CN109186299A - 一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收系统及方法 - Google Patents

一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收系统及方法，其特征在于，将燃气锅炉系统和用于余热回收的吸收式制冷机组进行耦合，包括燃气处理流程、锅炉热水处理流程、制冷剂循环流程和吸收剂循环流程。本发明将传统燃气锅炉系统与吸收式制冷机组系统耦合，使得整体热效率提高11％；引入新型材料—铸硅铝材料用于发生器内部的热量传递，不仅提高了换热效率也很好的解决了烟气的低温腐蚀问题。

Description

一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收系统及方法
技术领域
本发明涉及低温余热利用技术，特别是涉及一种针对传统燃气锅炉排放烟气中的高 温余热回收耦合系统及方法。
背景技术
随着我国经济改革开放40年来的高速发展，全社会的能源消耗量也逐步增加。仅2016年，我国的能源消耗总量为43.6亿吨标准煤。“降低煤炭消费比重和提高天然气 以及非化石能源消费比重”被作为控制温室气体排放和调整优化能源消费结构的一个重 要举措。清洁低碳、安全高效被确定为现代能源体系的两个重要特征。
因此，近年来，我国有关部门和相关研究机构，正大力优化能源消费结构构成，降低以煤炭等为主的高污染能源的使用比例，并且从顶层设计开始就大力推广使用天然气等清洁能源，同时积极开发利用新能源技术和高效能源转换和转化新技术。随着我国“煤改气”政策的进一步推进，我国北方城市在冬季供暖中采用的燃煤锅炉逐步改为燃气锅炉，一方面可以对我国的能源结构进行调整，使得我国在能源供应上减少了对煤炭的依赖，另外这在很大程度上缓解了我国北方地区冬季雾霾现象的发生。但由于传统的燃气 锅炉的排烟温度一般在80℃以上，烟气中含有大量的烟气显热和水蒸气潜热因不能得 到合理利用，这就会造成能源资源的浪费。
现有余热回收技术，比如低温发电技术，冷凝换热技术和热泵余热回收技术等均存 在不同程度的问题：如低温发电技术存在效率太低、应用在小型锅炉上的技术经济性不合理的问题；而冷凝换热技术和热泵余热回收技术又存在低温腐蚀和换热效率相对较低的问题。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明提出一种基于吸收式制冷机组的烟气余 热回收系统及方法，创新地提出采用吸收式制冷机组对高温烟气中的能量进行回收，通过采用该余热回收技术。
本发明的一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收方法，将燃气锅炉系统和用于余 热回收的吸收式制冷机组进行耦合，包括燃气处理流程、锅炉热水处理流程、制冷剂循环流程和吸收剂循环流程，该方法具体步骤如下：
在燃气锅炉系统中执行的燃气处理流程、锅炉热水处理流程，具体步骤如下：
燃气处理流程：燃气进入锅炉，在锅炉内部充分燃烧，形成高温烟气，该高温烟气的一部分能量用来加热冷水，另一部分能量经换热后将烟气中的部分水蒸气冷凝为酸性水溶液，酸性水溶液经处理后再排出系统，低温、低污染的烟气被直接排出系统；
锅炉热水处理流程：低温水进入锅炉，在锅炉内部通过吸收燃气燃烧形成的高温烟 气的热量，形成直接使用的生活、生产用高温热水；
在吸收式制冷机组中执行的制冷剂循环流程和吸收剂循环流程，具体步骤如下：
制冷剂循环流程：溴化锂稀溶液吸收烟气中热量后，溶液中的水溶液由于受热蒸发 为水蒸气，该水蒸气再进行冷凝换热后，形成冷凝水，该冷凝水经过水泵加压送到蒸发器内，进行蒸发吸热，冷凝水又转化为了水蒸气，刚刚形成的水蒸气被发生器内流出的 高浓度的溴化锂水溶液吸收，形成了溴化锂稀溶液，此时形成的稀溶液再度吸热，溶液 中的水溶液吸热蒸发为水蒸气，从而完成制冷剂循环过程；
吸收剂循环流程：溴化锂稀溶液在发生器吸热后，随着溶液中水的蒸发，形成了浓溶液，该溴化锂浓溶液与回流的稀溶液之间进行热量交换后，形成的低温浓溶液，此低 温高浓度的稀溶液吸收制冷剂蒸汽，则会再从溴化锂浓溶液变成稀溶液，上述刚刚形成 的低温溴化锂稀溶液再与吸热后的溴化锂浓溶液进行热量交换后，经过溴化锂稀溶液泵 回至发生器内，从而完成吸收剂循环过程。
本发明的一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收系统，将燃气锅炉系统和用于余 热回收的吸收式制冷机组进行耦合，所述燃气锅炉本体1，进入/输出燃气锅炉本体1的燃气、排烟烟气、进口冷水和出口热水；所述吸收式制冷机组包括发生器2、冷凝器3、 水泵4、蒸发器5、吸收器6、热交换器7、稀溶液泵8、溶液泵9、水流管道以及相关 的溶液、经过换热后的烟气，所述相关溶液包括稀溶液和浓溶液，所述水流管道包括浓 溶液流动管道、稀溶液流动管道、水流管道和冷凝水流动管道；其特征在于，所述燃气 锅炉本体1所输出的排烟烟气作为所述吸收式制冷机组中发生器1的输入，所述发生器 1有两路输出，一路作为溶液泵9的输入，另一路作为冷凝器3的输入，其中：经溶液 泵9的一路再依序连接热交换器7、吸收器6，所述吸收器6的输出再返回热交换器7， 并经热交换器7与稀溶液泵8连接，经稀溶液泵8返回发生器1；经冷凝器3的另一路 再与水泵4、蒸发器5连接，所述蒸发器5输出进入吸收器6，所述吸收器6的输出再 返回热交换器7与稀溶液泵8连接，返回发生器1。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、将传统燃气锅炉系统与吸收式制冷机组系统耦合，使得整体热效率提高11％；
2、引入新型材料—铸硅铝材料用于发生器内部的热量传递，不仅提高了换热效率也很好的解决了烟气的低温腐蚀问题。
附图标记
图1为本发明一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收系统实施例工作过程示意图；
图2为本发明一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收方法整体流程示意图；
附图标记：
1、燃气锅炉本体，A、燃气，B、排烟烟气，C1、进口冷水，C2、出口热水，2、 发生器，3、冷凝器，4、水泵，5、蒸发器，6、吸收器，7、热交换器，8、稀溶液泵， 9、溶液泵，D1、浓溶液流动管道，D2、稀溶液流动管道，C3、水流管道，C4、冷凝 水流动管道，E、经过换热后的烟气。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清 楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
本发明的基于吸收式制冷机组的烟气余热回收方法，将传统燃气锅炉系统和余热回 收系统这两个系统进行耦合。
如图1所示，燃气锅炉系统包括燃气锅炉本体1、燃气A、排烟烟气B、进口冷水 C1和出口热水C2。本实施例中，余热回收系统采用吸收式制冷机组，包括发生器2、 冷凝器3、水泵4、蒸发器5、吸收器6、热交换器7、稀溶液泵8、溶液泵9以及相关 的溶液、水流管道(包括浓溶液流动管道D1、稀溶液流动管道D2，水流管道C3、冷 凝水流动管道C4)和经过换热后的烟气E。
燃气锅炉系统运行过程：燃气通过相关的控制装置和输送转置进入锅炉，进行有效 燃烧，形成了高温的烟气，其中烟气中含有CO2，NOx，N2以及水蒸气等气体，其中可 知1Nm3燃气完全燃烧将形成1.65kg水蒸气。一部分水蒸气以锅炉内的水进行换热，将 热量传递给生活热水，用于生产和生活。换热之后形成的低温尾气在直接排放到大气中。 在传统的燃气锅炉尾气排烟过程中，排烟温度一般在80℃以上，而烟气中水蒸气还处 于气体状态，此时如果直接将尾气进行排放，烟气的显热和水蒸气的潜热等能量则也会 排入大气中，造成了能源的浪费。如果采取有效的措施，将上述能量进行回收，可使得 燃气锅炉的整体热效率提高11％～20％。
吸收式制冷机组运行过程：首先选择较为合理的吸收式制冷系统，如在本发明中，则选择溴化锂吸收式制冷机组，其中溴化锂水溶液为吸收剂，水为制冷剂。首先溴化锂 稀溶液在发生器内部加热后，由于溴化锂和水的蒸发温度不同，水蒸气从溴化锂水溶液 中蒸发，水的蒸发形成了高位高浓度的溴化锂水溶液，溴化锂水溶液通过溶液泵吸收器 内部去回收吸热后的水蒸气，在形成低温低浓度的溴化锂水溶液，然后进行冷凝器中进 行冷凝，形成低温液态水，该低温液态水进入蒸发器内部进行蒸发，对载冷剂进行有效 制冷。低温水在吸收热量后形成水蒸气，水蒸气通过吸收器被高浓度的溴化锂水溶液进 行吸收，制冷剂-水完成了整个循环过程。
溴化锂溶液循环过程为：溴化锂水溶液在发生器内加热后，水的蒸发形成了高位高 浓度的溴化锂水溶液，此溴化锂水溶液通过溶液泵吸收器内部去回收吸热后的水蒸气，在形成低温低浓度的溴化锂水溶液，之后该低温低浓度的水溶液在经过溶液泵的作用， 打入发生器内部进行加热，由此溴化锂水溶液完成整个循环过程。在溴化锂水溶液的循 环过程中，为了节省发生器内部的加热热能，高温高浓度的溴化锂水溶液和低温低浓度 的溴化锂水溶液在循环过程中，再经过一个热交换器进行热量的传递，这样一来，不仅 可以减少发生器内部加热热源的消耗，也可以有效降低冷凝器的负荷。
本发明首先将上述两个系统进行有效的耦合，其中烟气燃烧形成的烟气可通过相关 管道进行吸收式制冷机组的发生器内部。其中为了更好的满足发生器的工作要求，可以通过合理设置锅炉的燃烧工况，进行排烟温度的预设。
另外，为了预防烟气在发生器内部发生低温腐蚀现象，该发生器内部溴化锂水溶液 和烟气的换热设备采用铸硅铝材料的换热器。
本余热回收系统在工作时分为燃气流程、锅炉热水流程、制冷剂流程和吸收剂流程。 具体流程如下：
燃气处理流程：燃气A通过相关管道和控制装置，进入锅炉1，在过来内部充分燃烧，形成高温烟气B，该高温烟气的一部分能量用来加热冷水C1，另外一部分能量则 需要进入制冷系统中的发生器2，在发生器2内，经常换热后，烟气中的部分水蒸气会 冷凝为酸性水溶液C4，经过相关处理后，可通过相关管道排出系统，而此时的低温， 低污染的烟气E可以直接排出系统。
锅炉热水处理流程：低温水C1通过相关管道和控制设备进入锅炉，在锅炉1内部通过吸收燃气燃烧形成的高温烟气B的热量，形成满足生活和生成要求的高温热水C2， 该高温热水C2可直接用于生活和生成使用。
制冷剂循环流程：在溴化锂吸收式制冷机组中，制冷剂为水，因此针对制冷剂循环过程，主要分析溴化锂吸收式制冷系统中的水的流动过程。其中溴化锂稀溶液D2在发 生器2内吸收烟气B中热量后，蒸发为水蒸气C3,，然后该水蒸气C3在冷凝器3内进 行冷凝换热，形成冷凝水，经过冷凝水泵4加压后，进入蒸发器5内进行蒸发吸热，冷 凝水又蒸发转化为了水蒸气，此蒸发过程可以形成Q的制冷量。此时形成的水蒸气在 进入吸收器6内部，被高浓度的溴化锂水溶液吸收，形成了溴化锂稀溶液D2，该稀溶 液D2在经过热交换器7和稀溶液输送水泵8进入发生器2，从而完成整个循环过程。
吸收剂循环流程：在溴化锂吸收式制冷机组中，溴化锂溶液为吸收剂，因此针对吸收剂的循环过程，主要是分析溴化锂溶液的循环流动过程。首先溴化锂稀溶液D2在发 生器内吸热后，形成溴化锂浓溶液D1，该浓溶液在经过溶液泵9后，进入热交换器7， 在热交换器内与溴化锂稀溶液进行热量交换，之后在进入吸收器6内吸收制冷剂蒸汽。 此时溴化锂浓溶液D1变成了溴化锂稀溶液D2，此时溴化锂稀溶液D2也需进入热交换 器7内部，与溴化锂浓溶液D1进行热量交换，然后在经过溴化锂稀溶液泵8回到发生 器2内部，从而完成整个循环过程。

Claims (3)

1.一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收方法，其特征在于，将燃气锅炉系统和用于余热回收的吸收式制冷机组进行耦合，包括燃气处理流程、锅炉热水处理流程、制冷剂循环流程和吸收剂循环流程，该方法具体步骤如下：
在燃气锅炉系统中执行的燃气处理流程、锅炉热水处理流程，具体步骤如下：
燃气处理流程：燃气进入锅炉，在锅炉内部充分燃烧，形成高温烟气，该高温烟气的一部分能量用来加热冷水，另一部分能量经换热后将烟气中的部分水蒸气冷凝为酸性水溶液，酸性水溶液经处理后再排出系统，低温、低污染的烟气被直接排出系统；
锅炉热水处理流程：低温水进入锅炉，在锅炉内部通过吸收燃气燃烧形成的高温烟气的热量，形成直接使用的生活、生产用高温热水；
在吸收式制冷机组中执行的制冷剂循环流程和吸收剂循环流程，具体步骤如下：
制冷剂循环流程：溴化锂稀溶液吸收烟气中热量后，溶液中的水溶液由于受热蒸发为水蒸气，该水蒸气再进行冷凝换热后，形成冷凝水，该冷凝水经过水泵加压送到蒸发器内，进行蒸发吸热，冷凝水又转化为了水蒸气，刚刚形成的水蒸气被发生器内流出的高浓度的溴化锂水溶液吸收，形成了溴化锂稀溶液，此时形成的稀溶液再度吸热，溶液中的水溶液吸热蒸发为水蒸气，从而完成制冷剂循环过程；
吸收剂循环流程：溴化锂稀溶液在发生器吸热后，随着溶液中水的蒸发，形成了浓溶液，该溴化锂浓溶液与回流的稀溶液之间进行热量交换后，形成的低温浓溶液，此低温高浓度的稀溶液吸收制冷剂蒸汽，则会再从溴化锂浓溶液变成稀溶液，上述刚刚形成的低温溴化锂稀溶液再与吸热后的溴化锂浓溶液进行热量交换后，经过溴化锂稀溶液泵回至发生器内，从而完成吸收剂循环过程。
2.一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收系统，将燃气锅炉系统和用于余热回收的吸收式制冷机组进行耦合，所述燃气锅炉本体(1)，进入/输出燃气锅炉本体(1)的燃气、排烟烟气、进口冷水和出口热水；所述吸收式制冷机组包括发生器(2)、冷凝器(3)、水泵(4)、蒸发器(5)、吸收器(6)、热交换器(7)、稀溶液泵(8)、溶液泵(9)、水流管道以及相关的溶液、经过换热后的烟气，所述相关溶液包括稀溶液和浓溶液，所述水流管道包括浓溶液流动管道、稀溶液流动管道、水流管道和冷凝水流动管道；其特征在于，所述燃气锅炉本体(1)所输出的排烟烟气作为所述吸收式制冷机组中发生器(1)的输入，所述发生器(1)有两路输出，一路作为溶液泵(9)的输入，另一路作为冷凝器(3)的输入，其中：经溶液泵(9)的一路再依序连接热交换器(7)、吸收器(6)，所述吸收器(6)的输出再返回热交换器(7)，并经热交换器(7)与稀溶液泵(8)连接，经稀溶液泵(8返回发生器(1)；经冷凝器(3)的另一路再与水泵(4)、蒸发器(5)连接，所述蒸发器(5)输出进入吸收器(6)，所述吸收器(6)的输出再返回热交换器(7)与稀溶液泵(8)连接，返回发生器(1)。
3.如权利要求1所述的一种基于吸收式制冷机组的烟气余热回收系统，其特征在于，所述发生器(2)采用铸硅铝材料。
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