CN209639265U - 一种烟气余热回收系统 - Google Patents

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杨建文
国杰
王小娜
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Abstract

本实用新型提出一种烟气余热回收系统，包括锅炉机组和热泵机组；锅炉机组包括锅炉、主烟气通道和排烟通道，主烟气通道与锅炉的烟气出口连接，锅炉产生的烟气经过主烟气通道流至排烟通道；热泵机组包括冷凝热交换器、热泵蒸发器、热泵冷凝器以及压缩机，冷凝热交换器的高温介质通道与主烟气通道连通，热泵蒸发器的高温介质通道与冷凝热交换器的低温介质通道相连通，热泵冷凝器的高温介质通道与热泵蒸发器的低温介质通道连通，热泵冷凝器的低温介质通道与第一回水连通，压缩机与热泵蒸发器的低温介质通道和热泵冷凝器的高温介质通道构成循环回路。

Description

一种烟气余热回收系统
技术领域
本实用新型涉及余热回收技术领域，尤其涉及一种烟气余热回收系统。
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。
针对现用技术的现状，有必要提出一种新的烟气余热回收系统。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种烟气余热回收系统，以解决现有技术中存在的高温烟气中能量浪费的技术问题。
为实现上述目的，本实用新型提出了一种烟气余热回收系统，所述烟气余热回收系统包括能够进行热交换的锅炉机组和热泵机组；
其中，所述锅炉机组包括：
锅炉；
主烟气通道，其与锅炉的烟气出口连接；
排烟通道，所述锅炉产生的烟气经过所述主烟气通道流至所述排烟通道；
所述热泵机组包括：
冷凝热交换器，其高温介质通道与所述主烟气通道连通；
热泵蒸发器，所述热泵蒸发器的高温介质通道与所述冷凝热交换器的低温介质通道相连通；
热泵冷凝器，所述热泵冷凝器的高温介质通道与所述热泵蒸发器的低温介质通道连通，所述热泵冷凝器的低温介质通道与第一回水连通；
压缩机，其与所述热泵蒸发器的低温介质通道和所述热泵冷凝器的高温介质通道构成循环回路。
如上所述的烟气余热回收系统，其中，所述烟气余热回收系统还包括：
辅烟气通道，其与所述锅炉的排烟口相连通并与所述主烟气通道并联设置，所述辅烟气通道与所述排烟通道相连通。
如上所述的烟气余热回收系统，其中，所述辅烟气通道上设有至少一个截止阀。
如上所述的烟气余热回收系统，其中，所述烟气余热回收系统还包括：
烟气冷却器，其设于所述冷凝热交换器与所述锅炉之间的所述主烟气通道上，所述烟气冷却器与第二回水相连通。
如上所述的烟气余热回收系统，其中，
所述烟气余热回收系统还包括：
节流阀，其设于所述热泵蒸发器与所述热泵冷凝器之间的管路上。
如上所述的烟气余热回收系统，其中，所述冷凝热交换器和所述热泵蒸发器相连通的管路上设有循环泵。
如上所述的烟气余热回收系统，其中，所述冷凝热交换器上还设有冷凝液排放管。
如上所述的烟气余热回收系统，其中，所述主烟气通道上设有至少一个截止阀。
如上所述的烟气余热回收系统，其中，所述辅烟气通道上设有两个截止阀，其中一个截止阀设于所述辅烟气通道靠近所述锅炉的端部，另一个截止阀设于所述辅烟气通道靠近所述排烟通道的端部。
如上所述的烟气余热回收系统，其中，所述主烟气通道上设有两个截止阀，其中一个截止阀设于所述主烟气通道靠近所述锅炉的端部，另一个截止阀设于所述主烟气通道靠近所述排烟通道的端部。
本实用新型的烟气余热回收系统是一种新型的余热回收系统，不仅利用了冷凝式锅炉的节能和环保，还利用了提高低品位热能到高品位热能。烟气余热回收系统在传统锅炉的基础上增设冷凝式热交换受热面，可以将锅炉的排烟温度由140-200℃降到40-50℃，使烟气中的水蒸气冷凝下来并释放潜热。同时烟气在冷凝时，其中的SOx、NOx等以及飞灰和烟尘可以部分或全部溶于水中，从而促进环保，对节能和环保具有非常重要的意义。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型的烟气余热回收系统的一具体实施例的原理图；
图2为本实用新型的烟气余热回收系统的另一具体实施例的原理图；以及
图3为本实用新型的烟气余热回收系统的另一具体实施例的原理图。
在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例。
1-锅炉； 2-主烟气通道；
3-辅烟气通道； 4-排烟通道；
5-冷凝热交换器； 6-冷凝液排放管
7-第二回水； 8-烟气冷却器；
9-冷却水循环泵； 10-热泵蒸发器；
11-节流阀； 12-热泵冷凝器；
13-第一回水； 14-压缩机；
15-截止阀； 16-进水；
17-出水。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合具体实施例及相应的附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1至图3分别为本实用新型的烟气余热回收系统的一具体实施例的原理图、本实用新型的烟气余热回收系统的另一具体实施例的原理图以及本实用新型的烟气余热回收系统的另一具体实施例的原理图，现结合图1至图3对本实用新型的烟气余热回收系统进行详细地说明，以使本实用新型清楚。
此外，还需说明地是，在本实用新型中，“第一”、“第二”、“第三”以及“第四”等术语仅仅是用于表示部件的顺序，并不是对部件进行限定，如第一回水、第二回水是表示两路回水，在此，“第一”、“第二”、仅仅是对两路回水中的各路回水进行区分，并非对回水的限制。
现结合图1至图3对本实用新型的烟气余热回收系统进行详细地描述。
如图1所示，本实用新型提出了一种烟气余热回收系统，其中，烟气余热回收系统包括能够进行热交换的锅炉机组和热泵机组。其中，锅炉机组包括锅炉1、主烟气通道2以及排烟通道4，主烟气通道2与锅炉1的烟气出口连接，锅炉1产生的烟气经过主烟气通道2与热泵机组进行热交换，排烟通道4与主烟气通道2相连通。热泵机组包括冷凝热交换器5、热泵蒸发器10、热泵冷凝器12、压缩机14以及节流阀11，其中，冷凝热交换器5的高温介质通道与主烟气通道2连通，从而冷凝热交换器5的高温介质通道与主烟气通道2内的烟气进行热交换，使得冷凝热交换器5的高温介质通道内的介质温度升高，热泵蒸发器10的高温介质通道与冷凝热交换器5的低温介质通道相连通，热泵蒸发器10的低温介质通道与第一回水13连通，压缩机14与热泵蒸发器10的低温介质通道和热泵冷凝器12的高温介质通道构成循环回路。
在一具体实施例中，主烟气通道2与锅炉1的烟气出口连接，锅炉1产生烟气首先经过主烟气通道2，冷凝热交换器5的高温介质通道(图1中的冷凝热交换器5内部的与主烟气通道2相连通的通道)与主烟气通道2相连通，从而实现与主烟气通道2进行热交换，即主烟气通道2内的烟气的热量传递给冷凝热交换器5的高温介质通道内的介质，使得冷凝热交换器5的高温介质通道内的介质温度升高，冷凝热交换器5的高温介质通道与冷凝热交换器5的低温介质通道(图1中冷凝热交换器5的内部弯形的通道)构成循环回路，从而冷凝热交换器5的高温介质通道与冷凝热交换器5的低温介质通道进行热交换，使得冷凝热交换器5的低温介质通道内的介质的温度升高；冷凝热交换器5的低温介质通道与热泵蒸发器10的高温介质通道(图1中热泵蒸发器10内部的左侧的通道)连通，从而实现冷凝热交换器5的低温介质通道内的介质的热量传递至热泵蒸发器10的高温介质通道内的介质，使得热泵蒸发器10的高温介质通道内的介质的温度升高；热泵蒸发器10的高温介质通道构造成与热泵蒸发器10的低温介质通道(图1中热泵蒸发器10内部的右侧的通道)相连通，从而实现热泵蒸发器10的高温介质通道内的介质的热量传递至热泵蒸发器10的低温介质通道内的热量，使得热泵蒸发器10的低温介质通道内的介质的温度升高，热泵蒸发器10的低温介质通道与热泵冷凝器12的高温介质通道(图1中的热泵冷凝器12的左侧的通道)相连通，使得热泵蒸发器10的低温介质通道内的介质的热量传递至热泵冷凝器12的高温介质通道内的介质，使得热泵冷凝器12的高温介质通道内的介质的温度升高，热泵冷凝器12的高温介质通道构造成与热泵冷凝器12的低温介质通道(图1中的热泵冷凝器12的右侧的通道)进行热交换，使得热泵冷凝器12的高温介质通道内的介质的热量传递至热泵冷凝器12的低温介质通道内的介质，使得热泵冷凝器12的低温介质通道内的介质的温度升高，热泵冷凝器12的低温介质通道与第一回水13连通，使得热泵冷凝器12的低温介质通道内的介质的热量传递至第一回水13，使得第一回水温度升高。压缩机14与热泵蒸发器10和热泵冷凝器12构成循环回路，节流阀11设于热泵蒸发器10与热泵冷凝器12之间的管路上。
其中，需要在此说明地是冷凝热交换器5的高温介质通道与冷凝热交换器5的低温介质通道是相对的概念，即冷凝热交换器5的高温介质通道内的介质温度高于冷凝热交换器5的低温介质通道内的介质的温度。同样地，热泵蒸发器10的高温介质通道与热泵蒸发器10的低温介质通道是相对的概念，即热泵蒸发器10的低温介质通道内的介质温度低于热泵蒸发器10的高温介质通道内的介质的温度，因此，将热泵蒸发器10的承载温度较高的介质的通道称为热泵蒸发器10的高温介质通道(也可以称为热介质通道)，热泵蒸发器10的承载温度较低的介质的通道称为热泵蒸发器10的低温介质通道(也可以称为低温介质通道)；类似地，热泵冷凝器12的低温介质通道内的介质温度低于热泵冷凝器12的高温介质通道内的介质的温度，因此，将热泵冷凝器12的承载温度较高的介质的通道称为热泵冷凝器12的高温介质通道(也可以称为热介质通道)，热泵冷凝器12的承载温度较低的介质的通道称为热泵冷凝器12的低温介质通道(也可以称为冷介质通道)。
目前，冷凝式锅炉普遍按照80/70℃闭式供热系统运行。当采用洁净燃料时，烟气的露点温度一般在55℃左右，要通过原有供热系统的回水去完成烟气的冷凝是行不通的，并且较高温度的排烟，相对于用空气源热泵采暖的系统来说，应是较好的低温热源。
本实用新型的烟气余热回收系统在现用锅炉的基础上增设冷凝式热交换受热面，可以将锅炉的排烟温度由140-200℃降到40-50℃，使烟气中的水蒸气冷凝下来并释放潜热。同时烟气在冷凝时，其中的SOx、NOx等以及飞灰和烟尘可以部分或全部溶于水中，从而促进环保，因此本实用新型的烟气余热回收系统对节能和环保具有非常重要的意义。
进一步地，如图2所示，该烟气余热回收系统还包括辅烟气通道3(也可称为烟气旁通通道)，辅烟气通道3与锅炉1的排烟口相连通并与主烟气通道2(也可称为冷凝用烟气通道)并联设置，辅烟气通道3与排烟通道4(也可称为排烟至烟囱通道)相连通。在一具体实施例中，主烟气通道2包括一竖直部和在竖直部的两端向锅炉1和排烟通道4延伸的水平部，主烟气通道2的两个水平部与辅烟气通道3的上下两端相连通。
在一具体实施例上，辅烟气通道3上设有至少一个截止阀15，其中，通过截止阀15来控制烟气是否通过辅烟气通道3。
进一步地，烟气余热回收系统还包括：烟气冷却器8，烟气冷却器8设于冷凝热交换器5与锅炉1之间的主烟气通道2上。通过烟气冷却器8可以初步地降低烟气的温度，从而使粉尘下落，避免粉尘对后序工序产生影响，同时也可以防止粉尘排放至外界，从而有利于环保的要求。
进一步地，如图3所示，烟气冷却器8与第二回水7相连通以利于二者之间进行热交换，当然，在其他实施例中，二者也可以不连通，只要通过第二回水7与烟气冷却器8能够进行热交换并从而有利于热量的回收即可，在此不做具体限制。
进一步地，冷凝热交换器5和热泵蒸发器10相连通的管路上设有循环泵9(也可以称为冷却水循环泵9)，从而有利于压缩机14与热泵蒸发器10和热泵冷凝器12构成的循环回路内流体的循环。
进一步地，冷凝热交换器5上还设有冷凝液排放管6，从而有利于部分待排放的冷凝液排放出去。
进一步地，主烟气通道2上同样设有至少一个截止阀15，其中，通过截止阀15来控制烟气是否通过主烟气通道2。
在一具体实施例中，如图1所示，辅烟气通道3上设有两个截止阀15，其中一个截止阀15设于辅烟气通道3靠近锅炉1的端部(即设于截止阀15的下端部)，另一个截止阀15设于辅烟气通道3靠近排烟通道4的端部(即设于截止阀15的上端部)。
进一步地，在另一具体实施例中，主烟气通道2上设有两个截止阀15，其中一个截止阀15设于主烟气通道2靠近锅炉1的端部(即位于主烟气通道2的下侧的水平部的靠近锅炉1的端部)，另一个截止阀15设于主烟气通道2靠近排烟通道4的端部(即位于主烟气通道2的上侧的水平部的靠近排烟通道4的端部)。
现结合图3对本实用新型的烟气余热回收系统的一具体实施例进行详细地描述，本实用新型的烟气余热回收系统包括：能够进行热交换的锅炉机组和热泵机组，锅炉机组包括：锅炉1、主烟气通道2以及排烟通道4，其中，锅炉1产生的烟气经过主烟气通道2与热泵机组进行热交换，排烟通道4与主烟气通道2相连通，热泵机组包括：冷凝热交换器5、热泵蒸发器10、热泵冷凝器12以及压缩机14，其中，冷凝热交换器5与主烟气通道2内的烟气进行热交换，热泵蒸发器10与冷凝热交换器5相连通，热泵冷凝器12与热泵蒸发器10相连通并与第一回水13进行热交换，压缩机14与热泵蒸发器10和热泵冷凝器12构成循环回路。本实用新型的烟气余热回收系统同样包括一辅烟气通道3，辅烟气通道3与锅炉1的排烟口相连通并与主烟气通道2并联设置，辅烟气通道3与排烟通道4相连通。在辅烟气通道3上设有两个截止阀15。主烟气通道2上也设有两个截止阀15，主烟气通道2上的一个截止阀15设置主烟气通道2的在烟气冷却器8和锅炉1之间的部分通道上，主烟气通道2上的另一个截止阀15设置在主烟气通道2的在冷凝热交换器5和排烟通道4之间的部分通道上。该烟气余热回收系统还包括：烟气冷却器8，烟气冷却器8设于主烟气通道2的位于冷凝热交换器5与锅炉1之间的部分通道上。烟气冷却器8与第二回水7相连通以利于二者之间进行热交换。冷凝热交换器5和热泵蒸发器10相连通的管路上设有循环泵9。冷凝热交换器5上还设有冷凝液排放管6。热泵蒸发器10与热泵冷凝器12之间的管路上设有节流阀11。其中，对各个部件的作用进行如下简单的描述，锅炉1为用户提供热水；主烟气通道2和辅烟气通道3用于排出烟气；排烟通道4通过烟气旁通通道排出的烟气通过该设置排往室外；冷凝热交换器5带走热泵蒸发器的热量；冷凝液排放管6为冷凝液排出通道；第二回水7和第一回水13均为换热回水；烟气冷却器8为烟气冷却装置；冷却水循环泵9不断地将冷却水源源不断地供给所需装置；热泵蒸发器10为降温装置；节流阀11对制冷剂节流降压；热泵冷凝器12在热泵系统将制冷剂由高温高压的气态装换成高温高压的液态；压缩机14为热交换及回收系统提供能量。
锅炉1为本领域所熟知的结构，进水16流入到锅炉1并进行热交换，加热后的出水17从锅炉1内流出，从而对室内或其他待加热的物质进行加热，在此不再对锅炉进行详细地赘述。
具体地，当锅炉1烟气不多时只许打开主烟气通道2(也可以称为冷凝用烟气通道)即可，当过多时必须打开辅烟气通道3，从而保证烟气顺利地排出，有利于锅炉1的正常运行。
如图1所示，冷凝式烟气余热回收系统除锅炉的换热外，存在四个热交换过程：
(1)在烟气冷却器8中，高温烟气和区域热网的回水7之间进行热交换；
(2)在间壁式冷凝换热器中，烟气冷却器8的低温温烟气与冷却水之间进行热交换，通过冷却水来回收低温烟气的余热，其中，图1中的箭头是表示冷却水的流通方向；
(3)在热泵蒸发器10中，间壁式冷凝换热器5的冷却水与热泵低温工质之间的进行热交换，通过冷凝换热器的冷却水与热泵低温工质之间进行热交换，实现将冷却水的余热传递至低温工质中；
(4)在热泵的冷凝器12中，热泵高温工质与来自区域热网的回水之间进行热交换。在冷凝式换热器产生的冷凝水通过待处理的冷凝液排放管排放，在冷凝式换热器中被冷凝的烟气和来自旁通烟道的烟气混合，进入烟囱。
本实用新型的烟气余热回收系统在传统锅炉的基础上增设冷凝式热交换受热面，可以将锅炉的排烟温度由140-200℃降到40-50℃，使烟气中的水蒸气冷凝下来并释放潜热。同时烟气在冷凝时，其中的SOx、NOx等以及飞灰和烟尘可以部分或全部溶于水中，从而促进环保。本实用新型的烟气余热回收系统对节能和环保具有非常重要的意义。
以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型。对于本领域技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (10)

1.一种烟气余热回收系统，其特征在于，所述烟气余热回收系统包括锅炉机组和热泵机组；
其中，所述锅炉机组包括：
锅炉；
主烟气通道，其与锅炉的烟气出口连接；
排烟通道，所述锅炉产生的烟气经过所述主烟气通道流至所述排烟通道；
所述热泵机组包括：
冷凝热交换器，其高温介质通道与所述主烟气通道连通；
热泵蒸发器，所述热泵蒸发器的高温介质通道与所述冷凝热交换器的低温介质通道相连通；
热泵冷凝器，所述热泵冷凝器的高温介质通道与所述热泵蒸发器的低温介质通道连通，所述热泵冷凝器的低温介质通道与第一回水连通；
压缩机，其与所述热泵蒸发器的低温介质通道和所述热泵冷凝器的高温介质通道构成循环回路。
2.如权利要求1所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述烟气余热回收系统还包括：
辅烟气通道，其与所述锅炉的排烟口相连通并与所述主烟气通道并联设置，所述辅烟气通道与所述排烟通道相连通。
3.如权利要求2所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述辅烟气通道上设有至少一个截止阀。
4.如权利要求1所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述烟气余热回收系统还包括：
烟气冷却器，其设于所述冷凝热交换器与所述锅炉之间的所述主烟气通道上，所述烟气冷却器与第二回水相连通。
5.如权利要求4所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述烟气余热回收系统还包括：
节流阀，其设于所述热泵蒸发器与所述热泵冷凝器之间的管路上。
6.如权利要求1所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述冷凝热交换器和所述热泵蒸发器相连通的管路上设有循环泵。
7.如权利要求1所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述冷凝热交换器上还设有冷凝液排放管。
8.如权利要求1所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述主烟气通道上设有至少一个截止阀。
9.如权利要求3所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述辅烟气通道上设有两个截止阀，其中一个截止阀设于所述辅烟气通道靠近所述锅炉的端部，另一个截止阀设于所述辅烟气通道靠近所述排烟通道的端部。
10.如权利要求1～9任一项所述的烟气余热回收系统，其特征在于，所述主烟气通道上设有两个截止阀，其中一个截止阀设于所述主烟气通道靠近所述锅炉的端部，另一个截止阀设于所述主烟气通道靠近所述排烟通道的端部。
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