CN204254934U - 一种利用压缩式热泵实现锅炉烟气余热深度回收的供热系统 - Google Patents
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Abstract
一种利用压缩式热泵实现锅炉烟气余热深度回收的供热系统。通过三级换热逐级降低锅炉排烟温度，实现烟气中显热与水蒸汽冷凝热的回收：第一级换热器为间壁式，利用排烟直接加热热网水；第二级换热器为间壁式，用于控制第三级换热器烟气进口温度；第三级换热器为混合式与间壁式的组合，利用碱性喷淋水对烟气进行深度热质交换。第二、三级换热器的循环热媒水作为压缩式热泵蒸发器的低温热源。以锅炉高压蒸汽驱动透平膨胀机，拖动热泵的压缩机，排出的低压蒸汽进入凝汽器。热网回水依次经过压缩式热泵的冷凝器、凝汽器、一级换热器升温后送入热网供热。在使用热水锅炉的情况下，压缩式热泵可以采用电力驱动。
Description
技术领域
本实用新型属于锅炉烟气余热回收领域，特别涉及到深度回收烟气中的水蒸气冷凝热的系统。
背景技术
由于烟气露点腐蚀等因素的制约，通常锅炉的排烟温度较高。一般情况下，燃煤锅炉省煤器出口的排烟温度高达180℃左右，燃气锅炉节能器出口的排烟温度也有140℃左右。排烟损失是锅炉各项热损失中最大的一项，约占燃料总发热量的15～30％。锅炉烟气排放造成巨大的能源浪费，又对大气环境产生极大的污染，与资源节约、环境友好的能源发展方向背道而驰。如果能将锅炉排烟温度降至烟气露点以下，烟气中的水蒸气将会凝结，释放出大量的潜热，按煤炭或天然气的低位热值发热量计算，锅炉效率可达到甚至超过100％。
国内研发机构做了一些关于燃气锅炉的烟气冷凝热回收装置的研究，将排烟温度降低到30℃左右，可大幅提高了燃气锅炉的效率，但是在排烟中仍含有微量硫分，与凝结水反应生成硫酸，因此，在实际运行中冷凝热回收装置内死角处仍存在露点腐蚀的问题。燃煤锅炉的烟气中含有更多的硫分与杂质，目前相关材料和技术不完善，露点腐蚀危害更严重，因此规范要求排烟设计温度在130～150℃，在实际运行中还要比设计值高20℃以上，要实现烟气中水蒸气冷凝热的回收则更为困难。
实用新型内容
针对现有锅炉烟气余热回收技术的不足，本实用新型提出一种利用压缩式热泵实现锅炉烟气余热深度回收的供热系统，可以有效的克服烟气露点腐蚀的瓶颈问题，实现了锅炉烟气显热及水蒸汽冷凝热的深度回收，较大幅度的提高燃煤锅炉及燃气锅炉的热效率。
本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：在锅炉排烟管道上依次设置三级换热器。第一级间壁式换热器采用热管换热技术，其作用为：对高温烟气进行降温，通过调整蒸发段、冷凝段的传热面积来调整热管管壁温度，使热管尽可能避开露点腐蚀或最大腐蚀区域。第二级间壁式换热器采用树脂材料或热管，其作用为：对中温烟气进行降温，并控制及避免第三级混合式换热器烟气进口温度过高使喷水蒸发汽化。第三级换热器采用混合式与间壁式组合，其作用为：将烟气温度降至30℃左右，回收烟气中的水蒸气冷凝热，设置PH监控设备在线监测控制，对混合式换热器喷淋水进行加碱处理，碱性喷淋水与烟气进行深度热质交换，在回收冷凝热的同时，还与烟气中SO2、NOx等酸性气体中和，为了进一步降低腐蚀热泵蒸发器的风险，在混合式换热器与热泵蒸发器之间设置间壁式换热器。具体实施中，第二、三级换热器的循环热媒水作为热泵蒸发器的低温热源，以锅炉生产的高压蒸汽驱动透平膨胀机，拖动热泵的压缩机，排出的低压蒸汽进入凝汽器。热网回水依次经过压缩式热泵冷凝器、凝汽器、第一级换热器升温后送入热网供热。在使用热水锅炉的情况下，压缩式热泵可以采用电力驱动。
本实用新型的有益效果是：有效的克服烟气露点腐蚀的瓶颈问题；利用锅炉高压蒸汽驱动透平膨胀机拖动压缩机热泵的方式，实质是利用锅炉加热热网水不匹配换热过程中损失的可用能，无需额外消耗高品位能源(电能)即可将锅炉排烟温度降至30℃左右，进而实现了
锅炉烟气显热及水蒸汽冷凝热的深度回收，使锅炉热效率提高10％以上。
附图说明
下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1是利用透平膨胀机拖动压缩式热泵的烟气余热深度回收的实施例系统流程图。
图2是利用电动压缩式热泵的烟气余热深度回收的实施例系统流程图。
图中1.锅炉，2.第一级间壁式换热器，3.第二级间壁式换热器，4.第三级混合式换热器，5.压缩式热泵，6.间壁式换热器，7.PH监控处理仪，81.补水阀，82.排污阀，91、92、93、94.循环水泵，10.透平膨胀机，11.凝汽器，Ⅰ.压缩机，Ⅱ.蒸发器，Ⅲ.冷凝器。
具体实施方式
实施例1：
在图1中，锅炉(1)为蒸汽锅炉，锅炉(1)的排烟依次经过第一级间壁式换热器(2)、第二级间壁式换热器(3)和第三级混合式换热器(4)后由烟囱排出，第三级混合式换热器(4)中被低温烟气加热的喷淋水由循环水泵(91)输送至间壁式换热器(6)，PH监控处理仪(7)监测控制第三级混合式换热器(4)喷淋水的PH值，补水经补水阀(81)进第三级混合式换热器(4)，底池的污水经排污阀(82)排出，压缩式热泵(5)的蒸发器(Ⅱ)出口的循环热媒水由循环水泵(92)依次与间壁式换热器(6)和第二级间壁式换热器(3)换热升温后返回蒸发器(Ⅱ)入口，热网回水由循环水泵(93)依次经过压缩式热泵(5)的冷凝器(Ⅲ)、凝汽器(11)和第一级间壁式换热器(2)加热后送入热网供热，锅炉(1)产生的高压蒸汽由透平膨胀机(10)做功拖动压缩式热泵(5)的压缩机(Ⅰ)，剩余蒸汽可用于工艺生产，透平膨胀机(10)的排汽经凝汽器(11)冷凝后的疏水由循环水泵(94)输送至锅炉(1)。
锅炉烟气的出炉温度在180℃左右，首先经过第一级间壁式换热器(2)降温至130℃左右；然后经第二级间壁式换热器(3)降温至90℃左右；最后进入第三级混合式换热器(4)，降温至30℃左右由烟囱排出。压缩式热泵(5)的蒸发器(Ⅱ)出口热水温度为20℃左右，依次经间壁式换热器(6)和第二级间壁式换热器(3)加热至40℃左右后返回蒸发器(Ⅱ)入口。热网回水60℃左右，依次经压缩式热泵(5)的冷凝器(Ⅲ)和凝汽器(11)和一级间壁式换热器(2)升温至130℃左右后送入热网供热。
实施例2：
在图2中，锅炉(1)为热水锅炉，锅炉(1)的排烟依次经过第一级间壁式换热器(2)、第二级间壁式换热器(3)和第三级混合式换热器(4)后由烟囱排出，第三级混合式换热器(4)中被低温烟气加热的喷淋水由循环水泵(91)输送至间壁式换热器(6)，PH监控处理仪(7)监测控制第三级混合式换热器(4)喷淋水的PH值，补水经补水阀(81)进第三级混合式换热器(4)，底池的污水经排污阀(82)排出，压缩式热泵(5)的蒸发器(Ⅱ)出口的循环热媒水由循环水泵(92)依次与间壁式换热器(6)和第二级间壁式换热器(3)换热升温后返回蒸发器(Ⅱ)入口，热网回水由循环水泵(93)依次经过压缩式热泵(5)的冷凝器(Ⅲ)和第一级间壁式换热器(2)加热后进锅炉(1)再加热，压缩式热泵(5)的压缩机(Ⅰ)驱动能源采用电能。
锅炉烟气的出炉温度在180℃左右，首先经过第一级间壁式换热器(2)降温至130℃左右；然后经第二级间壁式换热器(3)降温至90℃左右；最后进入第三级混合式换热器(4)，降温至30℃左右由烟囱排出。压缩式热泵(5)的蒸发器(Ⅱ)出口热水温度为20℃左右，依次经间壁式换热器(6)和第二级间壁式换热器(3)加热至40℃左右后返回蒸发器(Ⅱ)入口。热网回水60℃左右，依次经压缩式热泵(5)的冷凝器(Ⅲ)、第一级间壁式换热器(2)和锅炉(1)加热至130℃左右后送入热网供热。
实施例1中，采用锅炉高压蒸汽驱动透平膨胀机(10)做功，拖动压缩式热泵(5)的压缩机(Ⅰ)，实质是利用锅炉加热热网水不匹配换热过程中损失的可用能，无需额外消耗高品位能源(电能)，因此是最合理的能源利用方式。若实际情况由于采用热水锅炉或场地、投资等问题的限制，不允许加设透平膨胀机(10)，则可选择实施例2中的方案，采用电动压缩式热泵。
各设备的具体实施方式分别说明如下：
1.锅炉，根据供热负荷确定，为常用设备；
2.第一、二、三级换热器，根据锅炉排烟流量和进出口温度，以及热水流量和进出口温度确定，为非标设计；
3.PH监控处理仪，根据排烟流量和烟气成分确定，为非标设计；
4.压缩式热泵，根据第二、三级换热器的循环热媒水流量和进出口温度，以及热网水流量和回水温度确定，为非标设计；
5.透平膨胀机，根据压缩式热泵的耗功量，以及进汽流量、进出口压力和温度确定，为非标设计；
6.凝汽器，根据透平膨胀机排汽流量、压力和温度，以及热网水流量和进出口温度确定，为非标设计；
7.阀门，根据管径确定大小，为常用设备。
Claims (6)
1.一种利用压缩式热泵实现锅炉烟气余热深度回收的供热系统，包括锅炉、压缩式热泵、热网水、锅炉排烟、循环热媒水、三级换热系统，其特征是：通过三级换热逐级降低锅炉排烟温度，逐级控制烟气温度，避免在一级换热器内烟气冷凝和三级换热器内水汽化；以循环热媒水和热网水为介质，与锅炉排烟换热；回收的烟气余热作为压缩式热泵的低温热源，利用压缩式热泵及换热器实现烟气中显热与水蒸汽冷凝热的深度回收；热网水回水依次被压缩式热泵、凝汽器和烟气加热后送往热用户。
2.如权利要求1所述的利用压缩式热泵实现锅炉烟气余热深度回收的供热系统，其特征是：所述三级换热系统第一级换热器为间壁式换热器，采用热管换热技术，控制烟气温降，使热管尽可能避开露点腐蚀或最大腐蚀区域；第二级换热器为间壁式换热器，采用耐腐蚀的树脂材料或热管，控制烟气温降，并避免第三级混合式换热器烟气进口温度过高使喷水蒸发汽化；第三级换热器为混合式与间壁式的组合，混合式换热器采用常温水喷淋的方法，与烟气直接接触换热，加热后喷水介质送往间壁式换热器；其中第一级换热器为烟气与热网水换热，第二、三级换热器的循环热媒水作为压缩式热泵蒸发器的低温热源。
3.如权利要求1所述的利用压缩式热泵实现锅炉烟气余热深度回收的供热系统，其特征是：所述循环热媒水经第三级和第二级换热器加热后送入压缩式热泵的蒸发器，创造并维持压缩式热泵最佳的工况。
4.如权利要求1所述的利用压缩式热泵实现锅炉烟气余热深度回收的供热系统，其特征是：所述热网水回水依次经过压缩式热泵冷凝器、凝汽器及一级换热器加热后送往热用户。
5.如权利要求1所述的利用压缩式热泵实现锅炉烟气余热深度回收的供热系统，其特征是：所述热网水回水还可以依次经过压缩式热泵冷凝器、一级换热器及锅炉加热后送入热网供热。
6.如权利要求1所述的利用压缩式热泵实现锅炉烟气余热深度回收的供热系统，其特征是：所述第三级混合式换热器的喷淋水，其PH值由PH监控设备在线检测控制，底池水的排污与补水分别由排污阀和补水阀控制。
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