通比例调节阀和连接管路，所述中频加热炉的高温烟囱处通过烟气型热量表、烟气型温度传感器、第一三通比例调节阀连接有烟气型非电空调热泵机组和板式换热器，板式换热器与第一三通比例调节阀之间还设置有第二三通比例调节阀，板式换热器一侧还连接到节能热水箱上，所述烟气型非电空调热泵机组连接有串联的冷却塔和冷却循环水泵，所述冷却水供回水总管之间设置了旁通阀，冷却水回水总管设置了温控阀，所述板式换热器的烟气排放出口处还设置了温度流量监测仪，所述冷冻水供回水末端设置了能量计。

进一步地，所述烟气型非电空调热泵机组并联接入空调冷冻水或工艺冷冻水系统。

进一步地，所述节能热水箱并联接入生活热水或工艺热水系统。

进一步地，所述连接管路包括与烟气型非电空调热泵机组连接的冷冻水供水总管和冷冻水回水总管。

进一步地，中频加热炉的出气口连接有烟气过滤机构，烟气过滤机构包括过滤管、以及沿气流方向依次设置于过滤管内的干式过滤组件、离子管、UV灯管和二氧化钛网板，水套的出水口与节能水箱连接。高温烟气经过过滤后去除烟气中的颗粒或其他有害物质，水套的水经过换热后进入节能水箱以供使用，更加环保。

本发明还提供一种新型烟气余热循环回收方法，包括以下步骤：

中频加热炉排放的高温烟气经过烟气型热量表进行检测烟气排放热量，通过设定于高温烟囱管路上的烟气型温度传感器和烟气型热量表检测信号判断中频加热炉高温烟气输出热量，若烟气输出热量达到设定值且末端负荷量变大时，调节第一三通比例调节阀开启比例变大；若烟气输出热量达到设定值且末端负荷量变小时，调节第一三通比例调节阀开启比例变小；若烟气输出热量低于设定值且末端负荷量变大时，调节第一三通比例调节阀开启比例变小且取热温度段变小；若烟气输出热量为零且末端负荷有需要时，系统自动进入停机保护模式，同时报警；若烟气输出热量不为零且末端负荷量为零时，系统自动进入停机保护模式，同时报警。

还包括以下步骤：经板式换热器利用后排放的低温烟气经旁通温度流量监测仪检测，若温度达到排放标准则直接排放，如高于设定温度排放标准则经第二三通比例调节阀调节继续旁通循环进入烟气型非电空调热泵机组和板式换热器，继续循环利用，直至达到排放设定温度标准后排放，一次生活热水管网的部分回水经板式换热器升温后进入节能水箱，并入一次生活热水管网供生活热水使用；

在冷却水回水总管上设置温控阀，当检测冷却水回水温度低于设定温度值时或冷却水流量低于设定值时，烟气型非电空调热泵机组控制器发出指令冷却塔停止运行，同时温控阀关闭，冷却水供回水之间的旁通阀开启，从而高温侧的冷却水供水经旁通阀流入冷却水回水侧并进入烟气型非电空调热泵机组，达到提高冷却水回水温度的目的，从而防止烟气型非电空调热泵机组结晶。

本发明的有益效果是：本发明回收利用中频加热炉的高温烟气的热量，同时让低温生活热水与板式换热器进行高效换热，部分生活热水回水并联进入板式换热器加热，最大限度的回收利用系统中能量；同时通过烟气排放出口处的温度流量监测仪检测温度，调节第二三通比例调节阀的阀门开度，在保证空调舒适性的同时，减少了能源的消耗浪费，而且循环回收废热的余热，利用余热余能进行集中供冷供热，提高了热能循环经济效益。

附图说明

图1是本发明新型烟气余热循环回收系统的整体结构示意图。

图2是本发明新型烟气余热循环回收系统的原理框图。

附图中各部件的标记如下：1.烟气型非电空调热泵机组，2.中频加热炉，3.冷却水循环水泵，4.冷却塔，5.板式换热器，6.节能水箱，7.第一三通比例调节阀，8.温度流量监测仪，9.第二三通比例调节阀，10.冷冻水供水总管，11.冷冻水回水总管，12.烟气型热量表，13.温控阀，14.旁通阀15.能量计。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

请参阅图1，本发明实施例包括：烟气型非电空调热泵机组1、冷却塔4、板式换热器5、中频加热炉2、节能水箱6、冷却水循环水泵3、第一三通比例调节阀7、第二三通比例调节阀9和连接管路，所述中频加热炉2的高温烟囱处通过烟气型热量表12、第一三通比例调节阀7连接有烟气型非电空调热泵机组1和板式换热器5，板式换热器5与第一三通比例调节阀7之间还设置有第二三通比例调节阀9，板式换热器5一侧还连接到节能水箱6上，所述烟气型非电空调热泵机组1连接有串联的冷却塔4和冷却循环水泵3，所述冷却水供回水总管之间设置了旁通阀14，冷却水回水总管设置了温控阀13，所述板式换热器5的烟气排放出口处还设置温度流量监测仪8，所述冷冻水供回水末端设置了能量计15。

烟气型非电空调热泵机组1并联接入空调冷冻水或工艺冷冻水系统。

节能热水箱6并联接入生活热水或工艺热水系统。

连接管路包括与烟气型非电空调热泵机组连接的冷冻水供水总管10和冷冻水回水总管11。

中频加热炉的出气口连接有烟气过滤机构，烟气过滤机构包括过滤管、以及沿气流方向依次设置于过滤管内的干式过滤组件、离子管、UV灯管和二氧化钛网板，水套的出水口与节能水箱连接。高温烟气经过过滤后去除烟气中的颗粒或其他有害物质，水套的水经过换热后进入节能水箱以供使用，更加环保。

本发明还提供一种新型烟气余热循环回收方法，包括以下步骤：

中频加热炉排放的高温烟气经过烟气型热量表进行检测烟气排放热量，通过设定于高温烟囱管路上的烟气型温度传感器和烟气型热量表检测信号判断中频加热炉高温烟气输出热量，若烟气输出热量达到设定值且末端负荷量变大时，调节第一三通比例调节阀开启比例变大；若烟气输出热量达到设定值且末端负荷量变小时，调节第一三通比例调节阀开启比例变小；若烟气输出热量低于设定值且末端负荷量变大时，调节第一三通比例调节阀开启比例变小且取热温度段变小；若烟气输出热量为零且末端负荷有需要时，系统自动进入停机保护模式，同时报警；若烟气输出热量不为零且末端负荷量为零时，系统自动进入停机保护模式，同时报警。

具体实施例：

如图2所示，中频加热炉2排放的高温烟气作为驱动热源进入烟气型非电空调热泵机组1内的发生器对稀溴化锂溶液进行加热，产生水蒸汽和浓的溴化锂溶液，水蒸汽通过冷凝器变成冷剂水，冷剂水进入蒸发器在真空状态下降温，吸收空调冷冻水热量，达到制冷效果，输出7-14℃的冷冻水，并入区域舒适性空调或工艺设备降温使用；冷剂水蒸发后变成水蒸汽，在吸收器被来自发生器的浓溴化锂溶液吸收，释放的热量被冷却水带走通过冷却塔排放。同时，中频加热炉2排放的高温烟气经过烟气型热量表进行检测烟气排放热量，通过设定于高温烟囱管路上的烟气型温度传感器和烟气型热量表12检测信号判断中频加热炉高温烟气输出热量多少调节第一三通比例调节阀7开启比例，经板式换热器5利用后排放的低温烟气经旁通温度流量监测仪8检测，若温度达到排放标准则直接排放，如高于设定温度排放标准则经第二三通比例调节阀9调节继续旁通循环进入烟气型非电空调热泵机组1和板式换热器5，继续循环利用，直至达到排放设定温度标准后排放，一次生活热水管网的部分回水经板式换热器5升温后进入节能水箱6，并入一次生活热水管网供生活热水使用。

因冷却水温度过低，会使烟气型非电空调热泵机组1内的吸收器换热性能提高，从而导致吸收器出口的稀溶液温度过低，稀溶液在低温换热器中与发生器而来的浓溶液换热，当浓溶液的温度降到低于结晶温度时引起结晶。另外，由于吸收器内工作温度的降低，浓溶液进入吸收器后在未来得及吸收冷剂蒸汽稀释浓度的时候温度降低至结晶温度，造成换热管上结晶现象，本专利通过在冷却水回水总管上设置温控阀13，当检测冷却水回水温度低于设定温度值时或冷却水流量低于设定值时，烟气型非电空调热泵机组1控制器发出指令冷却塔停止运行，同时温控阀13关闭，冷却水供回水之间的旁通阀14开启，从而高温侧的冷却水供水经旁通阀14流入冷却水回水侧并进入烟气型非电空调热泵机组1，达到提高冷却水回水温度的目的，从而防止烟气型非电空调热泵机组1结晶。

通过在冷冻水供回水末端设置能量计15，能量计实时采集供回水温差及流量原始数据，将原始数据传输至烟气型非电空调热泵机组1的中央处理控制器，第一三通比例调节阀7依据冷冻水供回水末端能量计15采集的负荷变化数据，由中央处理控制器对第一三通比例调节阀7发出指令，从而实现第一三通比例调节阀积分比例调节。

温度流量监测仪8通过监控模块将监测信号上传至服务器，同时可实现将监测数据与环保监测平台系统数据共享。

本发明回收利用中频加热炉2的高温烟气的热量，同时让低温生活热水与板式换热器5进行高效换热，部分生活热水回水并联进入板式换热器5加热，最大限度的回收利用系统中能量；同时通过烟气排放出口处的温度流量监测仪8检测温度，调节第二三通比例调节阀9的阀门开度，在保证空调舒适性的同时，减少了能源的消耗浪费，而且循环回收废热的余热，利用余热余能进行集中供冷供热，提高了热能循环经济效益。

控制部分总结说明：中频加热炉2的高温烟气的烟气量的控制主要和系统末端需要的总冷量进行联动控制；生活热水出水温度与板式换热器5进行联动控制；为了保证最大限度的回收利用系统中能量，主要是通过烟气排放出口处的温度流量监测仪8检测温度，调节第二三通比例调节阀9的阀门开度，来实现烟气余热回收效率的提高。

在系统运行过程中，如在烟气余热不断供应，末端负荷突然很小的情况下，系统仍在制取7°冷水，而烟气阀没有及时反馈调小烟气阀进而减少余热供应的条件下，系统管路会出现结冰现象，同时溴化锂主机内溴化锂溶液也会出现结晶现象，导致系统不可逆瘫痪受损。

本发明专利设计的系统很好的解决了这个问题，主要方式是：1，冷却塔和主机直接的供回水管旁通设置，进而实现在制取多而使用少的情况下通过旁通实现增加回水温度降低制取量；2，通过系统设置变频，进而实现在制取多而使用少的情况下减少流量降低制取量；3，通过烟气阀智能反馈系统及时减少烟气进入量进而实现降低制取量。最后达到防止系统结晶的目的。

在工业领域一般余热多是不连续产生，而工艺冷却水却是要求24小时连续供应，因此此系统很好的解决了这个问题，主要通过以下几点实现：1，通过余热量的波动范围取中间值+余热波动预设值＝设计余热量，由此选定相应主机，实际上主机配置看着似乎是配大一级，从而实现系统本身可以储存一定制冷量，及也是系统烟气余热波动的范围值。进而实现系统可以承受一定范围内的烟气余热波动的情况下，连续提供定量值的工艺冷却水；2，或设置储能水箱将一定量的余热回收的冷却水储存起来，进而实现系统可以承受一定范围内的烟气余热波动的情况下，连续提供定量值的工艺冷却水。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

案例说明：

目前，就本专利已经在运行应用实施案例为上海正谦汽车零配件厂模具冷却水系统,通过利用加工生产线上的中频加热炉(型号：KGPS800KW1000HZ)产生550℃的高温烟气，采用本专利改进节能系统(一套50万大卡的烟气型主机余热回收系统)输出7～12℃冷冻水对生产线高温模具铸件进行冷却，系统耗电功率仅为40KW，目前该套系统运行可靠稳定，真正实现了“变废为宝”，达到了预期的节能效果。

系统原始状态：一套50万大卡的电螺杆式冷水主机制冷系统给生产线高温模具铸件进行冷却，主机功率145.5KW，系统其他辅助设备总功率40KW，全年350天24小时运行，电价0.8元/度，全年运行费用124.7万人民币；系统初投资94万人民币，系统年维护费用6万元人民币。

本发明专利系统状态：一套50万大卡的烟气余热回收系统给生产线高温模具铸件进行冷却，主机功率2.5KW，系统其他辅助设备总功率40KW，全年350天24小时运行，电价0.8元/度，全年运行费用28.6万人民币；系统初投资120万人民币，系统年维护费用3万元人民币。

节能效益显著：此节能改造项目，一年运行费用节省96万元，投资回收期1.2年。

Claims (10)

1.一种新型烟气余热循环回收系统，其特征在于：包括烟气型非电空调热泵机组、冷却塔、板式换热器、中频加热炉、节能热水箱、冷却循环水泵、第一三通比例调节阀、烟气型热量表、第二三通比例调节阀和连接管路，所述中频加热炉的高温烟囱处通过第一第一三通比例调节阀连接有烟气型非电空调热泵机组和板式换热器，板式换热器与第一三通比例调节阀之间还设置有第二三通比例调节阀，板式换热器一侧还连接到节能热水箱上，所述烟气型非电空调热泵机组连接有串联的冷却塔和冷却循环水泵，所述冷却水供回水总管之间设置了旁通阀，冷却水回水总管设置了温控阀，所述板式换热器的烟气排放出口处还设置温度流量监测仪,所述冷冻水供回水末端设置了能量计。

2.根据权利要求1所述的新型烟气余热循环回收系统，其特征在于：所述烟气型非电空调热泵机组并联接入空调冷冻水或工艺冷冻水系统。

3.根据权利要求1所述的新型烟气余热循环回收系统，其特征在于：根据权利要求1所述的新型烟气余热循环回收系统，其特征在于：所述节能热水箱并联接入生活热水或工艺热水系统。

4.根据权利要求1所述的新型烟气余热循环回收系统，其特征在于：所述连接管路包括与烟气型非电空调热泵机组连接的冷冻水供水总管和冷冻水回水总管。

5.根据权利要求1所述的新型烟气余热循环回收系统，其特征在于：所述高温烟囱上设有烟气型热量表。

6.根据权利要求1所述的新型烟气余热循环回收系统，其特征在于：所述冷却水供回水总管之间设置了旁通阀，冷却水回水总管设置了温控阀。

7.根据权利要求1所述的新型烟气余热循环回收系统，其特征在于：所述冷冻水供回水末端设置了能量计。

8.根据权利要求1所述的新型烟气余热循环回收系统，其特征在于：所述中频加热炉的出气口连接有烟气过滤机构，烟气过滤机构包括过滤管、以及沿气流方向依次设置于过滤管内的干式过滤组件、离子管、UV灯管和二氧化钛网板，过滤管的外表面设有水套，水套的出水口与节能水箱连接。

9.一种如权利要求1-8任一所述的新型烟气余热循环回收方法，其特征在于：包括以下步骤：

中频加热炉排放的高温烟气经过烟气型热量表进行检测烟气排放热量，通过设定于高温烟囱管路上的烟气型温度传感器和烟气型热量表检测信号判断中频加热炉高温烟气输出热量，若烟气输出热量达到设定值且末端负荷量变大时，调节第一三通比例调节阀开启比例变大；若烟气输出热量达到设定值且末端负荷量变小时，调节第一三通比例调节阀开启比例变小；若烟气输出热量低于设定值且末端负荷量变大时，调节第一三通比例调节阀开启比例变小且取热温度段变小；若烟气输出热量为零且末端负荷有需要时，系统自动进入停机保护模式，同时报警；若烟气输出热量不为零且末端负荷量为零时，系统自动进入停机保护模式，同时报警。

10.根据权利要求9所述的新型烟气余热循环回收方法，其特征在于：还包括以下步骤：经板式换热器利用后排放的低温烟气经旁通温度流量监测仪检测，若温度达到排放标准则直接排放，如高于设定温度排放标准则经第二三通比例调节阀调节继续旁通循环进入烟气型非电空调热泵机组和板式换热器，继续循环利用，直至达到排放设定温度标准后排放，一次生活热水管网的部分回水经板式换热器升温后进入节能水箱，并入一次生活热水管网供生活热水使用；

在冷却水回水总管上设置温控阀，当检测冷却水回水温度低于设定温度值时或冷却水流量低于设定值时，烟气型非电空调热泵机组控制器发出指令冷却塔停止运行，同时温控阀关闭，冷却水供回水之间的旁通阀开启，从而高温侧的冷却水供水经旁通阀流入冷却水回水侧并进入烟气型非电空调热泵机组，达到提高冷却水回水温度的目的，从而防止烟气型非电空调热泵机组结晶。