CN109539230A - 一种太阳能驱动喷射式热泵循环的烟气余热回收系统 - Google Patents

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代元军
李保华
任常在
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Yuan Jun of the Dynasty
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    • F22D1/36—Water and air preheating systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • Y02B30/00—Energy efficient heating, ventilation or air conditioning [HVAC]
    • Y02B30/52—Heat recovery pumps, i.e. heat pump based systems or units able to transfer the thermal energy from one area of the premises or part of the facilities to a different one, improving the overall efficiency

Abstract

本发明公开了一种太阳能驱动喷射式热泵循环的烟气余热回收系统，包括燃气锅炉、空气预热器、太阳能集热装置和太阳能驱动喷射式热泵装置，所述太阳能驱动喷射式热泵装置包括依次连接成一个回路的蒸发器、混合室、扩压管、冷凝器和节流机构，以及和混合室连接的喷嘴；所述蒸发器设有用于排放烟气和凝结水的排出管，冷凝器设有锅炉低温给水通道和锅炉高温给水通道，锅炉高温给水通道连接至燃气锅炉；所述燃气锅炉设有高温烟气通道。本发明与现有技术相比的优点是：提高给水的温度，利用太阳能集热装置作为驱动循环的装置，节能环保。

Description

一种太阳能驱动喷射式热泵循环的烟气余热回收系统
技术领域
本发明涉及热量回收装置，尤其涉及一种太阳能驱动喷射式热泵循环的烟气余热回收系统。
背景技术
为了改变乌鲁木齐冬天燃煤供暖造成的空气污染问题，自2010年起，乌鲁木齐市启动“煤改气”工程。“煤改气”工程的实施换来乌鲁木齐的蓝天白云。目前，乌鲁木齐市主城区天山区、沙依巴克区、高新区(新市区)、水磨沟区、米东区的清洁能源供热比例已达100％，彻底实现了天然气供暖，成为全国第一个采用天然气供暖的城市。截止到2014年供暖期，共安装热水量10-100万吨燃气锅炉700余台，这些燃气锅炉通过安装尾部烟气空气预热器来吸收烟气余热，使得炉膛出口烟气温度从130-140摄氏度降低到60-65摄氏度，然后从烟囱排到大气。目前对于低品位的60-65摄氏度的烟气余热没有采用回收装置。
对于炉膛出口130-140摄氏度的烟气温度的回收，目前是在燃气锅炉的烟道上通过安装尾部烟气空气预热器来吸收烟气余热，从燃气锅炉炉膛排除的130-140摄氏度的高温烟气引入到烟道上安装的空气预热器，该空气预热器利用高温烟气余热加热冷空气，冷空气被热成热空气送入炉膛燃烧器，用于和天然气混合燃烧，高温烟气放热后变成60-65度的低温烟气排入大气。
由于温差传热的局限，且对处于60度的低温烟气仍具有一定的可回收热源。
发明内容
本发明是为了解决上述不足，提供了一种太阳能驱动喷射式热泵循环的烟气余热回收系统。
本发明的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种太阳能驱动喷射式热泵循环的烟气余热回收系统，包括燃气锅炉和空气预热器，其特征在于：还包括太阳能集热装置和喷射式热泵装置，所述太阳能驱动喷射式热泵装置包括依次连接成一个回路的蒸发器、混合室、扩压管、冷凝器和节流机构，以及和混合室连接的喷嘴；所述蒸发器设有用于排放烟气和凝结水的排出管，冷凝器设有锅炉低温给水通道和锅炉高温给水通道，锅炉高温给水通道连接至燃气锅炉；
所述燃气锅炉设有高温烟气通道；
所述高温烟气通道连接空气预热器，空气预热器设有冷空气进口，并设有热空气出口通道连接至燃气锅炉，同时设有低温烟气通道连接至蒸发器；
所述太阳能集热装置包括太阳能集热器和储热箱。
本发明的工作原理为：从燃气锅炉的炉膛排出的130-140摄氏度的高温烟气引入到烟道上安装的空气预热器，该空气预热器利用高温烟气余热加热冷空气，冷空气被加热成热空气送入燃气锅炉，用于和天然气混合燃烧，高温烟气放热后变成60-65摄氏度的低温烟气进入太阳能驱动喷射式热泵装置中的蒸发器。太阳能驱动喷射式热泵装置中低温低压的液态工质流经蒸发器时从低温烟气中吸收热量蒸发成气态制冷剂工质，低温烟气放热后变成10-15摄氏度烟气和凝结水排入环境。低温低压气态制冷剂工质，进入混合室与喷嘴出来的高速蒸气的气流混合，然后在扩压管中减速增压，变成高温高压的气态制冷剂工质，其中一部分流经冷凝器，在冷凝器中，将从蒸发器和混合室中吸取的热量用于加热锅炉低温给水，使得锅炉低温给水被加热变成锅炉的高温给水，高温高压的气态制冷剂工质冷凝降温后变成液态，流经节流机构膨胀后，压力继续下降，变成低温低压液态制冷剂工质流入蒸发器，而另外一部分蒸气进入太阳能集热器中循环加热利用。
值得说明的是该循环是利用从太阳能集热器中收集的热量作为驱动循环的动力，也就是工作介质，该工作介质通过喷嘴、混合室、扩压管后把来自蒸发器的低温低压气态制冷剂变成高温高压的气态制冷剂工质。水蒸气是该太阳能驱动喷射式热泵循环的制冷剂工质。
本发明与现有技术相比的优点是：本发明不仅采用了热泵技术，同时将新能源作为了热泵的驱动装置。提高了锅炉低温给水温度，降低了环境的污染，节能环保。
附图说明
图1为本发明实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详述。
如图1所示，一种太阳能驱动喷射式热泵循环的烟气余热回收系统，包括燃气锅炉1、空气预热器2、太阳能驱动喷射式热泵装置3和太阳能集热装置4，所述太阳能驱动喷射式热泵装置3包括依次连接成一个回路的蒸发器3-1、混合室3-2、扩压管3-3、冷凝器3-4和节流机构3-5，以及和混合室3-2连接的喷嘴3-6；所述蒸发器3-1设有用于排放烟气和凝结水的排出管3-7，冷凝器3-4设有锅炉低温给水通道3-8和锅炉高温给水通道3-9，锅炉高温给水通3-9道连接至燃气锅炉1；
所述燃气锅炉1设有高温烟气通道1-1；
所述高温烟气通道1-1连接空气预热器2，空气预热器2设有冷空气进口2-1，并设有热空气出口通道2-2连接至燃气锅炉1，同时设有低温烟气通道2-3连接至蒸发器3-1；
所述太阳能集热装置4包括太阳能集热板4-1及储热箱4-2，其中太阳能集热板4-1、储热箱4-2，、喷嘴3-6、混合室3-2和扩压室3-3依次连接成一个回路。
本发明的工作原理为：从燃气锅炉1的炉膛排出的130-140摄氏度的高温烟气引入到烟道上安装的空气预热器2，该空气预热器2利用高温烟气余热加热冷空气，冷空气被加热成热空气送入燃气锅炉1，用于和天然气混合燃烧，高温烟气放热后变成60-65摄氏度的低温烟气进入太阳能驱动喷射式热泵装置3中的蒸发器3-1。太阳能驱动喷射式热泵装置3中低温低压的液态工质流经蒸发器3-1时从低温烟气中吸收热量蒸发成气态制冷剂工质，低温烟气放热后变成10-15摄氏度烟气和凝结水排入环境。低温低压气态制冷剂工质，进入混合室3-2与喷嘴3-6出来的高速蒸气的气流混合，然后在扩压管3-3中减速增压，变成高温高压的气态制冷剂工质，其中一部分流经冷凝器3-4，在冷凝器3-4中，将从蒸发器3-1和混合室3-2中吸取的热量用于加热锅炉低温给水，使得锅炉低温给水被加热变成锅炉的高温给水，温度升高，高温高压的气态制冷剂工质冷凝降温后变成液态，流经节流机构3-5膨胀后，压力继续下降，变成低温低压液态制冷剂工质流入蒸发器3-1，而另外一部分水蒸气进入太阳能集热板4-1中循环加热。
值得说明的是该循环是利用从太阳能集热器4中收集的热量作为驱动循环的动力，也就是工作介质，该工作介质通过喷嘴3-6、混合室3-2、扩压管3-3后把来自蒸发器的低温低压气态制冷剂变成高温高压的气态制冷剂工质。水蒸气是该太阳能驱动喷射式热泵循环的制冷剂工质。
按照实施例通过实际计算得到锅炉低温给水被加热变成锅炉的高温给水，温度升高5.1摄氏度，具体的计算过程比较复杂，现就计算结果罗列如下：
表1 锅炉能耗测试报告参数
锅炉烟气焓值计算：由实际测试的锅炉能耗测试报告表1中的参数通过燃烧计算得到烟气焓差ΔH＝Hy-H′y＝4515.685019kw，该数据就是蒸汽喷射式热泵的制冷量Q＝4515.68kW，。
热泵的放热量计算：由制冷量选择型号为三洋喷射式热泵机组KFDXRS-3500IIWA/MDS和山东中信能源联合装备股份有限公司槽式太阳能高温集热器，通过对制冷机组的热负荷计算得到热泵的放热量为Q＝23955277.5kJ/h＝6654.24375kw，该放热量就是吸收烟气余热给锅炉低温回水加热的热量。
锅炉给水计算：由锅炉能耗测试报告查得锅炉循环给水流量G＝1143450kg/h，锅炉低温给水温度i＝70.5℃，压力Pi＝0.73MPa，hi＝295.68kJ/kg(由水和水蒸气热力性质表查得)。加热后锅炉给水增加的焓值20.59kJ/kg，得锅炉给水焓值h0＝hi+Δh＝316.63kJ/kg由水和水蒸气热力性质表查得i0＝76.3℃。加热前后锅炉给水参数如下表2：
表2 加热前后锅炉给水参数
锅炉给水提高温度T＝i0-i＝5.1℃
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。

Claims (6)

1.一种太阳能驱动喷射式热泵循环的烟气余热回收系统，包括燃气锅炉、空气预热器、太阳能集热装置和太阳能驱动喷射式热泵装置，其特征在于：所述太阳能驱动喷射式热泵装置包括依次连接成一个回路的蒸发器、混合室、扩压管、冷凝器和节流机构以及和混合室连接的喷嘴；所述太阳能集热装置包括太阳能集热器与储热箱，其中太阳能集热器依次与储热箱、喷嘴、混合室和扩压管连接成一个回路；所述蒸发器内设有用于排放烟气和凝结水的排出管，冷凝器设有锅炉低温给水通道和锅炉高温给水通道，锅炉高温给水通道连接至燃气锅炉；
所述燃气锅炉设有高温烟气通道；
所述高温烟气通道连接空气预热器，空气预热器设有冷空气进口，并设有热空气出口通道连接至燃气锅炉，同时设有低温烟气通道连接至蒸发器；
所述储热箱与喷嘴相连接；扩压管与冷凝器之间设有蒸气通道，蒸汽通道连接回到太阳能集热板中；
所述烟气余热回收系统把锅炉低温给水被加热变成锅炉的高温给水，温度升高5.1摄氏度，每年节约2946.3吨标煤。
2.根据权利要求1喷射式热泵喷嘴与太阳能集热系统中的喷嘴相连，后经过混合室和扩压管，且分别于冷凝器及太阳能集热器相连。
3.根据权利要求1喷射式热泵制冷剂工质为水蒸气。
4.根据权利要求1所述太阳能集热系统包括太阳能集热器与储热箱，其储热箱提供高温热源。
5.根据权利要求1所述锅炉低温给水与冷凝器相连，且经冷凝器之后与锅炉相连，提供高温给水。
6.根据权利要求1所述低温烟气与蒸发器相连，加热蒸发器内制冷剂工质，完成整个系统循环，从而达到节能效果。
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