CN110044062A - 一种热水机组 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种热水机组，包括：直接接触式换热器(2)，全热交换器(3)，布液装置(4)和炉胆(5)，布液装置(4)将热水散布在直接接触式换热器(2)中，与炉胆(5)排出的烟气直接换热，升温的热水通过热水出口(7)输送给热用户；降温的烟气通过排烟连接管(12)进入全热交换器(3)，与外界环境进入的空气进行全热交换，升温增湿后的空气通过空气管路(11)输送至炉胆(5)作为助燃空气；降温降湿后的烟气经过烟气出口(13)排放。烟气余热回收的同时降低燃烧温度，减少NOx排放；结构简化，不会腐蚀，整体巧妙的设计解决了锅炉与烟气余热回收系统分体设置、联合运行造成的成本高、结构复杂、运行难等问题。
Description
技术领域
本发明涉及能源技术领域，特别涉及一种热水机组。
背景技术
天然气等气体燃料和柴油等液体燃料的含氢量较高，燃烧产生的烟气中 含有大量的水蒸气，这部分水蒸气是烟气热量的主要携带者。据统计，天然 气烟气中水蒸气所携带的热量占天然气低位发热量的10％左右。因此，这部 分热量(主要是潜热)的回收在经济上是很有意义的。
目前已有多种同时回收烟气中的显热和潜热的余热回收技术，有些已经 得到了较大规模的推广应用，比如利用吸收式热泵回收烟气余热的集中供热 系统，用烟气和水直接接触式换热器和吸收式热泵结合回收烟气热量，能够 显著的降低排烟温度，但吸收式热泵的制造难度及成本较大，结构比较复杂， 另外锅炉与烟气余热回收装置作为两种不同的设备分别设置，占地面积大、 运行调节复杂。另外目前以燃气、燃油为燃料的热水机组或锅炉大部分为间 壁式换热结构，燃料燃烧产生的高温烟气通过金属换热面加热热水，存在体积大、成本高、换热面易腐蚀等问题。
发明内容
(一)发明目的
本发明的目的是提供一种热水机组，通过将换热器、燃烧装置以及供热 系统之间的整体设计与巧妙衔接，使得热水机组的高温烟气与热水直接接触 换热，并且使排烟温度最终降低至露点温度以下，将热水机组排出的烟气余 热进行彻底回收，解决了因锅炉采用间壁式换热以及与烟气余热回收系统分 别设置而造成的结构复杂、占地面积大、成本高、运行调节困难等问题。
(二)技术方案
为解决上述问题，根据本发明的一个方面,本发明提供了一种热水机组， 包括：直接接触式换热器、全热交换器、炉胆；直接接触式换热器内部设置 有布液装置，布液装置与热水进口连接，直接接触式换热器底部设有热水出 口；全热交换器空气侧进口与环境相通，全热交换器空气侧出口与炉胆进口 连接，燃料进口与炉胆相通，炉胆出口与直接接触式换热器腔体相通，直接 接触式换热器烟气出口与全热交换器烟气侧进口连接，全热交换器烟气侧出 口与环境相通。
进一步的，炉胆设置于直接接触式换热器内部，其出口与直接接触式换 热器腔体连通；炉胆的出口水平、朝上、或者朝下。
进一步的，炉胆设置在直接接触式换热器底部且炉胆的出口朝上，炉胆 出口上方设置有挡罩，以防止液滴落入炉胆中；或炉胆设置在直接接触式换 热器侧壁且出口朝下，炉胆出口位于直接接触式换热器底部液面以下，或位 于直接接触式换热器底部液面以上；或炉胆的出口位于直接接触式换热器底 部液面以下，炉胆的侧壁设置有小孔，用于与直接接触式换热器换热。
进一步的，直接接触式换热器内部还包括除雾器，设置于布液装置上方， 以去除烟气中携带的液滴。
进一步的，直接接触式换热器内部还包括填料或塔板，用于加强烟气与 热媒水的换热。
进一步的，一种热水机组还包括：还包括供热系统；供热系统包括:热网 水泵、热网供水管路和热网回水管路，热水出口与热网供水管路连通，用于 将热媒水提供给热用户；热水进口与热网回水管路连通，用于将热网回水返 回至布液装置。
进一步的，一种热水机组还包括：水水换热器；水水换热器的一侧与热 媒水管路连接，另一侧与热网回水管路连接，用于将热媒水的热能传递给热 网回水。
进一步的，直接接触式换热器底部设置有加碱口，用于添加碱性物质。
进一步的，直接接触式换热器底部设置有凝水出口，用于排放烟气降温 产生的冷凝水。
进一步的，全热交换器为转轮式全热交换器或透过型固定式全热交换器。
本发明提供的一种热水机组，包括：直接接触式换热器、全热交换器、 炉胆；直接接触式换热器内部设置有布液装置，布液装置与热水进口连接， 直接接触式换热器底部设有热水出口；全热交换器空气侧进口与环境相通， 全热交换器空气侧出口与炉胆进口连接，燃料进口与炉胆相通，炉胆出口与 直接接触式换热器腔体相通，直接接触式换热器烟气出口与全热交换器烟气 侧进口连接，全热交换器烟气侧出口与环境相通。通过将全热交换器、燃烧 装置以及供热系统之间的整体设计与巧妙衔接，使得热水机组的排烟温度降低至露点温度以下，烟气余热进行彻底回收，解决了因燃油或燃气锅炉与烟 气余热回收系统分别设置而造成的结构复杂、占地面积大、成本高、运行调 节困难等问题。
(三)有益效果
本发明的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
本申请的热水机组，通过空气与烟气进行湿、热交换，使得烟气的温度 和含湿量降低，空气的温度和湿度增加，以此实现烟气余热深度回收的目的； 同时，炉胆助燃空气湿度的增加可以降低燃烧温度，能够有效的减少氮氧化 物的排放浓度，因此也具备一定的减排效果。
燃料燃烧产生的高温烟气与热媒水直接接触换热，高效紧凑，取消了换 热面，避免了传统间壁式换热时造成设备的腐蚀问题，提高了设备的使用寿 命。
本申请的热水机组不仅结构简单，占地面积小，成本低，而且充分利用 了室外空气的低温低湿特性，有效的降低排烟温度回收烟气热量，换热过程 连续且运转可靠。解决了现有技术中锅炉与烟气余热回收系统分体设置、联 合运行造成的成本高、结构复杂、占地面积大、运行调节困难的问题。
附图说明
图1是本发明提供的热水机组实施例一的结构图；
图2是本发明提供的热水机组实施例二的结构图；
图3是本发明提供的热水机组实施例三的结构图；
图4是本发明提供的热水机组实施例四的结构图；
图5是本发明提供的热水机组实施例五的结构图；
附图标记：
1-风机；2-直接接触式换热器；3-全热交换器；4-布液装置；5-炉胆； 6-热水进口；7-热水出口；8-凝结水出口；9-燃料进口；10-空气进口；11- 空气连接管；12-排烟连接管；13-烟气出口；14-挡罩；15-除雾器；16-塔板； 17—加碱口；18—热网水泵；19-水水换热器；20-热网回水管路；21-热网供 水管路；22-热用户；23-热媒水管路。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施 方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例 性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结 构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
图1是本发明提供的热水机组实施例一的结构图。
在一实施例中，本发明提供了一种热水机组，包括：直接接触式换热器 2，全热交换器3和炉胆5，直接接触式换热器2内部设置有布液装置4，布 液装置4与热水进口6连接，直接接触式换热器2底部设有热水出口7；全 热交换器3空气侧进口与环境相通，全热交换器3空气侧出口与炉胆5进口 连接，燃料进口9与炉胆5相通，炉胆5出口与直接接触式换热器2腔体相 通，直接接触式换热器2的烟气出口与全热交换器3的烟气侧进口连接，全 热交换器3的烟气侧出口与环境相通。
具体地，燃料通过燃料进口9进入炉胆5中与空气混合燃烧，产生的高 温烟气进入直接接触式换热器2腔体，与经过布液装置4散布的热水直接接 触进行热交换，降温后的烟气通过直接接触式换热器2的排烟口进入全热交 换器3，在全热交换器3中与空气进行热湿传递，进一步降温降湿后排出。 布液装置4散布的热水吸收烟气热量升温后降落至直接接触式换热器2底部， 通过热水出口7提供给热用户22。环境空气通过空气进口10进入全热交换 器3，与烟气进行热湿传递，升温增湿后进入炉胆5，作为助燃空气与通过燃 料进口9进入的燃料混合后在炉胆5内燃烧。
炉胆5中产生的高温烟气与布液装置4散布的热媒水直接接触进行热交 换，烟气通过直接接触式换热器2的烟气出口后通过排烟连接管12进入全热 交换器3；热媒水吸热升温后降落至直接接触式换热器2底部，通过热水出 口7提供给热用户22。
外界空气经过空气进口10进入全热交换器3，在全热交换器3中与烟气 进行热湿交换，升温增湿后的空气进入空气连接管路11，通过风机1升压后 进入炉胆5，与燃料混合后燃烧；燃烧产生的烟气在经过直接接触式换热器2 后，进入排烟连接管路12，进入全热交换器3，与空气进行热湿交换后通过 烟气出口13排入大气。
具体地，空气连接管11的一端与全热交换器3空气出口连接，空气连接 管11的另一端与风机1进口连接，风机1出口与炉胆5连接，用于将外界空 气输送至炉胆5中，作为炉胆5中的助燃空气；炉胆5外壁上设置有一燃料 进口9，用于将燃料输送至炉胆5中，空气和燃料共同在炉胆5中混合燃烧， 以此产生高温烟气。
排烟连接管路12的一端与全热交换器3烟气进口连通，排烟连接管路 12的另一端与直接接触式换热器2的烟气出口连通，用于将直接接触式换热 器2中热交换后的烟气输送至全热交换器3中。
可选的，炉胆5的出口水平布置于直接接触式换热器2内部，炉胆5的 出口与直接接触式换热器2的内部腔体连通。
烟气先在直接接触式换热器2中与布液装置4散布的热媒水进行换热， 然后在全热交换器3中与外界进入的空气进行全热交换，有效的回收了烟气 余热。上述设计解决了因锅炉与烟气余热回收系统分别设置而造成的结构复 杂、占地面积大、成本高、运行调节困难等问题。
图2是本发明提供的热水机组实施例二的结构图。
在一实施例中，还包括供热系统；供热系统包括:热网水泵18、热网供 水管路21和热网回水管路20；热水出口7与热网供水管路21连通，用于将 热媒水提供给热用户22；热水进口6与热网回水管路20连通，用于将热网 回水返回至布液装置4。
具体地，由本发明提供的热水机组以及热用户22，热网回水管路20，热 网水供水管路21，热网水泵18共同构成了一种直接供热系统。热水机组的 热水出口7与热网供水管路21连通，用于将热媒水输送至热用户22；布液 装置4与热网回水管路20连通，用于将热网回水输送至布液装置4。
热网回水管路20与直接接触式换热器2的热水进口6连接，通过热水进 口6将热网水输送至布液装置4，作为热媒水在直接接触式换热器2中与烟 气进行直接接触，热交换后的热媒水通过热水出口7与热网水泵18相连，通 过热网水泵18后与热网供水管路21连通，由热网供水管路21输送给各个热 用户22。在热用户22中热网供水释放出热量，温度降低，最后通过热网回 水管路20返回热水进口6，通过布液装置4再次进入直接接触式换热器2进行吸热升温，如此循环，实现供热。
可选的，在该实施例中，图2中虚线框内的部件和管路均可以整合为一 个一体化的设备，减少占地面积，节省管路等附件的连接，方便生产和运行。
图3是本发明提供的热水机组实施例三的结构图。
在该实施例中，相比于实施例二，由热水机组构成的供热系统还包括： 水水换热器19；水水换热器19的一侧与热媒水管路23连接，另一侧与热网 回水管路20连接，用于将热媒水的热能传递给热网回水。
具体地，请参看图3，热水机组热水出口7经过热网水泵18与水水换热 器19热流体侧进口相连，热流体侧出口与热水进口6相连；水水换热器19 冷流体侧进出口分别与热网回水管路20和热网供水管路21相连。热网水通 过水水换热器19与热媒水进行换热，升温后的热网水通过热网供水管路21 提供给热用户22。
可选的，在该实施例中，图3中虚线框内的所有的部件和管路均可以整 合为一个一体化的设备，减少占地面积，节省管路等附件的连接，方便生产 和运行。
图4是本发明提供的热水机组实施例四的结构图。
在一实施例中，炉胆5设置在直接接触式换热器2侧壁且出口朝下，炉 胆5出口位于直接接触式换热器2底部液面以下，或位于直接接触式换热器 2底部液面以上；或炉胆5的出口位于直接接触式换热器2底部液面以下， 炉胆(5)的侧壁设置有小孔，用于与直接接触式换热器(2)换热。
在该实施例中，本发明提供了一种热水机组，与实施例一的主要区别是 炉胆5出口朝下，且炉胆5出口位于直接接触式换热器2底部液面之上，燃 烧产生的高温烟气流出炉胆5后，在液面之上折返进入直接接触式换热器2 与热媒水换热。其它部分和运行过程与实施例一相同。
当炉胆5的出口朝向直接接触式换热器2底部并且炉胆5的出口位于热 媒水的液面之下时；炉胆5位于热媒水液面之下的壁面上设置有多个小孔， 燃烧产生的高温烟气通过小孔流出炉胆5后，以鼓泡的形式通过液面，与热 媒水进行换热。
具体地，请参看图2和图3，烟气首先与直接接触式换热器2底部的热 媒水进行鼓泡型换热，进入直接接触式换热器2内部腔体后再与布液装置4 中喷洒的热媒水进行直接接触换热，最后从直接接触式换热器2的排烟口排 出后进入全热交换器3，与全热交换器3中的空气进行换热。三次换热均有 效的回收了烟气余热。
图5是本发明提供的热水机组实施例五的结构图。
在一实施例中，炉胆5设置在直接接触式换热器2底部且炉胆5的出口 朝上，炉胆5出口上方设置有挡罩14，以防止液滴落入炉胆5中。
在该实施例中，炉胆5的出口朝向直接接触式换热器2顶部，其外壁被 热媒水包围。炉胆5出口的上方设置有挡罩14，用于防止热媒水落入炉胆5 内。
具体地，请参看图5，炉胆5竖直布置于直接接触式换热器2内部，其 四周均被热媒水包围；且炉胆5的出口高于直接接触式换热器2底部液面， 炉胆5的出口与直接接触式换热器2的内部腔体连通。
炉胆5的出口上方设置有挡罩14，用于防止降落的热媒水进入炉胆5 而影响燃料与空气的混合燃烧。
在一实施例中，在直接接触式换热器2内，位于布液装置4的上方设置 有除雾器15，用于去除烟气中携带的液滴。
具体地，请参看图2和图3，烟气在直接接触式换热器2中与热媒水直 接接触换热，换热后的烟气中携带了大量液滴，通过除雾器15除去烟气中携 带的大部分水滴。
在一实施例中，直接接触式换热器2中还包括填料或塔板，用于加强烟 气与热媒水的换热，在布液装置4的下方设置有填料16，可以增加烟气与热 媒水的接触面积和接触时间，增强烟气与热媒水的热交换。
具体地，可选的，请参看图2，炉胆5燃烧产生的高温烟气进入填料16， 在其中与下落的热媒水直接接触换热。填料16可以增强烟气与热媒水的热质 交换，使烟气温度降低至露点温度以下，释放出大部分热量。
具体地，直接接触式换热器2的常用结构包括：空腔式、填料式和塔板 式。本实施例中的结构为空腔式、或者填料式、或者塔板式；或者空腔和填 料，或者空腔和塔板。
在一实施例中，直接接触式换热器2底部设置有加碱口17，用于添加碱 性物质，以中和热媒水中溶解的烟气中的酸性物质。
具体地，由于热媒水与烟气直接接触后，溶解了烟气中的部分酸性物质， 为了防止对设备和管道的酸性腐蚀，通过加碱口17加入碱性药剂对热媒水进 行酸碱中和处理。
可选的，请参看图2，从加碱口17向直接接触式换热器2底部的热媒水 添加碱性物质，以中和热媒水中的酸性物质。
可选的，请参看图3，加碱口17设置在热媒水管路23上，且位于热水 出口7与水泵18之间，用于添加碱性物质，以中和热媒水中的酸性物质。
在一实施例中，直接接触式换热器2的底部设置有凝结水出口8，用于 排放烟气降温产生的凝结水。
具体地，直接接触式换热器2底部还设置有凝结水出口8，升温后的热 媒水汇集到直接接触式换热器2底部，一部分通过热水出口7流出后供给热 用户，多余的部分通过凝结水出口8排放，或者通过热水出口7流出直接接 触式换热器2后再分流排放。
在一实施例中，风机、直接接触式换热器、全热交换器、炉胆是相互分 开并通过管路连接；和/或结合成一体。
在一实施例中，全热交换器3为转轮式全热交换器，或透过型固定式全 热交换器。
具体地，透过型固定式全热交换器选用选择性渗透膜或渗透纸制成。
应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释 本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和 范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保 护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和 边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (10)
1.一种热水机组，其特征在于，包括：直接接触式换热器(2)、全热交换器(3)、炉胆(5)；
所述直接接触式换热器(2)内部设置有布液装置(4)，所述布液装置(4)与热水进口(6)连接，所述直接接触式换热器(2)底部设有热水出口(7)；
所述全热交换器(3)空气侧进口与环境相通，所述全热交换器(3)空气侧出口与所述炉胆(5)进口连接，燃料进口(9)与所述炉胆(5)相通，所述炉胆(5)出口与所述直接接触式换热器(2)腔体相通，所述直接接触式换热器(2)的烟气出口与所述全热交换器(3)的烟气侧进口连接，所述全热交换器(3)的烟气侧出口与环境相通。
2.根据权利要求1所述的热水机组，其特征在于，
所述炉胆(5)设置于所述直接接触式换热器(2)内部，其出口与所述直接接触式换热器(2)腔体连通；
所述炉胆(5)的出口水平、朝上、或者朝下。
3.根据权利要求2所述的热水机组，其特征在于，
所述炉胆(5)设置在所述直接接触式换热器(2)底部且所述炉胆(5)的出口朝上，所述炉胆(5)出口上方设置有挡罩(14)，以防止液滴落入所述炉胆(5)中；或
所述炉胆(5)设置在直接接触式换热器(2)侧壁且出口朝下，所述炉胆(5)出口位于所述直接接触式换热器(2)底部液面以下，或位于所述直接接触式换热器(2)底部液面以上；或
所述炉胆(5)的出口位于所述直接接触式换热器(2)底部液面以下，所述炉胆(5)的侧壁设置有小孔，用于与所述直接接触式换热器(2)换热。
4.根据权利要求1所述的热水机组，其特征在于
所述直接接触式换热器(2)中还包含除雾器(15)；
所述除雾器(15)设置于所述布液装置(4)上方，以去除烟气中携带的液滴。
5.根据权利要求1所述的热水机组，其特征在于
所述直接接触式换热器(2)中还包括填料或塔板，用于加强烟气与热媒水的换热。
6.根据权利要求1所述的热水机组，其特征在于，还包括供热系统；
所述供热系统包括:热网水泵(18)、热网供水管路(21)和热网回水管路(20)；
所述热水出口(7)与所述热网供水管路(21)连通，用于将所述热媒水提供给热用户(22)；
所述热水进口(6)与所述热网回水管路(20)连通，用于将热网回水返回至所述布液装置(4)。
7.根据权利要求6所述的热水机组，其特征在于，还包括：水水换热器(19)；
所述水水换热器(19)的一侧与热媒水管路(23)连接，另一侧与所述热网回水管路(20)连接，用于将所述热媒水的热能传递给热网回水。
8.根据权利要求1所述的热水机组，其特征在于，
所述直接接触式换热器(2)的底部设置有加碱口(17)，用于添加碱性物质。
9.根据权利要求1所述的热水机组，其特征在于，
所述直接接触式换热器(2)的底部设置有凝结水出口(8)，用于排放烟气降温产生的凝结水。
10.根据权利要求1所述的热水机组，其特征在于，
所述全热交换器(3)为转轮式全热交换器，或透过型固定式全热交换器。
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2019
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