CN109945276A

CN109945276A - 一种烟气余热驱动的热泵供暖系统

Info

Publication number: CN109945276A
Application number: CN201910186712.XA
Authority: CN
Inventors: 李金平; 张博; 黄娟娟; 王春龙; 任海伟; 郑健; 王昱; 肖朝卿; 杨宁
Original assignee: Lanzhou University of Technology
Current assignee: Lanzhou University of Technology
Priority date: 2019-03-13
Filing date: 2019-03-13
Publication date: 2019-06-28

Abstract

一种烟气余热驱动的热泵供暖系统，包括：热管换热器、烟道、喷淋塔、间壁式换热器、循环水泵和吸收式热泵。生物质锅炉燃烧后排出的烟气通过热管换热器将热量传递给高温热媒驱动热泵，完成一级换热的烟气通过烟道进入喷淋塔，烟气在喷淋塔内与喷淋水逆流换热，完成二级换热的烟气由喷淋塔顶部排出，吸收了烟气热量的喷淋水通过间壁式换热器将热量传递给低温热媒供给吸收式热泵的蒸发器，吸收式热泵通过提取低温热媒的热量提升供暖系统回水温度。本发明将热管换热技术和烟气‑水直接接触换热技术结合起来，既能实现能量品位的多级利用，提高生物质热电联产系统的总体能源利用率，又能洗涤烟气保护环境。

Description

一种烟气余热驱动的热泵供暖系统

技术领域

本发明属于烟气余热回收领域，具体涉及烟气余热驱动的热泵供暖技术。

背景技术

在我国能源结构向清洁低碳方向转型过程中，多地政府纷纷出台政策，加快了淘汰小型燃煤锅炉的步伐，而由于电力、天然气供应和燃气管道的限制，无法将我国的燃煤锅炉全部改为电锅炉或燃气锅炉，生物质锅炉以其大气污染物排放少、经济可行、分布式供热等优点使用户接受并得以推广，正好填补了这项空白。近年来，生物质锅炉热电联产迅速发展，生物质的高效利用成为当今节能的重要课题。由于技术上的要求，生物质锅炉的排烟温度较高，大量的热能随烟气排入空中，造成能源浪费和环境热污染。因此，研究如何进一步降低排烟温度，实现不同品位能源的梯级利用，实现节能减排的效果，具有重要意义。

专利CN201120133195.9公开了一种“利用吸收式热泵热回收烟气余热的集中供热系统”，此方案采用烟气与水直接接触换热的方式进行余热回收，吸收了烟气热量的循环水经过水质处理装置处理后被水泵送入吸收式热泵中的蒸发器，热网回水依次进入吸收式热泵的吸收器和冷凝器，循环水与热网回水在吸收式热泵进行热交换达到所需要的温度后送回热网。此方案能够提高集中供热系统的总体能源利用效率，还可起到洁净烟气保护环境的作用，但其直接采用循环水喷淋烟气一次换热后作为蒸发器的低温热源，未能实现能量品位的多级利用，热回收效率有待进一步提高。

目前，虽然对生物质锅炉采取了很多烟气余热回收的措施，燃煤锅炉和燃气锅炉的烟气余热回收系统也可以借鉴，但是其热回收效率仍有提升空间。为了充分回收烟气余热，实现烟气余热梯级利用，提高生物质热电联产系统的总体能源利用率，洗涤和溶解烟气中的SO2 、NOx等污染物，需要一种将高效的热管换热技术和烟气-水直接接触换热技术结合起来的系统分级回收烟气余热，该系统无需消耗额外的电能热能即可实现向用户供暖。

发明内容

本发明的目的是提供一种烟气余热驱动的热泵供暖系统。

发本发明是一种烟气余热驱动的热泵供暖系统，包括热管换热器1、烟道9、喷淋塔10、间壁式换热器15、循环水泵和吸收式热泵23，所述热管换热器1的出口管5通过热泵高温热媒进口管6与吸收式热泵23的发生器19热媒入口连接，所述热管换热器1的进口管4通过热泵高温热媒出口管7与吸收式热泵23的发生器19热媒出口连接，所述热管换热器1的进气管2与生物质锅炉的烟气排出端连接，所述热管换热器1的出气管3通过烟道9与喷淋塔10连接，所述喷淋塔10上部有烟气排放口将烟气排入环境，所述喷淋塔10的喷淋水供回水管路（包括喷淋水供水管路14和喷淋水回水管路12）通过间壁式换热器15与低温热媒循环管路（包括热泵低温热媒进口管16和热泵低温热媒出口管17）换热，所述低温热媒循环管路与吸收式热泵23的蒸发器22对应的进出水口相连接。

本发明的有益效果是：利用吸收式热泵对生物质锅炉排烟进行深度热回收，该系统利用热管换热器和烟气-水直接接触式换热器两级回收不同温度品位的烟气余热，利用热管换热器回收烟气中的显热，其换热效率远高于一般间壁式换热器，可节省空间和材料，而烟气中的部分水蒸气将在烟气-水直接接触换热过程中冷凝，同时该换热过程也洗涤和溶解了烟气中的SO2、NOX等污染物，起到了回收烟气潜热兼洁净烟气的作用。该系统不仅实现了能量品位的多级利用，提高了生物质热电联产系统的总体能源利用率，还可洗涤烟气保护环境。

附图说明

图1为本发明系统的结构示意图，图中，1、热管换热器；2、进气管；3、出气管；4、进口管；5、出口管；6、热泵高温热媒进口管；7、热泵高温热媒出口管；8、循环泵一；9、烟道；10、喷淋塔；11、溢流管；12、喷淋水回水管路；13、循环泵二；14、喷淋水供水管路；15、间壁式换热器；16、热泵低温热媒进口管；17、热泵低温热媒出口管；18、循环泵三；19、发生器；20、冷凝器；21、吸收器；22、蒸发器；23、吸收式热泵；24、热网回水管；25、热网供水管。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用以说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明是一种烟气余热驱动的热泵供暖系统，包括热管换热器1、烟道9、喷淋塔10、间壁式换热器15、循环水泵和吸收式热泵23，所述热管换热器1的出口管5通过热泵高温热媒进口管6与吸收式热泵23的发生器19热媒入口连接，所述热管换热器1的进口管4通过热泵高温热媒出口管7与吸收式热泵23的发生器19热媒出口连接，所述热管换热器1的进气管2与生物质锅炉的烟气排出端连接，所述热管换热器1的出气管3通过烟道9与喷淋塔10连接，所述喷淋塔10上部有烟气排放口将烟气排入环境，所述喷淋塔10的喷淋水供回水管路（包括喷淋水供水管路14和喷淋水回水管路12）通过间壁式换热器15与低温热媒循环管路（包括热泵低温热媒进口管16和热泵低温热媒出口管17）换热，所述低温热媒循环管路与吸收式热泵23的蒸发器22对应的进出水口相连接。

如图1所示，所述吸收式热泵23的热水侧进口与热网回水管24连接，所述吸收式热泵23的热水侧出口与热网供水管25连接。

如图1所示，所述热管换热器1的进口管4与发生器19的热媒出口的连接管路上设置有循环泵一8，所述喷淋塔10的出水口与间壁式换热器15的热媒进口的连接管路上设置有循环泵二13，所述间壁式换热器15冷媒入口与蒸发器22的热媒出口的连接管路上设置有循环泵三18。

如图1所示，所述热管换热器1主要由烟气箱和水箱组成，烟气箱和水箱之间设置有隔板，所述烟气箱和水箱均与隔板为一体式设置，所述烟气箱内设置有用于传递热量的重力热管，所述重力热管呈等间距分布设置，所述重力热管的一端与烟气箱螺栓连接，所述重力热管的另一端贯穿隔板和水箱设置，所述热管上设置有翅片，所述热管换热器采用温度传感器检测水箱内的水温情况，采用压力表监测水箱内的压强，并反馈给控制装置，当达到设计温度时，采用控制装置打开电磁阀排出热水同时注入冷水。

如图1所示，所述烟气在喷淋塔10内与喷淋水换热，喷淋塔10的下部侧面设置烟气入口、溢流管11和喷淋水出口，上部侧面设置喷淋水入口，顶部设置烟气出口，所述喷淋塔10采用多级喷淋的设置，喷淋塔10内布置多层平行设置的喷淋管，所述喷淋装置的喷嘴的喷射方向可调节，确保烟气与喷淋水充分接触换热，可有效降低烟气温度，所述喷淋塔10中烟气与水逆流换热，从热管换热器1的出气管3出来的烟气经烟道9送至喷淋塔10，烟气在喷淋塔10内自下而上流动，将热量传递给向下流动的喷淋水，完成二级换热的低温烟气由喷淋塔10顶部排出，而吸收了烟气热量的喷淋水通过间壁式换热器15将热量传递给低温热媒供给吸收式热泵的蒸发器。所述喷淋塔10下部设置的溢流管11溢出因烟气中的水蒸气的凝结造成的过量循环水。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干等同替换和改进，这些等同替换和改进也应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种烟气余热驱动的热泵供暖系统，其特征在于，包括热管换热器（1）、烟道（9）、喷淋塔（10）、间壁式换热器（15）、循环水泵和吸收式热泵（23），所述热管换热器（1）的出口管（5）通过热泵高温热媒进口管（6）与吸收式热泵（23）的发生器（19）热媒入口连接，所述热管换热器（1）的进口管（4）通过热泵高温热媒出口管（7）与吸收式热泵（23）的发生器（19）热媒出口连接，所述热管换热器（1）的进气管（2）与生物质锅炉的烟气排出端连接，所述热管换热器（1）的出气管（3）通过烟道（9）与喷淋塔（10）连接，所述喷淋塔（10）上部有烟气排放口将烟气排入环境，所述喷淋塔（10）的喷淋水供回水管路（包括喷淋水供水管路（14）和喷淋水回水管路（12））通过间壁式换热器（15）与低温热媒循环管路（包括热泵低温热媒进口管（16）和热泵低温热媒出口管（17））换热，所述低温热媒循环管路与吸收式热泵（23）的蒸发器（22）对应的进出水口相连接。

2.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的热泵供暖系统，其特征在于，所述吸收式热泵（23）的高温热媒为蒸汽或高温热水，作为吸收式热泵（23）驱动力。

3.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的热泵供暖系统，其特征在于，所述间壁式换热器（15）为管式换热器或板式换热器。

4.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的热泵供暖系统，其特征在于，所述吸收式热泵（23）的热水侧进口与热网回水管（24）连接，吸收式热泵（23）的热水侧出口与热网供水管（25）连接。

5.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的热泵供暖系统，其特征在于，所述热管换热器（1）的进口管（4）与发生器（19）的热媒出口的连接管路上设置有循环泵一（8），所述喷淋塔（10）的出水口与间壁式换热器（15）的热媒进口的连接管路上设置有循环泵二（13），所述间壁式换热器（15）冷媒入口与蒸发器（22）的热媒出口的连接管路上设置有循环泵三（18）。

6.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的热泵供暖系统，其特征在于，所述热管换热器（1）内设置有用于传递热量的热管，所述热管上设置有翅片。

7.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的热泵供暖系统，其特征在于，所述喷淋塔（10）采用多级喷淋的装置，所述喷淋装置的喷嘴的喷射方向可调节。

8.根据权利要求7所述的烟气余热驱动的热泵供暖系统，其特征在于，所述喷淋塔（10）下部设置溢流管（11）。