CN112556186B - 一种深度回收燃气供暖锅炉余热的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种深度回收燃气供暖锅炉余热的装置及方法，装置包括：锅炉、软水箱、低温蒸发器和引射器；锅炉的烟气出口与低温蒸发器的烟气进口连通，低温蒸发器烟气出口连接烟道；软水箱出水口与低温蒸发器进水口连通，低温蒸发器蒸汽出口与引射器低压流体进口连通；供暖回水管道分为两路，一路与锅炉进水口连通，另一路与引射器高压流体进口连通，引射器流体出口连接至供暖供水管道。以供暖回水作为高压流体，利用引射器建立真空环境，使软化水在低温蒸发器内以低于烟气露点的温度汽化，通过相变过程大量吸热实现燃气供暖锅炉排烟潜热的深度回收，最大限度提高燃气锅炉热效率。

Description

一种深度回收燃气供暖锅炉余热的装置及方法

技术领域

本发明涉及能源利用技术领域，具体涉及一种深度回收燃气供暖锅炉余热的装置及方法。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

近年来，随着我国城市能源结构调整，天然气的消费量快速增长，而煤改气工程的实施使得大量燃煤供暖锅炉被燃气锅炉替代。天然气的主要成分是甲烷，氢碳比较高，燃烧产物中水蒸气体积分数可达18％左右，其潜热约占天然气低位发热量的10％，而目前燃气供暖锅炉的热效率普遍不高于95％(以低位发热量计)，可供回收利用的排烟余热达15％左右，节能潜力和经济价值可观。然而，燃气供暖锅炉排烟余热具有量大质低的特点，难以被有效回收利用。究其原因，一方面是缘于回收难，锅炉一次网回水温度过高，而助燃空气热容量远低于湿烟气，这两种常规冷源对排烟潜热回收效果不明显；另一方面在于利用难，对于品位过低的排烟潜热，即使加以回收，也无法满足用户需求。

为提高燃气锅炉热效率，节省宝贵的天然气资源，学术界和工业界对高湿烟气潜热深度回收利用技术开展了较多研究。理论上，只需将燃气锅炉排烟温度降低到烟气露点以下，就可使得烟气中的水蒸气冷凝并释放出潜热，冷源温度越低，潜热回收率越高，但这需要连续的低温介质作为冷源。为此，有研究者提出将吸收式或压缩式热泵应用于排烟潜热深度回收，利用热泵制取的冷水作为冷源，通过降低冷源温度来提高潜热回收率，但热泵机组价格昂贵、需消耗额外的天然气或电能，且占地面积大，锅炉房改造的初投资和运行成本较高。此外，还有人提出基于蒸发冷却原理的烟气潜热提质利用方法，采用串联的二级换热，即省煤器和蒸发式空气预热器组合，其中蒸发式空气预热器将烟气中湿组分转移至助燃空气以提高烟气露点，省煤器回收烟气潜热用于加热供暖回水；发明人发现，该方法初投资低，但回收系统中涉及多股流体，设备较多且运行调节不灵活；此外，烟气侧较大的传热热阻使得蒸发式空气预热器体积较大。

发明内容

为了解决现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种深度回收燃气供暖锅炉余热的装置及方法，以供暖回水作为高压流体，利用引射器建立真空环境，使软化水在低温蒸发器内以低于烟气露点的温度汽化，通过相变过程大量吸热实现燃气供暖锅炉排烟潜热的深度回收，最大限度提高燃气锅炉热效率。

具体地，本发明的技术方案如下所述：

在本发明的第一方面，提供一种深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，包括：锅炉、软水箱、低温蒸发器和引射器，

锅炉本体的烟气出口与低温蒸发器的烟气进口连通，低温蒸发器烟气出口连接烟道；软水箱出水口与低温蒸发器进水口连通，低温蒸发器蒸汽出口与引射器低压流体进口连通；供暖回水管道分为两路，一路与锅炉本体进水口连通，另一路与引射器高压流体进口连通，引射器流体出口连接至供暖供水管道。

在本发明的第二方面，提供一种深度回收燃气供暖锅炉余热的方法，其是利用上述深度回收燃气供暖锅炉余热的装置实现的，将锅炉中产生的高温湿烟气通入低温蒸发器，高温湿烟气与低温蒸发器中的软化水进行换热，高温湿烟气降温、减湿为低温饱和湿烟气，软化水形成低压蒸汽进入引射器，与引射器中的供暖回水混合凝结，供暖回水被低压蒸汽加热成为高温供暖供水对外供暖，实现锅炉烟气显热和大部分潜热的深度回收。

本发明的具体实施方式具有以下有益效果：

1)利用引射器在低温蒸发器的蒸汽出口建立真空环境，使得软化水在低于烟气露点的温度蒸发，从而利用一台换热装置即可实现燃气锅炉排烟中的显热和大部分潜热的回收，并且低温蒸发器换热面两侧均存在相变，换热系数高，可有效减小换热面积和换热装置容积；

2)将回收烟气余热产生的低压蒸汽直接补入一次热网，一方面利用引射器内的直接接触传热及扩压作用，实现烟气中低品位蒸汽潜热的回收和升温利用，可直接将部分供暖回水加热至供水温度；另一方面，低压蒸汽补入一次热网可替代锅炉补水，且软化水在低温蒸发器内的流动依靠进出口压差推动，从而减少了动力消耗；

3)本发明涉及的低温蒸发器和引射器装置均为静设备，可靠性高、结构紧凑、设备集成度高、维护方便，可布置于锅炉本体而不增加额外占地面积，初投资低，经济效益好。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为是本发明实施例的结构示意图；

其中，1、锅炉；2、低温蒸发器；3、翅片管束；4、引射器；5、增压泵；6、调节阀；7、软水箱；8、节流阀；9、高温湿烟气；10、低温饱和烟气；11、冷凝水；12、软化水；13、低压蒸汽；14、供暖回水；14a、进锅炉供暖回水；14b、进引射器供暖回水；15、高温排水；16、供暖供水。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本申请使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

本发明的一种实施方式中，提供了一种深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，包括：锅炉、软水箱、低温蒸发器和引射器；

锅炉的烟气出口与低温蒸发器的烟气进口连通，低温蒸发器烟气出口连接烟道；软水箱出水口与低温蒸发器进水口连通，低温蒸发器蒸汽出口与引射器低压流体进口连通；供暖回水管道分为两路，一路与锅炉进水口连通，另一路与引射器高压流体进口连通，引射器流体出口连接至供暖供水管道。

在一种具体的实施方式中，供暖回水管道与引射器之间设置有增压泵，供暖回水管道与增压泵进水口连通，增压泵出水口与引射器高压流体进口连通；

在一种具体的实施方式中，所述增压泵前设置有调节阀，用以调节高压流体流量；

优选的，所述调节阀采用电动或气动方式。

在一种具体的实施方式中，锅炉采用卧式或立式结构；

在一种具体的实施方式中，软水箱与低温蒸发器之间设置有节流装置，优选的，所述节流装置为节流阀或毛细管；

在一种具体的实施方式中，所述引射器结构采用单级或双级型式，所述引射器结构是根据高压流体和低压蒸汽混合比例及热力学参数来确定的；

优选的，所述引射器的安装方式采用单台或多台并联；

优选的，所述引射器采用锥芯调节方式调节高压流体流量；

在一种具体的实施方式中，所述低温蒸发器采用翅片管换热器、板翅式换热器或毛细管换热器。

在一种具体的实施方式中，所述低温蒸发器内烟气和水的流动方向为逆流。

本发明的一种实施方式中，提供了一种深度回收燃气供暖锅炉余热的方法，其是利用上述深度回收燃气供暖锅炉余热的装置实现的，将锅炉中产生的高温湿烟气通入低温蒸发器，高温湿烟气与低温蒸发器中的软化水进行换热，高温湿烟气降温、减湿为低温饱和湿烟气，软化水形成低压蒸汽进入引射器，与引射器中的供暖回水混合凝结，供暖回水被低压蒸汽加热成为高温供暖供水对外供暖，实现锅炉烟气显热和大部分潜热的深度回收。

在该方法中，利用引射器在蒸汽出口端产生真空环境，软化水在低温蒸发器中由进水口流动至蒸汽出口过程中汽化为低压蒸汽，汽化所需热量由回收的烟气显热和潜热提供。低温蒸发器产生的低压蒸汽被吸入引射器的混合室内，与作为引射流体的供暖回水按照一定比例混合成为汽液混合物，然后再经过扩压段升压，汽液混合物中的蒸汽凝结并释放出潜热使液态水温度升高，之后并入供暖管道。低温蒸发器烟气侧析出的凝结水经处理后送入软水箱循环利用，由此实现湿烟气中低品位潜热的深度回收和利用。

实施例

如图1所示，一种深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，燃气锅炉1可以采用卧式或立式结构，锅炉尾部烟道与低温蒸发器2连通。低温蒸发器为翅片管式换热器，其气侧进口接入由锅炉排出的高温湿烟气9，气侧出口与烟道连接。由水处理装置制取的软化水12接入软水箱7，并在引射器4低压流体进口与大气压的压差驱动下经节流阀8节流后，接入低温蒸发器2的翅片管束3，低温蒸发器2的液侧出口与引射器4的低压流体进口连通。软化水和高温湿烟气在低温蒸发器2内逆流流动换热，高温湿烟气9降温、减湿为低温饱和湿烟气10从低温蒸发器2的气侧出口排出，烟气的显热和大部分潜热被回收用于加热软化水12，软化水12在管束内部蒸发为低压蒸汽13从低温蒸发器2的液侧出口排出。烟气侧冷凝水11从冷凝水出口排出并被输送至水处理系统循环利用；

供暖回水14在锅炉前分为两路，其中一部分供暖回水14a进入锅炉被加热成为供暖供水16从锅炉出水口排出，另一部分供暖回水14b经调节阀6和增压泵5接入引射器4高压流体入口。进入引射器4的供暖回水14b通过喷嘴减压至烟气露点对应的饱和压力以下，从而将低压蒸汽13吸入引射器，低压蒸汽13与供暖回水14b混合凝结并将后者加热成为高温排水15，从引射器4的流体出口排出，高温排水15与锅炉加热的供暖供水16汇合对外供暖。

一种深度回收燃气供暖锅炉余热的方法，其利用上述深度回收燃气供暖锅炉余热的装置实现，将锅炉1中产生的高温湿烟气9通入低温蒸发器2，高温湿烟气9与低温蒸发器2中的软化水进行换热，高温湿烟气降温、减湿为低温饱和湿烟气，软化水形成低压蒸汽13进入引射器4，与引射器4中的供暖回水14b混合凝结，供暖回水14b被低压蒸汽加热成为高温供暖供水对外供暖，实现锅炉烟气显热和大部分潜热的深度回收。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，包括：锅炉、软水箱、低温蒸发器和引射器；

锅炉的烟气出口与低温蒸发器的烟气进口连通，低温蒸发器烟气出口连接烟道；软水箱出水口与低温蒸发器进水口连通，低温蒸发器蒸汽出口与引射器低压流体进口连通；供暖回水管道分为两路，一路与锅炉进水口连通，另一路与引射器高压流体进口连通，引射器流体出口连接至供暖供水管道；

供暖回水管道与引射器之间设置有增压泵，供暖回水管道与增压泵进水口连通，增压泵出水口与引射器高压流体进口连通。

2.如权利要求1所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，所述增压泵前设置有调节阀，用以调节高压流体流量。

3.如权利要求2所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，所述调节阀采用电动或气动方式。

4.如权利要求1所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，锅炉采用卧式或立式结构。

5.如权利要求1所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，软水箱与低温蒸发器之间设置有节流装置。

6.如权利要求5所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，所述节流装置为节流阀或毛细管。

7.如权利要求1所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，所述引射器结构采用单级或双级型式。

8.如权利要求7所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，所述引射器的安装方式采用单台或多台并联。

9.如权利要求7所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，所述引射器采用锥芯调节方式调节高压流体流量。

10.如权利要求1所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，所述低温蒸发器采用翅片管换热器、板翅式换热器或毛细管换热器。

11.如权利要求1所述的深度回收燃气供暖锅炉余热的装置，其特征在于，所述低温蒸发器内烟气和水的流动方向为逆流。

12.一种深度回收燃气供暖锅炉余热的方法，其特征在于，其利用权利要求1-11任一权利要求所述深度回收燃气供暖锅炉余热的装置实现，将锅炉中产生的高温湿烟气通入低温蒸发器，高温湿烟气与低温蒸发器中的软化水进行换热，高温湿烟气降温、减湿为低温饱和湿烟气，软化水形成低压蒸汽进入引射器，与引射器中的供暖回水混合凝结，供暖回水被低压蒸汽加热成为高温供暖供水对外供暖，实现锅炉烟气显热和潜热的深度回收。

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