CN219083148U - 一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组 - Google Patents

Abstract

一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，属于锅炉清洁燃烧与余热供热技术领域。采用水蒸气载热循环式烟气余热回收及配套辅助热泵的技术路线，其主要部件为竖向整体式结构，其中中上部为由全热空预器和烟气喷淋装置组成的烟风喷淋塔，下部为撬装热力模块和辅助热泵，烟气自中部烟气塔进口进入并向上依次与中温余热水、低温余热水、热泵冷冻水逆流喷淋换热并降温到7～15℃后自塔顶排出；烟气塔底高温出水送入撬装热力模块后，一路返回烟气中温喷淋装置，一路送入全热空预器对锅炉进风加热加湿，低温出水一路返回烟气低温喷淋装置，一路送入热泵蒸发器后返回烟气超低温喷淋装置。热网回水则分别送入撬装热力模块和热泵进行加热。

Description

一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组

技术领域

本实用新型涉及一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，属于锅炉清洁燃烧与余热供热技术领域。

背景技术

采用燃煤、天然气、生物质及城市垃圾等燃料燃烧制热的锅炉排烟中含有大量的水蒸气，其大量潜热及显热均随排烟白白散失了。为深度回收此类高湿烟气余热，目前常用的余热利用方式包括：间壁式低低温省煤器或节能器，基于吸收式热泵换热的烟气冷凝热回收装置等，但前者存在腐蚀问题、换热材料造价高等问题，后者存在吸收式热泵需要大量驱动热源、造价高导致投资回收期往往较长等问题。

清华大学开发的“基于水蒸气载热循环的烟气余热回收”系列化技术，包括“一种烟塔合一的锅炉排烟全热回收与烟气消白装置”（2017206805342）等，采用从烟气低温段回收余热加热低温余热水、并用于对锅炉进风加温加湿从而提高排烟含湿量及其露点温度、再从烟气高温段回收余热用于加热热网回水等低温余热水的方式，实现了将排烟温度大幅降低到20～30℃并全面回收其显热和潜热的目的，但其中的换热器结构及配套设备较多，存在着占用空间较大、水风系统阻力较大会增大耗电量、初投资仍然偏高等问题，因此其换热方式及设备系统有待于进一步优化。

目前双碳政策及清洁供热趋势下，采用基于电的供热方式成为替代化石能源供热的主要供热方式之一，而空气源热泵供热往往因冬季进风温度低，其能效比通常只有1.5～2.5，耗电量及其运行费用过大。而上述各类烟气余热回收技术通常只能将烟气温度降低到25～30℃，而此时烟气仍然蕴含着一定的显热和潜热，例如饱和湿烟气自30℃降低到7℃时，可释放的余热量折合燃料低位发热量的3.2%左右，因此，如果采用小型辅助热泵对上述烟气低温段余热继续进行深度余热回收，其能效比可达4～5.5级，因此属于更高效的热泵清洁供热方式。

另外，烟囱所含大量水蒸气等导致明显的白雾现象，特别是燃煤、生物质及垃圾电厂锅炉排烟中大量才的可溶解微细颗粒物等污染物，也被认为属重要的污染问题，因此需要做深度净化、乃至实现烟气污染物的近零排放，并实现实质性的“消白”治理。

实用新型内容

本实用新型的目的和任务是，针对上述锅炉排烟中含有大量水蒸气的状况，采用水蒸气载热循环式烟气余热回收及配套辅助热泵的技术路线，其主要余热回收设备部件均布置到烟气余热回收一体化机组内，可实现提取含有大量水蒸气的锅炉排烟的余热以用于加热热网水和锅炉进风，从而实现锅炉排烟的深度余热回收和实质性消白治理。

本实用新型的具体描述是：一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，该烟气余热回收一体化机组104的进烟口与锅炉101的炉后烟气处理设备102的出烟口相连，出风口与锅炉101的助燃风进口处的送风机103的进风口相连，其特征在于：所述的烟气余热回收一体化机组104采用竖向整体式结构，其下部为撬装热力模块106，中上部为烟风喷淋塔105，其中烟风喷淋塔105由全热空预器1和烟气喷淋换热器7组成，两者之间由烟气喷淋换热器7的烟气塔底水池3的底部的风烟隔板2完全隔开，烟气塔底水池3的上部为高温换热段4，高温换热段4的侧向进烟口与高湿烟气F相通，高温换热段4的上部设置有中温喷淋装置5，中温喷淋装置5的上部与低温换热段6相通，低温换热段6的上部设置有低温喷淋装置8，低温喷淋装置8的上部与超低温换热段9相通，超低温换热段9的上部设置有热泵冷冻水喷淋装置10，热泵冷冻水喷淋装置10的上部设置有烟气湿度调节装置11，烟气湿度调节装置11的上部与烟气出口段26相通，烟气出口段26的出烟口处的超低温净烟气Q与大气相通，全热空预器1的空气塔底水池20的上部为空气加热加湿段19，空气加热加湿段19的进风口与环境空气A相通，空气加热加湿段19的上部与空气喷淋装置17相通，空气喷淋装置17的上部设置有空气湿度调节装置16，空气湿度调节装置16的上部与空气出口段21相通，空气出口段21的出口处的升温加湿空气C，经过送风机103与锅炉101的锅炉进风D的进口相通，锅炉101的出烟口处的炉内排烟E，经炉后烟气处理设备102与高湿烟气F的烟气喷淋换热器7进口相通，所述的烟气塔底水池3的高温余热水出口与高温出水管段22的进口相连，高温出水管段22的出口经高温水循环泵13与热网水预热板换15的加热侧进口相连，热网水预热板换15的加热侧出口分别经中温电动阀23与中温喷淋装置5、经空气喷淋电动阀18与空气喷淋装置17的进水口相连，所述的空气塔底水池20的出水口与低温余热水泵12的进水口相连，低温余热水泵12的出水口分别与辅助热泵14的冷冻水进口相连、经低温电动阀24与低温喷淋装置8的进口相连，辅助热泵14的冷冻水出口经冷冻水电动阀25与热泵冷冻水喷淋装置10的进口相连，辅助热泵14的被加热侧进口与热网水预热板换15的被加热侧进口相连，并与热网回水来水G相通，热网水预热板换15的被加热侧出口与热网回水退水H1相通，辅助热泵14的被加热侧出口与热网回水退水H2相通。

高温水循环泵13进口段还与水质调节装置27及其水质调节剂K的进口相通。

高温换热段4、低温换热段6、超低温换热段9、空气加热加湿段19为烟气或空气与喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部采用空段或填料结构。

中温喷淋装置5、低温喷淋装置8、热泵冷冻水喷淋装置10和空气喷淋装置17采用单层槽盘式布水结构或由N层喷淋结构组成的布水结构，其中N大于等于1。

撬装热力模块106采用整体式撬装结构，其内部集成了热网水预热板换15、水质调节装置27、高温水循环泵13、低温余热水泵12及其之间的连接管与管件，并设置于一个整体外壳内。

辅助热泵14设置于撬装热力模块106内部或外部。

本实用新型可作为清华大学与北京清大天工能源技术研究所联合开发的多项创新性锅炉排烟深度冷凝热回收技术方式及系列化专利，创新性地实现了将烟气温度降低到7～15℃的超低温及近零排放，并可将全部烟气余热回收设备及辅助热泵均集成到一个一体化的烟气余热回收机组中，从而大幅度节省的设备系统安装空间及占地，节省现场安装施工的工作量、施工周期及其费用，可广泛适用于中小型燃煤锅炉、燃气锅炉、生物质锅炉、垃圾发电厂等场景，并有利于该技术方式的推广及发挥其应有的节能减排效益。

附图说明

图1是本实用新型的系统示意图。

图1中各部件编号与名称如下。

全热空预器1、风烟隔板2、烟气塔底水池3、高温换热段4、中温喷淋装置5、低温换热段6、烟气喷淋换热器7、低温喷淋装置8、超低温换热段9、热泵冷冻水喷淋装置10、烟气湿度调节装置11、低温余热水泵12、辅助热泵14、热网水预热板换15、空气湿度调节装置16、空气喷淋装置17、空气喷淋电动阀18、空气加热加湿段19、空气塔底水池20、空气出口段21、高温出水管段22、中温电动阀23、低温电动阀24、冷冻水电动阀25、烟气出口段26、锅炉101、炉后烟气处理设备102、送风机103、烟气余热回收一体化机组104、烟风喷淋塔105、撬装热力模块106、环境空气A、升温加湿空气C、锅炉进风D、炉内排烟E、高湿烟气F、热网回水来水G、热网回水退水一H1、热网回水退水二H2、水质调节剂K、超低温净烟气Q。

具体实施方式

图1是本实用新型的系统示意图和实施例。

本实用新型的具体实施例1如下。

一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，该烟气余热回收一体化机组104的进烟口与锅炉101的炉后烟气处理设备102的出烟口相连，出风口与锅炉101的助燃风进口处的送风机103的进风口相连，其特征在于：所述的烟气余热回收一体化机组104采用竖向整体式结构，其下部为撬装热力模块106，中上部为烟风喷淋塔105，其中烟风喷淋塔105由全热空预器1和烟气喷淋换热器7组成，两者之间由烟气喷淋换热器7的烟气塔底水池3的底部的风烟隔板2完全隔开，烟气塔底水池3的上部为高温换热段4，高温换热段4的侧向进烟口与高湿烟气F相通，高温换热段4的上部设置有中温喷淋装置5，中温喷淋装置5的上部与低温换热段6相通，低温换热段6的上部设置有低温喷淋装置8，低温喷淋装置8的上部与超低温换热段9相通，超低温换热段9的上部设置有热泵冷冻水喷淋装置10，热泵冷冻水喷淋装置10的上部设置有烟气湿度调节装置11，烟气湿度调节装置11的上部与烟气出口段26相通，烟气出口段26的出烟口处的超低温净烟气Q与大气相通，全热空预器1的空气塔底水池20的上部为空气加热加湿段19，空气加热加湿段19的进风口与环境空气A相通，空气加热加湿段19的上部与空气喷淋装置17相通，空气喷淋装置17的上部设置有空气湿度调节装置16，空气湿度调节装置16的上部与空气出口段21相通，空气出口段21的出口处的升温加湿空气C，经过送风机103与锅炉101的锅炉进风D的进口相通，锅炉101的出烟口处的炉内排烟E，经炉后烟气处理设备102与高湿烟气F的烟气喷淋换热器7进口相通，所述的烟气塔底水池3的高温余热水出口与高温出水管段22的进口相连，高温出水管段22的出口经高温水循环泵13与热网水预热板换15的加热侧进口相连，热网水预热板换15的加热侧出口分别经中温电动阀23与中温喷淋装置5、经空气喷淋电动阀18与空气喷淋装置17的进水口相连，所述的空气塔底水池20的出水口与低温余热水泵12的进水口相连，低温余热水泵12的出水口分别与辅助热泵14的冷冻水进口相连、经低温电动阀24与低温喷淋装置8的进口相连，辅助热泵14的冷冻水出口经冷冻水电动阀25与热泵冷冻水喷淋装置10的进口相连，辅助热泵14的被加热侧进口与热网水预热板换15的被加热侧进口相连，并与热网回水来水G相通，热网水预热板换15的被加热侧出口与热网回水退水H1相通，辅助热泵14的被加热侧出口与热网回水退水H2相通。

高温水循环泵13进口段还与水质调节装置27及其水质调节剂K的进口相通。

高温换热段4、低温换热段6、超低温换热段9、空气加热加湿段19为烟气或空气与喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部采用空段或填料结构。

中温喷淋装置5、低温喷淋装置8、热泵冷冻水喷淋装置10和空气喷淋装置17采用单层槽盘式布水结构或由N层喷淋结构组成的布水结构，其中N大于等于1。

撬装热力模块106采用整体式撬装结构，其内部集成了热网水预热板换15、水质调节装置27、高温水循环泵13、低温余热水泵12及其之间的连接管与管件，并设置于一个整体外壳内。

辅助热泵14设置于撬装热力模块106内部或外部。

需要说明的是，本实用新型提出了采用烟气余热回收一体化机组结构以实现锅炉烟气的深度冷凝热回收并用于对锅炉进风加温加湿及加热热网回水，而按照此一总体解决方案可有不同的具体实施措施和不同结构的具体实施装置，上述具体实施方式仅仅是其中的一种而已，任何其它类似的简单变形的实施方式，例如采用不同的筒径结构，或采用方形截面代替圆形截面，采用不同的水质处理设备及方法；采用不同的换热元件结构及其简单变形；采用吸收式热泵或压缩式热泵等不同热泵形式；或者简单的调整余热水进出水参数及分级数量；或进行普通专业人士均可想到的变形方式等，或者将该技术方式以相同或相似的结构应用于不同烟气或排风种类、等及其它类似应用场合，均落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，该烟气余热回收一体化机组（104）的进烟口与锅炉（101）的炉后烟气处理设备（102）的出烟口相连，出风口与锅炉（101）的助燃风进口处的送风机（103）的进风口相连，其特征在于：所述的烟气余热回收一体化机组（104）采用竖向整体式结构，其下部为撬装热力模块（106），中上部为烟风喷淋塔（105），其中烟风喷淋塔（105）由全热空预器（1）和烟气喷淋换热器（7）组成，两者之间由烟气喷淋换热器（7）的烟气塔底水池（3）的底部的风烟隔板（2）完全隔开，烟气塔底水池（3）的上部为高温换热段（4），高温换热段（4）的侧向进烟口与高湿烟气（F）相通，高温换热段（4）的上部设置有中温喷淋装置（5），中温喷淋装置（5）的上部与低温换热段（6）相通，低温换热段（6）的上部设置有低温喷淋装置（8），低温喷淋装置（8）的上部与超低温换热段（9）相通，超低温换热段（9）的上部设置有热泵冷冻水喷淋装置（10），热泵冷冻水喷淋装置（10）的上部设置有烟气湿度调节装置（11），烟气湿度调节装置（11）的上部与烟气出口段（26）相通，烟气出口段（26）的出烟口处的超低温净烟气（Q）与大气相通，全热空预器（1）的空气塔底水池（20）的上部为空气加热加湿段（19），空气加热加湿段（19）的进风口与环境空气（A）相通，空气加热加湿段（19）的上部与空气喷淋装置（17）相通，空气喷淋装置（17）的上部设置有空气湿度调节装置（16），空气湿度调节装置（16）的上部与空气出口段（21）相通，空气出口段（21）的出口处的升温加湿空气（C），经过送风机（103）与锅炉（101）的锅炉进风（D）的进口相通，锅炉（101）的出烟口处的炉内排烟（E），经炉后烟气处理设备（102）与高湿烟气（F）的烟气喷淋换热器（7）进口相通，所述的烟气塔底水池（3）的高温余热水出口与高温出水管段（22）的进口相连，高温出水管段（22）的出口经高温水循环泵（13）与热网水预热板换（15）的加热侧进口相连，热网水预热板换（15）的加热侧出口分别经中温电动阀（23）与中温喷淋装置（5）、经空气喷淋电动阀（18）与空气喷淋装置（17）的进水口相连，所述的空气塔底水池（20）的出水口与低温余热水泵（12）的进水口相连，低温余热水泵（12）的出水口分别与辅助热泵（14）的冷冻水进口相连、经低温电动阀（24）与低温喷淋装置（8）的进口相连，辅助热泵（14）的冷冻水出口经冷冻水电动阀（25）与热泵冷冻水喷淋装置（10）的进口相连，辅助热泵（14）的被加热侧进口与热网水预热板换（15）的被加热侧进口相连，并与热网回水来水（G）相通，热网水预热板换（15）的被加热侧出口与热网回水退水一（H1）相通，辅助热泵（14）的被加热侧出口与热网回水退水二（H2）相通。

2.如权利要求1所述的一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，其特征在于所述的高温水循环泵（13）进口段还与水质调节装置（27）及其水质调节剂（K）的进口相通。

3.如权利要求1所述的一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，其特征在于所述的高温换热段（4）、低温换热段（6）、超低温换热段（9）、空气加热加湿段（19）为烟气或空气与喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部采用空段或填料结构。

4.如权利要求1所述的一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，其特征在于所述的中温喷淋装置（5）、低温喷淋装置（8）、热泵冷冻水喷淋装置（10）和空气喷淋装置（17）采用单层槽盘式布水结构或由N层喷淋结构组成的布水结构，其中N大于等于1。

5.如权利要求1所述的一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，其特征在于所述的撬装热力模块（106）采用整体式撬装结构，其内部集成了热网水预热板换（15）、水质调节装置（27）、高温水循环泵（13）、低温余热水泵（12）及其之间的连接管与管件，并设置于一个整体外壳内。

6.如权利要求1所述的一种热泵辅助式锅炉烟气超低温近零排放余热回收机组，其特征在于所述的辅助热泵（14）设置于撬装热力模块（106）内部或外部。

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