CN206269113U - 一种热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统，连接在外部供热回水管道出口与入口两端，包括换热器、水环热泵、补水箱、若干温度传感器、智能控制柜、系统辅助设备；若干温度传感器用于获取三个热循环的运行温度，并反馈给智能控制柜，智能控制柜根据温度传感器的温度，调节水环热泵及系统辅助设备来控制三个热循环的运行。热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统与当前效率最高的补水箱循环冷凝式余热系统相比，存在较大创新，主要体现在以下方面：1)、提供了更低的热回收换热冷水温度，热泵强制制冷可实现15℃出水；2)、高度自动化控制，完美匹配锅炉运行，降低回收系统本身能耗；3)相比常规技术，可进一步提高3％以上的锅炉效率。

Description

一种热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统

技术领域

本实用新型属于锅炉烟气余热回收技术领域，尤其涉及一种利用热泵产生低温水进行锅炉烟气冷凝式热回收的热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统。

背景技术

锅炉烟气余热回收是一项很普遍的锅炉节能技术，可以在不改变锅炉内在结构的基础上有效的提高能源的利用效率，常规的烟气余热回收装置的设计要避免传热面内冷凝现象的发生，因此，排烟温度的降幅非常有限。

冷凝式烟气余热回收，通过针对性的换热器材质设计，可避免因冷凝现象所带来的换热器腐蚀。利用较低温度的水来冷却锅炉排烟，实现烟气温度降低，当低于烟气冷凝温度时，烟气中水蒸汽冷凝，同时实现烟气显热释放和水蒸汽凝结潜热释放，换热器内的水吸热而被加热，实现热能回收，提高锅炉系统热效率。对天然气锅炉系统而言，由于天然气的主要成分为甲烷，含氢量很高，因而燃烧后排出的烟气中含有大量的水蒸气(容积成分接近20％)，水蒸气的汽化潜热占天然气高位发热量的比例为10％～11％，故进行冷凝式热回收可取得巨大的节能效益。

冷凝式余热回收可取得较大的热回收效益，但是对于普通的锅炉供暖系统，缺少流量稳定的低温冷水进行不间断的热回收工作，故冷凝式余热回收面临着应用受限的问题。目前较为普遍的为使用蒸汽锅炉补水系统的低温水进行热回收。该种系统设置一套不间断循环的热回收系统，利用水泵从不断的从补水箱抽取低温水到安装与锅炉排烟管的换热器进行热交换，加热后的水回到补水箱，以此不断循环。由于系统补水量与锅炉烟气排放量之间存在的不完全匹配，补水箱中的水温逐渐升高，热回收换热器两侧的水气温差逐渐减小，热回收量逐渐减小，最终使的补水箱温度维持在一个较高的水平，大量的烟气余热没能回收而直接排放浪费掉。

因此，现有技术存在缺陷，需要改进。

实用新型内容

本实用新型实施例的目的在于提供一种热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统，旨在解决现有技术中由于缺少稳定的低温冷水对锅炉烟气进行冷凝式回收，造成现有锅炉热回收效率低下，锅炉最终排烟温度较高，没有达到对烟气热量大规模回收的目的，大量烟气余热未能回收便直接排入大气的情况。通过新增配套的热泵机组，利用热泵机组的冷热联供作用，既冷却了热回收循环水保持较高冷凝热回收效果，同时将热量源源不断的输送到供热系统，形成了较低能耗的大规模热量回收效果。

本实用新型的技术方案如下：

一种热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统，连接在外部供热回水管道出口与入口两端，包括换热器、水环热泵、补水箱、若干温度传感器、智能控制柜、系统辅助设备；水环热泵包含一热泵冷凝器、一热泵蒸发器；补水箱上部设有热水进出口，下部设有冷水进出口；补水箱冷水出口、换热器入口、补水箱热水入口形成第一热循环；补水箱热水出口、热泵蒸发器入口、热泵蒸发器出口、补水箱冷水入口形成第二热循环；供热回水管道出口、热泵冷凝器入口、热泵冷凝器出口、供热回水管道入口形成第三热循环；若干温度传感器用于获取三个热循环的运行温度，并反馈给智能控制柜，智能控制柜根据温度传感器的温度，调节系统辅助设备来控制三个热循环的运行。

较佳地，所述系统辅助设备包括：三个控制热循环的变频水泵、一个控制供热回水管道入口的电动水阀。

较佳地，该系统设有八个温度传感器，用于获取锅炉排烟温度、补水箱温度、换热器进口温度、换热器出口温度、热泵蒸发器进口温度、热泵蒸发器出口温度、供热回水温度、供热供水温度。

本实用新型中，运行的最佳热回收策略为：实时监测包括锅炉在内所有设备的运行数据，通过设定热泵运行参数、控制合适补水箱温度，利用最低的水环热泵、水泵功耗，较低的冷水温度，取得最大的余热回收量。补水箱外部接管遵循热水上部进，冷水下部出的原则，实现水箱内部自然分层策略，提高系统效率。

热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统即是针对当今冷凝式热回收存在的这种无法持续低温换热的情况而设计。我们拟利用水环热泵的冷热联供功能，冷侧连接锅炉冷凝热回收系统，对热回收热水不断的制冷降温，保持换热效果，同时热侧接入外部热水管道(如建筑采暖供热回水管道)，持续不断的对(采暖)供热回水加热，保持余热回收最大化，同时监控包括锅炉在内的全系统状态，在锅炉低排热量时停止热回收系统，以适应锅炉系统的间歇式运行。

热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统与当前效率最高的补水箱循环冷凝式余热系统相比，存在较大创新，主要体现在以下方面：1)、提供了更低的热回收换热冷水温度，热泵强制制冷可实现15℃出水；2)、高度自动化控制，完美匹配锅炉运行，降低回收系统本身能耗；3)相比常规冷凝式热回收系统，可进一步提高3％以上的锅炉效率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例，对本实用新型进行详细说明。

请参阅图1，本实用新型提供一种热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统，该系统包括：换热器5、水环热泵3、补水箱4、若干温度传感器11-18、智能控制柜19、系统辅助设备7-10。外部供热回水管道20提供低温水。

所述换热器5用于低温水与锅炉排烟进行热交换；

所述水环热泵3用于加热供热系统回水管道20提供的低温水，并将补水箱4水温降低，以提高余热回收效果；

所述补水箱4用于锅炉6系统补水，用于余热回收系统的中间缓冲作用，具备一定的热回收蓄热量；热水进出口安装在水箱上部，冷水进出口安装水箱下部；

所述传感器11-18用于获取锅炉及供暖系统运行中的参数信息：如锅炉排烟温度17、补水箱温度18、换热器进口温度15、换热器出口温度16、热泵蒸发器2进口温度13、热泵蒸发器2出口温度14、供热回水温度11、供热供水温度12；

所述智能控制柜19根据所述传感器11-18、锅炉6及水环热泵3获取的运行参数信息，对参数进行分析；

所述智能控制柜19根据得出的最佳热回收策略控制所述水环热泵3及系统辅助设备7-10。

所述系统辅助设备7-10包括：变频水泵7、变频水泵8、变频水泵9、电动水阀10。

所述的最佳热回收策略，其特征在于，实时监测包括锅炉6在内所有设备的运行数据，通过设定水环热泵3运行参数、控制合适补水箱温度，利用最低的水环热泵3、水泵功耗、较低的冷水温度，取得最大的余热回收量。

请参阅图1，在具体实施过程中，锅炉烟气热回收系统涉及三个热交换及三个工作循环：

(1)、变频水泵9将水不断的从补水箱4中抽出，送到换热器5中与从锅炉6排出的烟气进行热交换，进行锅炉6烟气余热回收，然后回到补水箱4中，以此循环；

(2)、变频水泵8将水不断的从补水箱4中抽出，送到热泵3的蒸发器2中，水环热泵3的冷媒在热泵蒸发器2中蒸发吸热，将补水箱4中来的水的热量带走；

(3)、变频水泵7将水不断的从供热回水管中抽出，送到水环热泵3的热泵冷凝器1中，与水环热泵3的冷媒在热泵冷凝器1中热交换，最终将热量带到供热回水管道20中。

本实用新型实施例所述的热回收系统工作过程如下：

锅炉6运行时，智能控制柜19通过实时在线通讯取得锅炉系统运行信号，通过传感器17检测锅炉排烟温度，当达到设定值时，进入热泵辅助型锅炉余热回收系统的全套设备自动启动程序，热泵辅助型锅炉余热回收系统设备自动启动程序为：

启动变频水泵9，检测补水箱4温度，补水箱4温度达到设定值后开启电动阀门10、变频水泵7、变频水泵8，开启水环热泵3，启动完成。

热泵辅助型锅炉余热回收系统正常运行时，可在智能控制柜19中实时监测系统运行状态，包括传感器11-18读取的各点水温参数，通过通讯模块读取热泵主机内部运行参数、锅炉系统内部参数。

锅炉6根据外部负荷需求自动调整负荷率，热泵辅助型锅炉余热回收系统通过在线通讯读取相关信息后，根据系统各点温度参数，实时调整变频水泵7、8、9转速与水环热泵3运行参数，使热回收系统与锅炉排热量相匹配，尽可能减少热回收系统自身的能耗。

当水环热泵3及其辅助设备7、8中某一设备出现故障时，智能控制柜19将自动停止热泵成套设备，并根据补水箱及换热器进出口温度参数分析决定是否停止换热循环水泵9。在水箱温度达到设定值后，换热循环水泵9停止。

当换热循环水泵9出现故障，智能控制柜19将自动停止所有设备。

当传感器15与传感器16之间温差低于设定值时，停止热回收系统。

锅炉6关闭时，热泵辅助型锅炉余热回收系统通过锅炉通讯模块取得信号后，将自动进入系统关闭程序：

关闭热泵3，再关闭水泵7、水泵8、电动阀门10，最后关闭水泵9，关闭完成；

以上仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统，连接在外部供热回水管道出口与入口两端，包括换热器、水环热泵、补水箱、若干温度传感器、智能控制柜、系统辅助设备；其特征在于，水环热泵包含一热泵冷凝器、一热泵蒸发器；补水箱上部设有热水进出口，下部设有冷水进出口；补水箱冷水出口、换热器入口、补水箱热水入口形成第一热循环；补水箱热水出口、热泵蒸发器入口、热泵蒸发器出口、补水箱冷水入口形成第二热循环；供热回水管道出口、热泵冷凝器入口、热泵冷凝器出口、供热回水管道入口形成第三热循环；若干温度传感器用于获取三个热循环的运行温度，并反馈给智能控制柜，智能控制柜根据温度传感器的温度，调节水环热泵及系统辅助设备来控制三个热循环的运行。

2.根据权利要求1所述的热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述系统辅助设备包括：三个控制热循环的变频水泵、一个控制供热回水管道入口的电动水阀。

3.根据权利要求1所述的热泵辅助型锅炉烟气余热回收系统，其特征在于，该系统设有八个温度传感器，用于获取锅炉排烟温度、补水箱温度、换热器进口温度、换热器出口温度、热泵蒸发器进口温度、热泵蒸发器出口温度、供热回水温度、供热供水温度。