CN107238097A - 一种锅炉烟气余热回收装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种锅炉烟气余热回收装置，包括与锅炉的烟气出口相连通的直接喷淋式烟气热回收单元以及旋转式的固体吸湿剂热回收单元，由直接喷淋式烟气热回收单元流出的烟气先与固体吸湿剂热回收单元进行热质交换，烟气被固体吸湿剂热回收单元吸收热量和水分后成为排烟；然后固体吸湿剂热回收单元旋转至与室外风进行热质交换，室外风被固体吸湿剂热回收单元加热加湿后成为锅炉进风并被送至锅炉中。本发明利用直接喷淋式烟气热回收单元来与烟气直接接触进行热量回收，利用固体吸湿剂热回收单元与烟气及室外风进行热质交换，实现烟气中水蒸气潜热的有效回收利用，并利用回收热量预热热网回水，实现对烟气热量的梯级回收利用，有效改善锅炉供热***能源利用效率。

Description

一种锅炉烟气余热回收装置
技术领域
本发明涉及一种余热回收装置，尤其是关于一种锅炉烟气余热回收装置，属于暖通空调***领域。
背景技术
北方城镇供热能耗是我国建筑能耗的重要组成，约占当前建筑总能耗的40％，如何有效降低北方城镇供热能耗是当前生态文明建设和建筑节能事业发展过程中面临的重要难题。随着天然气清洁供热的推广，天然气锅炉供热方式及燃气驱动的热电联产供热方式已在我国北方得到越来越多的应用，成为北方城镇集中供热***的重要热源形式。从天然气的化学成分组成来看，其燃烧后形成的烟气通常温度较高，并携带有大量水蒸气，水蒸气潜热部分通常占到烟气余热热量的70％以上。燃气锅炉或燃气-蒸汽联合循环电厂的排烟潜热回收，是进一步提高天然气利用率的重要途径。
近年来，已出现多种形式的烟气余热回收装置或***，主要包含两种形式：一种是利用烟气与水之间的间接接触换热来实现热量回收，该方式通常仅能回收利用烟气余热中的显热部分，对潜热(烟气中的水蒸气)部分的回收利用效果有限，且受到烟气中氮氧化物、硫化物等影响所需气-液换热装置的成本高昂。近年来随着吸收式换热等技术的发展成熟，采用吸收式热泵或其它低温冷源来使得烟气与水直接或间接接触换热、实现烟气显热和潜热同时回收的装置也得到了快速发展。例如，专利号为201210576484.5的中国发明专利公开了一种回收烟气余热的直燃型溴化锂吸收式冷热水机组，利用直燃机产生冷冻水来对烟气余热进行回收利用；专利号为201010238743.4的中国发明专利公开了一种基于溶液吸收循环的烟气全热回收***，利用吸收式循环来实现烟气与溶液间的热质交换。但目前的烟气余热回收***在同时实现烟气显热、潜热回收的过程中，通常***复杂程度较高，如何进一步构建简便、紧凑的烟气余热回收***来实现烟气热量的高效回收利用，是在实际供热***中提高天然气利用效率需要解决的重要问题。
另一种是在空调***中既回收显热又能回收潜热的全热回收装置，相对于显热回收装置而言通常具有更大的节能潜力。目前常用的全热回收装置主要包括转轮式全热回收器、翅板式全热回收器以及溶液式全热回收装置等类型，其中采用固体吸湿材料的转轮式热回收装置，由于固体吸湿材料的比表面积大、转轮蜂窝状结构紧凑等优势，在较小的体积下即可实现空气与固体吸湿剂热质交换过程的NTU(传递单元数)超过10，而溶液式全热回收装置可达到的热质交换过程的NTU通常在5以下。因而固体吸湿剂的转轮式热回收装置可实现较高的全热回收效率，是实现不同状态空气之间能量回收的有效途径。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的是提供一种包含喷淋式处理装置和固体吸湿剂热回收单元的锅炉烟气余热回收装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种锅炉烟气余热回收装置，包括与锅炉的烟气出口相连通的直接喷淋式烟气热回收单元，其特征在于，该装置还包括旋转式的固体吸湿剂热回收单元，由所述直接喷淋式烟气热回收单元流出的锅炉烟气先与所述固体吸湿剂热回收单元进行热质交换，所述锅炉烟气被所述固体吸湿剂热回收单元吸收热量和水分后成为排烟；然后所述固体吸湿剂热回收单元旋转至与室外风进行热质交换，所述室外风被所述固体吸湿剂热回收单元加热加湿后成为锅炉进风并被送至所述锅炉中。
在一个优选的实施例中，所述固体吸湿剂热回收单元包括：壳体；固体吸湿剂处理模块，所述固体吸湿剂处理模块转动设置于所述壳体内且与所述壳体之间存在环形空间；分隔隔板，所述分隔隔板将所述固体吸湿剂处理模块的内部通道分隔为烟气处理通道和锅炉进风处理通道；同时，所述分隔隔板将所述环形空间分隔为烟气流通通道和锅炉进风流通通道，且所述烟气处理通道经所述固体吸湿剂处理模块与所述烟气流通通道相连通，所述锅炉进风处理通道经所述固体吸湿剂处理模块与所述锅炉进风流通通道相连通；所述烟气处理通道的进口与所述直接喷淋式烟气热回收单元的烟气出口相连通，所述锅炉进风流通通道的出口与所述锅炉的进气口相连通。
在一个优选的实施例中，所述直接喷淋式烟气热回收单元包括烟气-水喷淋塔、循环水泵和水-水换热器；所述烟气-水喷淋塔底部的溶液出口经所述循环水泵和水-水换热器连接所述烟气-水喷淋塔的喷淋进口，所述水-水换热器的换热端进水管连接热网回水，出水管经所述锅炉后连接热网供水。
在一个优选的实施例中，所述壳体为两端敞口的圆筒形结构，所述固体吸湿剂处理模块为两端敞口的圆环形柱体结构，且所述固体吸湿剂处理模块由蜂窝状基体制作而成，其上贴附有固体吸湿剂；所述固体吸湿剂处理模块通过转轴同轴地转动支撑于所述壳体内。
在一个优选的实施例中，所述固体吸湿剂处理模块还包括两个半圆形的端盖，其中一个所述端盖封闭设置在所述烟气处理通道的出口处，另一个所述端盖封闭设置在所述锅炉进风处理通道的出口处。
一种锅炉烟气余热回收装置，包括与锅炉的烟气出口相连通的直接喷淋式烟气热回收单元，其特征在于，该装置还包括固体吸湿剂转轮，由所述直接喷淋式烟气热回收单元流出的锅炉烟气先流经所述固体吸湿剂转轮的除湿区，与其中的固体吸湿剂进行热质交换，所述锅炉烟气中的热量和水分被所述固体吸湿剂吸收后成为排烟；室外风流经所述固体吸湿剂转轮的再生区，与其中的固体吸湿剂进行热质交换，所述室外风被加热加湿后成为锅炉进风并被送至所述锅炉中。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明提出了一种采用固体吸湿剂的锅炉烟气余热回收***，由独立设置的直接喷淋式烟气热回收单元和固体吸湿剂热回收单元等组成，其利用直接喷淋式烟气热回收单元来与烟气直接接触进行热量回收，利用固体吸湿剂热回收单元与锅炉烟气及锅炉进风进行热质交换，实现烟气中水蒸气潜热的有效回收利用，并利用回收热量预热热网回水，有效改善锅炉供热***能源利用效率。2、本发明采用固体吸湿剂处理单元来实现烟气与锅炉进风之间的全热换热过程，并可以通过一定的工艺处理来将固体吸湿剂处理单元做成圆环形或转轮式，利用固体吸湿剂的旋转分别与锅炉烟气及锅炉进风进行热质交换，固体吸湿剂与烟气热质交换过程中烟气中的热量、水蒸气等被固体吸湿剂吸收，待固体吸湿剂旋转至与锅炉进风进行热质交换时再将热量、水分传递给锅炉进风，从而实现烟气中水蒸气潜热热量的有效回收并预热锅炉进风、提高锅炉进风温湿度水平，有效改善烟气余热回收过程的匹配特性。3、本发明利用直接喷淋式烟气热回收单元来实现烟气热量的部分回收利用，燃气锅炉出口的烟气首先流经该直接喷淋式烟气余热回收单元，以水作为喷淋媒介来与烟气进行直接接触的全热换热实现热量回收，同时设置水-水换热器来利用喷淋式热回收过程得到的热水来对热网回水进行预热，之后热网回水再进入锅炉进行进一步加热，满足热网供水温度的需求。4、本发明的烟气余热热量回收过程及热网水加热过程均可实现梯级处理过程，即利用直接喷淋式烟气热回收单元与固体吸湿剂处理单元构建更匹配地烟气余热回收***，实现对烟气热量的梯级回收利用，有效改善燃气锅炉供热***能源利用效率；同时，锅炉进风经过与烟气的全热回收过程被加热加湿后再进入锅炉，可有效提高锅炉烟气出口的露点温度，有助于利用直接喷淋式烟气热回收单元来回收高温段的热量预热热网回水，热网回水加热过程由烟气余热及锅炉共同完成，实现了加热过程的梯级进行及热量品位的梯级利用。
附图说明
图1是本发明实施例1的结构示意图；
图2是本发明固体吸湿剂处理模块的运行原理剖面图；
图3是本发明实施例2的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。
实施例1：
图1展示了根据本发明实施例1提供的采用固体吸湿剂的锅炉烟气余热回收装置，该装置包括燃气锅炉10、直接喷淋式烟气热回收单元20和固体吸湿剂热回收单元30。
其中，直接喷淋式烟气热回收单元20包括烟气-水喷淋塔2、循环水泵3和水-水换热器4。烟气-水喷淋塔2底部的溶液出口经循环水泵3和水-水换热器4连接烟气-水喷淋塔2的喷淋进口，水-水换热器4的换热端进水管连接热网回水，出水管经燃气锅炉10后连接热网供水。
如图1、图2所示，固体吸湿剂热回收单元30包括固体吸湿剂处理模块5、转轴6、分隔隔板7、端盖8和壳体9。壳体9为两端敞口的圆筒形结构，固体吸湿剂处理模块5为两端敞口的圆环形柱体结构，固体吸湿剂处理模块5由蜂窝状基体制作而成，其上贴附有固体吸湿剂(图中未示出)。固体吸湿剂处理模块5通过转轴6同轴地转动支撑于壳体9内，且固体吸湿剂处理模块5与壳体9之间存在环形空间。分隔隔板7将固体吸湿剂处理模块5与壳体11之间的环形空间以及固体吸湿剂处理模块5的内部通道分隔为上下两部分，位于分隔隔板7上方的固体吸湿剂处理模块5内部通道形成烟气处理通道11，位于分隔隔板7上方的环形空间形成烟气流通通道12；同时，位于分隔隔板7下方的固体吸湿剂处理模块5内部通道形成锅炉进风处理通道13，位于分隔隔板7下方的环形空间形成锅炉进风流通通道14。两个端盖8均为半圆形结构，其中一个端盖8封闭设置在烟气处理通道11的出口处，另一个端盖10封闭设置在锅炉进风处理通道13的出口处。烟气处理通道11的进口与烟气-水喷淋塔2顶部的烟气出口相连通，锅炉进风流通通道14的出口与燃气锅炉10的进气口相连通。
本实施例提供的烟气余热回收装置在工作时，其工作流程如下：
1)由燃气锅炉1排出的烟气首先进入直接喷淋式烟气热回收单元20中进行热量回收，烟气由烟气-水喷淋塔2底部进入，与从顶部喷淋而下的水进行逆流热质交换过程，烟气中的部分热量和水分等被喷淋水吸收，之后烟气由烟气-水喷淋塔2顶部的烟气出口流出。
2)喷淋水在回收烟气热量后被加热，经由烟气-水喷淋塔2底部的溶液出口流出，并在循环水泵3的作用下被送至水-水换热器4中，与热网回水在水-水换热器4中进行换热，之后流回至烟气-水喷淋塔2顶部完成喷淋水的循环过程。
3)与此同时，热网回水在流经水-水换热器4被预热后继续进入燃气锅炉1中，被加热至适宜的温度水平后成为热网供水送出。
4)由烟气-水喷淋塔2顶部流出的烟气由烟气处理通道11的进口流入固体吸湿剂处理模块5中，在烟气处理通道11中烟气与其中的固体吸湿剂处理模块5直接接触，并与其中的固体吸湿剂进行热质交换，将热量和水分传递给固体吸湿剂，实现对烟气的降温、降湿；之后烟气流经固体吸湿剂处理模块5后向上进入烟气流通通道12中，最终由烟气流通通道12的出风口送出，成为排烟。
5)与此同时，室外风经由锅炉进风处理通道13的进口流入固体吸湿剂处理模块5，在锅炉进风处理通道13中室外风与其中的固体吸湿剂处理模块5直接接触并与固体吸湿剂进行热质交换，固体吸湿剂中的热量和水分传递给室外风，实现对室外风的加热加湿处理；之后室外风流经固体吸湿剂处理模块5后向下进入锅炉进风流通通道14中，最终由锅炉进风流通通道14的出风口送出，成为锅炉进风。
6)在进行上述步骤4)和步骤5)的同时，固体吸湿剂处理模块5在转轴6的驱动下可在烟气和室外风之间旋转，在烟气处理通道11中与烟气进行热质交换后的固体吸湿剂可旋转至下部并与室外风进行热质交换，固体吸湿剂处理模块5在烟气与室外风之间的循环可实现二者之间的全热回收过程。
7)之后锅炉进风进一步被引入燃气锅炉10中，满足天然气等在燃气锅炉10中的燃烧需求，天然气燃烧后由燃气锅炉10排出烟气，进入直接喷淋式烟气热回收单元20，完成整个由室外风到烟气再到排烟的燃气锅炉烟气余热回收处理过程。
实施例2：
图3展示了根据本发明实施例2提供的采用固体吸湿剂转轮的锅炉烟气余热回收装置，该烟气余热回收装置与实施例1提供的锅炉烟气余热回收装置相比，区别仅在于：采用固体吸湿剂转轮1来实现烟气与室外风之间的全热回收过程，即由烟气-水喷淋塔2顶部流出的烟气直接流经固体吸湿剂转轮1的除湿区，与其中的固体吸湿剂进行热质交换，烟气中的热量和水分被固体吸湿剂吸收后成为排烟；室外风流经固体吸湿剂转轮1的再生区，与其中的固体吸湿剂进行热质交换，室外风被加热加湿后成为锅炉进风并被送至燃气锅炉10中。
上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。

Claims (6)

1.一种锅炉烟气余热回收装置，包括与锅炉的烟气出口相连通的直接喷淋式烟气热回收单元，其特征在于，该装置还包括旋转式的固体吸湿剂热回收单元，由所述直接喷淋式烟气热回收单元流出的锅炉烟气先与所述固体吸湿剂热回收单元进行热质交换，所述锅炉烟气被所述固体吸湿剂热回收单元吸收热量和水分后成为排烟；然后所述固体吸湿剂热回收单元旋转至与室外风进行热质交换，所述室外风被所述固体吸湿剂热回收单元加热加湿后成为锅炉进风并被送至所述锅炉中。
2.如权利要求1所述的一种锅炉烟气余热回收装置，其特征在于，所述固体吸湿剂热回收单元包括：
壳体；
固体吸湿剂处理模块，所述固体吸湿剂处理模块转动设置于所述壳体内且与所述壳体之间存在环形空间；
分隔隔板，所述分隔隔板将所述固体吸湿剂处理模块的内部通道分隔为烟气处理通道和锅炉进风处理通道；同时，所述分隔隔板将所述环形空间分隔为烟气流通通道和锅炉进风流通通道，且所述烟气处理通道经所述固体吸湿剂处理模块与所述烟气流通通道相连通，所述锅炉进风处理通道经所述固体吸湿剂处理模块与所述锅炉进风流通通道相连通；
所述烟气处理通道的进口与所述直接喷淋式烟气热回收单元的烟气出口相连通，所述锅炉进风流通通道的出口与所述锅炉的进气口相连通。
3.如权利要求1所述的一种锅炉烟气余热回收装置，其特征在于，所述直接喷淋式烟气热回收单元包括烟气-水喷淋塔、循环水泵和水-水换热器；所述烟气-水喷淋塔底部的溶液出口经所述循环水泵和水-水换热器连接所述烟气-水喷淋塔的喷淋进口，所述水-水换热器的换热端进水管连接热网回水，出水管经所述锅炉后连接热网供水。
4.如权利要求2所述的一种锅炉烟气余热回收装置，其特征在于，所述壳体为两端敞口的圆筒形结构，所述固体吸湿剂处理模块为两端敞口的圆环形柱体结构，且所述固体吸湿剂处理模块由蜂窝状基体制作而成，其上贴附有固体吸湿剂；所述固体吸湿剂处理模块通过转轴同轴地转动支撑于所述壳体内。
5.如权利要求4所述的一种锅炉烟气余热回收装置，其特征在于，所述固体吸湿剂处理模块还包括两个半圆形的端盖，其中一个所述端盖封闭设置在所述烟气处理通道的出口处，另一个所述端盖封闭设置在所述锅炉进风处理通道的出口处。
6.一种锅炉烟气余热回收装置，包括与锅炉的烟气出口相连通的直接喷淋式烟气热回收单元，其特征在于，该装置还包括固体吸湿剂转轮，由所述直接喷淋式烟气热回收单元流出的锅炉烟气先流经所述固体吸湿剂转轮的除湿区，与其中的固体吸湿剂进行热质交换，所述锅炉烟气中的热量和水分被所述固体吸湿剂吸收后成为排烟；室外风流经所述固体吸湿剂转轮的再生区，与其中的固体吸湿剂进行热质交换，所述室外风被加热加湿后成为锅炉进风并被送至所述锅炉中。
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