CN109959042A - 一种烟气余热驱动的复合供暖系统 - Google Patents

一种烟气余热驱动的复合供暖系统 Download PDF

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Abstract

一种烟气余热驱动的复合供暖系统，目的是实现对烟气余热的利用，提高锅炉效率，增加供暖模式，实现能量的梯级回收，由烟气换热器和热泵子系统以及多个控制阀和控制泵组成，其中热泵子系统由压缩机、冷凝器、节流阀、蒸发器、气液分离器以及循环管道构成。本发明实现了烟气余热驱动的复合供暖，烟气余热首先通过第一烟气换热器将热量传递给第一热媒，第一热媒输送给用户直接供暖，降温后的烟气再次通过第二烟气换热器，对第二热媒进行一次升温，而后第二热媒进入热泵子系统，循环工质在蒸发器中吸收低温热源释放的热量，在冷凝器中将热量传递给第二热媒，使其二次升温，最后利用外部管网输送再次进行供暖。

Description

一种烟气余热驱动的复合供暖系统
技术领域
本发明涉及生物质直燃烟气余热利用技术，具体涉及烟气余热驱动的复合供暖技术。
背景技术
生物质能源在当今社会受到广泛应用，其中直接燃烧发电是最为广泛和成熟的技术。但在生物质燃烧的过程中，会产生大量含有热量的烟气，而一般电厂选择对烟气直接排放，但是生物质烟气中含有大量的潜热，这样会导致损失大量的热。
同时我国整体采暖方式较为单一，城市的冬季供暖形式为燃煤锅炉、燃气锅炉、电锅炉等。而在北方农村的冬季供暖方式绝大多数为燃烧秸秆的火炕、燃煤式暖气片、小煤炉、等，这样的供暖方式既浪费能源又缺乏稳定性，容易受多种因素的影响。
公开号CN107339709A的专利技术公开了一种处理生物质电厂烟气及回收烟气余热的装置。该发明可以利用生物质电厂锅炉烟气余热烘干生物质燃料，并利用吸收器的循环溶液洗涤烟气中的粉尘，有效减少了尾气中的粉尘含量。但是针对此发明第一，生物质电厂烟气中含水量较高，若对烟气中的水没有做到彻底吸收便干燥燃料，那么便达不到很好的干燥效果；第二，若只是利用烟气干燥燃料，则烟气中的热量没有实现完全利用，无法达到对热量的全回收，依旧浪费了大量潜在热量。
公开号CN206131120U的专利技术公开了一种空气源热泵与太阳能相耦合的复合供暖系统，该系统包括太阳能加热系统和空气源热泵加热系统；在太阳能集热器的出气口上设有第二温度传感器；在空气源热泵冷凝器的进风口上设有第一温度传感器；通过太阳能和空气源热泵的有机融合，提高了系统的运行能效，降低了系统运行能耗。但太阳能易受到天气的影响，不能稳定提供太阳能，在太阳能不足时，需通过辅助能源来弥补所缺失的部分，导致系统的运行成本增加；其次，单靠空气源热泵与太阳能相耦合，很难满足较大用户的供暖需求，还需要通过添加其他方式才可以实现，不适用于大型供暖场所。
本发明实现了生物质烟气在供暖中梯级利用，并对烟气中的热量进行有效回收，从而达到烟气换热器和热泵系统相结合的复合供暖模式；这样既对烟气中的汽化潜热得到了充分利用，又提高了供暖系统的稳定性，同时还可以提高电厂的经济性。
发明内容
本发明的目的是实现对烟气余热的利用，提高锅炉效率，增加供暖模式，实现能量的梯级回收。
本发明是一种烟气余热驱动的复合供暖系统，由烟气换热器和热泵子系统组成，第一热媒通过设有第一控制泵B1的连接管道送至第一烟气换热器1的热媒入口端1b，烟气通过第一控制阀C1到第一烟气换热器1的烟气入口端1a，在第一烟气换热器1内与第一热媒换热，第一热媒温度升高达到供暖温度，在第一烟气换热器1的热媒出口1c经第三控制泵B3和第二控制阀C2输送至外部管网8；降温烟气从第一烟气换热器1的烟气出口端1d经第二控制泵B2到第二烟气换热器2的烟气入口端2a。
第二热媒由第四控制泵B4至第二烟气换热器2的热媒入口端2b，在第二烟气换热器2中对第二热媒进行一次升温，第二热媒从第二烟气换热器2的热媒出口处2c进入连接管道9，其中连接管道9上设有第六控制泵B6和第三控制阀C3，进入热泵子系统中的冷凝器4。
低温热源由设有第七控制泵B7的连接管道9上低温热源入口3a进入热泵子系统中的蒸发器6，在蒸发器6中与循环工质进行热量交换，由第二循环管道G2输送至气液分离器7，在气液分离器7中相态分离，由第三循环管道G3进入压缩机3，在压缩机3中循环工质升压并通过第四循环管道G4进入冷凝器4，第二热媒在冷凝器4中实现二次升温，利用外部管网8上设的第八控制泵B8和第四控制阀C4输送至用户供暖，循环工质由第五循环管道G5进入节流阀5，在节流阀5完成节流由第一循环管道G1重新进入蒸发器6，开始下一次循环；利用的低温热源从蒸发器6另一侧由低温热源出口3b排出。
本发明的有益之处在于：（1）本发明实现对烟气余热的梯级利用，最大程度回收生物质烟气中的热量；（2）本发明提出一种烟气余热驱动的复合供暖系统，实现了热泵与换热器的综合利用，该发明可以用来填补现有供暖模式的效率低以及不稳定性，实现了多种能源的互补；（3）本发明减少了对于常规能源的使用，降低供暖成本，提高电厂整体的经济性。
附图说明
图1，图2为本发明型整体结构示意图；附图标记及对应名称为：1—第一烟气换热器；2—第二烟气换热器；3—压缩机；4—冷凝器；5—节流阀；6—蒸发器；7—气液分离器；8—外部管网；9—连接管道；C1—第一控制阀；B1—第一控制泵；B2—第二控制泵；B3—第一控制泵；C2—第二控制阀；B4—第四控制泵；B5—第五控制泵；B6—第六控制泵；C3—第三控制阀； C4—第四控制阀；B7—第七控制泵；B8—第八控制泵；1a—第一换热器烟气入口端；1b—第一换热器热媒入口端；1c—第一换热器热媒出口端；1d—第一换热器烟气出口端；2a—第二换热器烟气入口端；2b—第二换热器热媒入口端；2c—第二换热器热媒出口端；2d—第二换热器烟气出口端；G1—第一循环管道；G2—第二循环管道；G3—第三循环管道；G4—第四循环管道；G5—第五循环管道；3a—低温热源入口端；3b—低温热源出口端。
具体实施方式
如图1、图2所示，本发明是一种烟气余热驱动的复合供暖系统，由烟气换热器和热泵子系统组成，第一热媒通过设有第一控制泵B1的连接管道送至第一烟气换热器1的热媒入口端1b，烟气由第一控制阀C1至第一烟气换热器1的烟气入口端1a，在第一烟气换热器1内与第一热媒换热，第一热媒温度升高达到供暖温度，在第一烟气换热器1的热媒出口1c经第三控制泵B3和第二控制阀C2输送至外部管网8；降温烟气从第一烟气换热器1的烟气出口端1d经第二控制泵B2到第二烟气换热器2的烟气入口端2a。
第二热媒由第四控制泵B4至第二烟气换热器2的热媒入口端2b，在第二烟气换热器2中对第二热媒进行一次升温，第二热媒从第二烟气换热器2的热媒出口处2c进入连接管道9，其中连接管道9上设有第六控制泵B6和第三控制阀C3，进入热泵子系统中的冷凝器4。
低温热源由设有第七控制泵B7的连接管道9上低温热源入口3a进入热泵子系统中的蒸发器6，在蒸发器中6与循环工质进行热量交换，由第二循环管道G2输送至气液分离器7，在气液分离器7中相态分离，由第三循环管道G3进入压缩机3，在压缩机3中循环工质升压并通过第四循环管道G4进入冷凝器4，第二热媒在冷凝器4中实现二次升温，利用外部管网8上设的第八控制泵B8和第四控制阀C4输送至用户供暖，循环工质由第五循环管道G5进入节流阀5，在节流阀5完成节流由第一循环管道G1重新进入蒸发器6，开始下一次循环；利用的低温热源从蒸发器6另一侧由低温热源出口3b排出。
根据权利要求1所述的烟气余热驱动的复合供暖系统，其特征在于，第一烟气换热器（1）中烟气与第一热媒，通过直接换热或者间接换热交换热量；第二烟气换热器（2）中烟气与第二热媒，通过直接换热或者间接换热交换热量。
如图1、图2所示，第一热媒通过设有第一控制泵B1的连接管道到达第一烟气换热器1的热媒入口端1b，烟气通过第一控制阀C1进入第一烟气换热器1的烟气入口端1a，在第一烟气换热器1内与第一热媒换热，第一热媒温度升高达到供暖温度，在第一烟气换热器1的热媒出口1c经第三控制泵B3和第二控制阀C2输送至外部管网8直接供暖；降温烟气从第一烟气换热器1的烟气出口端1d经第二控制泵B2输送至第二烟气换热器2的烟气入口端2a，第二热媒由第四控制泵B4输送至第二烟气换热器2的热媒入口端2b，在第二烟气换热器2中对第二热媒进行一次升温，第二热媒从第二烟气换热器2的热媒出口处2c进入连接管道9，其中连接管道9上设有第六控制泵B6和第三控制阀C3，进入热泵子系统中的冷凝器4。低温热源经过设有第七控制泵B7的连接管道9由低温热源入口3a进入热泵子系统中的蒸发器6，在蒸发器中6与循环工质进行热量交换，经过第二循环管道G2输送至气液分离器7，在气液分离器7中相态分离，通过第三循环管道G3进入压缩机3，在压缩机3中循环工质升压并通过第四循环管道G4进入冷凝器4，第二热媒在冷凝器4中实现二次升温，利用外部管网8管道上设置的第八控制泵B8和第四控制阀C4输送至用户供暖，循环工质利用第五循环管道G5进入节流阀5，在节流阀5节流后变为低温低压的混合物，完成节流通过第一循环管道G1重新进入蒸发器6，开始下一次循环，利用的低温热源从蒸发器6另一侧由烟气出口3b排入环境当中。第一烟气换热器1中烟气与第一热媒，通过直接换热或者间接换热交换热量，第二烟气换热器2中烟气与第二热媒，通过直接换热或者间接换热交换热量。
烟气通过烟气换热器进行换热，所述的第一烟气换热器1和第二烟气换热器2是管式换热器，或者是板面式换热器。
所述的第一热媒是水，或者空气，或者蒸汽；第二热媒是水，或者空气，或者蒸汽。
所述的低温热源是烟气，或者空气，或者水，或者土壤。
结合附图对本发明的具体实施例进行说明。
实施例一：第一热媒通过设有第一控制泵B1的连接管道到达第一烟气换热器1的热媒入口端1b，烟气通过第一控制阀C1进入第一烟气换热器1的烟气入口端1a，在第一烟气换热器1内与第一热媒换热，第一热媒温度升高达到供暖温度，在第一烟气换热器1的热媒出口1c经第三控制泵B3和第二控制阀C2输送至外部管网8直接供暖；降温烟气从第一烟气换热器1的烟气出口端1d经第二控制泵B2输送至第二烟气换热器2的烟气入口端2a，第二热媒由第四控制泵B4输送至第二烟气换热器2的热媒入口端2b，在第二烟气换热器2中对第二热媒进行一次升温，第二热媒从第二烟气换热器2的热媒出口处2c进入连接管道9，其中连接管道9上设有第六控制泵B6和第三控制阀C3，进入热泵子系统中的冷凝器4。烟气经过设有第五控制泵B5的连接管道9由低温热源入口3a进入热泵子系统中的蒸发器6，在蒸发器中6与循环工质进行热量交换，经过第二循环管道G2输送至气液分离器7，在气液分离器7中相态分离，通过第三循环管道G3进入压缩机3，在压缩机3中循环工质升压并通过第四循环管道G4进入冷凝器4，第二热媒在冷凝器4中实现二次升温，利用外部管网8管道上设置的第八控制泵B8和第四控制阀C4输送至用户供暖，循环工质利用第五循环管道G5进入节流阀5，在节流阀5节流后变为低温低压的混合物，完成节流通过第一循环管道G1重新进入蒸发器6，开始下一次循环，利用的烟气从蒸发器6另一侧由烟气出口3b排入环境当中。
实施例二：第一热媒通过设有第一控制泵B1的连接管道到达第一烟气换热器1的热媒入口端1b，烟气通过第一控制阀C1进入第一烟气换热器1的烟气入口端1a，在第一烟气换热器1内与第一热媒换热，第一热媒温度升高达到供暖温度，在第一烟气换热器1的热媒出口1c经第三控制泵B3和第二控制阀C2输送至外部管网8直接供暖；降温烟气从第一烟气换热器1的烟气出口端1d经第二控制泵B2输送至第二烟气换热器2的烟气入口端2a，第二热媒由第四控制泵B4输送至第二烟气换热器2的热媒入口端2b，在第二烟气换热器2中对第二热媒进行一次升温，第二热媒从第二烟气换热器2的热媒出口处2c进入连接管道9，其中连接管道9上设有第六控制泵B6和第三控制阀C3，进入热泵子系统中的冷凝器4。空气经连接管道9上的第七控制泵B7由低温热源入口3a进入热泵子系统中的蒸发器6，在蒸发器中6与循环工质进行热量交换，经过第二循环管道G2输送至气液分离器7，在气液分离器7中相态分离，通过第三循环管道G3进入压缩机3，在压缩机3中循环工质升压并通过第四循环管道G4进入冷凝器4，第二热媒在冷凝器4中实现二次升温，利用外部管网8管道上设置的第八控制泵B8和第四控制阀C4输送至用户供暖，循环工质利用第五循环管道G5进入节流阀5，在节流阀5节流后变为低温低压的混合物，完成节流通过第一循环管道G1重新进入蒸发器6，开始下一次循环，利用的空气从蒸发器6另一侧由空气出口3b排入环境当中。从第二烟气换热器2烟气出口端2d排出的烟气，通过设有第五控制泵B5的连接管道9直接排入环境中，不再进入热泵子系统中的蒸发器6。

Claims (5)

1.一种烟气余热驱动的复合供暖系统，由烟气换热器和热泵子系统组成，其特征在于，第一热媒通过设有第一控制泵（B1）的连接管道送至第一烟气换热器（1）的热媒入口端（1b），烟气由第一控制阀（C1）至第一烟气换热器（1）的烟气入口端（1a），在第一烟气换热器（1）内与第一热媒换热，第一热媒温度升高达到供暖温度，在第一烟气换热器（1）的热媒出口（1c）经第三控制泵（B3）和第二控制阀（C2）输送至外部管网（8）；降温烟气从第一烟气换热器（1）的烟气出口端（1d）经第二控制泵（B2）到第二烟气换热器（2）的烟气入口端（2a）；
第二热媒由第四控制泵（B4）至第二烟气换热器（2）的热媒入口端（2b），在第二烟气换热器（2）中对第二热媒进行一次升温，第二热媒从第二烟气换热器（2）的热媒出口处（2c）进入连接管道（9），其中连接管道（9）上设有第六控制泵（B6）和第三控制阀（C3），进入热泵子系统中的冷凝器（4）；
低温热源由设有第七控制泵（B7）的连接管道（9）上低温热源入口（3a）进入热泵子系统中的蒸发器（6），在蒸发器中（6）与循环工质进行热量交换，由第二循环管道（G2）输送至气液分离器（7），在气液分离器（7）中相态分离，由第三循环管道（G3）进入压缩机（3），在压缩机（3）中循环工质升压并通过第四循环管道（G4）进入冷凝器（4），第二热媒在冷凝器（4）中实现二次升温，利用外部管网（8）上设的第八控制泵（B8）和第四控制阀（C4）输送至用户供暖，循环工质由第五循环管道（G5）进入节流阀（5），在节流阀（5）完成节流由第一循环管道（G1）重新进入蒸发器（6），开始下一次循环；利用的低温热源从蒸发器（6）另一侧由低温热源出口（3b）排出。
2.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的复合供暖系统，其特征在于，第一烟气换热器（1）中烟气与第一热媒，通过直接换热或者间接换热交换热量；第二烟气换热器（2）中烟气与第二热媒，通过直接换热或者间接换热交换热量。
3.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的复合供暖系统，其特征在于，烟气通过烟气换热器进行换热，所述的第一烟气换热器（1）和第二烟气换热器（2）是管式换热器，或者是板面式换热器。
4.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的复合供暖系统，其特征在于，所述的第一热媒是水，或者空气，或者蒸汽；第二热媒是水，或者空气，或者蒸汽。
5.根据权利要求1所述的烟气余热驱动的复合供暖系统，其特征在于，所述的低温热源是烟气，或者空气，或者水，或者土壤。
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