CN207214208U - 冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，燃烧器安装在炉膛的进口处，燃气/燃油与热空气按照流量比例从燃烧器喷出在炉膛内燃烧形成高温火焰；烟气经过锅炉管束换热器，将热量传递给水；放热后的烟气经过高温空气预热器，将流经高温空气预热器的空气进一步加热。烟气经过冷凝式烟气深度余热回收装置释放出烟气的显热和水蒸气的汽化潜热，将热泵装置的有机工质加热气化，热泵装置吸收烟气尾部的烟气余热，通过有机工质循环，对供暖水进行加热。通过本实用新型的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，利用热泵的低温有机工质深度回收燃气锅炉排烟的余热，提高余热品质生成高温工质，进一步加热供暖水，达到节能、降耗、减排的目的。

Description

冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统

技术领域

本实用新型属于供暖设备技术领域，具体涉及一种冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统。

背景技术

冬季居民的供暖消耗大量的一次能源，并排放大量的污染物。传统的供暖方式中，我国的供热锅炉主要以燃煤为主。随着近几年大气污染日益严重，冬季的雾霾天气越来越多，我国政府倡导北方地区采用清洁能源供暖。一些地区规定在市区不允许使用燃煤锅炉，并推荐使用热泵或燃气/燃油锅炉等清洁供暖设备。

在使用燃气/燃油锅炉的过程中，存在着一些问题：为了避免尾部受热面发生冷凝，进而产生受热面的低温腐蚀，常规的燃气/燃油锅炉设计时要求尾部受热面壁温高于酸露点，目前大多数燃气锅炉的排烟温度高于120℃，有些燃气锅炉的排烟温度甚至达到200℃。这种锅炉在运行时，烟气中水蒸气所含的汽化潜热随烟气排入大气，这不仅浪费了大量的能源，而且需要消耗更多的燃气/燃油资源，加重了大气污染，同时也提高了锅炉的运行成本。

为了吸收排烟的显热和水蒸气的汽化潜热，冷凝式锅炉应运而生，冷凝式锅炉是指能够从锅炉排烟中吸收水蒸气所含的汽化潜热的锅炉。冷凝式锅炉这一概念的实现必须具有冷凝式热交换受热面，当然这种受热面的结构可以多种多样。在实际应用中要达到烟气中水蒸气的初始冷凝，系统回水温度一般要低于50℃，而要实现水蒸气大量冷凝，系统回水温度需要更低，一般要低于40℃。一般的燃气/燃油锅炉供暖系统供水和回水温度都较高，难以达到冷凝式锅炉所需的冷却温度。

热泵技术是清洁供暖的主要应用技术，一般分为地源热泵装置和空气源热泵装置。地源热泵装置是通过地下埋管吸收地下的热量，经过热泵将水加热供暖的技术，优点是：冬季地下取热的温度高，机组运行能效高，节能效果非常显著；缺点是：地源热泵钻井和安装地下管的施工费用较高。空气源热泵装置是通过翅片换热器吸收空气的热量，经过热泵将水加热供暖的技术，优点是：设备安装方便；缺点是：冬季室外空气温度低，热泵的运行能效低，极寒天气的条件下的供暖效果差，系统的稳定性较差。综合以上两种热泵装置的特点，可以看出，热泵供暖系统热源的选择很关键，自然资源中难以选出既高效稳定又投资较低的热源。较高的初投资阻碍了热泵供暖技术的推广和应用。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是：提供一种冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，能够利用燃气/燃油锅炉的排烟余热作为热泵的热源，并且能够达到节能、降耗、减排的目的。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，所述供暖系统包括锅炉、冷凝式换热装置、以及热泵装置；其特征在于，所述锅炉包括：燃烧器、炉膛、以及锅炉管束换热器；所述锅炉管束换热器设置于所述锅炉内侧的上部,所述燃烧器位于所述炉膛的一端，锅炉水进口集箱和锅炉水出口集箱分别与所述锅炉管束换热器相连通；所述冷凝式换热装置包括：沿烟气流动方向依次设置的高温空气预热器、冷凝式换热器和低温空气预热器；所述高温空气预热器与所述锅炉管束换热器通过管道相连通；所述低温空气预热器上设置有冷空气入口，空气依次经过所述低温空气预热器以及所述高温空气预热器后，通过所述燃烧器上的热空气入口进入所述燃烧器；所述热泵装置包括：压缩机、供暖水加热器、膨胀阀、以及所述冷凝式换热器；所述压缩机、所述供暖水加热器、所述膨胀阀、所述冷凝式换热器通过冷媒管道相连接形成冷媒循环回路。

进一步的，所述锅炉水进口集箱位于所述锅炉管束换热器的下部，所述锅炉水出口集箱位于所述锅炉管束换热器的上部。

进一步的，所述供暖水加热器的进水口与供暖水回水管道相连通，所述供暖水加热器的出水口通过管道与所述锅炉水进口集箱相连通。

进一步的，所述供暖水回水管道分别与所述供暖水加热器和所述锅炉水进口集箱相连通，所述供暖水加热器的出水口与所述锅炉水出口集箱相连通。

进一步的，所述冷凝式换热器的下方设置有冷凝水排水装置。

进一步的，所述冷凝水排水装置包括冷凝水接水盘，所述冷凝水接水盘上安装有放水螺堵。

进一步的，所述锅炉管束换热器为单回程换热器、双回程换热器、或者多回程换热器。

进一步的，所述冷凝式换热器结构为间壁式换热器。

进一步的，所述供暖水加热器为间壁式换热器。

进一步的，所述低温空气预热器为间壁式或者蓄热式换热器。

由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统包括锅炉、冷凝式换热装置、以及热泵装置。燃烧器安装在炉膛的进口处，燃气/燃油与热空气按照流量比例从燃烧器喷出在炉膛内燃烧形成高温火焰；高温火焰与炉膛壁面进行辐射传热，将热量传递给水；烟气经过锅炉管束换热器，将热量传递给水；放热后的烟气经过高温空气预热器，将流经高温空气预热器的空气进一步加热，此时高温空气预热器排出的烟气温度约为100℃。烟气经过冷凝式烟气深度余热回收装置释放出烟气的显热和水蒸气的汽化潜热，将热泵装置的有机工质加热气化，热泵装置吸收烟气尾部的烟气余热，通过有机工质循环，对供暖水进行加热。这样一来，通过本实用新型的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，可以利用热泵的低温有机工质深度回收燃气锅炉排烟的余热，提高余热的品质生成高温有机工质，进一步加热供暖水，达到节能、降耗、减排的目的。

利用热泵的低温有机工质通过冷凝换热的方式吸收烟气余热，可以解决传统的燃气锅炉没有合适的低温冷源对锅炉排烟进行冷却的问题。这一系统又能够解决冬季供暖热泵难以寻找到稳定热源的问题。锅炉烟气显热及水蒸气冷凝汽化潜热的深度回收，使锅炉热效率提高10％以上。

高温空气预热器与低温空气预热器间隔布置，两个空气预热器之间布置有冷凝式换热器，这是根据换热温度进行合理匹配，进行能量梯级利用，进一步降低排烟温度。

烟气进入冷凝式换热器，与管内的低温有机工质换热，烟气释放出显热和水蒸气的汽化潜热，同时烟气侧的换热管壁出现大量的凝结水，凝结水可以通过冷凝水排水装置排出。

附图说明

图1是本实用新型的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统的串联式供热系统示意图。

图2是本实用新型的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统的并联式供热系统示意图。

图中，空心箭头表示烟气流向，实心箭头表示有机工质、空气以及供暖热水的流向。

图中，1-燃烧器，2-炉膛，3-锅炉水进口集箱，4-高温空气预热器，5-冷凝水排水装置，6-冷凝式换热器，7-低温空气预热器，8-排烟口，9-冷空气入口，10-工质出口集箱，11-工质入口集箱，12-膨胀阀，13-压缩机，14-供热水加热器，15-供暖回水进水管道，16-供暖水出口集箱，17-供暖热水出水管道，18-锅炉管束换热器，19-热空气入口，20-燃气/燃油入口。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

结合图1所示，图1是本实用新型的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统的串联式供暖系统示意图，冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统包括锅炉、冷凝式换热装置和热泵装置。

锅炉包括：燃烧器1、炉膛2、锅炉水进口集箱3、锅炉管束换热器18、供暖水出口集箱16。燃烧器1位于炉膛2的一端，锅炉水进口集箱3与锅炉水出口集箱16通过锅炉管束换热器18相连。锅炉水进口集箱3位于锅炉管束换热器18的下部，锅炉水出口集箱16位于锅炉管束换热器18的上部。

冷凝式换热装置包括：高温空气预热器4、冷凝式换热器6、低温空气预热器7、设置在冷凝式换热器6上的工质入口集箱11和工质出口集箱10。沿烟气流动方向，高温空气预热器4、冷凝式换热器6、以及低温空气预热器7依次设置。在低温空气预热器7上还设置有冷空气入口9，空气依次经过低温空气预热器7以及高温空气预热器4后，通过燃烧器1上的热空气入口19进入燃烧器1，与通过燃烧器1上的燃气/燃油入口20进入燃烧器1的燃气/燃油混合燃烧，产生高温烟气。

在冷凝式换热器6的下方还设置有冷凝水排水装置5，冷凝水排水装置5包括冷凝水接水盘，并且在冷凝水接水盘上安装有放水螺堵，便于冷凝水的排水。冷凝式换热器6采用防腐蚀材料作为换热管。

热泵装置包括：压缩机13、供热水加热器14、以及膨胀阀12。供热水加热器14同时也要作为热泵装置的冷凝器，通过高温的有机工质与供暖水换热，将供暖水加热。

烟气流程为：燃料通过燃气/燃油入口20进入燃烧器1，与热空气入口19进入的热空气混合在炉膛2中燃烧产生高温烟气，高温烟气流经锅炉管束换热器18，经过换热后，燃气/燃油锅炉出口处的烟气温度约为150℃。烟气进入冷凝式换热装置，烟气流经高温空气预热器4的过程中，主要是释放烟气的显热，但也会有少量的水蒸气开始凝结。烟气进入冷凝式换热器6，与管内的低温有机工质换热，烟气释放出显热和水蒸气的汽化潜热，同时烟气侧的换热管壁出现大量的凝结水，凝结水通过冷凝水排水装置5排出。冷凝式换热器6出口烟气温度约为50℃，进入低温空气预热器7，利用冬季的低温空气将烟气进一步冷却，烟气也释放出显热和水蒸气的汽化潜热，经过上述深度余热回收，低温空气预热器7的出口烟气温度约为30℃。经过低温空气预热器7换热后的烟气从何排烟口8处被排出。

热泵有机工质流程为：有机工质经过工质入口集箱11进入冷凝式换热器6的管程，经过吸收烟气的热量变为气态的工质，经过工质出口集箱10进入压缩机13，经过压缩机13的增压变成高温高压的液态工质，液态工质进入供暖水加热器14与供暖水换热，然后有机工质经过膨胀阀12变为低温低压的液态工质，进行下一个循环。

供暖水流程为：供暖回水进水管道15中的低温的供暖水通过供暖水加热器14的进水口进入供暖水加热器14，被热泵装置的有机工质加热，被加热后的供暖水从供暖水加热器14的出口流出，通过管道进入锅炉水进口集箱3，然后进入锅炉管束换热器18进一步加热，经过锅炉水出口集箱16排出锅炉，进入供暖热水出水管道17，通过供暖热水出水管道17作为供暖热水进入供暖管网。

结合图2所示，图2是本实用新型的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统的并联式供暖系统示意图，系统设备与图1串联式供暖系统相同，烟气流程、工质流程与图1串联式供暖系统也相同，只是供暖水流程不同。

并联式供暖系统的供暖水流程为：供暖回水进水管道15中的低温的供暖水分为两部分，一部分供暖回水通过供暖水加热器14的进水口进入供暖水加热器14，被热泵装置的有机工质加热，另一部分供暖回水通过锅炉水进口集箱3进入锅炉管束换热器18加热，经过锅炉水出口集箱16排出锅炉，经热泵装置加热的热水与锅炉加热的热水在供暖热水出水管道17中混合后，作为供暖热水进入供暖管网。

在本说明书的描述中，需要理解的是，“上部”、“下部”等描述的方位或者位置关系是基于附图所示的方位或者位置关系，仅仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应该理解，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，这些仅仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，在没有经过任何创造性的劳动下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，所述供暖系统包括锅炉、冷凝式换热装置、以及热泵装置；其特征在于，

所述锅炉包括：燃烧器、炉膛、以及锅炉管束换热器；所述锅炉管束换热器设置于所述锅炉内侧的上部,所述燃烧器位于所述炉膛的一端，锅炉水进口集箱和锅炉水出口集箱分别与所述锅炉管束换热器相连通；

所述冷凝式换热装置包括：沿烟气流动方向依次设置的高温空气预热器、冷凝式换热器和低温空气预热器；所述高温空气预热器与所述锅炉管束换热器通过管道相连通；所述低温空气预热器上设置有冷空气入口，空气依次经过所述低温空气预热器以及所述高温空气预热器后，通过所述燃烧器上的热空气入口进入所述燃烧器；

所述热泵装置包括：压缩机、供暖水加热器、膨胀阀、以及所述冷凝式换热器；所述压缩机、所述供暖水加热器、所述膨胀阀、所述冷凝式换热器通过冷媒管道相连接形成冷媒循环回路。

2.如权利要求1所述的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，其特征在于，所述锅炉水进口集箱位于所述锅炉管束换热器的下部，所述锅炉水出口集箱位于所述锅炉管束换热器的上部。

3.如权利要求1所述的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，其特征在于，所述供暖水加热器的进水口与供暖水回水管道相连通，所述供暖水加热器的出水口通过管道与所述锅炉水进口集箱相连通。

4.如权利要求3所述的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，其特征在于，所述供暖水回水管道分别与所述供暖水加热器和所述锅炉水进口集箱相连通，所述供暖水加热器的出水口与所述锅炉水出口集箱相连通。

5.如权利要求1所述的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，其特征在于，所述冷凝式换热器的下方设置有冷凝水排水装置。

6.如权利要求5所述的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，其特征在于，所述冷凝水排水装置包括冷凝水接水盘，所述冷凝水接水盘上安装有放水螺堵。

7.如权利要求1所述的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，其特征在于，所述锅炉管束换热器为单回程换热器、双回程换热器、或者多回程换热器。

8.如权利要求1所述的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，其特征在于，所述冷凝式换热器结构为间壁式换热器。

9.如权利要求1所述的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，其特征在于，所述供暖水加热器为间壁式换热器。

10.如权利要求1所述的冷凝式锅炉与热泵联合供暖系统，其特征在于，所述低温空气预热器为间壁式或者蓄热式换热器。