CN109737440A - 一种锅炉烟气深度余热回收***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种烟气深度余热回收***及方法,一次网回水依次经过空气预热器与冷空气进行换热、进入吸收式热泵的高温端被加热、进入第二间壁式换热器与高温烟气进行换热、最后进入锅炉被再次加热;被加热的冷空气通入锅炉内提供氧气;高温烟气降温后的低温烟气进入喷淋塔内进行喷淋降温,降温后的烟气排放;喷淋液经中和后被泵入第一间壁式换热器对二次网回水进行加热,冷凝后的喷淋液进入吸收式热泵再次进行热量回收,将热量传递给一次网回水,再次降温后的喷淋液输送至喷淋塔的喷淋层,对烟气喷淋降温。可以将烟气温度降至30℃以下,大幅提高燃气锅炉效率。
Description
技术领域
本发明属于工业锅炉和节能技术领域,涉及一种锅炉烟气深度余热回收方法,具体涉及一种基于直燃型吸收式热泵、直接接触式换热器、空气预热器以及间壁式换热器的锅炉烟气深度余热回收技术。
背景技术
公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解,而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
随着清洁采暖在北方地区的实施,燃气锅炉供热成为一种重要的供热方式。根据清洁采暖规划,“2+26”城市2017-2021年累计新增天然气供暖面积18亿平方米,新增用气230亿立方米,其中燃气锅炉新建/改造5万蒸吨,新增用气56亿立方米。我国燃气资源并不丰富,提高燃气供热效率是很重要的。同时在锅炉损失中,烟气余热损失又是其中最大的一项。
目前,常用的燃气锅炉烟气余热回收技术主要分为两种,吸收式热泵技术和直接、间接换热器技术。吸收式热泵是以热能为动力,利用溶液的吸收特性来实现将热量从低温热源向高温热源泵送的大型水/水热泵机组。吸收式热泵技术可以将烟气温度降至30℃以下,但是投资较大,回收1MW热量大约投资120万;换热器技术,烟气温度受到冷源温度的限制,一般难以降到50℃以下,而且烟气冷凝到一定的温度会冷凝,产生酸性冷凝水,酸性冷凝水会对换热器产生较为严重的腐蚀,所以需要采用防腐蚀的换热器,不论是316L还是改性材料,造价很高,而且难以保证完全不腐蚀。
发明内容
针对上述现有技术中存在的技术问题,本发明的目的是提供一种烟气深度余热回收***及方法。该***和方法可以将烟气温度降至30℃以下,不但可以大幅提高燃气锅炉效率,而且可以将烟气中的水蒸气和烟气中的有害物质大量凝结,实现水的回收利用,并进一步降低烟气对周围环境的影响。
为了解决以上问题,本发明的技术方案为:
一种锅炉烟气深度余热回收***,包括第一间壁式换热器、第二间壁式换热器、吸收式热泵、空气预热器和喷淋塔,一次网回水管道依次与空气预热器的热介质通道、吸收式热泵的高温热源端、所述第二间壁式换热器的热介质通道、锅炉连接;
所述空气预热器的冷介质通道与空气源连接,第二间壁式换热器的热介质通道与锅炉烟气出口连接;
第二间壁式换热器的热介质通道出口与所述喷淋塔的气体进口连接;
喷淋塔塔釜通过泵与中介水供水管道连接,中介水供水管道与第一间壁式换热器的热介质通道进口连接,中介水回水管道一端与第一间壁式换热器的热介质通道出口连接,另一端通过所述吸收式热泵的低温热源端与喷淋塔的喷淋层连接;
所述第一间壁式换热器的冷介质管道的进口和出口分别与二次网回水管道和二次网供水管道连接。
热力管道工程中,热力主干线一般惯称为一次网,一次网是指从热供应站出来的热水所走的总的管道网络,通常是只到热交换站,不直接对用户供暖。
二次网是指地方热交换站与一次网换热后,直接与热用户连接的热水管道。即热量是通过换热器从一次网传到二次网,二次网传导用户。
一次网回水温度较高,首先通过空气预热器对空气进行预热,将空气加热到一定温度,被加热的空气输送至锅炉内供氧,可以避免低温空气进入锅炉产生爆燃现象,同时对于采用烟气回流低氮燃烧技术的情形,能避免低温空气与烟气混合后产生冷凝。
首先通过空气预热器对空气进行预热,可以回收一次网回水中的较多热量,降低一次网回水的温度。被降温的一次网回水进入吸收式热泵中,吸收式热泵吸收中介水中的热量,然后将这部分热量传递给一次网回水,对一次网回水进行加热,可以实现对中介水的降温。由于中介水的温度与一次网回水的温度相差较少,且只需将中介水由45℃左右冷却到20℃左右,可以显著降低热泵的投资。同时采用较高温度的一次网回水利用间壁式换热器对高温烟气进行换热降温,降温后的烟气温度较高,在80℃左右,在此温度下,烟气中的水蒸汽不会发生冷凝,可以有效避免酸性冷凝水对换热器造成腐蚀。
经过一次降温后的低温烟气进入喷淋塔中采用喷淋降温的方法进行二次余热回收,可将烟气的温度降至30℃以下。由于将烟气中的热量进行了充分利用,所以大幅提高了燃气锅炉的效率。而且将烟气降温至30℃以下,可以将烟气中的水蒸气大量凝结,并且将烟气中的较多的有害物质冷凝进入冷凝水中,该部分冷凝水进入喷淋水中,经过中和处理后,较高温度的喷淋水可以经过间壁式换热器与二次网回水进行换热,对二次网回水进行加热,以进一步提高热量的利用率。
优选的,所述锅炉烟气深度余热回收***还包括加药装置,加药装置与所述喷淋塔连接。加药装置向喷淋塔中加入碱性物质,以对喷淋水进行中和,防止对间壁式换热器造成腐蚀。
优选的,所述第一间壁式换热器和第二间壁式换热器为板式换热器。
优选的,一次网回水向空气预热器的供水管道与回水管道之间连接有第一阀门。
调节第一阀门的开度可以调节一次网回水向空气预热器中的流量,继而调节被加热的空气的温度和被冷却的一次网回水的温度,以保证锅炉的正常运行和调节依次网回水的合适温度,保证对高温烟气的冷凝效果。
优选的,一次网回水向吸收式热泵的供水管道和回水管道之间连接有第二阀门。调节第二阀门的开闭以及开启程度,以调整一次网回水通往吸收式热泵的比例,实现对一次网回水温度的调整和对中介水温度的调整,以保证对高温烟气较好的降温效果,同时保证对低温烟气的较好的降温效果。
一种烟气深度余热回收方法,包括如下步骤:
一次网回水依次经过空气预热器与冷空气进行换热、进入吸收式热泵的高温端被加热、进入第二间壁式换热器与高温烟气进行换热、最后进入锅炉被再次加热;
被加热的冷空气通入锅炉内提供氧气;高温烟气降温后的低温烟气进入喷淋塔内进行喷淋降温,降温后的烟气排放;
喷淋液经中和后被泵入第一间壁式换热器对二次网回水进行加热,冷凝后的喷淋液进入吸收式热泵再次进行热量回收,将热量传递给一次网回水,再次降温后的喷淋液输送至喷淋塔的喷淋层,对烟气喷淋降温。
优选的,被加热的冷空气的温度为20-30℃。
一次网回水的温度为55℃附近,可以对冷空气进行较好加热。
优选的,所述高温烟气经过降温后的低温烟气的温度为80-85℃。
优选的,输送至喷淋层的喷淋液的温度为18-22℃。
优选的,所述高温烟气的温度为145-155℃。
本发明的有益效果为:
将烟气温度降至30℃以下,大幅提高燃气锅炉效率,如果以锅炉出口烟气温度150℃计算,锅炉效率将提高15%以上,节约燃气,降低了运行费用。同时烟气中水蒸气大量凝结,可以将相当一部分有害物质冷凝下来,中和处理后又可以作为热网补水进入大网中。
高温烟气段(≥85℃)使用间壁式换热器回收余热,该段烟气不发生冷凝,避免冷凝水腐蚀换热器;低温烟气段(85℃-30℃)采用喷淋塔回收余热,换热效果好,同时用加药装置中和冷凝水,避免中介水对换热器的腐蚀,也不必采用昂贵的316L或者其他改性材料换热器。
采用二次网回水+热泵分段回收烟气低温段热量。中介水55℃-45℃段,使用板式换热器加热二次网回水;45℃-20℃段,采用吸收式热泵技术加热一次网回水,与仅用热泵回收55℃-20℃的中介水相比,降低热泵投资。
通过空气-一次网回水-烟气方式,回收烟气余热,将空气加热至20℃以上,可避免因低温空气进入锅炉产生的爆燃现象,同时对于采用烟气回流低氮燃烧技术的情形,能避免低温空气与烟气混合后产生冷凝。与传统的烟气-空气式空气预热器相比,空气-一次网回水空气预热器换热系数大,减少了换热面积,节省投资。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解,本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明,并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的工艺流程图。
其中,1、加药装置,2、喷淋塔,3、第一间壁式换热器,4、空气预热器,5、吸收式热泵,6、第二间壁式换热器。
具体实施方式
应该指出,以下详细说明都是例示性的,旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明,本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是,这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式,而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的,除非上下文另外明确指出,否则单数形式也意图包括复数形式,此外,还应当理解的是,当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时,其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示,一种锅炉烟气深度余热回收***,包括第一间壁式换热器3、第二间壁式换热器6、吸收式热泵5、空气预热器4、喷淋塔2和加药装置1,一次网回水管道依次与空气预热器4的热介质通道、吸收式热泵5的高温热源端、所述第二间壁式换热器6的热介质通道、锅炉连接;
所述空气预热器4的冷介质通道与空气源连接,该处的空气源可以为空气压缩机或风机,第二间壁式换热器6的热介质通道与锅炉烟气出口连接;
第二间壁式换热器6的热介质通道出口与所述喷淋塔2的气体进口连接;
喷淋塔2塔釜通过泵与中介水供水管道连接,中介水供水管道与第一间壁式换热器3的热介质通道进口连接,中介水回水管道一端与第一间壁式换热器3的热介质通道出口连接,另一端通过所述吸收式热泵5的低温热源端与喷淋塔2的喷淋层连接;
所述第一间壁式换热器3的冷介质管道的进口和出口分别与二次网回水管道和二次网供水管道连接;
加药装置1通过泵与所述喷淋塔2连接。加药装置1通过泵向喷淋塔中加入碱性物质,以对喷淋水进行中和,防止对间壁式换热器造成腐蚀。
喷淋塔,又称喷雾塔,塔内无填料或塔板,设置有喷嘴的吸收塔。液体由塔顶进入,经过喷嘴被喷成雾状或雨滴状,气体由塔下部进入,与雾状或雨滴状的液体密切接触进行传质和传热。
间壁式换热器是冷、热流体被一层固体壁面(管或板)隔开,不相混合,通过间壁进行热交换。所述第一间壁式换热器3和第二间壁式换热器6可以为板式换热器。
具体的,一次网回水向空气预热器的供水管道与回水管道之间连接有第一阀门。调节第一阀门的开度可以调节一次网回水向空气预热器中的流量,继而调节被加热的空气的温度和被冷却的一次网回水的温度,以保证锅炉的正常运行和调节依次网回水的合适温度,保证对高温烟气的冷凝效果。同时,一次网回水向空气预热器的供水管道和回水管道上均设置有阀门,以控制一次网回水通往空气预热器的流速和流量。
中介水供水管道和中介水回水管道上均设置有阀门。中介水通往吸收式换热器的供水管道和回水管道上均设置有阀门。
一次网回水向吸收式热泵的供水管道和回水管道之间连接有第二阀门。调节第二阀门的开闭以及开启程度,以调整一次网回水通往吸收式热泵的比例,实现对一次网回水温度的调整和对中介水温度的调整,以保证对高温烟气较好的降温效果,同时保证对低温烟气的较好的降温效果。同时,该供水管道和回水管道上均设置有阀门。
一次网回水通往第二间壁式换热器的供水管道和回水管道上均设置有阀门。
热力管道工程中,热力主干线一般惯称为一次网,一次网是指从热供应站出来的热水所走的总的管道网络,通常是只到热交换站,不直接对用户供暖。
二次网是指地方热交换站与一次网换热后,直接与热用户连接的热水管道。即热量是通过换热器从一次网传到二次网,二次网传导用户。
一次网回水温度较高,首先通过空气预热器对空气进行预热,将空气加热到一定温度,被加热的空气输送至锅炉内供氧,可以避免低温空气进入锅炉产生爆燃现象,同时对于采用烟气回流低氮燃烧技术的情形,能避免低温空气与烟气混合后产生冷凝。
首先通过空气预热器对空气进行预热,可以回收一次网回水中的较多热量,降低一次网回水的温度。被降温的一次网回水进入吸收式热泵中,吸收式热泵吸收中介水中的热量,然后将这部分热量传递给一次网回水,对一次网回水进行加热,可以实现对中介水的降温。由于中介水的温度与一次网回水的温度相差较少,且只需将中介水由45℃左右冷却到20℃左右,可以显著降低热泵的投资。同时采用较高温度的一次网回水利用间壁式换热器对高温烟气进行换热降温,降温后的烟气温度较高,在80℃左右,在此温度下,烟气中的水蒸汽不会发生冷凝,可以有效避免酸性冷凝水对换热器造成腐蚀。
经过一次降温后的低温烟气进入喷淋塔中采用喷淋降温的方法进行二次余热回收,可将烟气的温度降至30℃以下。由于将烟气中的热量进行了充分利用,所以大幅提高了燃气锅炉的效率。而且将烟气降温至30℃以下,可以将烟气中的水蒸气大量凝结,并且将烟气中的较多的有害物质冷凝进入冷凝水中,该部分冷凝水进入喷淋水中,经过中和处理后,较高温度的喷淋水可以经过间壁式换热器与二次网回水进行换热,对二次网回水进行加热,以进一步提高热量的利用率。
一种烟气深度余热回收方法,包括如下步骤:
一次网回水依次经过空气预热器与冷空气进行换热、进入吸收式热泵的高温端被加热、进入第二间壁式换热器与高温烟气进行换热、最后进入锅炉被再次加热;
被加热的冷空气通入锅炉内提供氧气;高温烟气降温后的低温烟气进入喷淋塔内进行喷淋降温,降温后的烟气排放;
喷淋液经中和后被泵入第一间壁式换热器对二次网回水进行加热,冷凝后的喷淋液进入吸收式热泵再次进行热量回收,将热量传递给一次网回水,再次降温后的喷淋液输送至喷淋塔的喷淋层,对烟气喷淋降温。
各种工质的流程分别如下:
烟气侧:高温烟气进入位于锅炉尾部的间壁式换热器,通过一次网回水降低至80℃,此时烟气中水蒸气处于过热状态;80℃烟气进入喷淋塔,在喷淋塔中被中介水降温至30℃排至大气中。此时烟气中80%水蒸气被冷却,并通过加药装置中和。
空气侧:在空气预热器中,一次网回水将空气加热到20℃-30℃,后由风机送入锅炉。如采用烟气回流低氮燃烧技术,根据回流比例不同,可以保证加热后的空气与烟气混合后不冷凝。
一次网回水侧:一次网回水温度约55℃,先进入空气预热器降低温度,后进入热泵、锅炉尾部间壁式换热器进行加热,最后进入锅炉加热。
烟气冷却中介水:烟气冷却中介水回水温度大约20℃,进入喷淋塔后被烟气加热至55℃,随后进入二次侧板式换热器,通过二次网回水降至45℃,后进入吸收式热泵,温度降至20℃,最后进入喷淋塔完成循环。
二次网回水侧:二次网回水大约40℃,先进入间壁式换热器,被中介水加热至50℃,输送至用户处进行供热。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种锅炉烟气深度余热回收***,其特征在于:包括第一间壁式换热器、第二间壁式换热器、吸收式热泵、空气预热器和喷淋塔,一次网回水管道依次与空气预热器的热介质通道、吸收式热泵的高温热源端、所述第二间壁式换热器的热介质通道、锅炉连接;
所述空气预热器的冷介质通道与空气源连接,第二间壁式换热器的热介质通道与锅炉烟气出口连接;
第二间壁式换热器的热介质通道出口与所述喷淋塔的气体进口连接;
喷淋塔塔釜通过泵与中介水供水管道连接,中介水供水管道与第一间壁式换热器的热介质通道进口连接,中介水回水管道一端与第一间壁式换热器的热介质通道出口连接,另一端通过所述吸收式热泵的低温热源端与喷淋塔的喷淋层连接;
所述第一间壁式换热器的冷介质管道的进口和出口分别与二次网回水管道和二次网供水管道连接。
2.根据权利要求1所述的锅炉烟气深度余热回收***,其特征在于:所述锅炉烟气深度余热回收***还包括加药装置,加药装置与所述喷淋塔连接。
3.根据权利要求1所述的锅炉烟气深度余热回收***,其特征在于:所述第一间壁式换热器和第二间壁式换热器为板式换热器。
4.根据权利要求1所述的锅炉烟气深度余热回收***,其特征在于:一次网回水向空气预热器的供水管道与回水管道之间连接有第一阀门。
5.根据权利要求1所述的锅炉烟气深度余热回收***,其特征在于:一次网回水向吸收式热泵的供水管道和回水管道之间连接有第二阀门。
6.一种烟气深度余热回收方法,其特征在于:包括如下步骤:
一次网回水依次经过空气预热器与冷空气进行换热、进入吸收式热泵的高温端被加热、进入第二间壁式换热器与高温烟气进行换热、最后进入锅炉被再次加热;
被加热的冷空气通入锅炉内提供氧气;高温烟气降温后的低温烟气进入喷淋塔内进行喷淋降温,降温后的烟气排放;
喷淋液经中和后被泵入第一间壁式换热器对二次网回水进行加热,冷凝后的喷淋液进入吸收式热泵再次进行热量回收,将热量传递给一次网回水,再次降温后的喷淋液输送至喷淋塔的喷淋层,对烟气喷淋降温。
7.根据权利要求6所述的烟气深度余热回收方法,其特征在于:被加热的冷空气的温度为20-30℃。
8.根据权利要求6所述的烟气深度余热回收方法,其特征在于:所述高温烟气经过降温后的低温烟气的温度为80-85℃。
9.根据权利要求6所述的烟气深度余热回收方法,其特征在于:输送至喷淋层的喷淋液的温度为18-22℃。
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