CN209214119U - 一种冷凝式燃气锅炉与热泵耦合的烟气余热利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种冷凝式燃气锅炉与热泵耦合的烟气余热利用系统，包括冷凝式燃气锅炉装置及热泵装置，冷凝式燃气锅炉装置包括燃烧器、锅炉内置换热器、锅炉回水管、锅炉供水管、冷凝器、冷凝水管，热泵装置包括热泵主机、水源侧取水管、水源侧退水管、热泵供水管、空调水供水管、空调水回水管及末端用户，热泵供水管与冷凝器之间加装三通调节阀；锅炉单独运行时，调节三通调节阀，将锅炉回水管与冷凝器连通，关闭水源侧取水管、热泵供水管与冷凝器的连通接口；当热泵与锅炉联合运行时，通过调节三通调节阀，使锅炉回水管与冷凝器连通关闭，使水源侧取水管、热泵供水管与冷凝器连通。本实用新型排烟温度降低，提高了锅炉的效率，提升热泵运行COP。

Description

一种冷凝式燃气锅炉与热泵耦合的烟气余热利用系统

技术领域

本实用新型涉及锅炉与热泵技术领域，特别是一种烟气余热利用系统。

背景技术

燃料在锅炉中燃烧时，燃料大部分热值传给了工质，其余热量通过锅炉表面散热和排烟损失到环境中，其中主要的热损失是排烟损失，对于燃气锅炉，烟气中水蒸气所携带的热量是整个排烟损失的热量的55％～75％。一般情况下普通燃天然气锅炉的排烟温度一般在120～200℃，这些烟气含有8%～15%的显热和11%的水蒸气潜热。锅炉房周围烟雾缭绕，正是因为天然气中含有大量氢元素，燃烧产生大量水蒸气。排烟温度较高时，水蒸气遇室外冷空气后凝结，随着烟气排放，形成“白烟”。加装了烟气冷凝器的燃气余热回收设备主要目的就是通过冷凝器把烟气中的水蒸气变成凝结水，最大限度地回收烟气中含有的潜热和显热，使回收热量后排烟温度可降至25℃左右，如排烟温度从160℃降至25℃，意味着中间135℃所产生的热量可被回收利用，节能能源。

烟气余热在热量回收的同时，会产生大量的冷凝水，每蒸吨每小时产生100kg冷凝水，这些水经过燃烧，含少量酸性物质，经过碱中和及过滤，可用于锅炉补水或其他工业用途（以10吨的锅炉为例，年运行时间150天计，全年可回收水3600吨）；另一方面，锅炉烟气余热回收利用降低了排烟温度，降低了烟气对大气环境的直接热污染，降低了排烟能量损失，提高了锅炉运行效率。冷凝式换热器在燃气锅炉上的应用，可以使烟气中可凝性污染气体如SO2和NOx等凝结，能减少烟气中污染性气体的排放。烟气余热回收技术除了可大幅度节约能源外，由于冷凝的作用，排入大气的有害物质也将大为减少，是一个简单高效，低成本的燃气锅炉脱硝模式。总之，提高燃气锅炉烟气余热深度回收利用率，不仅具有良好的社会效益，更具有可观的经济效益。

锅炉排出的烟气经过与冷媒的换热，实现烟气余热的回收。但烟气余热属于低位热能，所以它的利用方式就有一定的限制，首先冷媒温度足够低，其次冷媒循环量足够大，可吸收烟气大部分余热，且热量能被有效利用。目前有以下几类余热换热及利用方式：

（1）烟气/供热系统回水；

（2）烟气/冷空气；

（3）烟气/厂房供热系统回水；

（4）烟气/生活热水；

（5）烟气/吸收式热泵系统。

上述几种烟气余热的利用方式主要利用烟气中的显热，烟气中潜热量利用率较低，不能充分利用烟气余热。且某些利用方式运行成本较高，对运行管理的要求也比较高。

实用新型内容

本实用新型专利提出了一种冷凝式燃气锅炉与热泵耦合的烟气余热利用系统，该系统结合燃气锅炉及热泵技术，兼顾燃气锅炉投资成本低及热泵技术较低运行费用的双重优势。

一种冷凝式燃气锅炉与热泵耦合的烟气余热利用系统，包括冷凝式燃气锅炉装置及热泵装置，其中冷凝式燃气锅炉装置包括燃烧器、锅炉内置换热器、锅炉回水管、锅炉供水管、冷凝器、冷凝水管，热泵装置包括热泵主机、水源侧取水管、水源侧退水管、热泵供水管、空调水供水管、空调水回水管及末端用户，热泵供水管与冷凝器之间加装三通调节阀；锅炉单独运行时，调节三通调节阀，将锅炉回水管与冷凝器连通，关闭水源侧取水管、热泵供水管与冷凝器的连通接口；当热泵与锅炉联合运行时，通过调节三通调节阀，使锅炉回水管与冷凝器连通关闭，使水源侧取水管、热泵供水管与冷凝器连通。

本实用新型一种冷凝式燃气锅炉与热泵耦合的烟气余热利用系统具有如下有益效果：

（1）结构设计更加合理新颖，对现有冷凝式锅炉改造或普通锅炉加装冷凝器的改造安装方便简单，工期短、日常维护及检修简便；

（2）因排烟温度降低，提高了锅炉的效率，消除了锅炉“冒白烟”的现象，且通过加热热泵水源侧水温，提升热泵运行COP；

（3）节能降耗，减少运行成本，经济效益明显，短期内收回改造投资。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为进入冷凝器内的水源侧水温对锅炉效率的影响示意图。

具体实施方式

下面结合附图和上述介绍内容，对本实用新型的技术方案做进一步的详细的描述。

如图1，一种冷凝式燃气锅炉与热泵耦合的烟气余热利用系统，该系统包括冷凝式燃气锅炉装置及热泵装置，其中冷凝式燃气锅炉装置包括燃烧器1、锅炉内置换热器2、锅炉回水管4、锅炉供水管5、冷凝器9、冷凝水管10，热泵装置包括热泵主机11、水源侧取水管6、水源侧退水管7、热泵供水管8、空调水供水管12、空调水回水管13及末端用户14，热泵供水管8与冷凝器9之间加装三通调节阀3。

在冬季供暖季，锅炉单独运行时，调节三通调节阀3，将锅炉回水管4与冷凝器9连通，关闭热泵水源侧取水管6、热泵供水管8与冷凝器9的连通接口。此时锅炉回水流经冷凝器进行换热，利用烟气余热加热锅炉回水，一般锅炉回水温度为45~60℃，所以烟气温度也只能降到70ºC左右，它只能回收烟气中的显热。可回收烟气显热的50-60%左右，可提锅炉高热效率3-5%。

当热泵与锅炉联合运行时，通过调节三通调节阀3，使锅炉回水管4与冷凝器9连通关闭，使热泵水源侧取水管6、热泵供水管8与冷凝器9连通，利用锅炉尾部烟气加热热泵水源侧供水，设置烟气侧与水源侧为逆流换热，烟气中水蒸气经冷凝后由冷凝水管排出。严冬季节，水源侧取水温度较低，南方地区一般低于5~8℃，该温度下的取水与烟气换热可大幅度降低排烟温度，充分利用烟气中显热及潜热，附图2表明了进入冷凝器内的水源侧水温对锅炉效率的影响。当烟气温度降到其露点温度60℃时，大部分显热得以回收，可提高效率为4.58％，当排烟温度降到40℃甚至20℃时，可提高效率12.61%~16.14%，总效率可达108.81%。余热回收后的锅炉热效率超过100%，是因为传统上计算热效率是以燃料低位热值为基础的，即水蒸气汽化潜热不计。此时，水蒸气冷凝率可达约90%，从根本上解决了燃气锅炉烟气“冒白烟”的问题。

初末寒期时，热泵主机单独运行能满足供能需求时，此时锅炉停止运行，三通调节阀3保持与上述联合运行时相同的开启状态，此时冷凝器相当于一段管路，对系统运行无影响。

Claims (1)

1.一种冷凝式燃气锅炉与热泵耦合的烟气余热利用系统，其特征在于，包括冷凝式燃气锅炉装置及热泵装置，其中冷凝式燃气锅炉装置包括燃烧器（1）、锅炉内置换热器（2）、锅炉回水管（4）、锅炉供水管（5）、冷凝器（9）、冷凝水管（10），热泵装置包括热泵主机（11）、水源侧取水管（6）、水源侧退水管（7）、热泵供水管（8）、空调水供水管（12）、空调水回水管（13）及末端用户（14），热泵供水管（8）与冷凝器（9）之间加装三通调节阀（3）；锅炉单独运行时，调节三通调节阀（3），将锅炉回水管（4）与冷凝器（9）连通，关闭水源侧取水管（6）、热泵供水管（8）与冷凝器（9）的连通接口；当热泵与锅炉联合运行时，通过调节三通调节阀（3），使锅炉回水管（4）与冷凝器（9）连通关闭，使水源侧取水管（6）、热泵供水管（8）与冷凝器（9）连通。