CN210638065U - 一种燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统，包括烟气‑水直接接触式换热器部分、烟气‑空气非直接接触式换热器完全消白部分和压缩式热泵烟气余热回收部分；其中烟气‑水直接接触式换热器部分包括喷淋嘴、接水盘、烟气变径管；烟气‑空气非直接接触式换热器完全消白部分包括管壳式热管换热器、风帽、冷凝水溢流管；压缩式热泵烟气余热回收部分包括依次连接成回路的蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、电动机。本实用新型系统使用的是天然冷源室外冷空气，节约成本，两次换热将烟气降温降湿后达到排烟状态点，彻底达到了烟气完全消白的目的；本实用新型还利用了压缩式热泵技术，充分利用烟气回收余热，达到节能减排的目的。
Description
技术领域
本实用新型涉及能源技术与环保技术领域，具体为一种燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统。
背景技术
随着我国“煤改气”政策的推行，低效高污染的小型燃煤锅炉逐渐被高效的热电联产和燃气区域锅炉集中供热方式所取代，以燃气为能源的供暖方式比例大幅增加。为打赢蓝天保卫战，缓解冬季雾霾问题，从提高热源效率出发，如何降低热源能耗，降低热源的污染排放量，且具有经济可行性，显得尤为重要。
但是当前燃气锅炉排烟温度较高，不但造成大量热能的浪费，而且烟气中含有大量水蒸汽，直接低空排放，形成白烟，不仅对附近住宅居民造成严重影响，也是导致雾霾的另一诱因(形成气溶胶)，而且现有技术中多是针对其中某一部分进行改进，缺少相关的整套系统。
目前烟气消白是对于大型的集中排放的工业烟气处理的一种较新颖的处理流程，但是现有的烟气处理，对于烟气消白的处理效率较低，烟气除水消白的效果也往往不佳。
除此之外烟气的余热深度利用也十分的重要，现有的一些技术中往往都是对烟气较高温度的显热热量进行回收，没有进行烟气潜热的深度的余热回收，排烟温度仍然很高，从环保与能源技术角度来讲，我们尽可能回收最大烟气余热的同时保证完全消除白烟是一个急需解决的问题。
从50年代天津大学的一些学者就开始进行研究热泵技术，热泵技术从本质上来讲，是一种以一定的机械能、电能或高温热能为补偿将低位能源的热量转移到高温热源的装置。蒸汽压缩式热泵是以电能驱动压缩机机械作功，以蒸发器吸收烟气余热的热量，以冷凝器放出来的热量来供热提高热网回水温度。具有环保无污染物排放、节能等优点。如此，深度回收排烟余热、减少烟气中水蒸气的含量进行完全消白将燃气锅炉供热系统节能问题彻底解决，这是环境效益和经济利益的双赢。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统，解决我国现有技术当中燃气锅炉排放烟气不能完全消白以及存在大量的烟气余热被浪费的技术问题。
本实用新型的技术方案为：
一种燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统，包括烟气-水直接接触式换热器部分、烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分和压缩式热泵烟气余热回收部分；其中烟气-水直接接触式换热器部分包括喷淋嘴、接水盘、烟气变径管；烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分包括管壳式热管换热器、风帽、冷凝水溢流管；压缩式热泵烟气余热回收部分包括依次连接成回路的蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、电动机，蒸发器中包括烟气回收余热的低温管道和制冷剂管道换热器，冷凝器中包括制冷剂管道和燃气锅炉回水管道换热器，锅炉回水管道经加热回到燃气锅炉。
所述烟气-水直接接触式换热器部分是将燃气锅炉中排放出的高温烟气沿烟气变径管道输送到烟气-水直接接触式换热器中，低温水从空腔体上部的水管的喷淋嘴喷出，烟气与水在空腔体重直接接触式换热，降低烟气的温度和湿度，空腔体下部设有接液盘，在换热过程中烟气的热量传递给水，热水从接水盘下部的水管流出与压缩式热泵的蒸发器相连接，烟气从空腔体上部的烟气出口排出，并且烟气出口与烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分相连。
所述压缩式热泵烟气余热回收部分将烟气-水直接接触式换热器部分，水喷淋烟气换热之后，水的温度变高，与蒸发器相连接，形成余热热水内循环；蒸发器中制冷剂吸收烟气传递给水的余热，制冷剂蒸发吸热变成气态，电动机使压缩机做机械功将蒸汽升温升压变成高温高压气态制冷剂，高温高压制冷剂蒸汽流入冷凝器与热网回水进行换热，制冷剂放出热量变成液态进入膨胀阀，进入膨胀阀后制冷剂压力下降，变为低温低压的液态制冷剂，热网回水吸收制冷剂放出的热量，温度升高。此步骤将烟气余热回收得到的低品位能通过压缩式热泵变为高品位能，提高热网回水温度，热网回水温度变高，节约燃气锅炉消耗燃气量，节约能源。
所述烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分包括管壳式热管换热器，管壳式热管换热器包括蒸发段、冷凝段、热管以及隔板，烟气从烟气-水直接接触式换热器上端入口经过风帽流入，室外冷空气经风机引入，在管壳式热管换热器中，室外冷空气经过热管的冷凝段，烟气经过热管的蒸发段，热管中的工作液在蒸发段蒸发并吸收烟气的热量，蒸汽从管芯流向冷凝段，预冷凝结成液体并放出热量，将热量传递给冷空气，室外冷空气与烟气进行非直接接触式换热后，烟气进一步降温降湿后产生凝结水，在烟气-空气非直接接触管壳式换热器烟气通道底部收集，当达到一定高度时，从溢流管排出。如此烟气远离饱和相对湿度线，此时排出烟气，将不会产生白烟现象，彻底解决此问题。
本实用新型有益效果：本实用新型提供了一套完整的有关于燃气锅炉烟气完全消白并且用压缩式热泵进行余热回收再利用的装置与系统；本实用新型利用将燃气锅炉排出的80℃的烟气经过喷淋降温降湿到20℃，深度回收高温烟气中的显热与潜热，回收热量达到90％，除此之外，利用天然资源室外冷空气对烟气进行进一步的降温降湿，使烟气状态点远离100％相对湿度，此方法降低成本，节约能源，一步到位的彻底消除白烟现象。同时，压缩式热泵由电能驱动无污染，节约能源，并且压缩式热泵占地面积小，更加灵活；压缩式热泵利用蒸发器吸收烟气余热，将热网回水温度升高到55℃左右，将低品位能提高为高品位能，充分利用了烟气余热，提高锅炉回水温度，减少燃气消耗量，提高了能源利用率。
附图说明
图1为本实用新型燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用的装置与系统的流程图；
图2为本实用新型燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用的装置与系统的结构图；
图1图2中1为燃气锅炉，2为烟气-水直接接触式换热器，3为接水盘，4为烟气-空气非直接接触式换热器，5为烟气排出通道，6风机，7为蒸发器，8为压缩机，9为电动机，10为冷凝器，11为膨胀阀，12为压缩式热泵，13为热管，14为隔板，15为热管冷凝段，16为热管蒸发段，17为管壳式热管换热器，18为集液槽，19为烟气变径管。L1为烟气通道，L2为高温喷淋水管道，L3为低温喷淋水管道，L4冷凝水溢流管，L5为室外冷空气引入管道，L6为换热升温后的空气管道，L7为低温低压的气态制冷剂管道，L8为高温高压气态制冷剂管道，L9为高温高压液态制冷剂管道，L10为低温低压液态制冷剂管道，L11、L12为热网回水管道，L13为热网供水管道；a1、a2为风帽，b1、b2、b3、b4为循环水泵，c1、c2为烟气出口。
具体实施方式
为了充分了解本实用新型的目的、特征及作用，通过下述具体实施方式，对本实用新型进行详细说明。本实用新型的实施方法除下述描述内容外，其余均采用本领域的常规方法或装置。下述名词术语除非另有说明，否则均具有本领域技术人员通常理解的含义。
本实用新型是燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用的装置与系统，本系统首先利用烟气-水喷淋进行直接接触换热，降低烟气的温度和湿度，深度回收烟气的显热与潜热，将热量传递给热水后，压缩式热泵中制冷剂在蒸发器中吸收烟气余热，由低温低压的液态制冷剂变为低温低压的气态制冷剂，通过电动机驱动压缩机机械做功，将制冷剂升温升压变为高温高压的气态制冷剂，制冷剂在冷凝器中放出热量，热网回水管路与之换热吸收这部分热量，热网回水温度升高，深度回收烟气余热并有效利用，提高了能源的利用率，并且减少了燃气的消耗量；其次，本实用新型利用天然冷源室外空气，节约能源，投资成本低，将经过烟气-水直接接触式换热器后的烟气与冷空气进一步降温降湿，减少烟气中的含湿量，使烟气状态点远离100％相对湿度线，此时排放即可彻底解决烟气排放出现白烟的情况，本装置及系统可以在完全解决烟气排放存在白烟的同时达到烟气余热深度回收利用的目的。
具体地，根据本实用新型的一方面，本实用新型提出了一种燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统，包括：烟气-水直接接触换热器部分、烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分和压缩式热泵烟气余热回收部分。
其中烟气-水直接接触式换热器部分与燃气锅炉1烟气通道L1相连接，经过烟气-水直接接触式换热器的烟气通过烟气出口c1和风帽a1与烟气-空气非直接接触式换热器相连；喷淋水由压缩式热泵中的蒸发器水路管道L3流入，与烟气换热之后通过接水盘3，热水管路L2流向蒸发器；
其中烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分，通过通道c1和a1与烟气-水直接接触式换热器2相连，空气由L5由风机引入，通过风机可以控制风速，更好的使空气与烟气进行管壳式热管换热，换热完成之后的烟气和空气通过通道L6和a2进入排烟管道5排出。
其中压缩式热泵装置包括依次连接成回路的蒸发器7、压缩机8、冷凝器10、膨胀阀11、电动机9，蒸发器中包括烟气回收余热的低温管道和制冷剂管道换热器，冷凝器中包括制冷剂管道和燃气锅炉回水管道换热器，锅炉回水管道L10中的热水经加热通过L12回到燃气锅炉。
本实用新型在烟气-空气非直接接触换热使用管壳式热管换热器，在此部分引入室外冷空气时使用风机，能够控制冷空气的输入速度，保证烟气与冷空气的热交换效果，并且烟气与空气交叉式进入，进一步增强了换热效果，从而进一步保证烟气完全消白部分有效进行。
本实用新型，在具体实施方式中，烟气通道出口c1、c2处设置了风帽，不仅能够使烟气出口之后的分布更加均匀，风帽a1还能使凝结水掉落在集液槽中，便于将凝结水通过L4排出。
根据本实用新型的另一方面，本实用新型提出了一种燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统，对烟气的处理的具体步骤如下：
烟气在烟气-水直接接触换热器部分于水进行第一次直接接触式热交换，换热后烟气降温降湿，深度回收烟气的显热和潜热，降温降湿的烟气通过烟气通道c1进入烟气-空气非直接接触换热器，此部分烟气与风机引入的室外冷空气通过管壳式热管换热器进行非接触式换热，烟气进一步的降温降湿，达到排烟状态点，最后第二次降温降湿的烟气与换热后的空气一起在烟道中掺混，通过烟道排放。
室外冷空气通过风机输送至烟气-空气非直接接触换热器，室外冷空气通过管壳式换热器与第一次降温降湿后的烟气进行非接触式换热，室外冷空气经过热管的冷凝段，烟气经过热管的蒸发段，热管中的工作液在蒸发段蒸发并吸收烟气的热量，蒸汽从管芯流向冷凝段，预冷凝结成液体并放出热量，将热量传递给冷空气，室外冷空气吸收烟气的热量后温度升高，温度升高的冷空气输送至烟道与烟气掺混后，通过烟道排放。
制冷剂在压缩式热泵的蒸发器中吸收烟气余热，由低温低压的液态制冷剂变为低温低压的气态制冷剂，通过电动机驱动压缩机机械做功，将制冷剂升温升压变为高温高压的气态制冷剂，制冷剂在冷凝器中放出热量，变为高温高压的液态制冷剂，经过膨胀阀，制冷剂由高温高压液态制冷剂变为低温低压液态制冷剂，如此持续循环。
热网回路热水吸收高温高压气态制冷剂在冷凝器处放出的热量，温度升高，提高了热水回路回到燃气锅炉的回水温度，降低了燃气的消耗，节约能源，提高能源利用率。
本实用新型通过两次对烟气的降温降湿之后达到了彻底消除烟气排放产生白烟的目的，第一次燃气锅炉排放的高温烟气经过冷水喷淋进行第一次降温降湿，此步骤已经能回收烟气的大部分热量；第二次降温降湿在烟气-空气非直接接触换热器，与天然冷源室外冷空气进行非接触式换热，烟气进一步的降温降湿，使烟气状态点远离100％相对湿度线，从而彻底达到烟气完全消白的目的。
本实用新型通过使用压缩式热泵，通过蒸发器吸收烟气余热，冷凝器释放热量，用此部分热量与热网回水进行换热，提高热网回水的温度，降低给水在燃气锅炉中的吸热量，从而节约燃气量，达到了节能减排的目的。
本实用新型与现有技术相比的优点是：本实用新型采用烟气-水直接接触式换热器和烟气-空气非直接接触换热，并且实用的是天然冷源室外冷空气，节约成本，两次换热将烟气降温降湿后达到排烟状态点，彻底达到了烟气完全消白的目的；本实用新型还利用了压缩式热泵技术，充分利用烟气回收余热，将燃气锅炉50℃回水进行加热，提高回水温度到55℃左右，降低回水在燃气锅炉中吸收热量，减少燃气消耗量，达到节能减排的目的。
本实用新型并不局限于实施例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的。本实用新型的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本实用新型所能够变化、重组等方法得到的与本实用新型相关的技术，都在本实用新型的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统，其特征在于，包括烟气-水直接接触式换热器部分、烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分和压缩式热泵烟气余热回收部分；其中烟气-水直接接触式换热器部分包括喷淋嘴、接水盘、烟气变径管；烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分包括管壳式热管换热器、风帽、冷凝水溢流管；压缩式热泵烟气余热回收部分包括依次连接成回路的蒸发器、压缩机、冷凝器、膨胀阀、电动机，蒸发器中包括烟气回收余热的低温管道和制冷剂管道换热器，冷凝器中包括制冷剂管道和燃气锅炉回水管道换热器，锅炉回水管道经加热回到燃气锅炉。
2.根据权利要求1所述燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统，其特征在于，所述烟气-水直接接触式换热器部分是将燃气锅炉中排放出的高温烟气沿烟气变径管道输送到烟气-水直接接触式换热器中，低温水从空腔体上部的水管的喷淋嘴喷出，烟气与水在空腔体重直接接触式换热，降低烟气的温度和湿度，空腔体下部设有接液盘，在换热过程中烟气的热量传递给水，热水从接水盘下部的水管流出与压缩式热泵的蒸发器相连接，烟气从空腔体上部的烟气出口排出，并且烟气出口与烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分相连。
3.根据权利要求1所述燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统，其特征在于，所述压缩式热泵烟气余热回收部分将烟气-水直接接触式换热器部分，水喷淋烟气换热之后，水的温度变高，与蒸发器相连接，形成余热热水内循环；蒸发器中制冷剂吸收烟气传递给水的余热，制冷剂蒸发吸热变成气态，电动机使压缩机做机械功将蒸汽升温升压变成高温高压气态制冷剂，高温高压制冷剂蒸汽流入冷凝器与热网回水进行换热，制冷剂放出热量变成液态进入膨胀阀，进入膨胀阀后制冷剂压力下降，变为低温低压的液态制冷剂，热网回水吸收制冷剂放出的热量，温度升高。
4.根据权利要求1所述燃气锅炉烟气完全消白与余热深度回收利用系统，其特征在于，所述烟气-空气非直接接触式换热器完全消白部分包括管壳式热管换热器，管壳式热管换热器包括蒸发段、冷凝段、热管以及隔板，烟气从烟气-水直接接触式换热器上端入口经过风帽流入，室外冷空气经风机引入，在管壳式热管换热器中，室外冷空气经过热管的冷凝段，烟气经过热管的蒸发段，热管中的工作液在蒸发段蒸发并吸收烟气的热量，蒸汽从管芯流向冷凝段，预冷凝结成液体并放出热量，将热量传递给冷空气，室外冷空气与烟气进行非直接接触式换热后，烟气进一步降温降湿后产生凝结水，在烟气-空气非直接接触管壳式换热器烟气通道底部收集，当达到一定高度时，从溢流管排出。
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