CN113280395B - 一种耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,包括热水锅炉、驱动热源加热器、吸收式溴化锂热泵装置、烟气冷凝器、烟气再热器、附件及控制装置等。该系统利用吸收式溴化锂热泵装置和烟气冷凝器的联立系统提供冷水回收烟气中显热和水蒸气汽化潜热并转移到系统回水中,提高供热系统回水温度,同时降低锅炉排烟温度,深度提效节能;继而通过烟气再热器再热冷凝后的烟气,仅消耗较少热能即可消除烟羽。本系统直接利用布置于热水锅炉中的受热面产生驱动工质驱动吸收式溴化锂热泵装置,不需要直燃机就可以实现交互耦合和能量梯级利用,深度回收烟气余热,实现深度提效节能和消除烟羽的交互耦合,比传统锅炉热效率提高10%。

Description

一种耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统
技术领域
本发明属于联合供暖技术领域,具体是通过吸收式溴化锂热泵装置和热水锅炉耦合从而实现对排烟进行冷凝加热来消除烟羽并深度提效节能的一套系统。
背景技术
我国北方地区冬季雾霾的主要成因来源于北方地区的采暖系统,采暖系统在消耗了大量能源的同时,还造成了恶劣的环境问题,为了改善逐渐恶化的大气污染情况,减少冬季雾霾的发生,很多地区已经开始发展改造清洁能源供暖。在“效能为本,协调发展;清洁低碳,绿色发展”的基本原则之下,选用清洁能源,优化能源结构,加强能量的梯级利用,提高能源利用效率已经成为现在发展中所面临的一大问题。天然气作为常见的一种清洁能源,它具有低污染、优质、高效的优点,是一种十分安全清洁的能源,因此如何合理高效地利用天然气能源对现有结构的优化,节能减排措施地施行,以及能源系统效率的提高具备相当大的现实意义。
传统的用于区域集中供热的燃油燃气热水锅炉常使用铸铁或者是碳钢作为基本材料,根据相关研究表明,排烟热损失在锅炉的热损失中占比最大,每降低18℃左右的排烟温度,就能够减少约1%的排烟热损失,这对提高锅炉系统的热效率有重要意义。在一般工况下,热水锅炉排烟中的水蒸气的露点在57℃左右,常见的95℃/70℃供热系统中的供热系统回水温度是要高于水蒸气的露点温度,无法使排烟中的水蒸气凝结,进而无法对锅炉排烟中水蒸气的潜热进行回收,从而造成一定的热量损失,致使集中供热燃油气锅炉的热效率均小于96%。在节能减排的大方向下,能源结构优化的要求下,热泵供暖市场开始迸发出蓬勃活力。
吸收式热泵系统能够直接用中低位的废热和余热进行驱动,将热量从低位热源中进行回收,从而有效地提高锅炉系统的效率。单效吸收式热泵可以废水进行有效地热量回收,而吸收式双效热泵则能对更低温度的热水进行更有效的热量回收。在吸收式溴化锂热泵装置中,溴化锂为吸收剂,水是循环工质,由于水在低压环境下的沸点较低,所以较容易汽化,通过一般的换热循环就可以实现对低位热量的提取。热泵的性能指标常用制冷系数COP去评价,一般的吸收式热泵COP在1.7到2.4之间,所以单独使用吸收式热泵用来供暖,经济性较差,投资回收期普遍较长。在实际使用中,通常将吸收式热泵与废热相结合,提取利用废热中的能量,实现能量的梯级利用,进而提高整个热力系统的效率。
烟囱排放的烟气在与大气混合时,含有大量水蒸气的饱和烟气就会凝结产生雾状水滴,光线经过相应的折射以及散射后,就会使烟气呈现出白色或者灰色状,对大气造成一定程度的可凝结颗粒物污染,更会对周围居民生活造成困扰,引起纠纷和矛盾,需要对白烟现象进行治理。目前常用的消除白烟的方式为冷凝再加热,但是在烟气冷凝再热的过程中会额外产生大量的功耗,对整个热水锅炉系统的经济性造成一些损失,如果能够采取有效的措施对热交换器进行相应的规划设置实现对废热的梯级利用,那么将会使整个热力系统的效率得到提高,运行费用相对减少,经济性得到有效地保证。
发明内容
为了解决现有技术中存在的问题,本发明提供一种吸收式溴化锂热泵装置和热水锅炉耦合的系统,通过利用热水锅炉的烟气系统加热驱动工质驱动吸收式溴化锂热泵装置深度回收热水锅炉排烟里的余热,将热水锅炉的排烟冷凝到较低温度并将热量转移到供热系统回水中,在实现能量梯级利用,提高锅炉效率的同时,将烟气进行冷凝除湿并再热,从而达到消除烟羽的目的。本发明在回收热量时,不需要直燃机,减少了消除烟羽所消耗的额外能耗,深度回收烟气余热,实现深度提效节能,使热效率与传统锅炉相比提高10%。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,其特征在于:包括热水锅炉、吸收式溴化锂热泵装置、供热系统回水、驱动热源加热器、热水用户、烟气冷凝器、第一水泵、烟气再热器和烟囱;吸收式溴化锂热泵装置包括第一减压阀、第二减压阀、冷凝器、发生器、吸收器、溶液泵以及蒸发器;热水锅炉的烟气出口沿着烟气流道连通烟气冷凝器、烟气再热器以及烟囱;吸收器、溶液泵、发生器以及第二减压阀依次相连形成溴化锂溶液循环回路;吸收器、冷凝器、第一减压阀以及蒸发器的依次连通形成循环水路;热水锅炉中安装的驱动热源加热器与发生器的出水口和进水口相连形成驱动工质循环回路;蒸发器的载冷剂进出口与烟气冷凝器的冷却介质出入口对应连通;蒸发器至烟气冷凝器的管路上设置第一水泵,冷凝器的出水口还连通热水供热系统回水口。
吸收式溴化锂热泵装置采用吸收式双效溴化锂热泵装置,具体的:吸收器壳侧出口连通吸收蒸发器的吸收侧入口,吸收蒸发器的蒸发侧入口连通冷凝器的管侧出口,吸收器的管侧连通供热系统回水管道;吸收蒸发器吸收侧的蒸汽入口连通蒸发器的蒸汽出口;吸收蒸发器吸收侧的溶液出口经溶液泵连通发生器的壳侧入口,吸收器的蒸汽入口连通吸收蒸发器的蒸发侧蒸汽出口,吸收器的管侧出口连通冷凝器的管侧入口。
烟气冷凝器至烟气再热器的路径上设置二级烟气冷凝系统,驱动工质经发生器后进入二级烟气冷凝系统后进入热水锅炉,二级烟气冷凝系统包括第一二级减压阀、第一分流三通阀、第二二级减压阀、二级冷凝器、第三二级减压阀、二级吸收器、二级发生器、第一二级溶液泵、二级吸收蒸发器、第二二级溶液泵、二级蒸发器、二级烟气冷凝器以及第二水泵;二级烟气冷凝器的烟气入口连通烟气冷凝器的烟气出口,二级烟气冷凝器的烟气出口连通烟气再热器的烟气入口;二级蒸发器的管侧进出口与二级烟气冷凝器的冷却介质出入口对应连通;
蒸发器的载冷剂出口连通二级吸收器的循环水入口,二级吸收器的循环水出口连通二级冷凝器的壳侧入口,二级冷凝器的壳侧出口连通烟气冷凝器的被冷却介质的入口,发生器的管侧出口连通二级发生器的管侧入口,二级发生器的管侧出口连通驱动热源加热器循环水入口;二级吸收器的壳侧入口连通二级发生器的壳侧出口,二级吸收器的壳侧出口连通二级吸收蒸发器的吸收侧入口,二级吸收蒸发器的蒸发侧入口连通二级冷凝器的管侧出口,二级吸收蒸发器吸收侧的热介质入口连通二级蒸发器的蒸汽出口,二级吸收蒸发器吸收侧的溶液出口经第二二级溶液泵连通二级发生器的壳侧入口,二级吸收器的冷凝水出口连通二级冷凝器的管侧入口。
所述驱动热源加热器设置在热水锅炉烟道烟气温度高于℃的位置处,驱动热源加热器利用高温烟气与水的换热产生驱动工质对发生器进行驱动;或热水锅炉热水出口连通发生器驱动工质入口,采用热水锅炉产出140℃以上的热水驱动发生器。
烟气再热器管侧采用电加热的方式对烟气进行加热,烟气再热器壳侧入口经过排烟通道连接二级烟气冷凝系统中的二级烟气冷凝器的壳侧出口,烟气再热器壳侧出口通过排烟通道与烟囱连接。
采用间壁式换热器作为烟气再热器,热水锅炉的部分热水出口连通烟气再热器的管侧入口,烟气再热器的管侧出口连通吸收器管侧入口;热水锅炉后设置第二分流三通阀,第二分流三通阀的入口连接热水锅炉的出水管道,第二分流三通阀的第一出口连接热水用户,用以供给热水用户热水;第二分流三通阀的第二出口连接烟气再热器的管侧入口,利用热水锅炉产出的部分热水对冷凝后的烟气进行再热;烟气再热器的管侧出口后设置合流三通阀,合流三通阀的第一入口连接烟气再热器的管侧出口,第二入口连接供热系统回水,合流三通阀的出口与吸收器管侧入口相连。
采用间壁式换热器作为烟气再热器,吸收器管侧出口连通烟气再热器的管侧入口,烟气再热器的管侧出口连通吸收器管侧入口;吸收式双效溴化锂热泵装置吸收器管侧出口设置第三分流三通阀,第三分流三通阀的入口连接吸收器管侧出口,第三分流三通阀的第一出口连接冷凝器,第三分流三通阀的第二出口通过管道与烟气再热器管侧入口相连,烟气再热器的管侧出口后设置合流三通阀,合流三通阀的第一入口连接烟气再热器的管侧出口,合流三通阀的第二入口连接供热系统回水,合流三通阀的出口管道与吸收器管侧入口相连。
烟气再热器采用混合器,混合器的工作流体入口连通二级烟气冷凝系统中烟气冷凝器的壳侧出口,混合器的引射流体进口还与热水锅炉排烟通过烟道连通,热水锅炉烟气出口至混合器的引射流体进口的烟道上设置球阀,混合器的出口与烟囱相连。
热水锅炉烟气出口至烟气冷凝器的烟道上设置空气预热器,空气预热器的管侧连通烟道,空气预热器的壳侧流通空气,空气预热器的壳侧出口连接混合器的引射流体的进口,空气预热器的结构为间壁式。
所述烟气冷凝器采用间壁式换热器,并在其后方设置冷凝水收集装置,所述烟气冷凝器采用顺列排布的翅片低于10mm的激光焊接螺旋翅片管作为换热管束。
与现有技术相比,本发明至少具有以下有益效果:
本发明将吸收式溴化锂热泵装置与热水锅炉相结合,用热水锅炉的排烟当作吸收式热泵的热源,供热系统回水当作吸收式热泵的冷源,热水产生的蒸汽当作吸收式热泵驱动热源,在利用溴化锂热泵装置产出冷水将锅炉排烟温度降低到烟气露点以下实现有效冷凝的同时,对供热系统回水进行加热,减少燃气的消耗,有效地提高锅炉的效率,实现深度提效节能并消除排烟烟羽;
在锅炉内部加装驱动热源加热器,能够利用高温烟气与水的换热形成驱动工质对发生器进行驱动。有效提高了吸收式溴化锂热泵装置的COP系数,保证了热水锅炉与吸收式溴化锂热泵装置耦合系统的经济性;
本系统中提供了多种方案对烟气进行再热,具备极强的灵活性,有利于工程的选择与实际执行和改造工作的进行;
吸收式溴化锂热泵装置制冷量大能够有效产出温度远低于烟气中水露点温度的冷水,且运行时的功耗极小,与热水锅炉系统结合经济效应好,虽然存在一定的初期投资,但是依靠系统良好的经济性可以在较短时间内收回投资;吸收式溴化锂热泵装置在工作时具有极好的环境友好性,在与热水锅炉系统耦合使用时不会造成额外的环境污染,且使用寿命较长,可以很好地与常见的热水锅炉机组耦合并实际投入使用。
进一步的,对第二级吸收式溴化锂热泵装置系统与热水锅炉的耦合结构进行针对性优化,通过二级烟气冷凝系统对蒸发器的被冷却介质进行加热,从而更有效地对烟气的热量进行回收利用,在强化烟气冷凝和热量回收的同时,进一步提高供热系统回水的温度,实现更有效地提效节能和烟羽消除。
进一步的,所述烟气冷凝器采用间壁式换热器,并在其后方设置冷凝水收集装置,所述烟气冷凝器采用顺列排布的翅片低于10mm的激光焊接螺旋翅片管作为换热管束,该结构可以增大换热面积,同时该翅片高度可以保证翅效率维持在50%以上,有效地降低排烟的绝对湿度,减小烟气加热装置的体积,减少烟气再热的运行费用。
进一步的,在热水锅炉产出热水的温度高于140℃的情况下,可以不加装驱动热源加热器,直接使用热水锅炉产出的热水对发生器进行驱动,驱动热源加热器能够在提高吸收式溴化锂热泵装置的COP系数的同时,保证整个热水锅炉系统的经济性。
附图说明
图1是一种吸收式溴化锂热泵装置耦合的热水锅炉系统示意图。
图2是一种吸收式双效溴化锂热泵耦合的热水锅炉系统示意图。
图3a是一种吸收式双效溴化锂热泵两级耦合的热水锅炉系统示意图。
图3b是一种吸收式双效溴化锂热泵两级耦合的热水锅炉系统示意图。
图4是利用电加热装置对锅炉排烟再热的热水锅炉系统示意图。
图5是利用热水锅炉产出的部分热水对冷凝后的烟气再热的热水锅炉系统示意图。
图6是利用吸收器放出的部分热量对烟气再热的热水锅炉系统示意图。
图7是利用混合器混合烟气对烟气再热的热水锅炉系统示意图。
图8是利用空气预热器加热空气与排烟混合对烟气再热的热水锅炉系统示意图。
图中,1-热水锅炉,2-吸收式溴化锂热泵装置,21-减压阀,22减压阀,23-冷凝器,24-发生器,25-吸收器,26-溶液泵,27-蒸发器,28-溶液泵,29-吸收蒸发器,210-第三减压阀,211-第四分流三通阀,3-供热系统回水,4-驱动热源加热器,5-热水用户,6-烟气冷凝器,7-第一水泵,8-烟气再热器,9-烟囱,10-二级烟气冷凝系统,101-第一二级减压阀,102-分流三通阀,103-第二二级减压阀,104-冷凝器,105-第三二级减压阀,106-吸收器,107-发生器,108-溶液泵,109-吸收蒸发器,1010-溶液泵,1011-蒸发器,1012-烟气冷凝器,1013-水泵,11-分流三通阀,12-合流三通阀,13-第三分流三通阀,14-球阀,15-空气预热器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述:
热水锅炉排烟中含有大量余热,主要为烟气自身的显热以及烟气中水蒸气的汽化潜热。由于燃气锅炉的腐蚀问题较轻,所以可以通过吸收式热泵与热水锅炉进行多级耦合,对烟气余热深度回收利用,能够将未经过冷凝的热水锅炉排烟温度从140℃左右冷却到40℃以下,烟气中的水蒸气有57%以上都会得到冷凝,释放并回收大量的潜热,有效地提高锅炉的效率,能使燃气锅炉的效率达到105%以上,最高可达110%。同时在烟气冷凝的这一过程中,选用水源热泵而非空气源热泵也能够有效地去减少蒸发器的腐蚀程度,减少泄露事故的发生,再者由于溴化锂吸收式热泵具有循环耗功小,对低位热源要求低的特点,溴化锂吸收式热泵在实际运行时能够在消耗比压缩式电热泵更少的功的情况下,将烟气的温度冷凝到更低的数值,从而保证溴化锂吸收式热泵有较短的投资回收期,这都为溴化锂热泵与热水锅炉的耦合创造了极为有利的条件。另一方面,压缩式电热泵需要消耗大量的电能,供热站电价常在0.6~1元每千瓦时,即使COP可达3~5,显著高于溴化锂吸收式热泵,但单位制热量的成本已与纯燃气供暖相当,仅能增加供热站供暖能力,无法获得额外的经济效益。溴化锂吸收式热泵以天然气加热的热水或蒸汽作为热源,虽然COP在1.7~2.4,仅需付出少量电能即可回收热源蒸汽0.7~1.4倍的余热获得经济效益。
本发明提供一种吸收式溴化锂热泵装置和热水锅炉耦合的系统,通过利用热水锅炉的烟气系统加热驱动工质驱动吸收式溴化锂热泵装置深度回收热水锅炉排烟里的余热,将热水锅炉的排烟冷凝到较低温度并将热量转移到供热系统回水中,所述热水锅炉排放的烟气依次通过烟气冷凝器、烟气再热器冷凝再热后经由烟囱将烟气排入大气;供热系统回水逐级吸收在吸收器和冷凝器中放出的热量,被加热后送回到热水锅炉再吸收燃料燃烧火焰和高温烟气释放的热能被逐级加热到额定出口水温度后供应给热水用户5使用。吸收式溴化锂热泵装置的驱动工质来自热水锅炉中布置在高温烟气之后的驱动热源加热器并形成耦合系统,其中需设置带有水处理的补水和定压缓冲装置或直接从锅炉热水出口集箱引入再构成驱动工质的封闭循环;发明所述吸收式溴化锂热泵装置中的溴化锂溶液经由吸收器、溶液泵、发生器、减压阀依次相连形成溴化锂溶液循环。本发明所述吸收式溴化锂热泵装置通过溴化锂制冷循环输出远低于烟气水露点温度的冷水工质到蒸发器经过水泵再通过烟气冷凝器获得锅炉排放烟气中的部分显热和水蒸气的汽化潜热升温后回到蒸发器。
吸收式溴化锂热泵装置2的冷源是供热系统回水,热源是所述热水锅炉1的排烟,其中发生器的驱动工质是热水锅炉1经过驱动热源加热器后产生的130℃左右的饱和蒸汽或热水,驱动热源加热器和发生器中的工质构成封闭的系统,其中需设置带有水处理的补水和定压缓冲装置以吸收系统工质的膨胀,也可以从锅炉热水出口集箱直接引入,引入后再构成封闭系统。冷凝器以及吸收器释放出热量,所述热量用来逐级提高供热系统回水的温度,蒸发器输出冷水进入烟气冷凝器,使其管外烟气中的水蒸气发生冷凝,释放汽化潜热,将热水锅炉的排烟温度降至更低,若采用双级吸收式溴化锂热泵装置,则热水锅炉的排烟温度可降至环境温度。
吸收式溴化锂热泵装置中的加压装置为溶液泵,经溶液泵对溴化锂溶液进行加压,加压难度小,耗功少,使整个吸收式溴化锂热泵装置的额外耗功维持在较低的水平,因此对烟气进行冷凝换热的维护运行成本较低,耗功较少,并能有效地对烟气进行深层次的冷凝,回收更多的热量,降低烟气再热器的负担,提高整个锅炉系统的热效率以及经济性。
在烟气冷凝器后加装二级烟气冷凝系统,由于烟气冷凝器出口的烟气温度已经降低了一些,为了更有效地回收热量,要对烟气冷凝系统的结构进行相应的改进。所述二级烟气冷凝系统的结构与由烟气冷凝器,水泵,吸收式溴化锂热泵装置组成的一级烟气冷凝系统的结构大体相同,但将溴化锂热泵的待加热流体变更为蒸发器的被冷却介质,并通过相应的控制装置将其加热到烟气冷凝器出口烟气温度以下尽可能高的温度,再送回到烟气冷凝器中,作为其冷却介质,通过二级烟气冷凝系统对蒸发器的载冷剂进行加热,使载冷剂有更高的温度,进而使进入吸收器的蒸汽具有更高的温度,加强烟气的冷凝和热量回收,并通过烟气冷凝器对烟气进行更深层次的冷却,能够将烟气冷却到更低的温度,提高烟气的冷凝率,进一步提高供热系统回水的温度,实现更深层次的提效节能和烟羽消除。
所述驱动热源加热器设置在热水锅炉烟道烟气温度高于180℃的位置处,驱动热源加热器能够利用高温烟气与水的换热产生驱动工质对发生器进行驱动。在热水锅炉产出热水的温度高于140℃的情况下,可以不加装驱动热源加热器,直接使用热水锅炉产出的热水对发生器进行驱动。驱动热源加热器能够在提高吸收式溴化锂热泵装置的COP系数的同时,保证整个热水锅炉系统的经济性。
实施例一:
参考图1,一种耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,包括热水锅炉1、吸收式溴化锂热泵装置2、供热系统回水3、驱动热源加热器4、热水用户5、烟气冷凝器6、第一水泵7、烟气再热器8和烟囱9;其中,吸收式溴化锂热泵装置2包括第一减压阀21、第二减压阀22、冷凝器23、发生器24、吸收器25、溶液泵26和蒸发器27。
热水锅炉1的烟气出口连接烟气冷凝器6烟气进口,烟气冷凝器6以管内水为介质和蒸发器27管程进行换热,烟气冷凝器6的烟气出口和烟气再热器8烟气入口相连,烟气再热器8的烟气出口连接烟囱9将烟气排入大气;蒸发器27的管侧入口和烟气冷凝器6的工质出口相连,管侧出口和烟气冷凝器6的工质入口相连。吸收器25、溶液泵26、发生器24和第二减压阀22沿着介质流向依次相连形成溴化锂溶液循环回路,蒸发器27管侧进出口、吸收器25循环水入口、发生器24水蒸气出口、冷凝器23蒸汽进口和冷凝水出口、第一减压阀21进出口依次相连形成水循环回路。驱动热源加热器4出口与发生器24驱动工质入口相连,且发生器24驱动工质出口与驱动热源加热器4入口相连形成循环,其中需设置带有水处理的补水和定压缓冲装置或直接从锅炉热水出口集箱引入再构成封闭循环,供热系统回水3依次经过吸收器25和冷凝器23,最后回到热水锅炉1。
吸收式溴化锂热泵装置2包括介质循环系统和溴化锂溶液循环系统,其中溴化锂溶液循环系统包括依次连通的吸收器25、溶液泵26、发生器24、溶液第二减压阀22,在溴化锂溶液循环系统中,吸收器25壳侧流通浓溴化锂溶液,在吸收来自蒸发器27的蒸汽后,将低浓度溴化锂溶液通过溶液泵26运输到发生器24,发生器24壳侧流通低浓度溴化锂溶液,发生器24管侧流通驱动工质,水蒸气析出后进入冷凝器23的管侧,发生器24中产生的浓溴化锂溶液通过第二减压阀22进入吸收器25。水循环系统包括依次连通的蒸发器27、溶液循环系统、冷凝器23和第一减压阀21。在水循环系统中,蒸发器27管侧流通循环水,壳侧流通与烟气冷凝器6换热的被冷却介质;冷凝器23冷却水入口和供热系统回水3相连,出口与热水锅炉1相连接;烟气经过烟气冷凝器6冷凝除湿后,进入烟气再热器8进行再热,之后通过烟囱9排入大气。
实施例二:
图2是一种吸收式双效溴化锂热泵耦合的热水锅炉系统,包括热水锅炉1、吸收式双效溴化锂热泵装置2、供热系统回水3、驱动热源加热器4、热水用户5、烟气冷凝器6、第一水泵7、烟气再热器8、烟囱9,其中吸收式双效溴化锂热泵装置2包括第一减压阀21、第二减压阀22、冷凝器23、发生器24、吸收器25、溶液泵26、蒸发器27、溶液泵28、吸收蒸发器29、第三减压阀210、第四分流三通阀211。
热水锅炉1的烟气出口连接烟气冷凝器6烟气进口,以管内水为介质和蒸发器27管程进行换热,烟气冷凝器6的烟气出口和烟气再热器8烟气入口相连,烟气再热器8的烟气出口连接烟囱9将烟气排入大气;蒸发器27管侧入口和烟气冷凝器6的冷却介质出口相连,蒸发器27管侧出口和烟气冷凝器6的冷却介质入口相连;吸收器25壳侧流通浓溴化锂溶液,吸收高温蒸汽后将中等浓度溴化锂溶液通过溶液泵210运输到吸收蒸发器29的吸收侧,吸收器25的管侧流通供热系统回水充当冷却介质,用来吸收溴化锂溶液吸收水蒸气时所放出的大量热量;吸收蒸发器29吸收侧流通中等浓度的溴化锂溶液,吸收蒸发器29的蒸发侧流通来自冷凝器23的冷凝水,吸收蒸发器29吸收侧的中等浓度溴化锂溶液吸收来自蒸发器27的蒸汽后,产生的稀溴化锂溶液通过溶液泵26输送给发生器24,放出的热量被蒸发侧的冷凝水吸收产生更高温度的蒸汽输送到吸收器25;发生器24壳侧流通稀溴化锂溶液,发生器24管侧流通驱动工质,水蒸气析出后进入冷凝器23的管侧,产生的浓溴化锂溶液通过溶液第二减压阀22进入吸收器25。供热系统回水3依次经过吸收器25和冷凝器23吸收热量,最后回到热水锅炉1。
实施例三:
图3a和图3b是一种吸收式双效溴化锂热泵两级耦合的热水锅炉系统。图3a和图3b包括热水锅炉1、吸收式双效溴化锂热泵2装置、供热系统回水3、驱动热源加热器4、热水用户5、烟气冷凝器6、第一水泵7、烟气再热器8、烟囱9、二级烟气冷凝系统10,其中吸收式双效溴化锂热泵装置2包括第一减压阀21、第二减压阀22、冷凝器23、发生器24、吸收器25、溶液泵26、蒸发器27、溶液泵28、吸收蒸发器29、第三减压阀210、第四分流三通阀211;二级烟气冷凝系统10包括第一二级减压阀101、第一分流三通阀102、第二二级减压阀103、冷凝器104、第三二级减压阀105、吸收器106、发生器107、第二二级溶液泵108、吸收蒸发器109、第二二级溶液泵1010、蒸发器1011、烟气冷凝器1012以及第二水泵1013。
热水锅炉1内安装的驱动热源加热器4生产驱动工质从而驱动吸收式双效溴化锂热泵装置与二级烟气冷凝系统10,所产出的其余部分热水供给到热水用户5。烟气冷凝器6的烟气入口连接热水锅炉1烟气出口,烟气冷凝器6的出口与二级烟气冷凝系统10中的二级烟气冷凝器1012的烟气入口相连,为了更有效地冷却烟气,进一步提高供热系统回水3的温度,可以在烟气冷凝器6后加装二级烟气冷凝系统10;由于烟气冷凝器6出口的烟气温度已经降低了一些,为了更有效地回收热量,要对烟气冷凝系统的结构进行相应的改进。二级烟气冷凝系统10的结构与实施例2所述吸收式溴化锂热泵装置2的结构大体相同,将溴化锂热泵的待加热流体变更为蒸发器27的载冷剂,并通过相应的控制装置将其加热到烟气冷凝器6出口烟气温度以下尽可能高的温度,再送回到烟气冷凝器6中,作为烟气冷凝器6的冷却介质。通过二级烟气冷凝系统10对蒸发器27的载冷剂进行加热,使其有更高的温度,进而使进入吸收器25的蒸汽具有更高的温度,加强烟气的冷凝和热量回收,并通过烟气冷凝器1012对烟气进行更深层次的冷却,能够将烟气冷却到更低的温度,提高烟气的冷凝率,进一步提高供热系统回水3的温度,实现更深层次的提效节能和烟羽消除。烟气经过烟气冷凝系统和二级烟气冷凝系统10冷凝除湿后,进入烟气再热器8进行再热,之后通过烟囱9排入大气。
实施例四:
参考图4与图3b,利用电加热装置对锅炉排烟再热的热水锅炉系统,包括热水锅炉1、吸收式双效溴化锂热泵装置2、供热系统回水3、驱动热源加热器4、热水用户5、烟气冷凝器6、第一水泵7、烟气再热器8、烟囱9以及二级烟气冷凝系统10,其中吸收式双效溴化锂热泵装置2包括第一减压阀21、第二减压阀22、冷凝器23、发生器24、吸收器25、溶液泵26、蒸发器27、溶液泵28、吸收蒸发器29、第三减压阀210、第四分流三通阀211;二级烟气冷凝系统10包括第一二级减压阀101、第一分流三通阀102、第二二级减压阀103、冷凝器104、第三二级减压阀105、吸收器106、发生器107、第二二级溶液泵108、吸收蒸发器109、第二二级溶液泵1010、蒸发器1011、烟气冷凝器1012和第二水泵1013;
当采用间壁式换热器作为烟气再热器8,利用电加热对烟气进行再热时,烟气再热器8壳侧入口经过排烟通道连接二级烟气冷凝系统10中的二级烟气冷凝器1012的壳侧出口,烟气再热器8壳侧出口通过排烟通道与烟囱9连接;烟气再热器8管侧采用电加热的方式对烟气进行加热,在提高烟气相对湿度的情况下,提高其抬升力,实现消除排烟烟羽的功能。
实施例五:
参考图5与图3b,图示是利用热水锅炉产出的部分热水对冷凝后的烟气再热的热水锅炉系统的示意图。图示系统包括热水锅炉1、吸收式双效溴化锂热泵装置2、供热系统回水3、驱动热源加热器4、热水用户5、烟气冷凝器6、第一水泵7、烟气再热器8、烟囱9、二级烟气冷凝系统10、第二分流三通阀11与合流三通阀12,其中吸收式双效溴化锂热泵装置2包括第一减压阀21、第二减压阀22、冷凝器23、发生器24、吸收器25、溶液泵26、蒸发器27、溶液泵28、吸收蒸发器29、第三减压阀210、第四分流三通阀211;二级烟气冷凝系统10包括第一二级减压阀101、第一分流三通阀102、第二二级减压阀103、冷凝器104、第三二级减压阀105、吸收器106、发生器107、第二二级溶液泵108、吸收蒸发器109、第二二级溶液泵1010、蒸发器1011、烟气冷凝器1012和第二水泵1013。
当采用间壁式换热器作为烟气再热器8,利用热水锅炉1产出的部分热水对烟气进行再热时,烟气再热器8壳侧入口经过排烟通道连接二级烟气冷凝系统10中的二级烟气冷凝器1012的壳侧出口,烟气再热器8壳侧出口通过排烟通道与烟囱9连接;热水锅炉1后设置第二分流三通阀11,第二分流三通阀11的入口连接热水锅炉1的出水管道,第二分流三通阀11的第一出口连接热水用户5,用以供给热水用户热水;第二分流三通阀11的第二出口连接烟气再热器8的管侧入口,利用热水锅炉1产出的部分热水对冷凝后的烟气进行再热;烟气再热器8的管侧出口后设置合流三通阀12,合流三通阀12的第一入口连接烟气再热器8的管侧出口,第二入口连接供热系统回水3,合流三通阀12的出口与吸收器25管侧入口相连,利用热水锅炉1产出的部分热水对冷凝后的烟气进行再热。
实施例六:
参考图6与图3b,图示是利用吸收器放出的部分热量对烟气再热的热水锅炉系统的示意图,图示系统包括热水锅炉1、吸收式双效溴化锂热泵装置2、供热系统回水3、驱动热源加热器4、热水用户5、烟气冷凝器6、第一水泵7、烟气再热器8、烟囱9、二级烟气冷凝系统10、第二分流三通阀11、合流三通阀12和第三分流三通阀13,其中吸收式双效溴化锂热泵装置2包括第一减压阀21、第二减压阀22、冷凝器23、发生器24、吸收器25、溶液泵26、蒸发器27、溶液泵28、吸收蒸发器29、第三减压阀210、第四分流三通阀211;二级烟气冷凝系统10包括第一二级减压阀101、第一分流三通阀102、第二二级减压阀103、冷凝器104、第三二级减压阀105、吸收器106、发生器107、第二二级溶液泵108、吸收蒸发器109、第二二级溶液泵1010、蒸发器1011、烟气冷凝器1012和第二水泵1013。
当采用间壁式换热器作为烟气再热器8,利用浓溴化锂溶液吸收水蒸汽放出的部分热量对烟气进行再热时,烟气再热器8壳侧入口连接二级烟气冷凝系统10中的二级烟气冷凝器1012的壳侧出口,烟气再热器8壳侧出口与烟囱9连接;双效溴化锂热泵吸收器25管侧出口设置第三分流三通阀13,第三分流三通阀13的入口连接吸收器25管侧出口,第三分流三通阀13的第一出口连接冷凝器23,第三分流三通阀13的第二出口通过管道与烟气再热器8管侧入口相连。烟气再热器8的管侧出口后设置合流三通阀12,合流三通阀12的第一入口连接烟气再热器的管侧出口,合流三通阀12的第二入口连接供热系统回水3,合流三通阀12的出口管道与吸收器25管侧入口相连,利用吸收器25中浓溴化锂溶液吸收水蒸气放出的部分热量经由供热系统回水3对冷凝后的烟气进行再热。
实施例七:
参见图7与图3b,图示为利用混合器混合烟气对烟气再热的热水锅炉系统的示意图,图示系统包括热水锅炉1、吸收式双效溴化锂热泵装置2、供热系统回水3、驱动热源加热器4、热水用户5、烟气冷凝器6、第一水泵7、烟气再热器8、烟囱9、二级烟气冷凝系统10和球阀16。其中吸收式双效溴化锂热泵装置2包括第一减压阀21、第二减压阀22、冷凝器23、发生器24、吸收器25、溶液泵26、蒸发器27、溶液泵28、吸收蒸发器29、第三减压阀210、第四分流三通阀211;二级烟气冷凝系统10包括第一二级减压阀101、第一分流三通阀102、第二二级减压阀103、冷凝器104、第三二级减压阀105、吸收器106、发生器107、第二二级溶液泵108、吸收蒸发器109、第二二级溶液泵1010、蒸发器1011、烟气冷凝器1012和第二水泵1013。
当采用混合器作为烟气再热器8对烟气进行再热时,混合器的工作流体进口连接二级烟气冷凝系统10中烟气冷凝器1012的壳侧出口,混合器的引射流体进口与热水锅炉1排烟通过烟道相连,烟道中设有球阀16对高温烟气烟量进行控制,混合器的出口与烟囱9相连,通过将热水锅炉1的高温排烟与烟气冷凝器1012壳侧出口的排烟混合,对冷凝除湿后的烟气进行再热。
实施例八:
参考图8与图3b,利用吸收器放出的部分热量对烟气再热的热水锅炉系统的示意图,图示系统包括热水锅炉1、吸收式双效溴化锂热泵装置2、供热系统回水3、驱动热源加热器4、热水用户5、烟气冷凝器6、第一水泵7、烟气再热器8、烟囱9、二级烟气冷凝系统10和空气预热器15。其中吸收式双效溴化锂热泵装置2包括第一减压阀21、第二减压阀22、冷凝器23、发生器24、吸收器25、溶液泵26、蒸发器27、溶液泵28、吸收蒸发器29、第三减压阀210、第四分流三通阀211;二级烟气冷凝系统10包括第一二级减压阀101、第一分流三通阀102、第二二级减压阀103、冷凝器104、第三二级减压阀105、吸收器106、发生器107、第二二级溶液泵108、吸收蒸发器109、第二二级溶液泵1010、蒸发器1011、烟气冷凝器1012和第二水泵1013。
当采用混合器作为烟气再热器8对烟气进行再热时,混合器工作流体进口连接二级烟气冷凝系统10中二级烟气冷凝器1012的壳侧出口,混合器的出口连接烟囱9;在热水锅炉1与烟气冷凝器6之间设置有空气预热器15,空气预热器15的结构为间壁式,空气预热器15的管侧流通来自热水锅炉1的高温烟气,壳侧流通空气,空气吸收高温烟气的热量被加热,空气预热器15的壳侧出口连接混合器8的引射流体的进口,在混合器8中加热过的空气与冷凝除湿后的烟气混合,对锅炉排烟进行加热,降低排烟的相对湿度。

Claims (7)

1.一种耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,其特征在于:包括热水锅炉(1)、吸收式溴化锂热泵装置(2)、供热系统回水(3)、驱动热源加热器(4)、热水用户(5)、烟气冷凝器(6)、第一水泵(7)、烟气再热器(8)和烟囱(9);吸收式溴化锂热泵装置(2)包括第一减压阀(21)、第二减压阀(22)、冷凝器(23)、发生器(24)、吸收器(25)、溶液泵(26)以及蒸发器(27);热水锅炉(1)的烟气出口沿着烟气流道连通烟气冷凝器(6)、烟气再热器(8)以及烟囱(9);吸收器(25)、溶液泵(26)、发生器(24)以及第二减压阀(22)依次相连形成溴化锂溶液循环回路;吸收器(25)、冷凝器(23)、第一减压阀(21)以及蒸发器(27)的依次连通形成循环水路;热水锅炉(1)中安装的驱动热源加热器(4)与发生器(24)的出水口和进水口相连形成驱动工质循环回路;蒸发器(27)的载冷剂进出口与烟气冷凝器(6)的冷却介质出入口对应连通;蒸发器(27)至烟气冷凝器(6)的管路上设置第一水泵(7),冷凝器(23)的出水口还连通热水供热系统回水口;烟气冷凝器(6)至烟气再热器(8)的路径上设置二级烟气冷凝系统(10),驱动工质经发生器(24)后进入二级烟气冷凝系统(10)后进入热水锅炉,二级烟气冷凝系统(10)包括第一二级减压阀(101)、第一分流三通阀(102)、第二二级减压阀(103)、二级冷凝器(104)、第三二级减压阀(105)、二级吸收器(106)、二级发生器(107)、第一二级溶液泵(108)、二级吸收蒸发器(109)、第二二级溶液泵(1010)、二级蒸发器(1011)、二级烟气冷凝器(1012)以及第二水泵(1013);二级烟气冷凝器(1012)的烟气入口连通烟气冷凝器(6)的烟气出口,二级烟气冷凝器(1012)的烟气出口连通烟气再热器(8)的烟气入口;二级蒸发器(1011)的管侧进出口与二级烟气冷凝器(1012)的冷却介质出入口对应连通;
蒸发器(27)的载冷剂出口连通二级吸收器(106)的循环水入口,二级吸收器(106)的循环水出口连通二级冷凝器(104)的壳侧入口,二级冷凝器(104)的壳侧出口连通烟气冷凝器(6)的被冷却介质的入口,发生器(24)的管侧出口连通二级发生器(107)的管侧入口,二级发生器(107)的管侧出口连通驱动热源加热器(4)循环水入口;二级吸收器(106)的壳侧入口连通二级发生器(107)的壳侧出口,二级吸收器(106)的壳侧出口连通二级吸收蒸发器(109)的吸收侧入口,二级吸收蒸发器(109)的蒸发侧入口连通二级冷凝器(104)的管侧出口,二级吸收蒸发器(109)吸收侧的热介质入口连通二级蒸发器(1011)的蒸汽出口,二级吸收蒸发器(109)吸收侧的溶液出口经第二二级溶液泵(1010)连通二级发生器(107)的壳侧入口,二级吸收器(106)的冷凝水出口连通二级冷凝器(104)的管侧入口;所述驱动热源加热器(4)设置在热水锅炉(1)烟道烟气温度高于180℃的位置处,驱动热源加热器(4)利用高温烟气与水的换热产生驱动工质对发生器(24)进行驱动;或热水锅炉热水出口连通发生器(24)驱动工质入口,采用热水锅炉产出140℃以上的热水驱动发生器(24);吸收式溴化锂热泵装置(2)采用吸收式双效溴化锂热泵装置,具体的:吸收器(25)壳侧出口连通吸收蒸发器(29)的吸收侧入口,吸收蒸发器(29)的蒸发侧入口连通冷凝器(23)的管侧出口,吸收器(25)的管侧连通供热系统回水管道;吸收蒸发器(29)吸收侧的蒸汽入口连通蒸发器(27)的蒸汽出口;吸收蒸发器(29)吸收侧的溶液出口经溶液泵(26)连通发生器(24)的壳侧入口,吸收器(25)的蒸汽入口连通吸收蒸发器(29)的蒸发侧蒸汽出口,吸收器(25)的管侧出口连通冷凝器(23)的管侧入口。
2.根据权利要求1所述的耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,其特征在于:烟气再热器(8)管侧采用电加热的方式对烟气进行加热,烟气再热器(8)壳侧入口经过排烟通道连接二级烟气冷凝系统(10)中的二级烟气冷凝器(1012)的壳侧出口,烟气再热器(8)壳侧出口通过排烟通道与烟囱(9)连接。
3.根据权利要求1所述的耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,其特征在于:采用间壁式换热器作为烟气再热器(8),热水锅炉的部分热水出口连通烟气再热器(8)的管侧入口,烟气再热器(8)的管侧出口连通吸收器(25)管侧入口;热水锅炉(1)后设置第二分流三通阀(11),第二分流三通阀(11)的入口连接热水锅炉(1)的出水管道,第二分流三通阀(11)的第一出口连接热水用户(5),用以供给热水用户热水;第二分流三通阀(11)的第二出口连接烟气再热器(8)的管侧入口,利用热水锅炉(1)产出的部分热水对冷凝后的烟气进行再热;烟气再热器(8)的管侧出口后设置合流三通阀(12),合流三通阀(12)的第一入口连接烟气再热器(8)的管侧出口,第二入口连接供热系统回水(3),合流三通阀(12)的出口与吸收器(25)管侧入口相连。
4.根据权利要求1所述的耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,其特征在于:采用间壁式换热器作为烟气再热器(8),吸收器(25)管侧出口连通烟气再热器(8)的管侧入口,烟气再热器(8)的管侧出口连通吸收器(25)管侧入口;吸收式双效溴化锂热泵装置吸收器(25)管侧出口设置第三分流三通阀(13),第三分流三通阀(13)的入口连接吸收器(25)管侧出口,第三分流三通阀(13)的第一出口连接冷凝器(23),第三分流三通阀(13)的第二出口通过管道与烟气再热器(8)管侧入口相连,烟气再热器(8)的管侧出口后设置合流三通阀(12),合流三通阀(12)的第一入口连接烟气再热器的管侧出口,合流三通阀(12)的第二入口连接供热系统回水(3),合流三通阀(12)的出口管道与吸收器(25)管侧入口相连。
5.根据权利要求1所述的耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,其特征在于:烟气再热器(8)采用混合器,混合器的工作流体入口连通二级烟气冷凝系统(10)中烟气冷凝器(1012)的壳侧出口,混合器的引射流体进口还与热水锅炉(1)排烟通过烟道连通,热水锅炉烟气出口至混合器的引射流体进口的烟道上设置球阀(14),混合器的出口与烟囱(9)相连。
6.根据权利要求1所述的耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,其特征在于:烟气再热器(8)采用混合器,混合器工作流体进口连接二级烟气冷凝系统( 10) 中二级烟气冷凝器( 1012) 的壳侧出口,混合器的出口连接烟囱( 9) ,热水锅炉(1)烟气出口至烟气冷凝器(6)的烟道上设置空气预热器(15),空气预热器(15)的管侧连通烟道,空气预热器(15)的壳侧流通空气,空气预热器(15)的壳侧出口连接混合器的引射流体的进口,空气预热器(15)的结构为间壁式;空气预热器(15)的管侧流通来自热水锅炉(1)的高温烟气,壳侧流通空气,空气吸收高温烟气的热量被加热,空气预热器(15)的壳侧出口连接混合器的引射流体的进口,在混合器中加热过的空气与冷凝除湿后的烟气混合。
7.根据权利要求1所述的耦合吸收式溴化锂热泵装置的热水锅炉系统,其特征在于:所述烟气冷凝器(6)采用间壁式换热器,并在其后方设置冷凝水收集装置,所述烟气冷凝器采用顺列排布的翅片低于10mm的激光焊接螺旋翅片管作为换热管束。
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