CN111578558A - 多级热泵耦合烟气余热回收系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多级热泵耦合烟气余热回收系统，包括：吸收喷淋塔；一级喷淋、二级喷淋以及升气装置；一级换热器、二级换热器以及溶液吸收式热泵，其中，所述一级喷淋与所述一级换热器循环连接并换热，所述二级喷淋与所述二级换热器循环连接并换热；冷源介质，所述冷源介质通过串联或者并联的方式接入于所述一级换热器、所述二级换热器以及所述溶液吸收式热泵。本发明的多级热泵耦合烟气余热回收系统采用中介循环介质进行喷淋与烟气直接接触，少了换热环节，减少了热量损失，清水喷淋和多级喷淋的利用，提高了系统的COP，大大节省了驱动热源，相比常规间接换热及闭式热泵技术节省了设备投资费用和运行维护费用。
Description
技术领域
本发明涉及一种多级热泵耦合烟气余热回收系统。
背景技术
在节能减排被日益重视的当今，各工业和民用领域的锅炉尾部排烟量大，烟气余热仍有很大的回收利用空间，节能潜力非常大，但受制于烟气的酸腐蚀、粉尘冲刷等因素，往往烟气温度只能降低到酸露点温度以上，得不到进一步降低，余热回收的障碍也较大。
同时，传统余热回收技术受制于冷源条件限制，余热利用及其有限，尤其是脱硫后低温饱和烟气，无法进一步回收利用，而采用常规热泵技术同时需要额外补充大量热源，投资运行费用较高。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中烟气余热利用有限，余热回收障碍大，需要额外补充大量热源，投资运行费用较高的缺陷，提供一种多级热泵耦合烟气余热回收系统。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题：
一种多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特点在于，所述多级热泵耦合烟气余热回收系统包括：
吸收喷淋塔；
一级喷淋、二级喷淋以及升气装置，其中，所述一级喷淋位于所述升气装置的下方，所述二级喷淋位于所述升气装置的上方；
一级换热器、二级换热器以及溶液吸收式热泵，其中，所述一级喷淋与所述一级换热器循环连接并换热，所述二级喷淋与所述二级换热器循环连接并换热；
冷源介质，所述冷源介质通过串联或者并联的方式接入于所述一级换热器、所述二级换热器以及所述溶液吸收式热泵。
吸收喷淋塔采用多级喷淋，一级喷淋可以采用清水，二级喷淋可以采用溶液或清水。一级换热器采用板式换热器或管壳式换热器等。通过一级循环喷淋可以吸收烟气中大量粉尘颗粒，降低排放烟气粉尘含量，对二级喷淋起到净化作用。二级喷淋循环液采用溶液吸收式热泵原理，与烟气直接接触的方式将低温烟气热量传递给高温溶液，最后将热量转移给供暖水或其它可利用的冷源介质。溶液吸收式热泵技术回收烟气凝水品质较好，可以补充锅炉用水或供暖水补水，二级喷淋循环液可以用清水代替。
可以根据冷源温度和理流量条件对冷源介质连接方式进行合理匹配，从而保证更好的余热回收效果，当冷源介质流量较小，温度较低的情况下可以将冷源介质依次串联，当冷源介质流量充裕，而温度较高时，多股冷源介质并联使用，可以最大化回收烟气余热。由此可以针对冷源和热源匹配情况，进行合理分配，最大限度回收热湿烟气中的水分和热量。并且保证供暖水出口温度。
本发明的采用多级热泵耦合的方式可以对较低排烟温度的烟气进行深度余热回收，利用热泵的技术原理，将较低的烟气余热转移到供暖水或其它工业用水中，实现低品位余热提升到高品位热能，本发明提出的热泵耦合技术，可以针对不同品位的烟气余热与不同条件下的冷源进行合理匹配，最大化的利用回收烟气热量。该过程可以在较苛刻冷源条件下进行烟气深度余热回收，同时，多级热泵的耦合，大大提高系统COP，减少了驱动热源的输入，对烟气余热回收利用有着较高经济价值和社会效益。
较佳地，所述冷源介质依次串联接入所述一级换热器、所述二级换热器以及所述溶液吸收式热泵。
较佳地，所述冷源介质分两路接入后汇合，其中，一路接入所述一级换热器，另一路依次接入所述二级换热器以及所述溶液吸收式热泵。
较佳地，所述多级热泵耦合烟气余热回收系统还包括电热泵，其中，所述电热泵串联接入于所述二级喷淋。
较佳地，所述冷源介质还通过串联或者并联的方式接入于所述一级换热器、所述二级换热器、所述溶液吸收式热泵以及所述电热泵。
较佳地，所述多级热泵耦合烟气余热回收系统还包括储液箱，所述储液箱用于容纳所述二级喷淋的循环介质，所述储液箱与所述溶液吸收式热泵相连接，从而使得所述溶液吸收式热泵的循环介质为所述二级喷淋的循环介质。
较佳地，所述溶液吸收式热泵还连接有压缩式热泵，所述压缩式热泵对所述溶液吸收式热泵产生的低温二次蒸汽进行压缩并送回所述溶液吸收式热泵。当外界缺少蒸汽热源而有自备电厂富裕电能时，针对需要的驱动蒸汽不足的情况，进一步设置压缩式热泵，即“MVR+溶液吸收式热泵”的组合。利用溶液吸收式热泵产生的低品位二次蒸汽，进行二次压缩提升蒸汽品质，继续循环用于溶液吸收式热泵的蒸汽驱动热源，维持整个余热回收系统的稳定运行。满足驱动蒸汽品质要求，从而再不用或少用蒸汽的情况下维持溶液吸收式热泵的稳定运行，大大节省了蒸汽消耗，也为热水锅炉因缺乏蒸汽无法正常采用热泵余热回收提供了可能。
较佳地，溶液吸收式热泵需要的驱动热源可以是高温蒸汽，也可以是高温烟气，高温热水，电驱动等，冷源介质可以是供暖水、除盐水或其它工艺水。二级喷淋中间介质可以是清水、无机盐溶液等如：氯化钠溶液、乙二醇溶液、氯化钙及化钾溶液等。溶液吸收式热泵设有蒸发冷凝回热装置，可以使得二级喷淋的循环液得到循环再生，整体溶液温度得到提高。通过该吸收式热泵低温的烟气热量传递给高温的供暖水实现烟气深度余热回收。
较佳地，所述升气装置的底部隔板倾斜设置，与水平方向形成倾斜角。与水平方向倾斜角进一步设置为1～5°，可以有效底降低二级喷淋液在上部塔底沉积固体颗粒。
较佳地，所述吸收喷淋塔的底部设有凝水排出泵，所述凝水排出泵用于排出所述一级喷淋回收的烟气凝水和粉尘杂质。
较佳地，所述吸收喷淋塔的顶部设置有除雾器以及烟气出口，所述烟气出口位于所述除雾器的上端。
本发明的积极进步效果在于：本发明的多级热泵耦合烟气余热回收系统采用中介循环介质进行喷淋与烟气直接接触，少了换热环节，减少了热量损失，清水喷淋和多级喷淋的利用，提高了系统的COP，大大节省了驱动热源，相比常规间接换热及闭式热泵技术节省了设备投资费用和运行维护费用。
附图说明
图1为本发明实施例1的多级热泵耦合烟气余热回收系统的示意图。
图2为本发明实施例2的多级热泵耦合烟气余热回收系统的示意图。
图3为本发明实施例3的多级热泵耦合烟气余热回收系统的示意图。
图4为本发明实施例1的升气装置的底部隔板的示意图。
具体实施方式
下面通过实施例的方式进一步说明本发明，但并不因此将本发明限制在所述的实施例范围之中。
实施例1
如图1所示，本实施例公开了一种多级热泵耦合烟气余热回收系统，其中，多级热泵耦合烟气余热回收系统包括吸收喷淋塔1、自循环泵6以及凝水排出泵12。
如图1所示，本实施例的多级热泵耦合烟气余热回收系统还包括一级喷淋5、二级喷淋3以及升气装置4，其中，一级喷淋5位于升气装置4的下方，二级喷淋3位于升气装置4的上方。
如图1所示，本实施例的多级热泵耦合烟气余热回收系统还包括一级换热器7、二级换热器8以及溶液吸收式热泵10，其中，一级喷淋5与一级换热器7通过自循环泵6循环连接并换热，二级喷淋3与二级换热器8循环连接并换热。
如图1所示，本实施例的多级热泵耦合烟气余热回收系统还包括冷源介质，冷源介质通过冷源进口进入，并从冷源出口排出。
吸收喷淋塔1采用多级喷淋，一级喷淋5可以采用清水，二级喷淋3可以采用溶液或清水。一级换热器7采用板式换热器或管壳式换热器等。通过一级循环喷淋可以吸收烟气中大量粉尘颗粒，降低排放烟气粉尘含量，对二级喷淋3起到净化作用。二级喷淋3循环液采用溶液吸收式热泵10原理，与烟气直接接触的方式将低温烟气热量传递给高温溶液，最后将热量转移给供暖水或其它可利用的冷源介质。溶液吸收式热泵10技术回收烟气凝水品质较好，可以补充锅炉用水或供暖水补水，二级喷淋3循环液可以用清水代替。
如图1所示，本实施例的冷源介质依次串联接入一级换热器7、二级换热器8以及溶液吸收式热泵10。多级热泵耦合烟气余热回收系统还包括电热泵9，其中，电热泵9串联接入于二级喷淋3。由此，冷源介质还通过依次串联的方式接入于一级换热器7、二级换热器8、溶液吸收式热泵10以及电热泵9。
如图1所示，本实施例的多级热泵耦合烟气余热回收系统还包括储液箱11，储液箱11用于容纳二级喷淋3的循环介质，储液箱11与溶液吸收式热泵10相连接，从而使得溶液吸收式热泵10的循环介质为二级喷淋3的循环介质。
如图1所示，本实施例的溶液吸收式热泵10需要的驱动热源可以是高温蒸汽，也可以是高温烟气，高温热水，电驱动等，冷源介质可以是供暖水、除盐水或其它工艺水。二级喷淋3中间介质可以是清水、无机盐溶液等如：氯化钠溶液、乙二醇溶液、氯化钙及化钾溶液等。溶液吸收式热泵10设有蒸发冷凝回热装置，可以使得二级喷淋3的循环液得到循环再生，整体溶液温度得到提高。通过该吸收式热泵低温的烟气热量传递给高温的供暖水实现烟气深度余热回收。
如图4所示，本实施例的升气装置4的底部隔板倾斜设置，与水平方向形成倾斜角。与水平方向倾斜角进一步设置为1～5°，可以有效底降低二级喷淋3液在上部塔底沉积固体颗粒。
如图1所示，本实施例的吸收喷淋塔1的底部设有凝水排出泵12，凝水排出泵12用于排出一级喷淋5回收的烟气凝水和粉尘杂质。如图1所示，本实施例的吸收喷淋塔1的顶部设置有除雾器2以及烟气出口，烟气出口位于除雾器2的上端。
实际使用中，例如，前端热湿烟气50℃～55℃，流量10万Nm3h，进入该余热回收系统的吸收喷淋塔1内，通过一级喷淋5(喷淋液流量为200～300m3/h，喷淋液温度为42～48℃)，烟气温度降低到45～50℃，热量释放，释放的热量通过一级换热器7传递给供暖水(供暖水流量为300～500m3/h，供暖水温度为，40～45℃)，使得供暖水温度提升到42～48℃；温度降低后的烟气通过升气装置4，进入吸收喷淋塔1的上部的二级喷淋3进行二级溶液(或清水)喷淋(喷淋液温度为，35～40℃，流量为250m3/h～350m3/h,)，烟气温度进一步减低到40℃，其中露点降低到35℃～40℃，热量继续得到释放，释放的热量通过二级换热器8继续传递给供暖水，使得供暖水温度进一步提升到45～50℃。一级喷淋5中烟气中的水蒸气遇冷凝结成水进入清水侧，在喷淋底部经过凝水排出泵12排出。经过二级换热器8换热过程的供暖水再经过溶液吸收式热泵10的蒸发器产生的二次蒸汽进行进一步升温，提升到50℃～55℃左右，最后经过电热泵9的加热温度提升到55～60℃，满足供暖需要的温度。
经过一级喷淋回收烟气凝水2～3t/h，二次喷淋回收的烟气凝水以二次蒸汽凝水的形式得到回收，流量为5～7t/h。由此，具有以下优点：
1)多级热泵耦合，大大提高了冷源利用效率，降低排烟温度，实现整体净余热回收量较常规余热回收系统更高；
2)清水，或溶液多级喷淋，且与烟气直接接触换热，减少中间换热，提高了能量利用效率；
3)采用分级热泵，温度冷源流量合理匹配，热量回收到达最大化利用，也节省了，换热设备的投资；
4)较常规热泵余热回收系统，系统整体COP值较高，大大减少了驱动热源的用量，减少了投资成本和运行成本。
由此，本发明的采用多级热泵耦合的方式可以对较低排烟温度的烟气进行深度余热回收，利用热泵的技术原理，将较低的烟气余热转移到供暖水或其它工业用水中，实现低品位余热提升到高品位热能，本发明提出的热泵耦合技术，可以针对不同品位的烟气余热与不同条件下的冷源进行合理匹配，最大化的利用回收烟气热量。该过程可以在较苛刻冷源条件下进行烟气深度余热回收，同时，多级热泵的耦合，大大提高系统COP，减少了驱动热源的输入，对烟气余热回收利用有着较高经济价值和社会效益。
实施例2
如图2所示，本实施例的冷源介质通过不同的冷源进口分别并联接入于一级换热器7、二级换热器8、溶液吸收式热泵10以及电热泵9。其中，一路接入一级换热器7并接出，一路接入二级换热器8以及溶液吸收式热泵10并接出，一路接入电热泵9并接出。当冷源介质流量充裕，而温度较高时，多股冷源介质并联使用，可以最大化回收烟气余热。
本实施例其他的设置与实施例1相同，故在此不作赘述。
实施例3
如图3所示，本实施例的溶液吸收式热泵10还连接有压缩式热泵13，压缩式热泵13对溶液吸收式热泵10产生的低温二次蒸汽进行压缩并送回溶液吸收式热泵10。当外界缺少蒸汽热源而有自备电厂富裕电能时，针对需要的驱动蒸汽不足的情况，进一步设置压缩式热泵13，即“MVR+溶液吸收式热泵10”的组合。利用溶液吸收式热泵10产生的低品位二次蒸汽，进行二次压缩提升蒸汽品质，继续循环用于溶液吸收式热泵10的蒸汽驱动热源，维持整个余热回收系统的稳定运行。满足驱动蒸汽品质要求，从而再不用或少用蒸汽的情况下维持溶液吸收式热泵10的稳定运行，大大节省了蒸汽消耗，也为热水锅炉因缺乏蒸汽无法正常采用热泵余热回收提供了可能。
此外，本实施例中，也不设置电热泵9。本实施例其他的设置与实施例1相同，故在此不作赘述。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述多级热泵耦合烟气余热回收系统包括：
吸收喷淋塔；
一级喷淋、二级喷淋以及升气装置，其中，所述一级喷淋位于所述升气装置的下方，所述二级喷淋位于所述升气装置的上方；
一级换热器、二级换热器以及溶液吸收式热泵，其中，所述一级喷淋与所述一级换热器循环连接并换热，所述二级喷淋与所述二级换热器循环连接并换热；
冷源介质，所述冷源介质通过串联或者并联的方式接入于所述一级换热器、所述二级换热器以及所述溶液吸收式热泵。
2.如权利要求1所述的多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述冷源介质依次串联接入所述一级换热器、所述二级换热器以及所述溶液吸收式热泵。
3.如权利要求2所述的多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述冷源介质分两路接入后汇合，其中，一路接入所述一级换热器，另一路依次接入所述二级换热器以及所述溶液吸收式热泵。
4.如权利要求1所述的多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述多级热泵耦合烟气余热回收系统还包括电热泵，其中，所述电热泵串联接入于所述二级喷淋。
5.如权利要求4所述的多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述冷源介质还通过串联或者并联的方式接入于所述一级换热器、所述二级换热器、所述溶液吸收式热泵以及所述电热泵。
6.如权利要求1所述的多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述多级热泵耦合烟气余热回收系统还包括储液箱，所述储液箱用于容纳所述二级喷淋的循环介质，所述储液箱与所述溶液吸收式热泵相连接，从而使得所述溶液吸收式热泵的循环介质为所述二级喷淋的循环介质。
7.如权利要求1所述的多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述溶液吸收式热泵还连接有压缩式热泵，所述压缩式热泵对所述溶液吸收式热泵产生的低温二次蒸汽进行压缩并送回所述溶液吸收式热泵。
8.如权利要求1所述的多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述升气装置的底部隔板倾斜设置，与水平方向形成倾斜角。
9.如权利要求1所述的多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述吸收喷淋塔的底部设有凝水排出泵，所述凝水排出泵用于排出所述一级喷淋回收的烟气凝水和粉尘杂质。
10.如权利要求1-9任意一项所述的多级热泵耦合烟气余热回收系统，其特征在于，所述吸收喷淋塔的顶部设置有除雾器以及烟气出口，所述烟气出口位于所述除雾器的上端。
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