CN220601614U - 一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型是关于一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，包括依次设置的一级热泵、中间缓冲水路、二级热泵、末端水系统和锅炉；所述一级热泵包括一级蒸发器；所述二级热泵包括二级冷凝器；所述锅炉包括排烟口和排烟道，排烟道设有烟气换热器，烟气换热器连接中间缓冲水路，所述排烟口连接排烟道，排烟道的出口紧挨着一级蒸发器设置；末端水系统包括与二级冷凝器连接的锅炉回水管，锅炉回水管与锅炉的水冷壁相连通。本实用新型结合双级热泵和锅炉，分为两级充分利用锅炉排烟的废热，可以实现双级耦合热泵和锅炉联合高温供热，提高了能源的利用效率，也可以提高双级耦合热泵的效率，降低双级耦合热泵的运行成本，同时还可以实现锅炉烟气的消白。

Description

一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统

技术领域

本实用新型涉及双级耦合热泵和锅炉，特别是涉及一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统。

背景技术

空气源热泵作为一种高效节能的设备在工业领域和建筑供暖领域越发受到关注，但空气源热泵始终存在着因环境温度降低，末端用户的热负荷增大，而空气源热泵的制热量下降、制取温度有限的难题。因而单空气源热泵在集中式供暖和工业上的应用备受限制，而双级耦合热泵虽然可以实现高温供热，但其制热效率较低，在工业和集中式供暖作为直接供热热源运行成本较高。锅炉作为一种建设成本较低的供热设备，能够产生足够的热量和温度，目前仍然被大量使用于工业和建筑集中式供暖，但是其运行成本高、制热效率低、环境污染高，面对构建清洁低碳安全高效的能源体系的目标，如何提高锅炉的能源利用率并降低污染是亟待解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的主要目的在于，提供一种实现双级耦合热泵和锅炉联合高温供热，提高能源利用效率的锅炉和双级耦合热泵联合供热系统。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，包括依次设置的一级热泵、中间缓冲水路、二级热泵、末端水系统和锅炉；

所述一级热泵包括一级蒸发器；

所述二级热泵包括二级冷凝器；

所述锅炉包括水冷壁、排烟口和排烟道，所述排烟道上设有烟气换热器，所述烟气换热器连接中间缓冲水路，所述排烟口连接排烟道，所述排烟道的出口紧挨着所述一级蒸发器设置；

所述末端水系统包括与二级冷凝器连接的锅炉回水管，所述锅炉回水管与所述水冷壁相连通。

所述一级热泵还包括一级压缩机，所述一级蒸发器的出口通过一级压缩机连接一级冷凝器一侧的进口，所述一级冷凝器一侧的出口通过一级膨胀阀连接一级蒸发器的进口，所述一级蒸发器上设有一级蒸发风机。

所述中间缓冲水路包括缓冲水箱，所述缓冲水箱的第一侧出口通过管路连接一级冷凝器另一侧的进口，所述一级冷凝器另一侧的出口通过管路连接缓冲水箱的第一侧进口，所述缓冲水箱与一级冷凝器连接的循环管路上设有一级冷凝循环泵；所述缓冲水箱的第二侧出口通过管路连接二级蒸发器一侧的进口，所述二级蒸发器一侧的出口通过管路连接缓冲水箱的第二侧进口，所述缓冲水箱与二级蒸发器连接的循环管路上设有二级蒸发循环泵；所述缓冲水箱的第三侧出口连接烟气换热器的一侧进口，所述烟气换热器的一侧出口连接缓冲水箱的第三侧进口，所述缓冲水箱和所述烟气换热器的循环管道上设有余热回收循环泵。

所述烟气换热器的另一侧进口连接排烟道的进口，所述烟气换热器的另一侧出口连接排烟道的出口。

所述烟气换热器的底部设有排污口，用于排出烟气水分遇冷冷凝后产生的冷凝水。

所述二级热泵包括二级冷凝器，所述二级冷凝器一侧的出口通过二级膨胀阀连接二级蒸发器另一侧的进口，所述二级蒸发器另一侧的出口通过二级压缩机连接二级冷凝器一侧的进口。

所述末端水系统还包括末端回水管、回水三通阀和回水旁通管和末端供水管，所述末端回水管上设有末端回水泵，所述末端回水泵与所述二级冷凝器另一侧的进口连接的管道上连接有回水三通阀，所述回水三通阀的一侧出口通过所述回水旁通管连接锅炉回水管，所述二级冷凝器另一侧的出口通过锅炉回水管连接锅炉的水冷壁，所述末端供水管与水冷壁内的水相连通。

所述锅炉还包括燃烧器，所述水冷壁内设有炉膛，所述燃烧器一端设置在炉膛内，另一端穿过炉壁设置在炉膛外，所述炉膛内设有对流管束，所述对流管束与所述水冷壁相连通。

所述二级冷凝器为管壳式换热器、板式换热器、换热罐或翅片式换热器，所述翅片式换热器上设有二级冷凝风机。

借由上述技术方案，本实用新型至少具有下列优点：

本实用新型结合双级热泵和锅炉，分为两级充分利用锅炉排烟的废热，可以实现双级耦合热泵和锅炉联合高温供热，提高了能源的利用效率，同时降低烟气的温度，可以完成消白除酸，实现了锅炉烟气的消白，降低烟气的污染成分，同时也可以提高双级耦合热泵的效率，降低双级耦合热泵的运行成本。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本实用新型的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的锅炉和双级耦合热泵联合供热系统的结构示意图。

图中：

1-一级热泵，11-一级蒸发器，12-一级蒸发风机，13-一级压缩机，14-一级冷凝器，15-一级膨胀阀；

2-缓冲水路系统，21-缓冲水箱，22-二级蒸发循环泵，23-二级蒸发循环管路，24-一级冷凝循环泵，25-一级冷凝循环管路，26-余热回收循环泵，27-余热回收循环管路；

3-二级热泵，31-二级蒸发器，32-二级压缩机，33-二级冷凝器，34-二级膨胀阀；

4-锅炉，41-燃烧器，42-水冷壁，43-对流管束，44-炉膛，45-烟道，46-排烟口，47-排烟道，48-烟气换热器，49-排污口；

5-末端水系统，51-末端回水管，52-末端回水泵，53-回水三通阀，54-回水旁通管，55-锅炉回水管，56-末端供水管。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对本实用新型的具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。在下述说明中，不同的“一实施例”或“实施例”指的不一定是同一实施例。此外，一或多个实施例中的特定特征、结构、或特点可由任何合适形式组合。

如图1所示，一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，包括依次设置的一级热泵1、中间缓冲水路2、二级热泵3、末端水系统5和锅炉4；

锅炉4包括燃烧器41、水冷壁42、排烟口46和排烟道47，水冷壁42内设有炉膛44，燃烧器41一端设置在炉膛44内，另一端穿过炉壁设置在炉膛44外，水冷壁42连接末端供水管56，炉壁上设有排烟口46，排烟口46与炉膛44内相连通，排烟口46连接排烟道47，排烟道47上设有烟气换热器48，烟气换热器48连接中间缓冲水路2，排烟道47的出口紧挨着一级蒸发器11设置；

末端水系统5包括与二级冷凝器33连接的锅炉回水管55，锅炉回水管55与水冷壁42相连通。锅炉回水管内的水和水冷壁的水相互连通。

本实用新型的一级热泵1、二级热泵3通过中间缓冲水路2进行连接，二级热泵3和锅炉4通过末端水系统5进行连接。采用本实用新型能够提高双级耦合热泵的运行效率和制热量。

进一步地，一级热泵1还包括一级压缩机13，一级蒸发器11的出口通过一级压缩机13连接一级冷凝器14一侧的进口，一级冷凝器14一侧的出口通过一级膨胀阀15连接一级蒸发器11的进口，一级蒸发器11上设有一级蒸发风机12。

进一步地，中间缓冲水路2包括缓冲水箱21，缓冲水箱21的第一侧出口通过管路连接一级冷凝器14另一侧的进口，一级冷凝器14另一侧的出口通过管路连接缓冲水箱21的第一侧进口，缓冲水箱21与一级冷凝器14连接的循环管路上设有一级冷凝循环泵24；缓冲水箱21的第二侧出口通过管路连接二级蒸发器31一侧的进口，二级蒸发器31一侧的出口通过管路连接缓冲水箱21的第二侧进口，缓冲水箱21与二级蒸发器31连接的循环管路上设有二级蒸发循环泵22；缓冲水箱21的第三侧出口连接烟气换热器48的一侧进口，烟气换热器48的一侧出口连接缓冲水箱21的第三侧进口，缓冲水箱21和烟气换热器48的循环管道上设有余热回收循环泵26。

进一步地，烟气换热器48的另一侧进口连接排烟道47的进口，烟气换热器48的另一侧出口连接排烟道47的出口。

本实用新型锅炉4的排烟道47通过烟气换热器48与缓冲水路系统2进行连接，采用本实用新型可以有效回收锅炉烟气的热量。

进一步地，烟气换热器48的底部，即最低点设有排污口49，用于排出烟气水分遇冷冷凝后产生的冷凝水。

本实用新型在锅炉的排烟管增加了一个烟气换热器，将烟气中的废热通过烟气换热器和一级蒸发器分级回收，提高了双级耦合热泵的制热效率，在回收余热提高能源利用效率的同时能够降低烟气的水分和温度，避免了烟气与空气直接接触时产生明显的白羽烟，同时烟气中的酸性物质也会溶解到冷凝水中，减少了锅炉向大气中直接排放酸性物质。

进一步地，二级热泵3包括二级冷凝器33，二级冷凝器33一侧的出口通过二级膨胀阀34连接二级蒸发器31另一侧的进口，二级蒸发器31另一侧的出口通过二级压缩机32连接二级冷凝器33一侧的进口。

进一步地，末端水系统5包括末端回水管51，回水三通阀53和回水旁通管54，末端回水管51上设有末端回水泵52，末端回水泵52与二级冷凝器33另一侧的进口连接的管道上连接有回水三通阀53，回水三通阀53的一侧出口通过回水旁通管54连接锅炉回水管55，二级冷凝器33另一侧的出口通过锅炉回水管55连接锅炉4的水冷壁。

进一步地，炉膛44内设有对流管束43，对流管束43与水冷壁44相连通，对流管束43与水冷壁42之间形成烟道45，烟道45通过排烟口46连接排烟道47。

进一步地，二级冷凝器33为管壳式换热器、板式换热器、换热罐或翅片式换热器，所述翅片式换热器上设有二级冷凝风机。

本实用新型的一级蒸发器11是一级热泵1从空气中和锅炉4产生的烟气中吸收热量的装置，一级冷凝器14是一级热泵1将热量释放到中间缓冲水路2的设备。二级蒸发器31是二级热泵3从中间缓冲水路2吸收热量的装置，二级冷凝器33是二级热泵3向末端回水释放热量的装置。被二级冷凝器33加热的末端回水进入到锅炉4中的对流管束43和水冷壁42中第二次被加热。本实用新型的锅炉4设有燃烧器41，负责将燃料和空气充分混合燃烧，将产生的火焰和烟气排到炉膛44，高温烟气通过炉膛44和烟道45，通过对流管束43和水冷壁42将锅炉回水管55通入的水进行换热，再经过排烟口46排放到排烟道47，排烟道47一般设有省煤器、空气预热器、除尘器等设备(图中未表示)，进行一定的余热回收和环保处理，经过处理后的烟气其温度一般在35℃以上，仍然具有余热回收利用的价值，其次烟气中含有较高的水分，与空气直接接触会产生明显的湿烟羽。为了回收这部分余热，在排烟道47上加装一个烟气换热器48和中间缓冲水路2进行换热，完成一部分余热回收，大部分水分也在烟气换热器中冷凝，降低了烟气中的水分含量和温度，避免了烟气和空气直接接触时产生明显的湿烟羽，同时烟气中因燃烧产生的氮和硫的氧化物也会溶解到冷凝水中，降低了烟气的酸性物质含量，冷凝水再通过排污口49排出；经过烟气换热器48之后的烟气温度在冬季时仍然是高于环境温度的，再将排烟道47的出口连接到一级蒸发器11，可以再进一步完成余热回收。

本实用新型的工作原理：

当锅炉4和双级耦合热泵联合供热时，锅炉4、余热回收循环泵26、二级蒸发循环泵22、二级热泵3运行，一级热泵1根据缓冲水箱21的温度判断是否运行；末端回水通过末端回水管51、末端回水泵52和回水三通阀进入二级冷凝器33被第一次加热，然后通过锅炉回水管55进入锅炉4，通过水冷壁42和对流管束43被第二次加热，再通过末端供水管56供给末端用户。缓冲水箱21的水通过余热回收循环泵26到烟气换热器48中被加热后通过余热回收循环管路27回到缓冲水箱21中。缓冲水箱21的水通过二级蒸发循环泵22输送中到二级蒸发器31中，被二级热泵3吸热降温后，通过二级蒸发循环管路23回到缓冲水箱21中。

当缓冲水箱21的水从烟气换热器48吸收的热量大于等于缓冲水箱21的水被二级热泵3吸收的热量时，缓冲水箱21的水温会缓慢上升或保持不变，此时一级热泵1不需要运行。

当缓冲水箱21的水从烟气换热器48吸收的热量小于缓冲水箱21的水被二级热泵3吸收的热量时，缓冲水箱21的水温会缓慢下降，说明从烟气中吸收的热量不满足二级热泵3吸收的热量，此时一级热泵1和一级冷凝循环泵24运行，一级热泵1通过一级蒸发器11和一级蒸发风机12从空气和烟气中吸收热量，通过一级冷凝器14将热量释放到中间缓冲水路2中。缓冲水箱21的水会经过一级冷凝泵24进入到一级冷凝器14中，被加热后通过一级冷凝循环管路25回到缓冲水箱21中，维持缓冲水箱21的水温在设定范围内。

当锅炉4单独供热时，双级耦合热泵不工作时，回水三通阀53动作切换出口方向，使末端回水通过回水旁通管54后进入锅炉55中，通过水冷壁42和对流管束43加热后，在通过末端供水管56供给末端用户。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，其特征在于：包括依次设置的一级热泵、中间缓冲水路、二级热泵、末端水系统和锅炉；

所述一级热泵包括一级蒸发器；

所述二级热泵包括二级冷凝器；

所述锅炉包括水冷壁、排烟口和排烟道，所述排烟道上设有烟气换热器，所述烟气换热器连接中间缓冲水路，所述排烟口连接排烟道，所述排烟道的出口紧挨着所述一级蒸发器设置；

所述末端水系统包括与二级冷凝器连接的锅炉回水管，所述锅炉回水管与所述水冷壁相连通。

2.根据权利要求1所述的一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，其特征在于，所述一级热泵还包括一级压缩机，所述一级蒸发器的出口通过一级压缩机连接一级冷凝器一侧的进口，所述一级冷凝器一侧的出口通过一级膨胀阀连接一级蒸发器的进口，所述一级蒸发器上设有一级蒸发风机。

3.根据权利要求1或2所述的一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，其特征在于，所述中间缓冲水路包括缓冲水箱，所述缓冲水箱的第一侧出口通过管路连接一级冷凝器另一侧的进口，所述一级冷凝器另一侧的出口通过管路连接缓冲水箱的第一侧进口，所述缓冲水箱与一级冷凝器连接的循环管路上设有一级冷凝循环泵；所述缓冲水箱的第二侧出口通过管路连接二级蒸发器一侧的进口，所述二级蒸发器一侧的出口通过管路连接缓冲水箱的第二侧进口，所述缓冲水箱与二级蒸发器连接的循环管路上设有二级蒸发循环泵；所述缓冲水箱的第三侧出口连接烟气换热器的一侧进口，所述烟气换热器的一侧出口连接缓冲水箱的第三侧进口，所述缓冲水箱和所述烟气换热器的循环管道上设有余热回收循环泵。

4.根据权利要求3所述的一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，其特征在于，所述烟气换热器的另一侧进口连接排烟道的进口，所述烟气换热器的另一侧出口连接排烟道的出口。

5.根据权利要求4所述的一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，其特征在于，所述烟气换热器的底部设有排污口，用于排出烟气水分遇冷冷凝后产生的冷凝水。

6.根据权利要求5所述的一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，其特征在于，所述二级热泵包括二级冷凝器，所述二级冷凝器一侧的出口通过二级膨胀阀连接二级蒸发器另一侧的进口，所述二级蒸发器另一侧的出口通过二级压缩机连接二级冷凝器一侧的进口。

7.根据权利要求6所述的一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，其特征在于，所述末端水系统还包括末端回水管、回水三通阀和回水旁通管和末端供水管，所述末端回水管上设有末端回水泵，所述末端回水泵与所述二级冷凝器另一侧的进口连接的管道上连接有回水三通阀，所述回水三通阀的一侧出口通过所述回水旁通管连接锅炉回水管，所述二级冷凝器另一侧的出口通过锅炉回水管连接锅炉的水冷壁，所述末端供水管与水冷壁内的水相连通。

8.根据权利要求7所述的一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，其特征在于，所述锅炉还包括燃烧器，所述水冷壁内设有炉膛，所述燃烧器一端设置在炉膛内，另一端穿过炉壁设置在炉膛外，所述炉膛内设有对流管束，所述对流管束与所述水冷壁相连通。

9.根据权利要求8所述的一种锅炉和双级耦合热泵联合供热系统，其特征在于，所述二级冷凝器为管壳式换热器、板式换热器、换热罐或翅片式换热器，所述翅片式换热器上设有二级冷凝风机。