煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)及制取高溫熱水的方法
【專利摘要】一種煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)及制取高溫熱水的方法，熱泵系統(tǒng)包括余熱回收裝置和水源熱泵裝置。所述余熱回收裝置包括噴淋式余熱回收器、循環(huán)水泵和循環(huán)水管道，所述水源熱泵裝置采用滿液式蒸發(fā)器和花瓣孔板式冷凝器，余熱回收裝置的循環(huán)水管道連接水源熱泵裝置的滿液式蒸發(fā)器，使兩個裝置組成一個熱泵系統(tǒng)，熱泵系統(tǒng)運行采用自動監(jiān)測控制系統(tǒng)。制取高溫熱水的方法是：先通過噴淋式余熱回收器對煙氣的顯熱和潛熱進行全回收，再通過循環(huán)水管道把回收熱量傳遞給滿液式蒸發(fā)器，然后通過水源熱泵裝置提高回收熱量的品位，再通過花瓣孔板式冷凝器將高品位的熱量傳遞給自來水，制取高溫熱水。該熱泵系統(tǒng)能全部回收煙氣余熱，還有凈化煙氣的作用。
【專利說明】煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)及制取高溫熱水的方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)及制取高溫熱水的方法，屬余熱回收利用領域。

【背景技術】
[0002]鍋爐和窯爐在運行過程中排放大量的高溫煙氣及粉塵，為了回收利用煙氣余熱，工程中常在煙道上安裝省煤器或空氣預熱器，一般采用管翅式換熱器，它們都屬于間壁式換熱器，只能回收煙氣中的部分顯熱，且載熱介質的溫度低于煙氣溫度。
[0003]文獻中介紹一種噴淋式煙氣余熱回收方法，屬于直接接觸式換熱，比間壁式換熱效率更高，但目前存在如下問題:有的噴淋式煙氣余熱回收器內裝填料，但結構設計不合理，過厚的填料層造成煙氣的流動阻力過大，且噴淋水在填料層形成壁流現(xiàn)象，從而降低了煙氣與噴淋水的換熱效率；有的噴淋式煙氣余熱回收器不設填料吸熱層，雖然大大減小煙氣流動阻力，但煙氣與噴淋水無法充分接觸換熱，同樣造成煙氣余熱回收效率較低。
[0004]煙氣中通常含有一定量的SO2和NOx，與噴淋水結合后形成酸，會對余熱回收器及引風機等設備和管道造成嚴重腐蝕，因此需要解決噴淋式煙氣余熱回收器的耐腐蝕問題，以及實時控制和調節(jié)噴淋水的酸堿度。


【發(fā)明內容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供了一種煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)及制取高溫熱水的方法。本發(fā)明采用如下技術方案:
一種煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)，包括余熱回收裝置和水源熱泵裝置。所述余熱回收裝置包括噴淋式余熱回收器、循環(huán)水泵和循環(huán)水管道，所述水源熱泵裝置采用滿液式蒸發(fā)器和花瓣孔板式冷凝器，余熱回收裝置的循環(huán)水管道連接水源熱泵裝置的滿液式蒸發(fā)器，使兩個裝置組成一個熱泵系統(tǒng)，在保證換熱效率的前提下實現(xiàn)兩個裝置的完美結合，同時熱泵系統(tǒng)的運行采用自動監(jiān)測控制系統(tǒng)。
[0006]所述噴淋式余熱回收器采用立式圓筒體，自上而下依次設置有煙氣出口管、多功能翅片捕霧器、噴淋霧化器、空腔吸熱段、填料吸熱段、填料支撐孔板、煙氣進口管、補水進口管、噴淋水集箱和排污管。
[0007]所述水源熱泵包括滿液式蒸發(fā)器、氣液分離器、高溫螺桿式壓縮機、花瓣孔板式冷凝器、儲液器、干燥過濾器、節(jié)流閥和引射泵，各部件間通過不銹鋼管道連接，水源熱泵的管道內裝有載熱工質。
[0008]所述熱泵系統(tǒng)的自動監(jiān)測控制系統(tǒng)，包括循環(huán)水酸堿度監(jiān)測控制器、堿液自動加注器和熱泵系統(tǒng)運行自動控制器，能自動調節(jié)噴淋式余熱回收器中循環(huán)水的酸堿度。
[0009]所述多功能翅片捕霧器由波紋板翅片陣列和冷凝盤管組成，波紋板翅片陣列套固在冷凝盤管外，不但能高效捕集煙氣中的水霧，而且還能回收煙氣攜帶的部分熱量。
[0010]所述填料吸熱段采用階梯環(huán)或鮑爾環(huán)填料，填料下面裝有填料支撐孔板，在支撐填料的同時還可以實現(xiàn)煙氣的均布，保證煙氣與填料表面水膜的充分接觸，提高換熱效率。
[0011]所述滿液式蒸發(fā)器出汽口設置除液器，以避免液擊現(xiàn)象，換熱管采用高溫燒結多孔表面，以強化換熱管外沸騰換熱。
[0012]所述花瓣孔板式冷凝器為固定管板式，換熱管內采用微肋壁面，換熱管束支撐采用花瓣孔板，使換熱器殼程流體沿著軸向流動。
[0013]所述引射泵用于抽取存積在滿液式蒸發(fā)器和花瓣孔板式冷凝器中的潤滑油，使?jié)櫥突氐綁嚎s機，保證壓縮機正常工作。
[0014]所述壓縮機采用高溫螺桿式壓縮機，以滿足實際生產(chǎn)中對不同冷凝溫度的需求。
[0015]一種制取高溫熱水的方法是:先通過噴淋式余熱回收器對煙氣的顯熱和潛熱進行全回收，再通過循環(huán)水管道把回收熱量傳遞給滿液式蒸發(fā)器，然后通過水源熱泵裝置提高回收熱量的品位，再通過花瓣孔板式冷凝器將高品位的熱量傳遞給自來水，制取高溫熱水。
[0016]本發(fā)明采用上述技術方案后，與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果:一是采用噴淋式換熱，使煙氣與噴淋水直接接觸換熱，可實現(xiàn)煙氣顯熱和潛熱的全回收，同時還有凈化煙氣的作用；二是采用空腔吸熱段和填料吸熱段“兩段式”余熱回收器，不但增大了汽液換熱空間，而且也顯著減小了煙氣的流動阻力；三是采用自動監(jiān)測控制系統(tǒng)，能自動調節(jié)噴淋式余熱回收器中循環(huán)水的酸堿度，解決了設備和管道的腐蝕問題；四是余熱回收裝置與水源熱泵裝置組成一個煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)，回收的煙氣余熱通過水源熱泵裝置有效提高其品位，提高了余熱的使用價值，擴大了余熱的應用范圍。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)原理圖。
[0018]圖2是內壁微肋管示意圖。
[0019]圖3是花瓣孔板示意圖。
[0020]附圖標記，1-噴淋水集箱；2_煙氣進口管；3_填料支撐孔板；4_填料吸熱段；5-筒體；6_空腔吸熱段；7_噴淋霧化器；8_多功能翅片捕霧器；9_煙氣出口管；10_循環(huán)水泵；
11-補水進口管；12_筒體支腿；13_排污管；14_酸堿度監(jiān)測控制器；15_堿液自動加注器；16—滿液式蒸發(fā)器；17-氣液分離器；18_高溫螺桿式壓縮機；19_花瓣孔板式冷凝器；20-儲液器；21_干燥過濾器；22_節(jié)流閥；23_電磁閥；24_引射泵。

【具體實施方式】
[0021 ] 結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明。
[0022]如圖1所示，一種煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)，包括余熱回收裝置和水源熱泵裝置。所述余熱回收裝置包括噴淋式余熱回收器、循環(huán)水泵和循環(huán)水管道，其中噴淋式余熱回收器采用立式圓筒體5，自上而下依次設置有煙氣出口管9、多功能翅片捕霧器8、噴淋霧化器7、空腔吸熱段6、填料吸熱段4、填料支撐孔板3、煙氣進口管2、噴淋水集箱1、補水進口管11和排污管13。噴淋式余熱回收器的下端設置筒體支腿12，循環(huán)水管道上設置有循環(huán)水泵10。所述水源熱泵裝置包括滿液式蒸發(fā)器16、氣液分離器17、高溫螺桿式壓縮機18、花瓣孔板式冷凝器19、儲液器20、干燥過濾器21、節(jié)流閥22、電磁閥23和引射泵24，各部件間通過不銹鋼管道連接，管道內裝有載熱工質。余熱回收裝置的循環(huán)水管道連接水源熱泵裝置的滿液式蒸發(fā)器16，使兩個裝置組成一個熱泵系統(tǒng)，在保證換熱效率的前提下實現(xiàn)兩個裝置的完美結合，同時熱泵系統(tǒng)的運行采用自動監(jiān)測控制系統(tǒng)。
[0023]煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)運行時，先通過噴淋式余熱回收器對煙氣的顯熱和潛熱進行全回收，再通過循環(huán)水管道把回收熱量傳遞給滿液式蒸發(fā)器，然后通過水源熱泵裝置提高回收熱量的品位，再通過花瓣孔板式冷凝器將高品位的熱量傳遞給自來水，制取高溫熱水。
[0024]下面舉例說明煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)具體工作過程及制取高溫熱水的方法:
在噴淋式余熱回收器中，煙氣通過筒體下部的煙氣進口管2進入筒體5，經(jīng)過填料支撐孔板3均布后進入填料吸熱段4，煙氣余熱首先被填料表面的水膜吸收一部分，之后進入空腔吸熱段6，從噴淋霧化器7噴出的低溫霧化水與煙氣在空腔吸熱段6混合，煙氣余熱被低溫水霧進一步吸收，經(jīng)過空腔吸熱段6的煙氣繼續(xù)上升經(jīng)過多功能翅片捕霧器8之后，除去煙氣攜帶的部分水分，從筒體頂端的煙氣出氣管9排出。
[0025]吸收煙氣余熱的循環(huán)水在重力作用下落到筒體底部的噴淋水集箱1，循環(huán)水通過循環(huán)水泵10進入滿液式換熱器16，與水源熱泵裝置內的載熱工質進行換熱，降溫后的循環(huán)水通過循環(huán)水管道再次進入噴淋霧化器7，繼續(xù)進行噴淋換熱循環(huán)。
[0026]在水源熱泵裝置中，液態(tài)載熱工質在滿液式蒸發(fā)器16內吸收循環(huán)水的熱量后汽化，載熱工質蒸氣經(jīng)過氣液分離器17在高溫螺桿式壓縮機18內壓縮成高溫高壓氣體，之后進入花瓣孔板式冷凝器19與自來水進行換熱，放熱后的高溫高壓載熱工質蒸氣冷凝為高壓液體，經(jīng)過儲液器20、干燥過濾器21、節(jié)流閥22之后，又變?yōu)榈蛪旱囊簯B(tài)載熱工質，再次進入滿液式蒸發(fā)器16，完成載熱工質循環(huán)。載熱工質循環(huán)過程中，存積在滿液式蒸發(fā)器和花瓣孔板式冷凝器中的潤滑油在引射泵的作用下回到壓縮機，以保證壓縮機正常工作。
[0027]來自外部管網(wǎng)的自來水，在花瓣孔板式冷凝器19內吸收載熱工質放出的熱量后變?yōu)楦邷責崴┥a(chǎn)和生活使用。
[0028]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)，包括余熱回收裝置和水源熱泵裝置，其特征在于，所述余熱回收裝置包括噴淋式余熱回收器、循環(huán)水泵和循環(huán)水管道，所述水源熱泵裝置采用滿液式蒸發(fā)器和花瓣孔板式冷凝器，余熱回收裝置的循環(huán)水管道連接水源熱泵裝置的滿液式蒸發(fā)器，使兩個裝置組成一個熱泵系統(tǒng)，熱泵系統(tǒng)運行采用自動監(jiān)測控制系統(tǒng)。
2.根據(jù)權利要求1所述的煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述噴淋式余熱回收器采用立式圓筒體，自上而下依次設置有煙氣出口管、多功能翅片捕霧器、噴淋霧化器、空腔吸熱段、填料吸熱段、填料支撐孔板、煙氣進口管、補水進口管、噴淋水集箱和排污管。
3.根據(jù)權利要求1所述的煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述水源熱泵包括滿液式蒸發(fā)器、氣液分離器、高溫螺桿式壓縮機、花瓣孔板式冷凝器、儲液器、干燥過濾器、節(jié)流閥和引射泵，各部件間通過不銹鋼管道連接，水源熱泵的管道內裝有載熱工質。
4.根據(jù)權利要求1所述的煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)，其特征在于，所述自動監(jiān)測控制系統(tǒng)包括循環(huán)水酸堿度監(jiān)測控制器、堿液自動加注器和熱泵系統(tǒng)運行自動控制器。
5.根據(jù)權利要求2所述的噴淋式余熱回收器，其特征在于，所述多功能翅片捕霧器由波紋板翅片陣列和冷凝盤管組成，波紋板翅片陣列套固在冷凝盤管外。
6.根據(jù)權利要求2所述的噴淋式余熱回收器，其特征在于，所述填料吸熱段采用階梯環(huán)或鮑爾環(huán)填料，填料下面裝有填料支撐孔板。
7.根據(jù)權利要求3所述的水源熱泵裝置，其特征在于，所述滿液式蒸發(fā)器出汽口設置除液器，換熱管采用高溫燒結多孔表面。
8.根據(jù)權利要求3所述的水源熱泵裝置，其特征在于，所述花瓣孔板式冷凝器為固定管板式，換熱管內采用微肋壁面，換熱管束支撐采用花瓣孔板。
9.根據(jù)權利要求1-8任意一項所述煙氣余熱全回收熱泵系統(tǒng)，一種制取高溫熱水的方法，其特征在于，先通過噴淋式余熱回收器對煙氣的顯熱和潛熱進行全回收，再通過循環(huán)水管道把回收熱量傳遞給滿液式蒸發(fā)器，然后通過水源熱泵裝置提高回收熱量的品位，再通過花瓣孔板式冷凝器將高品位的熱量傳遞給自來水，制取高溫熱水。
【文檔編號】F25B30/06GK104279794SQ201410561038
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權日:2014年10月21日
【發(fā)明者】吳金星, 王超, 劉艷會, 王明強, 尚晨陽, 賀敏, 馬喜軍, 劉青鋒, 范洪生, 馮新展, 田新穩(wěn), 杜明旺, 劉雙喜, 李國立 申請人:鄭州大學, 河南力威熱能設備制造有限公司