CN109099731A - 烟气回收冷凝系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及节能技术领域，尤其是烟气回收冷凝系统，包括烟气换热装置、高温水箱、锅炉和软水箱；烟气换热装置包括进烟管、出烟管和节能体；软水箱上设有用于向锅炉供水的供水管和用于向节能体供常温水的进水管；节能体上连通有出水管，出水管与高温水箱连通；高温水箱上还设有回水管和排水管；回水管与进水管连通，且回水管与进水管连接处设置有三通调节阀；高温水箱上设有液位传感器和液位控制器；排水管与供水管连通，供水管上设有锅炉补水泵和第二阀门，且排水管与供水管的连接处位于锅炉补水泵和第二阀门之间。本方案解决了现有技术中烟气余热回收时，导致锅炉爆炸的问题。

Description

烟气回收冷凝系统

技术领域

本发明涉及节能技术领域，具体涉及烟气回收冷凝系统。

背景技术

近年来，随着社会的日益发展与进步，国家对资源节约、环境保护、能源的综合利用等方面的要求逐步提高。在供热行业，燃气锅炉相对于燃煤锅炉具有污染更小、热效率更高等优势。

1m³天然气燃烧后会放出9450kcal的热量，其中显热为8500kcal，水蒸气含有的热量(潜热)为950kcal。对于传统燃气锅炉可利用的热能就是8500kcal的显热，供热行业中常规计算天然气热值一般以8500kcal/nm³为基础计算。这样，天然气的实际总发热量9450kcal与天然气的显热8500kcal比例关系以百分数表示就为：111％，其中显热部分占100％，潜热部分占11％，所以对于传统燃气锅炉来说还是有很多热量白白浪费掉。而普通天然气锅炉的排烟温度一般在120--250℃，这些烟气含有8％--15％的显热和11％的水蒸气潜热。因此，现有技术设计了一种对烟气余热回收利用的装置，主要是利用常温水循环对烟气进行降温以及余热回收，常温水吸收热量形成高温水后，再次排入到锅炉内，进而减少对锅炉加热的能耗。

现有技术存在以下技术问题：加热后的高温水直接排入锅炉中时，由于对烟气的余热回收是不能间断的，因此，长期向锅炉内排入高温水，锅炉内部压强会增大，容易导致锅炉爆炸等事故发生。

发明内容

本发明的目的在于提供烟气回收冷凝系统，解决现有技术中烟气余热回收时，导致锅炉爆炸的问题。

为达到上述目的，本发明的基础方案如下：

烟气回收冷凝系统，包括烟气换热装置、高温水箱、锅炉和软水箱；烟气换热装置包括进烟管、出烟管和用于烟气换热的节能体；进烟管和出烟管均与节能体连通；

软水箱上设有用于向锅炉供水的供水管和用于向节能体供常温水的进水管；节能体上连通有出水管，出水管与高温水箱连通；高温水箱上还设有回水管和用于将高温水箱内的水排放至锅炉的排水管；

回水管与进水管连通，且回水管与进水管连接处设置有三通调节阀；高温水箱上设有液位传感器和液位控制器；所述液位控制器用于接收液位传感器发出的高水位信号或低水位信号，并控制三通调节阀切换；

排水管与供水管连通，供水管上设有锅炉补水泵和第二阀门，且排水管与供水管的连接处位于锅炉补水泵和第二阀门之间。

本方案产生的有益效果是：

1、烟气换热装置与原系统采取并联方式安装，保留了原锅炉系统的功能和作用。烟气通过进烟管进入到节能体内，常温水通过进水管进入到节能体内，烟气和常温水进行余热转换，不仅实现了对烟气的降温；还实现了对常温水的加热，进而使得常温水成为高温水；不仅保证了对烟气余热的回收利用，同时还节约了能耗。

2、本方案中节能体中排出的高温水不是直接通入到锅炉内，而是进入到高温水箱内进行储存；当锅炉需要用水时，打开排水管上的阀门，使得高温水箱内的热水进入到锅炉内；进而减少锅炉的能耗；当高温水箱内的水位到达最低位置时，高温水箱不会再向锅炉内供水，此时，打开第二阀门，软水箱向锅炉内供水；当锅炉不需要用水时，关闭第二阀门即可。

当锅炉内不需要供水时，而液位传感器又刚好检测到高温水箱内的水位达到高水位时，液位控制器接收液位传感器的信号，进而控制三通调节阀切换位置，使得回水管与节能体连通，进而实现了高温水箱内热水的循环流动。

综上，采用本方案的方式，实现常温水对烟气回收余热；不会出现，因长期向锅炉内排入高温水，锅炉内部压强增大，容易导致锅炉爆炸等事故发生的问题。

3、本方案的烟气换热装置专门为燃气锅炉设计，常温水可以有效吸收烟气中的显热与潜热，进而使得常温水升温形成高温水，将高温水回流入锅炉回收利用，减少了对锅炉加热的能耗。另外，排烟温度可降低；不仅节能效果显著，而且能够减少空气污染。

优选方案一：作为对基础方案的进一步优化，节能体包括外筒和位于外筒内的换热管，外筒的两端分别与进烟管和出烟管连通；外筒的两侧设置有外罩，且外罩与外筒壁固定并形成用于装水的水箱；水箱内设置有隔板，且隔板均与外筒壁固定，相邻的隔板之间形成水腔，且水箱内相邻的水腔首尾相互连通；两侧水箱之间通过换热管连通；换热管内的水流方向与烟气的流动方向相反。

进一步实现了从进水管进入的常温水会进入换热管内，然后呈S形走向，流往出水管方向；烟气从进烟管进入外筒内，穿过换热管之间的间隙，然后从出烟管排出，进一步强化了对烟气的换热效果。

优选方案二：作为对优选方案一的进一步优化，换热管设有多排，且每排换热管均由沿着外筒的竖直方向从上至下依次设置的单根换热管构成；相邻的两排换热管错位设置，且两两相邻的换热管之间均留有间隙。

进一步保证了烟气能够畅通的穿过换热管之间的间隙；同时，错位的设置，也使得穿过上下相邻的两个换热管之间缝隙的烟气会立即与下一个换热管全面接触，保证了烟气换热的效果。

优选方案三：作为对优选方案二的进一步优化，靠进烟管一侧的换热管外壁上设有翅片。

本方案中靠进烟管一侧的换热管外壁上设有翅片，相比于在进烟管处采用全部未设置翅片的换热管，本方案的烟气进入阻力更低；因此，210℃左右的烟气先与翅片接触，使得烟气快速降温；降温后的烟气通过未设置翅片的换热管，进行再次降温；进而保证了能够对烟气余热的大量回收。

优选方案四：作为对优选方案三的进一步优化，翅片与换热管高频焊接。进一步便于热量的传递。

优选方案五：作为对优选方案四的进一步优化，进水管与靠出烟管一侧的水腔下部连通；出水管与靠进烟管一侧的水腔上部连通。进一步延长烟气穿过换热管的时间，保证热量的交换。

优选方案六：作为对优选方案五的进一步优化，翅片与换热管高频焊接；且设置有翅片的换热管布置的横向长度占外筒总长度的5/16～7/16。

进一步保证烟气进入烟气换热装置后，能够有足够的时间与翅片管接触，进而保证翅片管迅速传递烟气中的高温，使得烟气瞬间降温到120℃～130℃；然后烟气再通过光管，光管对烟气继续进行冷却，使得最后的排烟温度可降低到65℃～100℃；节能效果显著。

附图说明

图1是本发明烟气回收冷凝系统的整体结构示意图；

图2是图1中烟气换热装置的后视剖视图；

图3是图2的俯视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本发明作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：外筒1、冷凝水排放管11、连接管12、进烟管13、出烟管14、水箱3、隔板31、水腔32、进水管321、出水管322、翅片管4、光管5、高温水箱6、回水管61、排水管62、锅炉63、液位控制器7、软水箱8、锅炉补水泵9、第二阀门10、电动三通调节阀101、第一电磁阀102、燃烧机103、供水管104。

如图1、图2和图3所示，烟气回收冷凝系统，包括烟气换热装置、高温水箱6、锅炉63、软水箱8和用于对锅炉63进行加热的燃烧机103。烟气换热装置包括进烟管13、出烟管14和用于烟气换热的节能体。锅炉63上的排烟管与进烟管13连通。

具体见图2和图3，节能体包括换热管和长方体形的外筒1，外筒1的横向长度为1130mm；换热管位于外筒1内。外筒1的两端均设置有圆台形的连接管12；外筒1左端连接管12的管径朝着左侧逐渐减小，且外筒1左端连接管12的宽口端与外筒1左端固定形成一个整体；外筒1左端连接管12的窄口端连通有进烟管13，可以直接将进烟管13安装在锅炉排烟道上，不影响锅炉正常排烟，不需要增加专门的引风机，非常的方便。外筒1右端连接管12的管径朝着右侧逐渐减小，且外筒1右端连接管12的宽口端与外筒1左端固定形成一个整体；外筒1右端连接管12的窄口端连通有出烟管14。

靠进烟管13一侧的换热管外壁上均高频焊接有翅片，相比于采用全部未设置翅片的换热管，本方案采用特殊的低阻力设计，210℃左右的烟气先与翅片接触，使得烟气快速降温；降温后的烟气通过未设置翅片的换热管，进行再次降温。为了便于区分，本方案将高频焊接有翅片的换热管称为翅片管4；未设置翅片且表面光滑的换热管称为光管5。

外筒1的两侧设置有外罩，外筒1的底部连通有冷凝水排放管11，且冷凝水排放管11位于光管5的下方。外罩与外筒1壁固定并形成用于装水的水箱3；水箱3内设置有隔板31，且隔板31均与外筒1壁固定，相邻的隔板31之间形成水腔32。且水箱3内相邻的水腔32首尾相互连通，具体为：自图3中外筒1的右侧至左侧，水腔32依次呈S形连通；即，第一个水腔32的上端与第二个水腔32的上端连通，第二个水腔32的下端与第三个水腔32的下端连通，第三个水腔32的上端与第四个水腔32的上端连通，后面的水腔32依次如上述方法相互连通。

两侧水箱3之间通过换热管连通，具体为：两个水箱3内的水腔32数量均为14个；位于外筒1左端的4个水腔32的横向宽度相同，将其命名为翅片管水腔；位于外筒1右端的10个水腔32的横向宽度也相同，将其命名为光管水腔；两侧水箱3内的水腔32位置相互一一对应(具体见图3)。

翅片管4和光管5均设有多排，且每排翅片管4由沿着外筒1的竖直方向从上至下依次设置的单根翅片管4构成；相邻的两排翅片管4错位设置，且两两相邻的翅片管4之间均留有间隙。

每排光管5由沿着外筒1的竖直方向从上至下依次设置的单根光管5构成；相邻的两排光管5错位设置，且两两相邻的光管5之间均留有间隙。

两个相对的翅片管水腔之间均设置有两排翅片管4，且翅片管4的两端分别与同侧的翅片管水腔连通；两个相对的光管水腔之间均设置有两排光管5，且光管5的两端分别与同侧的光管水腔连通。

软水箱8上设有用于向锅炉63供水的供水管104和用于向节能体供常温水的进水管321，且进水管321与外筒1右端的水腔32下部连通；图2中外筒1左端的水腔32上部设有出水管322，且出水管322与高温水箱6的上部连通。高温水箱6的下部还连通有回水管61和排水管62，且回水管61上设有回水管阀门，排水管62上设有排水管阀门；排水管62用于将高温水箱6内的水排放至锅炉63。

回水管61与进水管321连通，进水管321上设置有第一电磁阀102，且第一电磁阀102位于回水管61与进水管321连接处的右侧；回水管61与进水管321连接处设置有电动三通调节阀101。且电动三通调节阀101将进水管321分为了前管和后管，且后管位于图1中电动三通调节阀101的左侧，前管位于电动三通调节阀101的右侧；电动三通调节阀101切换可以使得回水管61与后管连通；电动三通调节阀101再切换，还可以使得前管和后管连通。高温水箱6上设有液位传感器和液位控制器7，液位控制器7用于接收液位传感器发出的高水位信号或低水位信号，进而控制电动三通调节阀101切换。

排水管62与供水管104连通，供水管104上设有锅炉补水泵9和第二阀门10，且排水管62与供水管104的连接处位于锅炉补水泵9和第二阀门10之间；具体见图1，锅炉补水泵9位于排水管62与供水管104连接处的左侧；第二阀门10则位于排水管62与供水管104连接处的右侧。

设置有翅片的换热管布置的横向长度占外筒1总长度的5/16～7/16。本方案中翅片管4布置的横向长度占外筒1总长度的3/8；光管5布置的横向长度占外筒1总长度的5/8。另外，横向相邻的两个翅片管4的水平间距A为两个翅片管4的外径之和加上21～23mm；本方案具体取47.6mm。竖向相邻的两个翅片管4的竖向间距B为两个翅片管4外径之和加上33～36mm；本方案具体取60mm。横向相邻的两个光管5之间的水平间距C为两个光管5的外径之和加上9～11mm；本方案具体取34.6mm。竖向相邻的两个光管5之间的竖向间距D为两个光管5的外径之和加上14～16mm；本方案具体取40mm。进一步保证留有足够的空间供烟气继续流通；若间距过小，则会增加烟气的阻力；若间距过大，无法达到烟气充分换热的效果。进一步保证了烟气进入烟气换热装置后，能够有足够的时间与翅片管接触，进而保证翅片管迅速传递烟气中的高温，使得烟气瞬间降温到120℃～130℃；然后烟气再通过光管，光管对烟气继续进行冷却，使得最后的排烟温度可降低到65℃～100℃；同时也对烟气中的水蒸气进行了冷凝回收。

另外，液位传感器优选为DLK201液位传感器；液位控制器7为单片机或PLC，本实施例中，液位控制器优选STM32系列单片机；电动三通调节阀101优选C7003两位三通电动阀。

使用时，烟气从图1中烟气换热装置右侧的进烟管13进入到烟气换热装置内，同时软水箱8提供常温水，使得常温水从进水管321进入到图3(注意：图2为图1的后视图，而图3为图2的俯视图，所以图2和图3中外筒的方向与图1是相反的)中外筒1右端水腔32内；常温水进入到图2中右端的光管5中，之后，常温水的走向如图3所示呈连续的S形。同时，烟气从图2中左端的进烟管13进入外筒1内，210℃左右的烟气先与翅片管4接触，烟气中的热量传递到常温水处，烟气穿过所有翅片管4后，会快速降温至120℃～130℃；降温后的烟气再通过光管5之间的缝隙，进而再次降温，使得最后的排烟温度可降低到65℃～100℃。而烟气中的水蒸气则在光管5处被冷凝成冷凝水，从冷凝水排放管11排出。上述过程中烟气与常温水的流向是相反的，采用烟气与常温水对流的方式，进一步强化了对烟气的换热效果。

烟气通过上述经热交换过程后，烟气会从图1中烟气换热装置左侧的出烟管14排出。而常温水在上述换热过程中会变成70℃左右的高温水，高温水通过出水管322进入到高温水箱6内进行储存；当锅炉63需要供水时，打开图1中的排水管62上的排水管阀门，高温水箱6向锅炉63内通热水，当锅炉63内水充足后，关闭排水管阀门即可。

当高温水箱6内的水达到低水位，无法向锅炉63内供水；而此时锅炉63又急需用水时，打开第二阀门10，软水箱8直接向锅炉63进行供水。

为了进一步进行说明，上述过程中，烟气换热装置的供水状态，有如下两种：

第一种是由软水箱8进行供水；打开进水管321上的第一电池阀102，软水箱8向烟气换热器供水。

第二种是在高温水箱6内的水位达到高水位，而锅炉63又不需要供水时；打开回水管阀门。同时，液位传感器会检测到高水位信息，液位控制器7接收液位传感器的信号，进而控制电动三通调节阀101切换位置，使得回水管61与进水管321连通，高温水箱6内热水流入到烟气换热器中；实现了高温水箱6内热水的循环流动，保证高温水箱6内的热水不会溢出。

以上的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (7)

1.烟气回收冷凝系统，其特征在于，包括烟气换热装置、高温水箱、锅炉和软水箱；所述烟气换热装置包括进烟管、出烟管和用于烟气换热的节能体；所述进烟管和出烟管均与节能体连通；

所述软水箱上设有用于向锅炉供水的供水管和用于向节能体供常温水的进水管；所述节能体上连通有出水管，出水管与所述高温水箱连通；所述高温水箱上还设有回水管和用于将高温水箱内的水排放至锅炉的排水管，回水管和排水管上均设置有阀门；

所述回水管与进水管连通，且回水管与进水管连接处设置有三通调节阀；所述高温水箱上设有液位传感器和液位控制器；所述液位控制器用于接收液位传感器发出的高水位信号或低水位信号，并控制三通调节阀切换；

所述排水管与供水管连通，供水管上设有锅炉补水泵和第二阀门，且排水管与供水管的连接处位于锅炉补水泵和第二阀门之间。

2.根据权利要求1所述的烟气回收冷凝系统，其特征在于，所述节能体包括外筒和位于外筒内的换热管，外筒的两端分别与进烟管和出烟管连通；所述外筒的两侧设置有外罩，且外罩与外筒壁固定并形成用于装水的水箱；水箱内设置有隔板，且隔板均与外筒壁固定，相邻的隔板之间形成水腔，且水箱内相邻的水腔首尾相互连通；两侧水箱之间通过换热管连通；换热管内的水流方向与烟气的流动方向相反。

3.根据权利要求2所述的烟气回收冷凝系统，其特征在于，所述换热管设有多排，且每排换热管均由沿着外筒的竖直方向从上至下依次设置的单根换热管构成；相邻的两排换热管错位设置，且两两相邻的换热管之间均留有间隙。

4.根据权利要求3所述的烟气回收冷凝系统，其特征在于，靠进烟管一侧的换热管外壁上设有翅片。

5.根据权利要求4所述的烟气回收冷凝系统，其特征在于，所述翅片与换热管高频焊接。

6.根据权利要求5所述的烟气回收冷凝系统，其特征在于，所述进水管与靠出烟管一侧的水腔下部连通；所述出水管与靠进烟管一侧的水腔上部连通。

7.根据权利要求6所述的烟气回收冷凝系统，其特征在于，所述翅片与换热管高频焊接；且设置有翅片的换热管布置的横向长度占外筒总长度的5/16～7/16。