CN111486615A - 一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化*** - Google Patents
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Abstract
一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，属于热泵***领域。所述的光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***包括吸收式热泵、喷淋塔、净化塔、换热器和蓄热箱，还可以设置联合光伏发电装置、静电除尘装置、干灰收集装置等辅助部件。该***可利用热泵将太阳能发电，光伏板吸收热量装置、烟气余热回收以及烟气净化装置耦合，达到梯级余热利用及净化效果。这种太阳能结合热泵的余热回收烟气净化***可在利用太阳能的基础上保证太阳能不足时的热水供热温度以及热泵自身的用电问题，保证了***运转的经济性。
Description
技术领域
本发明属于热泵***领域，尤其涉及一种结合光伏的二次余热回收及净化***。
背景技术
中国已经成为世界上第一大化石能源消费国家，伴随着经济突飞猛进的发展，不可避免的产生了资源用量消耗过大的现象，不合理的能源利用模式所带来的环境影响显现出来。长期以来，锅炉空气预热器的尾部受热面由于结露而引起的腐蚀现象时常发生，以至于目前在锅炉设计时不得不通过提高排烟温度来缓解结露和腐蚀现象的产生，甚至在小型的工业锅炉上不设置空气预热器，仅仅设置铸铁式省煤器，因为铸铁式省煤器管壁较厚，可以承受较长时间的腐蚀，从而造成锅炉排烟温度偏高，大量的低温余热浪费。因此，燃气供热***的节能、提效成为工作的重点。
燃气锅炉排烟热损失是影响锅炉效率的最主要因素，与燃煤相比，燃烧天然气虽然排放的二氧化硫及氮氧化物的含量很少，减轻了对环境的压力，但燃烧后产生的大量水蒸气随高温烟气排放到环境中，造成了能量的严重浪费。此外，排烟中包含大量的水蒸气，排放后遇冷凝结以“白烟”的形式排放到大气中，成为雾霾的诱因之一。因此，虽然燃气锅炉排放相对清洁，但仍存在热量损失和污染的问题，需要进一步解决。而常规的烟气余热回收***很难将烟气的热量进行充分的回收利用，且利用热泵进行热回收初投资较高。
发明内容
为了解决现有技术存在的上述问题，本发明提出了一种结合光伏的二次余热回收及净化***。
本发明的技术方案：
一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，所述的光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***包括吸收式热泵18、喷淋塔16、净化塔7、换热器1和蓄热箱4；
所述的吸收式热泵18分别与水箱B17、热网回水19和喷淋塔16相连通；水箱B17连通于喷淋塔16的下方，药剂箱20连通于水箱B17上方；烟气15由喷淋塔16底部进入，同时热网回水19的冷水经过吸收式热泵18降温，吸收式热泵18降温后的水经循环水泵6输送至喷淋塔16中，用于喷淋烟气进行降温；喷淋塔16喷淋后的水进入喷淋塔16下方的水箱B17中，水箱B17中的水经药剂中和回流至吸收式热泵18中，经初级净化后的烟气进入下一级净化净化塔7；
所述的喷淋塔16通过管道与净化塔7相连，管道上设置引风机21；所述的净化塔7底部由上至下分别设置石灰浆液层11、隔板12和尿素层13；其中，石灰浆液层11由石灰浆液池9供给，尿素层13由尿素池10供给；尿素层13与净化塔7上部设置管道，管道上设置循环水泵6；石灰浆液层11与废液收集装置14相连；喷淋塔16中经过一次喷淋净化的烟气，由引风机21引入净化塔7的石灰浆液层11，对烟气进行脱硫处理；同时，尿素层13中的尿素由循环水泵6输送至净化塔7上部，对烟气进行喷淋脱硝；喷淋下来的尿素和石灰浆混合会产生氨气，氨气易容于水，与石灰浆回流至废液收集装置14中；
所述的净化塔7上方设置换热器1，换热器1的一端与用户端水网相连，另一端与水箱A8相连，水箱A8下方通过三叉管道与石灰浆液层11、废液收集装置14相连，上方通过管道与蓄热箱4的一端相连，蓄热箱4的另一端与用户端相连；蓄热箱4的上方设置热管2回网，其中位于蓄热箱4两侧的热管2的底端与外部冷水34相连，中间的热管2与蓄热箱4相连；经过净化塔7后的烟气向上运动，同时水箱A8中的水在换热器1中进行换热，升温后的热水从换热器1中出来输送给用户端；烟气继续上升，同时外部冷水34为热管2提供冷水，烟气与热管2中的冷水进行换热，换热后的水存至蓄热箱4中，一部通向用户端，另一部分通向水箱8；换热器1进行二次换热，从水箱8中供给热水到换热器1，因下层烟气温度更高，换热器1中热水会吸收烟气余热变为温度更高的热水供给用户使用。
所述的联合光伏发电装置29设置于冷凝塔外侧，用于接收光能产生电能；冷凝塔的内墙31用于设置热管2；冷凝塔的外墙***设置围护结构30，用于固定联合光伏发电装置29；热管2能够通过回水吸收烟气余热和联合光伏发电装置29的热量。
所述联合光伏发电装置29分为串联和并联两种形式，每个联合光伏发电装置29分别连接汇流箱22，汇流箱22连接直流柜23，直流柜23连接逆变器24；逆变器24分别连接升压***25和数据采集器26，升压***25通过导线连接电网。数据采集器26一端连接温度仪和辐照仪27，一端连接计算机28。
增设静电除尘装置32和干灰收集装置33，静电除尘装置32与内墙相连；所述的干灰收集装置33上端与静电除尘装置32相连，下端通过管道连接干灰出口。
所述的吸收式热泵18由为溴化锂吸收式热泵，发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器组成。
通往所述用户端的管道始端设置自感温度测量仪5，用于进行水温的检测，根据水温输送给不同需求的用户。
本发明的有益效果；
(1)净化塔中利用引风机将烟气吹进石灰浆液池中，既增大了排烟速率，又在一定程度上缓和了固体结垢堵塞排烟口的问题。
(2)石灰浆液池选用石灰脱硫。相比石灰石，石灰脱硫需控制的PH范围更大，在操作上难度会更小。且石灰脱硫的液气比(石灰浆液和脱硫浆液的比值)更大，需要的浆液更多，因此塔体直径要更大，可以贴的光伏板数量更多，吸收更多的太阳能。烟气通过石灰浆液时会对烟气有洗涤作用，降低了颗粒浓度，达到部分脱白的目的，同时石灰浆液吸收了硫氧化物和二氧化氮，降低了脱硝层的压力。喷淋液体最终进入石灰浆液，对脱硫部分有补水作用，对烟气也有洗涤作用。以上涉及的化学反应放热，烟气温度较高，经过换热器后可以中介水吸收大量热量。高温中介水经过利用后成为低温水，可以输入进石灰浆液池降低其补水压力。
(3)热管在内墙与钢护结构之间，通过回水吸收烟气余热和光伏板热量。
附图说明
图1为光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***。
图2为光伏串并联结构图。
图3为螺旋板式换热器。
图中：1换热器，2热管，3阀门，4蓄热箱，5自感温度测量仪，6循环水泵，7净化塔，8水箱A，9石灰浆液池，10尿素池，11石灰浆液层，12隔板，13尿素层，14废液收集装置，15烟气，16喷淋塔，17水箱B，18吸收式热泵，19热网回水，20药剂箱，21引风机，22汇流箱，23直流柜，24逆变器，25升压***，26数据采集器，27温度仪和辐照仪，28计算机，29联合光伏发电装置29，30围护结构，31内墙，32静电除尘装置，33干灰收集装置；34外部冷水。
具体实施方式
以下结合实施例和附图对本发明的技术方案进行具体描述。
一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，所述的光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***包括吸收式热泵18、喷淋塔16、净化塔7、换热器1和蓄热箱4；
所述的吸收式热泵18分别与水箱B17、热网回水19和喷淋塔16相连通；水箱B17连通于喷淋塔16的下方，药剂箱20连通于水箱B17上方；烟气15由喷淋塔16底部进入，同时热网回水19的冷水经过吸收式热泵18降温，吸收式热泵18降温后的水经循环水泵6输送至喷淋塔16中，用于喷淋烟气进行降温；喷淋塔16喷淋后的水进入喷淋塔16下方的水箱B17中，水箱B17中的水经药剂中和回流至吸收式热泵18中，经初级净化后的烟气进入下一级净化净化塔7；
所述的喷淋塔16通过管道与净化塔7相连，管道上设置引风机21；所述的净化塔7底部由上至下分别设置石灰浆液层11、隔板12和尿素层13；其中，石灰浆液层11由石灰浆液池9供给，尿素层13由尿素池10供给；尿素层13与净化塔7上部设置管道，管道上设置循环水泵6；石灰浆液层11与废液收集装置14相连；喷淋塔16中经过一次喷淋净化的烟气，由引风机21引入净化塔7的石灰浆液层11，对烟气进行脱硫处理；同时，尿素层13中的尿素由循环水泵6输送至净化塔7上部，对烟气进行喷淋脱硝；喷淋下来的尿素和石灰浆混合会产生氨气，氨气易容于水，与石灰浆回流至废液收集装置14中；
所述的净化塔7上方设置换热器1，换热器1的一端与用户端水网相连，另一端与水箱A8相连，水箱A8下方通过三叉管道与石灰浆液层11、废液收集装置14相连，上方通过管道与蓄热箱4的一端相连，蓄热箱4的另一端与用户端相连；蓄热箱4的上方设置热管2回网，其中位于蓄热箱4两侧的热管2的底端与外部冷水34相连，中间的热管2与蓄热箱4相连；经过净化塔7后的烟气向上运动，同时水箱A8中的水在换热器1中进行换热，升温后的热水从换热器1中出来输送给用户端；烟气继续上升，同时外部冷水34为热管2提供冷水，烟气与热管2中的冷水进行换热，换热后的水存至蓄热箱4中，一部通向用户端，另一部分通向水箱8；换热器1进行二次换热，从水箱8中供给热水到换热器1，因下层烟气温度更高，换热器1中热水会吸收烟气余热变为温度更高的热水供给用户使用。
所述的联合光伏发电装置29设置于冷凝塔外侧，用于接收光能产生电能；冷凝塔的内墙31用于设置热管2；冷凝塔的外墙***设置围护结构30，用于固定联合光伏发电装置29；热管2能够通过回水吸收烟气余热和联合光伏发电装置29的热量。
所述联合光伏发电装置29分为串联和并联两种形式，每个联合光伏发电装置29分别连接汇流箱22，汇流箱22连接直流柜23，直流柜23连接逆变器24；逆变器24分别连接升压***25和数据采集器26，升压***25通过导线连接电网。数据采集器26一端连接温度仪和辐照仪27，一端连接计算机28。
静电除尘装置32与内墙相连；所述的干灰收集装置33上端与静电除尘装置32相连，下端通过管道连接干灰出口。
所述的吸收式热泵18为溴化锂吸收式热泵，由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器组成。
通往所述用户端的管道始端设置自感温度测量仪5，用于进行水温的检测，根据水温输送给不同需求的用户。
所述的废液收集装置14上方两个阀门用于：给石灰浆供水稀释时打开上阀门关闭下阀门，收集废液时关闭上阀门打开下阀门，通过水泵将废液收集至废液收集装置14。
所述药剂箱20中的药剂为碱性药剂；如烧碱。由于烟气中含有SO2，NOx,及粉尘等污染物，酸性气体溶于水对设备有腐蚀性，所以设置药剂箱20，加碱产生中和效果保证喷淋水中性。
所述换热器1是一种新型换热器，传热效率好，运行稳定性高，可多台共同工作。传热效率为列管式换热器的1-3倍。等截面单通道不存在流动死区，换热时螺旋板式换热器的传热系数最大可达3000W/(㎡.K)。
吸收式热泵18包括溶液侧和水侧，其中，溶液侧中溶液为LiBr溶液，LiBr溶液在发生器中吸收来袭驱动热源的热量，其中的水蒸气蒸发，溶液变浓。浓溶液进入吸收器，吸收来自蒸发器的制冷剂蒸汽，变成稀溶液同时释放热量给热网回水19。制冷剂蒸汽出发生器后，进入冷凝器冷凝，释放热量给热网回水19，之后再蒸发器中吸收热源水热量再重新蒸发，最后进入吸收器冷凝同时稀释LiBr浓溶液，如此完成一个循环；水侧：热网回水19一次进入吸收器和冷凝器加热。热源水在蒸发器内放热降温。
各个部件之间的管道上可以设置阀门3，阀门3为电磁阀。
Claims (9)
1.一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，其特征在于，所述的光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***包括吸收式热泵(18)、喷淋塔(16)、净化塔(7)、换热器(1)和蓄热箱(4)；
所述的吸收式热泵(18)分别与水箱B(17)、热网回水(19)和喷淋塔(16)相连通；水箱B(17)连通于喷淋塔(16)的下方，药剂箱(20)连通于水箱B(17)上方；烟气(15)由喷淋塔(16)底部进入，同时热网回水(19)的冷水经过吸收式热泵(18)降温，吸收式热泵(18)降温后的水经循环水泵(6)输送至喷淋塔(16)中，用于喷淋烟气进行降温；喷淋塔(16)喷淋后的水进入喷淋塔(16)下方的水箱B(17)中，水箱B(17)中的水经药剂中和回流至吸收式热泵(18)中，经初级净化后的烟气进入下一级净化塔(7)；
所述的喷淋塔(16)通过管道与净化塔(7)相连，管道上设置引风机(21)；所述的净化塔(7)底部由上至下分别设置石灰浆液层(11)、隔板(12)和尿素层(13)；其中，石灰浆液层(11)由石灰浆液池(9)供给，尿素层(13)由尿素池(10)供给；尿素层(13)与净化塔(7)上部设置管道，管道上设置循环水泵(6)；石灰浆液层(11)与废液收集装置(14)相连；喷淋塔(16)中经过一次喷淋净化的烟气，由引风机(21)引入净化塔(7)的石灰浆液层(11)，对烟气进行脱硫处理；同时，尿素层(13)中的尿素由循环水泵(6)输送至净化塔(7)上部，对烟气进行喷淋脱硝；喷淋下来的尿素和石灰浆混合会产生氨气，氨气易容于水，与石灰浆回流至废液收集装置(14)中；
所述的净化塔(7)上方设置换热器(1)，换热器(1)的一端与用户端水网相连，另一端与水箱A(8)相连，水箱A(8)下方通过三叉管道与石灰浆液层(11)、废液收集装置(14)相连，上方通过管道与蓄热箱(4)的一端相连，蓄热箱(4)的另一端与用户端相连；蓄热箱(4)的上方设置热管(2)回网，其中位于蓄热箱(4)两侧的热管(2)的底端与外部冷水(34)相连，中间的热管(2)与蓄热箱(4)相连；经过净化塔(7)后的烟气向上运动，同时水箱A(8)中的水在换热器(1)中进行换热，升温后的热水从换热器(1)中出来输送给用户端；烟气继续上升，同时外部冷水(34)为热管(2)提供冷水，烟气与热管(2)中的冷水进行换热，换热后的水存至蓄热箱(4)中，一部通向用户端，另一部分通向水箱(8)；换热器(1)进行二次换热，从水箱(8)中供给热水到换热器(1)，因下层烟气温度更高，换热器(1)中热水会吸收烟气余热变为温度更高的热水供给用户使用。
2.根据权利要求1所述的一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，其特征在于，联合光伏发电装置(29)设置于冷凝塔外侧，用于接收光能产生电能；冷凝塔的内墙(31)用于设置热管(2)；冷凝塔的外墙***设置围护结构(30)，用于固定联合光伏发电装置(29)；热管(2)能够通过回水吸收烟气余热和联合光伏发电装置(29)的热量。
3.根据权利要求2所述的一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，其特征在于，所述联合光伏发电装置(29)分为串联和并联两种形式，每个联合光伏发电装置(29)分别连接汇流箱(22)，汇流箱(22)连接直流柜(23)，直流柜(23)连接逆变器(24)；逆变器(24)分别连接升压***(25)和数据采集器(26)，升压***(25)通过导线连接电网；数据采集器(26)一端连接温度仪和辐照仪(27)，一端连接计算机(28)。
4.根据权利要求1、2或3所述的一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，其特征在于，增设静电除尘装置(32)和干灰收集装置(33)，静电除尘装置(32)与内墙相连；所述的干灰收集装置(33)上端与静电除尘装置(32)相连，下端通过管道连接干灰出口。
5.根据权利要求1、2或3所述的一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，其特征在于，所述的吸收式热泵(18)为溴化锂吸收式热泵，由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器组成。
6.根据权利要求4所述的一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，其特征在于，所述的吸收式热泵(18)为溴化锂吸收式热泵，由发生器、冷凝器、蒸发器、吸收器组成。
7.根据权利要求1、2、3或6所述的一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，其特征在于，通往所述用户端的管道始端设置自感温度测量仪(5)，用于进行水温的检测，根据水温输送给不同需求的用户。
8.根据权利要求4所述的一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，其特征在于，通往所述用户端的管道始端设置自感温度测量仪(5)，用于进行水温的检测，根据水温输送给不同需求的用户。
9.根据权利要求5所述的一种光伏热泵耦合梯级余热利用及净化***，其特征在于，通往所述用户端的管道始端设置自感温度测量仪(5)，用于进行水温的检测，根据水温输送给不同需求的用户。
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