CN205825498U - 一种多级回收燃气烟气余热的系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气烟气余热深度回收的多级系统，主要由天然气锅炉、分离式热管、空气预热器、多级喷淋单元直接接触式换热器、吸收式热泵组成。烟气通过分离式热管间接将热量传递给发生器，驱动吸收式热泵运行；烟气从分离式热管出来进入空气预热器预热冷空气，被加热的冷空气进入锅炉和燃气混合燃烧；从空气预热器中出来的烟气进入多级喷淋单元直接接触式换热器和从热泵蒸发器出来的低温冷水换热，被加热的低温冷水回到蒸发器作为蒸发器的热源；通过吸收式热泵进入热泵冷凝器的锅炉低温给水变为高温给水送入锅炉。本实用新型充分考虑了热量回收和热量利用之间匹配的问题，实现了烟气温度的多级利用，充分回收了烟气的热量。

Description

一种多级回收燃气烟气余热的系统

技术领域

本实用新型涉及一种燃气烟气余热深度回收的多级系统，属于余热利用技术领域。

背景技术

为治理大气污染，2012年乌鲁木齐开展了国内规模最大、建设速度最快的“煤改气”工程（燃煤锅炉改为燃气锅炉），迄今为止乌鲁木齐已成全国首个全面“气化”城市，2015年乌鲁木齐市空气质量达标天数313天，空气治理效果显著，无疑“煤改气”工程是惠及民生大气污染治理的“蓝天工程”，但也带来了一些问题。“煤改气”后乌鲁木齐天然气使用量从2012年的5亿立方米增长至2015年的27.5亿立方米，天然气使用量巨大；同时乌鲁木齐天然气的供气源中超九成的来自中亚管输天然气，天然气使用对外依存度高。因此，如何高效使用天然气减少天然气的使用量是现在急需解决的问题。排烟余热回收技术运用在天然气锅炉上，可以提高锅炉热效率从而减少天然气的使用量，并且具有节水、环保的优点。

现有专利，（1）专利号为201220539329.1，名称为《喷淋冷凝、高温水源热泵联合烟气余热回收装置》，该装置采用吸收式热泵和直接接触换热器组合回收燃气锅炉烟气余热。采用压缩式热泵，用热泵的蒸发器制取低温冷水，在直接接触式换热器中用于和烟气换热，提高了烟气冷凝效果，充分回收烟气余热，经过吸收式热泵锅炉的低温给水变为高温给水，使被加热热水温度满足了锅炉回水温度要求，采用吸收式热泵使热网水和烟气隔离开来，避免被加热工质被污染满足热网回收水质要求，但在直接接触换热器中高温烟气和喷淋水直接接触可能引起水蒸发汽化，降低换热效果，并且要维持热泵的最佳工况，热泵机组蒸发器的进水温度最好不超过30℃，因为当进水温度超过30℃随着供水温度的升高，冷凝的温度和压力升高，发生器内难产生水蒸气，且发生器压力的升高会使吸收器内压力也增大，影响了溴化锂溶液对水蒸气的吸收作用，减少吸收放热量，从而导致热泵机组的COP下降，该装置让170℃烟气与20℃的低温循环水换热，被加热的热水直接通入蒸发器作为蒸发器的热源，若该热水温度高于30℃就会降低热泵的性能。（2）专利号为201410720602.4，名称为《一种吸收式热泵循环的烟气余热回收系统》，该系统采用空气预热器和吸收式热泵联合运行回收烟气余热，从天然气锅炉出来的烟气先通过空气预热器加热冷空气送入锅炉炉膛和天然气混合燃烧，从空气预热器出来的烟气再进入吸收式热泵的蒸发器作为蒸发器的热源；通过吸收式热泵进入冷凝器的锅炉低温给水变为高温给水送入锅炉，这样就完成了烟气的余热回收，该方法可以提高锅炉给水温度5～8℃，但烟气直接进入到蒸发器会污染循环工质，腐蚀换热面，从而缩短设备寿命，引发设备故障，造成经济损失。（3）专利号为201420716514.2，名称为《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》，该系统采用用三级换热器逐级降低排烟温度，其中一、二级为间壁式换热器，第三级为间壁式和直接接触式组合，高温烟气先通过第一级换热器直接加热热网水供给锅炉；再通过第二级换热器对中温烟气进行降温，控制进入第三级换热器烟气温度，避免喷水蒸发汽化；最后烟气进入第三级换热器回收烟气水蒸汽冷凝热。第二、三级换热器的循环热水作为热泵蒸发器的低温热源，创造并维持热泵的最佳工况。通过三级换热器逐级降低排烟温度实现烟气余热的深度回收，避免了直接接触式换热器内水汽化，经过第二、三级换热的循环水进入热泵蒸发器可以维持热泵的最佳工况，但烟气连续通过三个间壁式换热器，阻力很大将会导致排烟动力不足，且采用压缩式热泵消耗电能。（4）专利号为201410012655.0，名称为《一种喷淋吸收式燃气烟气回收的方法及装置》，该装置利用燃气驱动热泵高压发生器，产生的烟气进入烟气驱动低压发生器进行降温，降温后的烟气和锅炉烟气混合后进入N级喷淋单元和从热泵蒸发器出来的低温冷水接触降温，每级喷淋单元的出水被喷淋水泵打入下一级喷淋单元进行喷淋，这样烟气在喷淋单元中逐级降温实现烟气的全热回收，热效率高。但喷淋单元的喷淋水每级都是上一级通过换热再循环的，故随着烟气温度在每级喷淋单元中逐级降低，喷淋循环水的温度逐渐升高，故随着级数的升高烟气和循环水的温差逐渐减小，换热效果逐渐变差。此外，烟气直接通入发生器也会对吸收剂造成污染。

对于上述燃气烟气回收装置存在以下问题：（1）未考虑热量回收与热量利用之间匹配问题，回收余热温度不在换热热备经济合理使用温度范围之内：①进入直接接触式换热器的烟温过高导致水蒸发；②热泵蒸发器进水温度过高不能维持热泵的最佳工况。（2）烟气污染设备，缩短设备寿命：烟气进入热泵蒸发器、发生器污染工质，腐蚀设备。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决上述问题，实现充分、合理、便捷地回收燃气烟气余热的目标，提供一种多级回收燃气烟气余热的系统。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现： 所述一种多级回收燃气烟气余热的系统，它主要包括：天然气锅炉1、分离式热管2、空气预热器3、多级喷淋单元直接接触式换热器4、吸收式热泵5、内循环水泵6、外循环水泵7、风阀（8-1、8-2、8-3）、烟道（9-1、9-2）和风机10组成。从天然气锅炉1出来的烟气通过分离式热管2间接将热量传递给吸收式热泵的发生器5-1，驱动热泵运行，制取低温冷水作为多级喷淋单元直接接触换热器4和烟气换热的低温冷源，吸收式热泵5运行无需消耗高品位的电能直接利用烟气热量，完成烟气热量的动力回收；从分离式热管4出来的烟气进入空气预热器3预热冷空气，被加热的空气进入天然气锅炉1和天然气混合燃烧，加热冷空气实现烟气的显热回收；从空气预热器2中出来的烟气进入多级喷淋单元直接接触式换热器4和从热泵蒸发器5-4出来的低温冷水换热，被加热的低温冷水回到蒸发器作为蒸发器的热源，烟气和低温冷水接触换热实现烟气的潜热回收；烟气依次通过分离式热管换热器2、空气预热器3和多级喷淋单元直接接触式换热器4，温度逐级降低被利用实现烟气的梯级利用；进入吸收式热泵冷凝器5-3的锅炉低温给水变为高温给水送入锅炉。

所述吸收式热泵5由分离式热管和发生器组成的热管废热发生器5-1、吸收器5-2、冷凝器5-3、蒸发器5-4、节流阀5-5和溶液泵5-6组成。所述的冷凝器设有低温给水入口10和高温给水出口11，高温给水通过水管路以及外循环水泵7和燃气锅炉回水入口12相连。

所述分离式热管2和发生器5-1组成的热管废热发生器的作用：采用分离式热管做传热元件，在热管的蒸发段工质吸收烟气热量蒸发，气态工质将热量带到发生器加热溴化锂溶液，放热后工质冷凝成液体再流回蒸发段重新蒸发，这样烟气的热量就传到溴化锂溶液中，该装置代替了传统的发生器，用烟气作为发生器的驱动热源但又不污染吸收剂，避免了烟气对设备的腐蚀。

所述空气预热器3的作用：预热冷空气，被加热的空气进入锅炉和燃气混合燃烧，提高炉膛温度从而提高锅炉效率，并且控制了烟气进入多级喷淋单元直接接触式换热器的进口温度，避免了多级喷淋单元直接接触式换热器内喷水蒸发汽化的问题。

所述多级喷淋单元直接接触式换热器采用侧喷的喷淋方式，设置多级喷头20，即烟气流动方向和喷头垂直，烟气从两侧多级喷头喷出的冷水间流过和冷水进行热量交换。

所述多级喷淋单元直接接触式换热器4的作用：采用侧喷的喷淋方式减小了烟气的流动阻力，采用多级喷淋单元实现了烟气和水的充分换热，烟气进入直接接触式换热器和从热泵蒸发器出来的低温冷水换热，被加热的低温冷水回到蒸发器作为蒸发器的热源，由于温度不超过30℃，从而维持了热泵的最佳工况。

所述多级喷淋单元直接接触式换热器烟气出口设有风机10，增加烟气排除的动力，解决烟气由于温降造成排烟动力不足的问题，在上述风机10后烟道上设风阀8-3。

所述的天然气锅炉设有烟道9，烟道1（9-1）为主烟道，烟道2（9-2）为旁通烟道，作为主烟道的备用烟道在主烟道发生故障或烟道检修时使用；所述的烟道上都安装风阀，用于启闭烟道。

本实用新型有用效果是：（1）采用烟气驱动热泵回收烟气热量既不消耗电能也不消耗燃气更节能；（2）在热泵发生器中引入热管换热器回收烟气余热的动力，有效的解决了烟气和热泵直接接触造成工质污染、设备腐蚀的问题；（3）通过热管换热器、空气预热器和和直接接触式换热器对烟气热量的逐级回收利用，实现了动力回收、显热回收和潜热回收的全热回收；（4）充分考虑热量回收和热量利用之间匹配的问题，实现了烟气温度的梯级利用。

附图说明

图1是本实用新型一种多级回收燃气烟气余热的系统示意图。

图2是多级喷淋单元直接接触式换热器构造图。

图中：1、天然气锅炉，2、分离式热管，3、空气预热器，4、多级喷淋单元直接接触式换热器，5、吸收式热泵，5-1、发生器，5-2、吸收器，5-3、冷凝器，5-4、蒸发器，5-5、节流阀，5-6、溶液泵，6、内循环水泵，7、外循环水泵，8-1、风阀1，8-2、风阀2，8-3、风阀3，9-1、烟道1，9-2、烟道2，10、冷凝器低温给水入口，11、冷凝器高温给水出口，12、天然气锅炉回水入口，13、空气预热器冷空气入口，14、空气预热器热空气出口，15、多级喷淋单元直接接触式换热器循环水出口，16、蒸发器冷冻水入口，17、蒸发器冷冻水出口，18、多级喷淋单元直接接触式换热器循环水入口，19、多级喷淋单元直接接触式换热器烟气出口，20、喷头。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本实用新型做详细描述。

图1是本实用新型一种多级回收燃气烟气余热的系统示意图，该系统正常运行时，风阀1（8-1）风阀3（8-3）开，风阀2（8-2）关，燃气烟气从天然气锅炉1出来通过烟道9-1进入分离式热管换热器2，分离式热管换热器2间接将热量传给发生器5-1，作为吸收式热泵5的驱动力，驱动吸收式热泵运行；从分离式热管换热器2出来的烟气进入空气预热器3和从空气预热器冷空气入口13进入空气预热器的冷空气逆流进行热交换，被加热的冷空气通过空气预热器热空气出口14进入燃气锅炉1的燃烧室和天然气混合燃烧；从空气预热器3出来的烟气进入多级喷淋单元直接接触式换热器4，和从蒸发器冷冻水出口17出来的冷冻水直接接触换热，换热后的循环水经过内循环水泵6从蒸发器4-4的冷冻水入口16进入回到蒸发器。低温给水经冷凝器4-3换热后经外循环水泵7从天然气锅炉回水入口12进入锅炉。

当系统正常运行时风阀1（8-1）、风阀3（8-3）开启，风阀2（8-2）关闭；当系统出现故障或检修时，风阀2（8-3）开启，风阀1（8-1）、风阀3（8-3）关闭。

图2是多级喷淋单元直接接触式换热器构造图，该换热器设有多级喷淋单元，增加了烟气和水的换热时间，喷头20设置在换热器的侧壁两侧，喷头和烟气流动方向垂直，采用侧喷的方式烟气从喷头在中间流过减小了烟气流动的阻力。多级喷淋单元直接接触式换热器出口19设置了风机10提高了烟气排除的动力，解决排烟动力不足的问题。

Claims (4)

1.一种燃气烟气余热深度回收的多级系统，其特征在于：主要包括天然气锅炉（1）、分离式热管（2）、空气预热器（3）、多级喷淋单元直接接触式换热器（4）、吸收式热泵（5）、内循环水泵（6）、外循环水泵（7）、风阀（8-1、8-2、8-3）烟道（9-1、9-2）以及风机（10）；烟气通过分离式热管（2）间接将热量传递给发生器（5-1）驱动吸收式热泵（5）运行；烟气从分离式热管（2）出来进入空气预热器（3）预热冷空气，被加热的空气进入天然气锅炉（1）和燃气混合燃烧；从空气预热器（3）出来的烟气进入多级喷淋单元直接接触式换热器（4）和从热泵蒸发器（5-4）出来的低温冷水换热，被加热的低温冷水回到蒸发器作为蒸发器的热源；通过吸收式热泵（5）进入热泵冷凝器（4-3）的锅炉低温给水变为高温给水送入锅炉。

2.根据权利要求1所述一种燃气烟气余热深度回收的多级系统，其特征在于：所述的烟道(9-1)依次连接分离式热管（2）、空气预热器（3），多级喷淋单元直接接触式换热器（4）；所述的分离式热管（2）和吸收式热泵（5）的发生器(5-1)组合；所述的空气预热器（3）热空气出口（14）和天然气锅炉（1）连接；所述的多级喷淋单元直接接触式换热器（4）出水口（15）通过内循环水泵（6）以及相应的水管路和蒸发器（4-4）冷冻水入口（16）相连，蒸发器冷冻水出口（17）与多级喷淋单元直接接触换热器循环水进口（18）相连。

3.根据权利要求1所述一种燃气烟气余热深度回收的多级系统，其特征在于：所述的吸收式热泵（5）由分离式热管和发生器组成的热管废热发生器（5-1）、吸收器（5-2）、冷凝器（5-3）、蒸发器（5-4）、节流阀（5-5）和溶液泵（5-6）组成；上述的发生器(5-1)为热水或蒸汽驱动的发生器，热水或蒸汽由分离式热管换热器提供；所述的冷凝器(5-3)设有低温给水入口(10)和高温给水出口(11)，高温给水通过水管路以及外循环水泵和燃气锅炉回水入口(12)相连。

4.根据权利要求1所述一种燃气烟气余热深度回收的多级系统，其特征在于：所述多级喷淋单元直接接触式换热器（4）采用侧喷的喷淋方式，设置多级喷头（20），喷头（20）设置在换热器的侧壁两侧，即烟气流动方向和喷头（20）垂直，烟气从两侧多级喷头喷出的冷水间流过和冷水进行热量交换，多级喷淋单元直接接触式换热器出口（19）设置了风机（10）提高了烟气排除的动力，解决排烟动力不足的问题。