CN109708094A - 用于回收烟气余热的汽拖热泵系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于回收烟气余热的汽拖热泵系统，包括烟气换热器、热泵及汽轮机。热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀。烟气换热器包括烟气入口、烟气出口、冷却液入口和冷却液出口，烟气入口用于与烟气源相连。汽轮机与压缩机相连且具有蒸汽入口和蒸汽出口，蒸汽入口与蒸汽源相连。蒸发器具有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，第一入口与冷却液出口连通，第一出口与冷却液入口连通。压缩机具有压缩机入口和压缩机出口，压缩机入口与第二出口连通。冷凝器具有第三入口、第三出口、第四入口和第四出口，第三入口连通于压缩机出口。膨胀阀具有连通于第三出口的膨胀阀入口和连通于第二入口的膨胀阀出口。水经由第四入口流入冷凝器。
Description
技术领域
本发明涉及烟气余热回收领域，尤其涉及一种用于回收烟气余热的汽拖热泵系统。
背景技术
锅炉燃烧后排放的烟气会带走大量热量，若能回收烟气余热可有效提高锅炉热效率。一些锅炉采用吸收式热泵系统，但是吸收式热泵COP(能效比)值不高，单台吸收式热泵系统占地面积较大，投资高。
一些锅炉采用电热泵系统，虽然热泵的COP值得到有效提升，但运行过程中需要外接电源，运行成本较高。
发明内容
鉴于背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种用于回收烟气余热的汽拖热泵系统，其能实现烟气余热的回收，提高锅炉的热效率，简化结构，降低成本。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于回收烟气余热的汽拖热泵系统，其包括烟气换热器、热泵及汽轮机。热泵包括蒸发器、压缩机、冷凝器及膨胀阀。
烟气换热器包括烟气入口、烟气出口、冷却液入口和冷却液出口，烟气入口用于与外部的烟气源相连。汽轮机与压缩机相连且具有蒸汽入口和蒸汽出口，蒸汽入口与外部的蒸汽源相连。
蒸发器具有第一入口、第一出口、第二入口和第二出口，第一入口与冷却液出口连通，第一出口与冷却液入口连通，第一入口和第一出口连通，第二入口和第二出口连通。压缩机具有压缩机入口和压缩机出口，压缩机入口与蒸发器的第二出口连通。冷凝器具有第三入口、第三出口、第四入口和第四出口，第三入口连通于压缩机出口和第三出口。膨胀阀具有膨胀阀入口和膨胀阀出口，膨胀阀入口连通于第三出口，膨胀阀出口连通于第二入口。待加热的水经由第四入口流入冷凝器，经由第四出口从冷凝器排出。
本发明的有益效果如下：
所述烟气源提供的烟气经由烟气入口流入烟气换热器，并与烟气换热器内的冷却液换热；放热后的烟气经由烟气出口排出。吸热后的冷却液经由冷却液出口和第一入口流入蒸发器，并向蒸发器内的传热工质放热；放热后的冷却液经由第一出口和冷却液入口重新进入烟气换热器，循环地吸收烟气的热量。
蒸发器内液态的传热工质吸热后气化为低压蒸汽，所述低压蒸汽经由第二出口和压缩机入口流入压缩机。所述蒸汽源经由蒸汽入口向汽轮机提供驱动蒸汽，驱动蒸汽带动汽轮机转动，汽轮机带动压缩机工作，压缩机将内部的所述低压蒸汽压缩为高温高压蒸汽。所述驱动蒸汽穿过汽轮机后经由蒸汽出口排出。
所述高温高压蒸汽经由压缩机出口和第三入口流入冷凝器。待加热的水可经由第四入口流入冷凝器，并与冷凝器内的高温高压蒸汽换热。所述待加热的水吸热后升温，并经由第四出口排出冷凝器。升温后的水可供用户使用。
所述高温高压蒸汽放热后冷凝为高压液态的传热工质，并经由第三出口和膨胀阀入口进入膨胀阀，从而转变为低压液态的传热工质。所述低压液态的传热工质经由膨胀阀出口和第二入口重新进入蒸发器，从而循环地吸收冷却液内的热量。
本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统能够将烟气的余热传递到待加热的水中，从而实现烟气余热的回收，降低热量损耗，提高锅炉的热效率。同时，本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统能够回收不同温度段的烟气的热量，实现烟气的全热回收。另外，压缩机直接由汽轮机驱动，而汽轮机可直接由锅炉自身产生的蒸汽驱动，无需外接电源，从而简化本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统的结构，降低成本。
附图说明
图1为根据本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统的一实施例的示意图。
图2为根据本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统的另一实施例的示意图。
其中，附图标记说明如下：
1烟气换热器 232第三出口
11烟气入口 233第四入口
12烟气出口 234第四出口
13冷却液入口 24膨胀阀
14冷却液出口 241膨胀阀入口
2热泵 242膨胀阀出口
21蒸发器 3汽轮机
211第一入口 31蒸汽入口
212第一出口 32蒸汽出口
213第二入口 4二次换热器
214第二出口 41第五入口
22压缩机 42第五出口
221压缩机入口 43第六入口
222压缩机出口 44第六出口
23冷凝器 5锅炉
231第三入口
具体实施方式
下面参照附图来详细说明本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统。
参照图1和图2，根据本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统包括烟气换热器1、热泵2及汽轮机3。热泵2包括蒸发器21、压缩机22、冷凝器23及膨胀阀24。
烟气换热器1包括烟气入口11、烟气出口12、冷却液入口13和冷却液出口14，烟气入口11用于与外部的烟气源相连。汽轮机3与压缩机22相连且具有蒸汽入口31和蒸汽出口32，蒸汽入口31与外部的蒸汽源相连。
蒸发器21具有第一入口211、第一出口212、第二入口213和第二出口214，第一入口211与冷却液出口14连通，第一出口212与冷却液入口13连通，第一入口211和第一出口212连通，第二入口213和第二出口214连通。压缩机22具有压缩机入口221和压缩机出口222，压缩机入口221与蒸发器21的第二出口214连通。冷凝器23具有第三入口231、第三出口232、第四入口233和第四出口234，第三入口231连通于压缩机出口222和第三出口232。膨胀阀24具有膨胀阀入口241和膨胀阀出口242，膨胀阀入口241连通于第三出口232，膨胀阀出口242连通于第二入口213。待加热的水经由第四入口233流入冷凝器23，经由第四出口234从冷凝器23排出。
本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统可用于回收锅炉5的烟气的余热，所述烟气源和蒸汽源可均由锅炉5提供。具体地，所述烟气源可为锅炉5内燃料燃烧产生的烟气，所述蒸汽源可为锅炉5输出的水蒸汽。当然，所述烟气源和所述蒸汽源可由同一台锅炉5提供，也可分别由不同的锅炉5提供。
冷却液经由冷却液入口13、冷却液出口14、第一入口211和第一出口212在烟气换热器1和蒸发器21之间循环流动。热泵2内的传热工质在蒸发器21、压缩机22、冷凝器23和膨胀阀24之间循环流动。
所述烟气源提供的烟气经由烟气入口11流入烟气换热器1，并与烟气换热器1内的冷却液换热；放热后的烟气经由烟气出口12排出。吸热后的冷却液经由冷却液出口14和第一入口211流入蒸发器21，并向蒸发器21内的传热工质放热；放热后的冷却液经由第一出口212和冷却液入口13重新进入烟气换热器1，循环地吸收烟气的热量。
蒸发器21内液态的传热工质吸热后气化为低压蒸汽，所述低压蒸汽经由第二出口214和压缩机入口221流入压缩机22。所述蒸汽源经由蒸汽入口31向汽轮机3提供驱动蒸汽，驱动蒸汽带动汽轮机3转动，汽轮机3带动压缩机22工作，压缩机22将内部的所述低压蒸汽压缩为高温高压蒸汽。所述驱动蒸汽穿过汽轮机3后经由蒸汽出口32排出。
所述高温高压蒸汽经由压缩机出口222和第三入口231流入冷凝器23。待加热的水可经由第四入口233流入冷凝器23，并与冷凝器23内的高温高压蒸汽换热。所述待加热的水吸热后升温，并经由第四出口234排出冷凝器23。升温后的水可供用户使用。
所述高温高压蒸汽放热后冷凝为高压液态的传热工质，并经由第三出口232和膨胀阀入口241进入膨胀阀24，从而转变为低压液态的传热工质。所述低压液态的传热工质经由膨胀阀出口242和第二入口213重新进入蒸发器21，从而循环地吸收冷却液内的热量。
本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统能够将烟气的余热传递到待加热的水中，从而实现烟气余热的回收，降低热量损耗，提高锅炉的热效率。同时，本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统能够回收不同温度段的烟气的热量，实现烟气的全热回收。另外，压缩机22直接由汽轮机3驱动，而汽轮机3可直接由锅炉5自身产生的蒸汽驱动，无需外接电源，从而简化本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统的结构，降低成本。
烟气换热器1可将烟气的温度可降至30℃，因此，即使是温度偏低的(例如50℃)的烟气，本发明的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统也能回收其余热。
烟气换热器1为直接式换热器或间接式换热器。
参照图2，在一实施例中，汽轮机3的蒸汽出口32与锅炉5连通。驱动蒸汽对汽轮机3做功后，经由蒸汽出口32重新流入锅炉5，再次进行加热以循环使用。当然，可替代地，经由蒸汽出口32排出的驱动蒸汽也可直接供用户使用。
参照图1，在另一实施例中，所述用于回收烟气余热的汽拖热泵系统还包括二次换热器4，二次换热器4包括第五入口41、第五出口42、第六入口43和第六出口44。第五入口41连通于第五出口42和汽轮机3的蒸汽出口32，第六入口43连通于第六出口44和冷凝器23的第四出口234。
驱动蒸汽对汽轮机3做功后，可经由蒸汽出口32和第五入口41流入二次换热器4；冷凝器23的第四出口234排出的水可经由第六入口43流入二次换热器4。在二次换热器4内，水吸收驱动蒸汽的余热并二次升温，升温后的水经由第六出口44排出并输送给用户；驱动蒸汽放热后经由第五出口42流入锅炉5，再次进行加热以循环使用。
Claims (5)
1.一种用于回收烟气余热的汽拖热泵系统，其特征在于，包括烟气换热器(1)、热泵(2)及汽轮机(3)；
热泵(2)包括蒸发器(21)、压缩机(22)、冷凝器(23)及膨胀阀(24)；
烟气换热器(1)包括烟气入口(11)、烟气出口(12)、冷却液入口(13)和冷却液出口(14)，烟气入口(11)用于与外部的烟气源相连；
汽轮机(3)与压缩机(22)相连且具有蒸汽入口(31)和蒸汽出口(32)，蒸汽入口(31)与外部的蒸汽源相连；
蒸发器(21)具有第一入口(211)、第一出口(212)、第二入口(213)和第二出口(214)，第一入口(211)与冷却液出口(14)连通，第一出口(212)与冷却液入口(13)连通，第一入口(211)和第一出口(212)连通，第二入口(213)和第二出口(214)连通；
压缩机(22)具有压缩机入口(221)和压缩机出口(222)，压缩机入口(221)与蒸发器(21)的第二出口(214)连通；
冷凝器(23)具有第三入口(231)、第三出口(232)、第四入口(233)和第四出口(234)，第三入口(231)连通于压缩机出口(222)和第三出口(232)；
膨胀阀(24)具有膨胀阀入口(241)和膨胀阀出口(242)，膨胀阀入口(241)连通于第三出口(232)，膨胀阀出口(242)连通于第二入口(213)；
待加热的水经由第四入口(233)流入冷凝器(23)，经由第四出口(234)从冷凝器(23)排出。
2.根据权利要求1所述的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统，其特征在于，所述用于回收烟气余热的汽拖热泵系统还包括二次换热器(4)，二次换热器(4)包括第五入口(41)、第五出口(42)、第六入口(43)和第六出口(44)；
第五入口(41)连通于第五出口(42)和汽轮机(3)的蒸汽出口(32)，第六入口(43)连通于第六出口(44)和冷凝器(23)的第四出口(234)。
3.根据权利要求1所述的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统，其特征在于，所述烟气源和蒸汽源均由锅炉(5)提供。
4.根据权利要求3所述的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统，其特征在于，汽轮机(3)的蒸汽出口(32)与锅炉(5)连通。
5.根据权利要求1所述的用于回收烟气余热的汽拖热泵系统，其特征在于，烟气换热器(1)为直接式换热器或间接式换热器。
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