CN220366403U - 一种燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，包括水箱、烟气节能换热器、除氧器、电热泵装置和燃气蒸汽锅炉和喷淋换热器，所述水箱用于向系统注入软化水，所述燃气蒸汽锅炉排烟依次加热软化水、中介水，加热后的软化水进入除氧器后进入燃气蒸汽锅炉的给水系统，中介水经喷淋换热器换热升温后通过中介水进电热泵管道进入电热泵装置放热降温。本实用新型所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，在不改变原有供给水系统的前提下，采用低品位余热自耦合利用技术，实现烟气与中介水的高效换热，充分降低烟气温度，逐级提高锅炉给水温度，同时通过二级回收燃气烟气余热，起到补热扩容作用，减少锅炉耗气量。

Description

一种燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统

技术领域

本实用新型涉及节能环保供热技术领域，特别涉及一种燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统。

背景技术

天然气的主要成分是甲烷(CH₄)，燃烧产物中含有15～17％的水蒸气，其冷凝温度在55℃左右，水蒸气的汽化潜热约占燃气低位热值的11％。天然气利用效率在不同过量空气系数下随排烟温度变化的曲线，排烟温度越低，燃气利用效率就越高；当低于烟气中水蒸气露点温度时，水蒸气大量冷凝放出汽化潜热，天然气利用效率急剧升高，因此回收烟气余热最重要的为回收排烟中水蒸气的汽化潜热，排烟温度越低烟气余热回收越多。

一般情况下然气锅炉的排烟温度一般在120℃～180℃，一般情况下，排烟温度每降低10℃，烟气余热资源损失减少约1％，相应节约能耗2％，经济效益显著。

对于燃气锅炉而言，一般采用间壁式换热器来预热空气和加热锅炉回水，以提高燃气利用效率。然而，空气预热量少、锅炉回水温度高，导致锅炉排烟温度无法降到很低。现有的通过烟气余热回收装置回收蒸汽锅炉排烟余热，循环加热锅炉软化水箱内的软化水。然而，随着锅炉的运行，这样持续循环加热不断的提高软化水箱内软化水的整体温度，出现软化水水温持续升高，影响烟气温度降低的问题，导致降低了烟气余热回收效果，无法充分利用排烟系统中的热量。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型旨在提出一种燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，以解决现有燃气蒸汽锅炉系统烟气余热回收效果，排烟系统中的热量无法充分利用的问题。

为达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，包括水箱、烟气节能换热器、除氧器、电热泵装置和燃气蒸汽锅炉和喷淋换热器，所述水箱用于向系统注入软化水，所述燃气蒸汽锅炉排烟依次通过烟气节能换热器和喷淋换热器降温，分别加热软化水、中介水，加热后的软化水进入除氧器后进入燃气蒸汽锅炉的给水系统，中介水经喷淋换热器换热升温后通过中介水进电热泵管道进入电热泵装置放热降温，降温后的中介水再次循环至喷淋换热器吸收烟气余热。

进一步的，还包括中介水换热器，从除氧器流出的锅炉给水经除氧器出水管道流向中介水换热器，升温后的锅炉给水经过热水出换热器管道进入电热泵装置加热；电热泵装置中降温后的中介水经中介水进换热器管道流向中介水换热器，所述中介水换热器换热后的中介水通过中介水进喷淋塔管道流向喷淋换热器。

进一步的，所述水箱、烟气节能换热器、除氧器、中介水换热器、喷淋换热器、电热泵装置和燃气蒸汽锅炉通过管道管路将系统分为软化水循环、锅炉给水管路、中介水循环、燃气烟气管路结构，其中：

软化水循环包括水箱，水箱作为整个系统的水源，软化水从水箱进入系统，水箱中的软化水经过烟气节能换热器中吸收烟气热量升温后，与燃气蒸汽锅炉经锅炉蒸汽出口管路、进汽管路流出的蒸汽在除氧器内汇合；

锅炉给水管路，除氧器内的汇合水流经除氧器出水管道进入中介水换热器，吸收热量后进入电热泵装置，软化水经电热泵装置再次加热后进入燃气蒸汽锅炉，所述燃气蒸汽锅炉在燃烧加热时产生的蒸汽通过锅炉蒸汽出口管路、进汽管路排出；

中介水循环，中介水进入喷淋换热器吸收烟气节能换热器排出的烟气热量并升温，升温后的中介水进入电热泵装置中作为低温热源放热，将热量通过电热泵装置转移到锅炉给水，降温后的中介水再次进入中介水换热器与锅炉给水换热，降温后重新进入喷淋换热器中吸热；

燃气烟气管路，燃气通过燃气进口管道燃气蒸汽锅炉内燃烧产生烟气，烟气依次经过烟气节能换热器、喷淋换热器换热后排出。

进一步的，所述软化水循环中，软化水在烟气节能换热器中吸收烟气热量升温后，返回至水箱再流向除氧器，在水箱上设置补水口，通过补水管道向水箱内补水。

进一步的，所述水箱流出的软化水通过给水泵给水管路，一路通过节能器进水管道输送至烟气节能换热器中吸收烟气热量后通过节能器出水管道再返回至水箱，另一路通过给水泵供水管路流向除氧器。

进一步的，在所述给水泵给水管路上设置给水泵，所述给水泵设置两个，分别设置在节能器进水管道、给水泵供水管路上。

进一步的，在所述中介水进电热泵管道上设置中介水泵。

进一步的，所述燃气蒸汽锅炉通过锅炉排烟管路与烟气节能换热器连通，所述烟气节能换热器通过喷淋塔烟气进气管路将烟气排向喷淋换热器，烟气经喷淋换热器换热后排出。

进一步的，所述中介水在喷淋换热器内与烟气逆流换热。

进一步的，应用于采用燃气蒸汽锅炉供热的工厂能源站、小区换热站。

相对于现有技术，本实用新型所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统具有以下优势：

(1)本实用新型所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，燃气蒸汽锅炉排烟依次通过烟气节能换热器和喷淋换热器降温，分别加热软化水、中介水，软化水在烟气节能换热器内加热后进入除氧器，从除氧器出来的锅炉给水通过电热泵装置吸热升温后经过锅炉进水管道进入燃气蒸汽锅炉，利用电热泵回收低温余热能力强的优势，充分降低中介水的温度，提高烟气余热利用。

(2)本实用新型所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，在不改变原有供给水系统的前提下，采用低品位余热自耦合利用技术，实现烟气与中介水的高效换热，充分降低烟气温度，逐级提高锅炉给水温度，同时通过二级回收燃气烟气余热，起到补热扩容作用，减少锅炉耗气量，节能环保，达到能源综合利用。

(3)本实用新型所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，采用高效的电热泵、高效中介水换热器、利用控制系统，充分利用烟气热量，大幅降低烟气温度；提高锅炉给水温度，实现中介水与锅炉给水的高效换热，有效地减少了换热不可逆损失，解决燃气蒸汽锅炉系统随着运行时间的加长，出现软化水水温持续升高，影响烟气温度降低的问题，实现烟气余热的持续利用。

附图说明

构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1为本实用新型实施例所述燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统的结构示意图；

附图标记说明：

1-水箱；2-给水泵给水管路；3-给水泵；4-给水泵供水管路；5-除氧器；6-进汽管路；7-喷淋塔烟气进气管路；8-喷淋换热器；9-烟气节能换热器；10-锅炉排烟管路；11-锅炉蒸汽出口管路；12-中介水泵；13-燃气蒸汽锅炉；14-燃气进口管道；15-中介水进电热泵管道；16-中介水进换热器管道；17-中介水进喷淋塔管道；18-中介水换热器；19-电热泵装置；20-除氧器出水管道；21-热水出换热器管道；22-锅炉进水管道；23-节能器出水管道；24-节能器进水管道；25-补水管道。

具体实施方式

为了使本实用新型的技术手段及达到目的与功效易于理解，下面结合具体图示对本实用新型的实施例进行详细说明。

需要说明，本实用新型中所有进行方向性和位置性指示的术语，诸如：“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“顶”、“低”、“横向”、“纵向”、“中心”等，仅用于解释在某一特定状态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、连接情况等，仅为了便于描述本实用新型，而不是要求本实用新型必须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。另外，在本实用新型中涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

实施例1

如图1所示，本实用新型公开了一种燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，包括水箱1、烟气节能换热器9、除氧器5、电热泵装置19和燃气蒸汽锅炉13和喷淋换热器8，所述水箱1用于向系统注入软化水，所述燃气蒸汽锅炉13排烟依次通过烟气节能换热器9和喷淋换热器8降温，分别加热软化水、中介水，加热后的软化水进入除氧器5后进入燃气蒸汽锅炉13的给水系统，中介水经喷淋换热器8换热升温后通过电热泵装置19放热降温，降温后的中介水再次循环至喷淋换热器8吸收烟气余热。

本申请所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，燃气蒸汽锅炉13排烟依次通过烟气节能换热器9和喷淋换热器8降温，分别加热软化水、中介水，软化水在烟气节能换热器9内加热后进入除氧器5，从除氧器5出来的锅炉给水通过电热泵装置19吸热升温后经过锅炉进水管道22进入燃气蒸汽锅炉13，利用电热泵回收低温余热能力强的优势，充分降低中介水的温度，提高烟气余热利用。

本申请所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，将燃气蒸汽锅炉13、电热泵装置19、换热器深度耦合利用，中介水倒串联进入，燃气蒸汽锅炉13的给水串联逐级加热供给，热量高效匹配传递，实现深度利用烟气热量，提高能量的综合利用。

本申请所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，还包括中介水换热器18，从除氧器5流出的锅炉给水经除氧器出水管道20流向中介水换热器18，升温后的锅炉给水经过热水出换热器管道21进入电热泵装置19加热；电热泵装置19中降温后的中介水经中介水进换热器管道16流向中介水换热器18，所述中介水换热器18换热后的中介水通过中介水进喷淋塔管道17流向喷淋换热器8。

该设置使得从除氧器5流出的锅炉给水依次通过中介水换热器18、电热泵装置19，逐级升温，进入燃气蒸汽锅炉13，中介水在洗手烟气余热升温后依次经电热泵装置19、中介水换热器18换热降温，充分利用烟气热量，提高锅炉给水温度，实现中介水与锅炉给水的高效换热，有效地减少了换热不可逆损失，实现烟气余热的持续利用。

本实用新型所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，包括水箱1、烟气节能换热器9、除氧器5、中介水换热器18、喷淋换热器8、电热泵装置19和燃气蒸汽锅炉13组件，通过管道管路将系统分为软化水循环、锅炉给水管路、中介水循环、燃气烟气管路结构，其中：

软化水循环包括水箱1，水箱1作为整个系统的水源，软化水从水箱1进入系统，水箱1中的软化水经过烟气节能换热器9中吸收烟气热量升温后，与燃气蒸汽锅炉13经锅炉蒸汽出口管路11、进汽管路6流出的蒸汽在除氧器5内汇合；

锅炉给水管路，除氧器5内的汇合水流经除氧器出水管道20进入中介水换热器18，吸收热量后进入电热泵装置19，软化水经电热泵装置19再次加热后进入燃气蒸汽锅炉13，所述燃气蒸汽锅炉13在燃烧加热时产生的蒸汽通过锅炉蒸汽出口管路11、进汽管路6排出；

中介水循环，中介水进入喷淋换热器8吸收烟气节能换热器9排出的烟气热量并升温，升温后的中介水进入电热泵装置19中作为低温热源放热，将热量通过电热泵装置19转移到锅炉给水，降温后的中介水再次进入中介水换热器18与锅炉给水换热，降温后重新进入喷淋换热器8中吸热；

燃气烟气管路，燃气通过燃气进口管道14燃气蒸汽锅炉13内燃烧产生烟气，烟气依次经过烟气节能换热器9、喷淋换热器8换热后排出。

本申请所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，以“能源梯级利用”为原则，联合采用电驱动热泵技术、烟气深度余热利用换热技术等方式满足用户的需求，充分利用电热泵调节灵活、工作范围宽、效率高等优势，烟气经过两级换热，充分降低排烟温度，电热泵装置19利用电热泵回收低温余热能力强的优势，充分降低中介水的温度，通过这种耦合结构，系统实现了不同介质之间的能量传递和热量回收，使得燃气蒸汽锅炉的余热能够得到充分利用，提高系统的整体能效。

本申请所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，可以充分降低排烟温度、中介水回水温度，实现烟气、中介水大温差转移热能的同时，提高锅炉给水温度，降低锅炉燃气消耗量。

作为本实用新型的较佳示例，所述软化水循环中，软化水在烟气节能换热器9中吸收烟气热量升温后，返回至水箱1再流向除氧器5，在水箱1上设置补水口，通过补水管道25向水箱1内补水。

该设置使得水箱1内的软化水始终保持在较为稳定的温度状态，提供稳定的软化水供应，提高本实用新型所述燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统工作的可靠性。

作为本实用新型的较佳示例，所述水箱1流出的软化水通过给水泵给水管路2，一路通过节能器进水管道24输送至烟气节能换热器9中吸收烟气热量后通过节能器出水管道23再返回至水箱1，另一路通过给水泵供水管路4流向除氧器5。

作为本申请的较佳示例，在所述给水泵给水管路2上设置给水泵3。

作为本申请的示例，所述给水泵3设置两个，分别设置在给水泵给水管路2的两路管路上。

该设置确保水箱1向烟气节能换热器9以及除氧器5内进水的可靠性，并提供稳定的进水压力，从而保证本实用新型所述燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统正常运行，提高其工作效果。

作为本实用新型的较佳示例，在所述中介水进电热泵管道15上设置中介水泵12。该设置进一步保证了中介水在吸热后向电热泵装置19供水实现热量转移的可靠性，充分实现各流体的热量平衡与利用。

作为本实用新型的较佳示例，所述燃气蒸汽锅炉13通过锅炉排烟管路10与烟气节能换热器9连通，所述烟气节能换热器9通过喷淋塔烟气进气管路7将烟气排向喷淋换热器8，烟气经喷淋换热器8换热后排出。

该设置使得本实用新型所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，再燃气蒸汽锅炉13内加热燃烧产生的烟气，依次通过烟气节能换热器9、喷淋换热器8放热降温，分别加热软化水、中介水，实现锅炉烟气余热的转移、利用，充分实现各流体的热量平衡与利用。

作为本实用新型的较佳示例，所述中介水在喷淋换热器8内与烟气逆流换热。

该设置提高了中介水在喷淋换热器8内吸收烟气余热的可靠性，减少了换热不可逆损失。

作为本实用新型的较佳示例，本实用新型所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，可应用于工厂能源站、小区换热站等采用燃气蒸汽锅炉供热的场合。

另外，本实用新型所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统中的燃气蒸汽锅炉13、电热泵装置19各自运行参数，根据外界供热需求及负荷为边界条件，系统内部换热及介质循环进行合理设计，实现系统内各模块耦合运行。

电热泵装置19、中介水换热器18、喷淋换热器8投入的数量及功率根据供热需求确定。

本申请通过设置以电热泵装置19、烟气节能换热器9、喷淋换热器8、中介水换热器18、循环水泵(中介水泵12)、给水泵3为核心的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，采用高效的电热泵、高效中介水换热器、利用控制系统，充分利用烟气热量，大幅降低烟气温度；提高锅炉给水温度，实现中介水与锅炉给水的高效换热，有效地减少了换热不可逆损失，解决燃气蒸汽锅炉系统随着运行时间的加长，出现软化水水温持续升高，影响烟气温度降低的问题，实现烟气余热的持续利用。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，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保护范围之内。

Claims (10)

1.一种燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，包括水箱(1)、烟气节能换热器(9)、除氧器(5)、电热泵装置(19)和燃气蒸汽锅炉(13)和喷淋换热器(8)，所述水箱(1)用于向系统注入软化水，所述燃气蒸汽锅炉(13)排烟依次通过烟气节能换热器(9)和喷淋换热器(8)降温，分别加热软化水、中介水，加热后的软化水进入除氧器(5)后进入燃气蒸汽锅炉(13)的给水系统，中介水经喷淋换热器(8)换热升温后通过中介水进电热泵管道(15)进入电热泵装置(19)放热降温，降温后的中介水再次循环至喷淋换热器(8)吸收烟气余热。

2.根据权利要求1所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，还包括中介水换热器(18)，从除氧器(5)流出的锅炉给水经除氧器出水管道(20)流向中介水换热器(18)，升温后的锅炉给水经过热水出换热器管道(21)进入电热泵装置(19)加热；电热泵装置(19)中降温后的中介水经中介水进换热器管道(16)流向中介水换热器(18)，所述中介水换热器(18)换热后的中介水通过中介水进喷淋塔管道(17)流向喷淋换热器(8)。

3.根据权利要求2所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，所述水箱(1)、烟气节能换热器(9)、除氧器(5)、中介水换热器(18)、喷淋换热器(8)、电热泵装置(19)和燃气蒸汽锅炉(13)通过管道管路将系统分为软化水循环、锅炉给水管路、中介水循环、燃气烟气管路结构，其中：

软化水循环包括水箱(1)，水箱(1)作为整个系统的水源，软化水从水箱(1)进入系统，水箱(1)中的软化水经过烟气节能换热器(9)中吸收烟气热量升温后，与燃气蒸汽锅炉(13)经锅炉蒸汽出口管路(11)、进汽管路(6)流出的蒸汽在除氧器(5)内汇合；

锅炉给水管路，除氧器(5)内的汇合水流经除氧器出水管道(20)进入中介水换热器(18)，吸收热量后进入电热泵装置(19)，软化水经电热泵装置(19)再次加热后进入燃气蒸汽锅炉(13)，所述燃气蒸汽锅炉(13)在燃烧加热时产生的蒸汽通过锅炉蒸汽出口管路(11)、进汽管路(6)排出；

中介水循环，中介水进入喷淋换热器(8)吸收烟气节能换热器(9)排出的烟气热量并升温，升温后的中介水进入电热泵装置(19)中作为低温热源放热，将热量通过电热泵装置(19)转移到锅炉给水，降温后的中介水再次进入中介水换热器(18)与锅炉给水换热，降温后重新进入喷淋换热器(8)中吸热；

燃气烟气管路，燃气通过燃气进口管道(14)燃气蒸汽锅炉(13)内燃烧产生烟气，烟气依次经过烟气节能换热器(9)、喷淋换热器(8)换热后排出。

4.根据权利要求3所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，所述软化水循环中，软化水在烟气节能换热器(9)中吸收烟气热量升温后，返回至水箱(1)再流向除氧器(5)，在水箱(1)上设置补水口，通过补水管道(25)向水箱(1)内补水。

5.根据权利要求4所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，所述水箱(1)流出的软化水通过给水泵给水管路(2)，一路通过节能器进水管道(24)输送至烟气节能换热器(9)中吸收烟气热量后通过节能器出水管道(23)再返回至水箱(1)，另一路通过给水泵供水管路(4)流向除氧器(5)。

6.根据权利要求5所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，在所述给水泵给水管路(2)上设置给水泵(3)，所述给水泵(3)设置两个，分别设置在节能器进水管道(24)、给水泵供水管路(4)上。

7.根据权利要求1所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，在所述中介水进电热泵管道(15)上设置中介水泵(12)。

8.根据权利要求1所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，所述燃气蒸汽锅炉(13)通过锅炉排烟管路(10)与烟气节能换热器(9)连通，所述烟气节能换热器(9)通过喷淋塔烟气进气管路(7)将烟气排向喷淋换热器(8)，烟气经喷淋换热器(8)换热后排出。

9.根据权利要求1所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，所述中介水在喷淋换热器(8)内与烟气逆流换热。

10.根据权利要求1～9任意一项所述的燃气蒸汽锅炉低品位余热自耦合利用系统，其特征在于，应用于采用燃气蒸汽锅炉供热的工厂能源站、小区换热站。