CN113776233B - 一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收*** - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***，包括燃气锅炉；燃气涡轮的烟气出口与第一喷淋塔的烟气入口相连通；第一喷淋塔顶部的烟气出口通过第二烟气通道，与第二喷淋塔的烟气入口相连通；第二喷淋塔的顶部，设置有开口向上的排烟烟道；第一喷淋塔，用于对燃气锅炉通过第一烟气通道排入的高温烟气进行直接喷淋操作，并将获得的余热水输出给第一压缩式热泵，以及将喷淋后降温的烟气输出给第二喷淋塔；第二喷淋塔，用于对第一喷淋塔排入的烟气进行喷淋操作，并将获得的余热水输出给第二压缩式热泵。本发明能够对燃气锅炉排出的烟气的热量进行可靠的热回收，保证换热的效率，并能够有效降低烟气的温度，充分利用烟气余热。

Description

一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***
技术领域
本发明涉及能源、环保及智能技术领域，特别是涉及一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***。
背景技术
目前，科研人员在减少能源能耗、提高能源的利用率方面，进行了大量技术研发。在我国“煤改气”(煤改气，即是将烧煤炭改为烧天然气)政策推行后，出现了大量的燃气供暖***，燃气供暖***最后的排烟问题，受到了社会广泛关注。
对于燃气供暖***，其中的燃气锅炉直接排放的高温含硫烟气，会造成大量的热能浪费以及对大气环境的高度污染，甚至造成雾霾。有不少人提出将烟气脱硫，并将余热进行回收再利用。
目前，将含硫烟气进行热回收的主要原理，是将高温烟气的热量传递给低温冷源，然后完成整个热回收过程。其中，通常采用的技术是间壁式换热和热管换热技术，这些技术对高温含硫烟气的热回收并不充分，换热效率较低，并且无法进行对热量的深度回收，使得排烟的温度较高，无法进一步降低。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的技术缺陷，提供一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***。
为此，本发明提供了一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***，包括燃气锅炉；
燃气涡轮右侧的烟气出口，通过中空的第一烟气通道，与中空的第一喷淋塔左侧下部的烟气入口相连通；
第一喷淋塔顶部的烟气出口，通过中空的第二烟气通道，与中空的第二喷淋塔左侧下部的烟气入口相连通；
第二喷淋塔，位于第一级喷淋塔的右上方；
第二喷淋塔的顶部，设置有开口向上的排烟烟道；
第一喷淋塔，用于对燃气锅炉通过第一烟气通道排入的高温烟气，进行直接喷淋操作，实现热量交换，并将喷淋后获得的余热水，通过第一余热水循环泵输出给第一压缩式热泵，以及将喷淋后降温的烟气，通过第二烟气通道，输出给第二喷淋塔；
第二喷淋塔，用于对第一喷淋塔排入的烟气，进行喷淋操作，实现热量交换，并将喷淋后获得的余热水，通过第二余热水循环泵输出给第二压缩式热泵，以及将喷淋后降温的烟气，向外排放；
第一压缩式热泵，与现有热网的出水口相连通，用于吸收所述第一余热水循环泵输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，返回输送给第一喷淋塔，以及对现有热网的出水口所输出的水进行加热，然后输出给燃气锅炉的进水口；
第二压缩式热泵，与现有热网的出水口相连通，用于吸收所述第二余热水循环泵输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，返回输送给第二喷淋塔，以及对现有热网的出水口所输出的水进行加热，然后输出给燃气锅炉的进水口；
燃气锅炉的出水口，通过设置有第一循环泵的连接管道，与现有热网的进水口相连通。
优选地，对于第一喷淋塔，其内腔上部设置有横向分布的第一喷淋管；
第一喷淋管的底部，等间隔设置有多个喷头；
第一喷淋塔的内腔下部，设置有第一接水盘；
第一接水盘底部中心位置的出水口，通过第一热水管路，与第一余热水循环泵的一端相连接；
第一余热水循环泵的另一端，与第一压缩式热泵的余热水进口相连通；
第一压缩式热泵的余热水出口，与第一喷淋管的一端相连通；
第一压缩式热泵的余热水出口和余热水进口，分别是一根中空的第一余热回收管道的上下两端开口；
第一压缩式热泵，用于吸收所述第一余热水循环泵输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，输送给第一喷淋管。
优选地，第一压缩式热泵，包括第一蒸发器、第一压缩机、第一冷凝器和第一膨胀阀；
第一蒸发器内，包括第一余热回收管道和第一蒸发器制冷剂换热管道；
第一冷凝器内，包括第一热网回水管道和第一冷凝器制冷剂换热管道；
第一余热回收管道的余热水进口，与第一余热水循环泵的另一端相连通；
第一冷凝器中第一余热回收管道的余热水出口，与第一喷淋管的一端相连通；
第一蒸发器制冷剂换热管道的下端开口，通过第一压缩机，与第一冷凝器制冷剂换热管道的下端开口相连通；
第一蒸发器制冷剂换热管道的上端开口，通过第一膨胀阀，与第一冷凝器制冷剂换热管道的上端开口相连通；
第一热网回水管道的上端开口，与现有热网的出水口相连通；
第一热网回水管道的下端开口，通过设置有第二循环泵的连接管道，与燃气锅炉的进水口相连通。
优选地，对于第二喷淋塔，其内腔上部设置有横向分布的第二喷淋管；
第二喷淋管的底部，等间隔设置有多个喷头；
第二喷淋塔的内腔下部，设置有第二接水盘；
第二接水盘底部中心位置的出水口，通过第二热水管路，与第二余热水循环泵的一端相连接；
第二余热水循环泵的另一端，与第二压缩式热泵的余热水进口相连通；
第二压缩式热泵的余热水出口，与第二喷淋管的一端相连通；
第二压缩式热泵的余热水出口和余热水进口，分别是一根中空的第二余热回收管道的上下两端开口；
第二压缩式热泵，用于吸收所述第二余热水循环泵输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，输送给第一喷淋管。
优选地，第二压缩式热泵，包括第二蒸发器、第二压缩机、第二冷凝器和第二膨胀阀；
第二蒸发器内，包括第二余热回收管道和第二蒸发器制冷剂换热管道；
第二冷凝器内，包括第二热网回水管道和第二冷凝器制冷剂换热管道；
第二余热回收管道的余热水进口，与第二余热水循环泵的另一端相连通；
第二冷凝器中第二余热回收管道的余热水出口，与第二喷淋管的一端相连通；
第二蒸发器制冷剂换热管道的下端开口，通过第二压缩机，与第二冷凝器制冷剂换热管道的下端开口相连通；
第二蒸发器制冷剂换热管道的上端开口，通过第二膨胀阀，与第二冷凝器制冷剂换热管道的上端开口相连通；
第二热网回水管道的上端开口，与现有热网的出水口相连通；
第二热网回水管道的下端开口，通过设置有第二循环泵的连接管道，与燃气锅炉的进水口相连通。
优选地，排烟烟道，包括圆柱形烟道段和圆锥台形状烟道段；
圆柱形烟道段，位于圆锥台形状烟道段的正上方；
圆柱形烟道段的顶部开口，且其下部开口与圆锥台形状烟道段的顶部开口相连通；
圆锥台形状烟道段的底部开口，与第二喷淋塔的顶部开口相连通。
优选地，第一烟气通道，为横向分布的直线型通道；
第二烟气通道，为先向上垂直延伸，然后再向右弯折的通道。
优选地，第二烟气通道的形状为L形。
优选地，第一喷淋塔采用的第一喷淋塔塔身，具体是采用内壁涂有陶瓷涂料的不锈钢塔身；
第一喷淋塔的内腔中下部具有的第一填料区内，填充有陶瓷填料；
第一喷淋塔中的第一喷淋管的喷头，位于第一填料区的正上方；
第二喷淋塔采用的第二喷淋塔塔身，具体是采用PP塑料的塔身；
第二喷淋塔内腔中下部具有的第二填料区内，填充有塑料填料；
第二喷淋塔中的第二喷淋管的喷头，位于第二填料区的正上方。
优选地，第一填料区内的陶瓷填料，具体是采用呈蜂窝状的圆形陶瓷填料块；
第二填料区的塑料填料，具体包括多个相互间隔的波形的PP填料块，多个PP填料块相互平行。
由以上本发明提供的技术方案可见，与现有技术相比较，本发明提供了一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***，其结构设计科学，能够对燃气锅炉排出的烟气的热量进行可靠的热回收，保证换热的效率，并且能够有效降低烟气的温度，充分利用烟气的余热，进而有效提升热泵的热泵能效值COP，具有重大的生产实践意义。
附图说明
图1为本发明提供的一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***的结构示意图；
图2为本发明提供的一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***. 一种具体实施例的结构示意图；
图3为本发明提供的一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***中，两级串联式烟气冷凝喷淋换热装置(包括第一级喷淋塔和第二集喷淋塔) 的结构示意图；
图4为在本发明中，采用的RNN(循环神经元)时序神经网络的示意图；
图5为在第一填料区的陶瓷填料的俯视结构示意图(即圆形俯视图)中，具有的一个局部矩形区域的放大示意图；
图6为在第二填料区的塑料填料的俯视结构示意图(即圆形俯视图)中，具有的一个局部矩形区域的放大示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明的实施例，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
参见图1至图3，本发明提供了一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***，包括燃气锅炉1；
燃气涡轮1右侧的烟气出口，通过中空的第一烟气通道22，与中空的第一喷淋塔4(具体形状为圆柱形)左侧下部的烟气入口相连通；
第一喷淋塔4顶部的烟气出口，通过中空的第二烟气通道23，与中空的第二喷淋塔8(具体形状为圆柱形)左侧下部的烟气入口相连通；
第二喷淋塔8，位于第一级喷淋塔4的右上方；
第二喷淋塔8的顶部，设置有开口向上的排烟烟道9；
第一喷淋塔4，用于对燃气锅炉1通过第一烟气通道22排入的高温烟气 (例如高温含硫烟气)，进行直接喷淋操作，实现热量交换，并将喷淋后获得的余热水，通过第一余热水循环泵16输出给第一压缩式热泵21，以及将喷淋后降温的烟气，通过第二烟气通道23，输出给第二喷淋塔8；
第二喷淋塔8，用于对第一喷淋塔4排入的烟气，进行喷淋操作，实现热量交换，并将喷淋后获得的余热水，通过第二余热水循环泵11输出给第二压缩式热泵20，以及将喷淋后降温的烟气，向外排放；
第一压缩式热泵21，与现有热网(例如现有的城市热网，即现有的城市集中供热管网)的出水口(即回水口)相连通，用于吸收所述第一余热水循环泵16输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，返回输送给第一喷淋塔4(具体是其中的第一喷淋管40)，以及对现有热网的出水口所输出的水进行加热，然后输出给燃气锅炉1的进水口；
第二压缩式热泵20，与现有热网的出水口(即回水口)相连通，用于吸收所述第二余热水循环泵11输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，返回输送给第二喷淋塔8(具体是其中的第二喷淋管80)，以及对现有热网的出水口所输出的水进行加热，然后输出给燃气锅炉1的进水口；
燃气锅炉1的出水口，通过设置有第一循环泵101的连接管道，与现有热网的进水口相连通。
需要说明的是，对于本发明，燃气锅炉1排出的高温烟气，首先通过第一喷淋塔4(具体是其中的第一喷淋管40)进行第一次喷淋操作，进行对烟气的第一次热量交换，然后，降温后的烟气继续进入到第二喷淋塔8，在第二喷淋塔8(具体是其中的第二喷淋管80)内进行第二次喷淋操作，让喷吹的水与第二喷淋塔8内的烟气进行直接的接触换热。在经过喷淋换热后的烟气，最终通过第二喷淋塔8顶部的排烟烟道9向外排出。
在本发明中，具体实现上，第一压缩式热泵21与现有热网的出水口之间的连通管道，与第二压缩式热泵20与现有热网的出水口之间的连通管道，相互串接。
在本发明中，具体实现上，对于第一喷淋塔4，其内腔上部设置有横向分布的第一喷淋管40；
第一喷淋管40的底部，等间隔设置有多个喷头；
需要说明的是，第一喷淋管40，用于通过喷头喷出水，与第一喷淋塔4 内的烟气进行直接的接触换热。
第一喷淋塔4的内腔下部，设置有第一接水盘3；
第一接水盘3底部中心位置的出水口，通过第一热水管路2，与第一余热水循环泵16的一端相连接；
第一余热水循环泵16的另一端，与第一压缩式热泵21的余热水进口相连通；
第一压缩式热泵21的余热水出口，与第一喷淋管40的一端相连通；
第一压缩式热泵21的余热水出口和余热水进口，分别是一根中空的第一余热回收管道的上下两端开口(第一余热回收管道具***于第一压缩式热泵21的第一蒸发器15中)；
第一压缩式热泵21(具体是其中的第一蒸发器15)，用于吸收所述第一余热水循环泵16输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，输送给第一喷淋管40。
具体实现上，第一压缩式热泵21，包括第一蒸发器15、第一压缩机19、第一冷凝器18和第一膨胀阀17；
第一蒸发器15内，包括第一余热回收管道和第一蒸发器制冷剂换热管道；
第一冷凝器18内，包括第一热网回水管道和第一冷凝器制冷剂换热管道；
第一余热回收管道的余热水进口，与第一余热水循环泵16的另一端相连通；
第一冷凝器18中第一余热回收管道的余热水出口，与第一喷淋管40的一端相连通；
第一蒸发器制冷剂换热管道的下端开口，通过第一压缩机19，与第一冷凝器制冷剂换热管道的下端开口相连通；
第一蒸发器制冷剂换热管道的上端开口，通过第一膨胀阀17，与第一冷凝器制冷剂换热管道的上端开口相连通；
第一热网回水管道的上端开口，与现有热网的出水口(即回水口)相连通；
第一热网回水管道的下端开口，通过设置有第二循环泵102的连接管道，与燃气锅炉1的进水口相连通。
在本发明中，具体实现上，对于第二喷淋塔8，其内腔上部设置有横向分布的第二喷淋管80；
第二喷淋管80的底部，等间隔设置有多个喷头；
需要说明的是，第二喷淋管80，用于通过喷头喷出水，与第二喷淋塔8 内的烟气进行直接的接触换热。
第二喷淋塔的内腔下部，设置有第二接水盘7；
第二接水盘7底部中心位置的出水口，通过第二热水管路6，与第二余热水循环泵11的一端相连接；
第二余热水循环泵11的另一端，与第二压缩式热泵20的余热水进口相连通；
第二压缩式热泵20的余热水出口，与第二喷淋管80的一端相连通；
第二压缩式热泵20的余热水出口和余热水进口，分别是一根中空的第二余热回收管道的上下两端开口(第二余热回收管道具***于第二压缩式热泵20的第二蒸发器10中)；
第二压缩式热泵20(具体是其中的第二蒸发器10)，用于吸收所述第二余热水循环泵11输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，输送给第一喷淋管40。
具体实现上，第二压缩式热泵20，包括第二蒸发器10、第二压缩机14、第二冷凝器13和第二膨胀阀12；
第二蒸发器10内，包括第二余热回收管道和第二蒸发器制冷剂换热管道；
第二冷凝器13内，包括第二热网回水管道和第二冷凝器制冷剂换热管道；
第二余热回收管道的余热水进口，与第二余热水循环泵11的另一端相连通；
第二冷凝器13中第二余热回收管道的余热水出口，与第二喷淋管80的一端相连通；
第二蒸发器制冷剂换热管道的下端开口，通过第二压缩机14，与第二冷凝器制冷剂换热管道的下端开口相连通；
第二蒸发器制冷剂换热管道的上端开口，通过第二膨胀阀12，与第二冷凝器制冷剂换热管道的上端开口相连通。
第二热网回水管道的上端开口，与现有热网的出水口(即回水口)相连通；
第二热网回水管道的下端开口，通过设置有第二循环泵102的连接管道，与燃气锅炉1的进水口相连通。
需要说明的是，第二热网回水管道的上端开口，与现有热网的出水口(即回水口)之间，通过设置有开关阀103的连接管道相连通。
需要说明的是，对于第一压缩式热泵21，第一蒸发器15具有的第一蒸发器制冷剂换热管道中的制冷剂，可以吸收第一蒸发器15中的第一余热回收管道内流入的余热水的热量，然后由液态制冷剂变为气态制冷剂，再通过第一压缩机19进行的机械做功，升温升压变成高温高压的气态制冷剂，然后流入第一冷凝器18的第一冷凝器制冷剂换热管道中，高温高压的气态制冷剂会释放热量，对第一冷凝器18中第一热网回水管道内的水进行加热，第一热网回水管道内的水在加热升温后(即热网回水升温后)，再输送给燃气锅炉1。
同理，对于第二压缩式热泵20，第二蒸发器10具有的第二蒸发器制冷剂换热管道中的制冷剂，可以吸收第二蒸发器10中的第二余热回收管道内流入的余热水的热量，然后由液态制冷剂变为气态制冷剂，再通过第二压缩机14进行的机械做功，升温升压变成高温高压的气态制冷剂，然后流入第二冷凝器13的第二冷凝器制冷剂换热管道中，高温高压的气态制冷剂会释放热量，对第二冷凝器13中第二热网回水管道内的水进行加热，第二热网回水管道内的水在加热升温后(即热网回水升温后)，再输送给燃气锅炉1。
其中，由于热网回水吸收了高温高压制冷剂在冷凝器中放出的热量，温度升高，提高了回到燃气锅炉的回水温度，节约能源，充分利用了余热热量。
因此，对于本发明，首先通过第一压缩式热泵21和第一喷淋塔4，实现对燃气锅炉1排出的高温烟气的余热利用，然后继续通过第二压缩式热泵20 和第二喷淋塔8，对第一喷淋塔4排出的降温后的烟气，继续进行余热利用，因此，能够实现对高温烟气和降温后的烟气的循环利用，充分且有效利用了烟气的余热，提高了能源的利用效率。
在本发明中，对于每个压缩式热泵(第一压缩式热泵21和第二压缩式热泵20)，制冷剂在其中的蒸发器内，可以吸收烟气的余热，然后由液态制冷剂变为气态制冷剂，通过对应的压缩机进行机械做功，能够将制冷剂升温升压变为高温高压的气态制冷剂，再流入对应的冷凝器中与低温热泵余热水循环回路(即第二热网回水管道)流出的水换热，制冷剂放出热量，变为高温高压的液态制冷剂，经过膨胀阀，制冷剂重新变为低温低压制冷剂，返回输送给蒸发器，如此持续循环。
在本发明中，具体实现上，排烟烟道9，包括圆柱形烟道段和圆锥台形状烟道段。
圆柱形烟道段，位于圆锥台形状烟道段的正上方；
圆柱形烟道段的顶部开口，且其下部开口与圆锥台形状烟道段的顶部开口相连通；
圆锥台形状烟道段的底部开口，与第二喷淋塔8的顶部开口相连通。
在本发明中，具体实现上，第一烟气通道22，为横向分布的直线型通道；
第二烟气通道23，为先向上垂直延伸，然后再向右弯折的通道。
具体实现上，第二烟气通道23的形状为L形。
在本发明中，本发明的***，包括两级串联式烟气冷凝喷淋换热装置、高温热泵余热水循环回路和低温热泵余热水循环回路；
其中，两级串联式烟气冷凝喷淋换热装置包括第一喷淋塔和第二喷淋塔；
第一喷淋塔和第二喷淋塔，分别是对高温烟气的换热段和对低温烟气的换热段，即分别作为高温换热段和低温换热段；
高温热泵余热水循环回路，包括第一压缩式热泵21以及所连接的管道；
低温热泵余热水循环回路，包括第二压缩式热泵20以及所连接的管道。
具体实现上，对于第一喷淋塔和第二喷淋塔，烟气和喷淋水在喷淋塔填料内直接接触，且成逆流状态(即烟气和喷淋水流动方向相反，烟气向上，喷淋水向下，就是逆流状态)，其中，高温换热段的喷淋塔(即第一喷淋塔4)，采用的第一喷淋塔塔身26，具体是采用内壁涂有陶瓷涂料的不锈钢塔身，第一喷淋塔4的内腔中下部具有的第一填料区24内，填充有陶瓷填料；
第一填料区24内的陶瓷填料，可以是一个呈蜂窝状的圆形陶瓷填料块，因此，有利于提高换热效率和烟气余热的回收率；
其中，第一喷淋塔4中的第一喷淋管40的喷头，位于第一填料区24的正上方；
低温换热段的喷淋塔(即第二喷淋塔8)，采用的第二喷淋塔塔身27，具体是采用PP(聚丙烯)塑料的塔身，第二喷淋塔8内腔中下部具有的第二填料区25内，填充有塑料(例如耐高温的PP塑料)填料；塑料填料，可以是呈波形放置(即呈波纹形状放置，并且相邻的波形之间保留预设的间隙，多个波形相互平行，波纹形状一般包括至少一个S形)，因此，有利于提高换热效率和烟气余热的回收率，同时避免了腐蚀问题；
其中，第二喷淋塔8中的第二喷淋管80的喷头，位于第二填料区25的正上方。
在本发明中，具体实现上，第一填料区24内的陶瓷填料，具体是采用呈蜂窝状的圆形陶瓷填料块(例如，如图5所示)，其网状孔(即蜂窝孔) 以三角为主，整体尺寸由喷淋塔的内腔尺寸来决定(例如圆形陶瓷填料块的整体圆形直径略小于第一喷淋塔4的内腔直径)，具体材质可以选用铝质瓷、堇青石、莫来石等材料，导热系数为1.2～2.0(W/m·K)，抗热冲击温度大于等于300摄氏度，堆积密度0.6～0.8(g/cm3)。
在本发明中，具体实现上，第二填料区25的塑料填料，具体可以包括耐高温的、多个相互间隔的波形(如S形)的PP(聚丙烯)填料块，因为聚丙烯布水、布气性能好，在80℃以下能耐酸、碱、盐液以及多种有机溶剂的腐蚀。导热系数为0.21～0.26W/m·K，抗热冲击温度120℃。塑料填料呈波形放置，相邻的波形之间保留预设的间隙，多个波形PP(聚丙烯)填料块相互平行，波纹形状为S形，如图6所示，具有较大的空隙率0.93～0.985，具体尺寸可根据塔的实际情况进行选择。
在本发明中，具体实现上，对于填充陶瓷填料的第一填料区24以及填充塑料填料的第二填料区25，它们的底部，分别设置有圆形的填料支撑网格架(当然，还可以是其他具有通孔的支撑架)，在填料支撑网格架上，放置呈蜂窝状的圆形陶瓷填料块或者多个相互间隔的波形(如S形)的PP(聚丙烯)填料块。
需要说明的是，之所以第一填料区24内填充陶瓷填料以及第二填料区 25内填充塑料填料，是因为陶瓷填料的特点是耐高温，耐腐蚀，但是成本较高；塑料填料的防腐蚀性好，可以长期使用，但是不耐高温(所耐的温度t ＜60～100℃)。在喷淋塔内，通入的经过加碱中和的烟气仍然会有少量酸碱腐蚀性，为了节约成本且保证正常高效运作，第一喷淋塔内的温度较高，选择使用陶瓷填料；第二喷淋塔温度相对较低，塑料的耐受温度可以承受，成本较低。
具体实现上，参见图6，塑料填料由许多与水平方向成45”(或60°)倾角的波纹薄板(即波形的PP填料块)组成，相邻两板波纹倾斜方向相反。其结构冷却效果好，阻力小，强化了烟气与冷却水的热质交换，由于气流流道规则，气、液分布均匀，从而有利于提高换热效率和烟气余热的回收率。参见图5，对于蜂窝状的陶瓷填料，其结构同样冷却效果好，阻力小，也有利于强化烟气与冷却水的热质交换，由于气流流道规则，气、液分布均匀，从而也有利于提高换热效率和烟气余热的回收率。
需要说明的是，对于本发明，本发明通过在喷淋塔中增加填料，来增大烟气与喷淋水的换热面积，降低喷淋塔高度，强化了烟气与冷却水的热质交换，在有限空间内实现数米高喷淋塔的余热回收效果。通过第一喷淋塔和第二喷淋塔组成的二级喷淋塔及对应的热泵循环水回路，可以使燃气锅炉所排入的高温烟气的温度，降低到30℃左右，充分利用烟气的余热，同时，将烟气中的余热分两级回收，降低每部分的热泵功率，降低对热泵的要求和投资，同时提高热泵的热泵能效值COP。
一些实施例中，高温烟气进入第一喷淋塔，与塔内喷淋水进行直接接触式换热，部分烟气生成含硫酸性凝结水，在第一接水盘中通过搅拌装置与碱性中和剂混合，由ph传感器监测，提高到一定ph值后继续参与余热水循环，经过耐酸碱的第一蒸发器换热冷却，生成的冷却水再次参与喷淋塔喷淋循环；部分烟气在经过一级喷淋后进入第二喷淋塔，再次进行喷淋换热过程。
在本发明中，由第一喷淋塔4和第一压缩式热泵21一起，组建高温热泵余热水循环回路，具体为：对于燃气锅炉1排出的高温烟气，在第一喷淋塔4内，通过烟气和水直接接触式喷淋换热后，水吸热并温度变高后，经出水口与第一压缩式热泵21中的第一蒸发器15相连，形成余热水循环，经第一蒸发器15中的制冷剂吸收水传递的热量，蒸发成气态，再利用第一压缩机19机械做功，将气态的制冷剂升温升压后流入第一冷凝器中，与低温热泵余热水循环回路(即第二热网回水管道)流出的水进行换热，制冷剂放出热量变成液态后进入第一膨胀阀，进入第一膨胀阀后制冷剂降温降压，重新变成低温低压的制冷剂。同理，对于由第二喷淋塔8和第二压缩式热泵20 一起组建的低温热泵余热水循环回路，低温热泵余热水循环回路经过同样的处理过程。因此，对于本发明，经过低温部分和高温部分的循环，热网回水吸收热量温度升高。
在本发明中，具体实现上，第一烟气管道22的底部内侧，设置有传感器测试点C2；
第一喷淋塔4和第二喷淋塔8的上部内侧，分别设置有传感器测试点 C11和C12；
第一冷凝器18中第一余热回收管道的余热水出口与第一喷淋管40的连接管道(即一个喷淋液管道)上，设置有传感器测试点C31；
第二冷凝器13中第二余热回收管道的余热水出口与第二喷淋管80的连接管道(即另一个喷淋液管道)上，设置有传感器测试点C32；
第一接水盘3上，设置有传感器测试点C41；
第二接水盘7上，设置有传感器测试点C42；
上面的多个传感器测试点，均是石墨烯气体传感器的安装测试点，用于测量气体(例如SO2)的浓度。
具体实现上，石墨烯气体传感器，为现有的石墨烯气体传感器，可以采用梅特勒-托利多国际贸易(上海)有限公司制造的GPro 500可调谐二极管激光(TDL)气体分析仪，可以在进气管道处检测气体成分。
在本发明中，石墨烯基气体传感器用于实时检测进料气体组成，比如 SO2、NO2等酸性气体的气体分率，分析气体内污染物的成分，作为后续RNN 模型的输入量之一，用于建立后续碱液添加-中和液PH预测模型。优势在于对于气体成分的波动的检测速度更快，检测结果滞后性低，分析精度更高，安装更加方便。
具体实现上，第一接水盘3和第二接水盘7中，都可以安装有现有的搅拌装置(搅拌器)。
具体实现上，第一接水盘3和第二接水盘7的宽约两至三米，深约两米，用来承接并中和经过喷淋与烟气换热之后的含硫酸性凝结水。在盘中加入一定量的碱性中和剂(例如氢氧化钠等碱性溶液)对酸性凝结水进行中和。也就是收，利用碱性物质中和酸性吸收液。
具体实现上，第二喷淋塔8顶部的排烟烟道9处，还设置有pH传感器测量点。对于本发明，可以测量中和后溶液的pH值，通过进一步利用计算机构建模型，可以对碱性中和剂的加入量进行实时监控以及灵活调节。通过采集传感器的数据，同时根据实时采集的数据建立模型，能够进一步智能调控中和液的流量，使得PH保持稳定，总体上实现对于烟气的高效热回收，同时高效中和酸性物质。
具体实现上，第一接水盘3和第二接水盘7中盛有碱性中和剂，并设有pH传感器与搅拌***；所述碱性中和剂可选用氢氧化钠等碱性溶液，本发明可以通过石墨烯气体传感器(例如安装在传感器测试点C2 处)，测量第一喷淋塔4的烟气入口(即第一烟气管道22)中二氧化硫 SO2的浓度。同时，还可以测量第一烟气管道22出口的烟气流量，同时，在传感器测试点C41和C42处测量接水盘所加入的碱性中和剂的流量；在喷淋液管道处测量吸收液(即喷淋液)流量，具体可以在传感器测试点C31和C32处，实时检测第一喷淋管和第二喷淋管的喷头所喷出的水 (包括喷淋出的冷却水和凝结水)与碱性中和液混合后、再返回流入第一喷淋管和第二喷淋管的喷头的喷淋液的流量，将这些量作为输入数据 A。
同时，检测中和后溶液的PH值，作为***预测值B，这时候，可以进一步利用现有的RNN时序神经网络模型，对变量进行建模，通过现有大量数据，建立起神经网络预测模型I，使得***可以根据前几时刻的数据，来对下一时刻的数据进行预测，然后根据预测到的PH值变化，来进一步调控碱液的添加量，通过该算法，实现对于中和后溶液PH的精准预测调控。RNN 时序神经网络示意图，如图4所示，在图4中，xt是当前时刻输入信号，ht是当前时刻状态，ht-1是前一时刻状态。RNN时序神经网络具有延迟器部分，可以将历史数据作为训练数据的一部分输入到模型中，同时也可以根据一串时间上连续的数据进行预测，将前一时刻与后一时刻关联起来，共同预测。因此，本发明还可以进一步通过加碱中和***智能调控，调控碱性中和液的流量，减少了碱性中和剂的腐蚀问题。
与现有技术相比较，本发明提供的智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***，具有如下有益效果：
1、本发明通过在喷淋塔中增加填料，来增大烟气与喷淋水的换热面积，提高换热效率；
2、本发明采用分段式两级喷淋塔，提高了烟气余热的回收率。
3、本发明通过二级喷淋塔及对应的热泵循环水回路，可以使烟气的温度降低到30℃左右，充分利用烟气的余热，同时将烟气中的余热分两级回收，降低每部分的热泵功率，降低对热泵的要求和投资，同时提高热泵的COP 值。
4、本发明还可以通过在接水盘中设置的搅拌装置(可以采用现有的搅拌器)，使喷淋出的冷却水和凝结水充分与碱性中和剂混合，pH升高，进而进行余热水循环，防止对蒸发器及管道的腐蚀，提高产品使用寿命；通过多级中和，有效提高喷淋塔的中和效率。
5、本发明还可以进一步进行智能控制，可以根据积累的数据，准确预计未来时刻吸收塔(即喷淋塔)内部的化学环境，然后及时进行调整，使得塔内调节效果更优化，相比较传统的PID调节，其调节方式更灵活，根据实际实验数据学习得到，可以最大限度减小超调量，具有优势。
综上所述，与现有技术相比较，本发明提供的一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***，其结构设计科学，能够对燃气锅炉排出的烟气的热量进行可靠的热回收，保证换热的效率，并且能够有效降低烟气的温度，充分利用烟气的余热，进而有效提升热泵的热泵能效值COP，具有重大的生产实践意义。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种智能喷淋塔和热泵含硫烟气余热回收***，其特征在于，包括燃气锅炉(1)；燃气锅炉(1)右侧的烟气出口，通过中空的第一烟气通道(22)，与中空的第一喷淋塔(4)左侧下部的烟气入口相连通；第一喷淋塔(4)顶部的烟气出口，通过中空的第二烟气通道(23)，与中空的第二喷淋塔(8)左侧下部的烟气入口相连通；第二喷淋塔(8)，位于第一级喷淋塔(4)的右上方；第二喷淋塔(8)的顶部，设置有开口向上的排烟烟道(9)；第一喷淋塔(4)，用于对燃气锅炉(1)通过第一烟气通道(22)排入的高温烟气，进行直接喷淋操作，实现热量交换，并将喷淋后获得的余热水，通过第一余热水循环泵(16)输出给第一压缩式热泵(21)，以及将喷淋后降温的烟气，通过第二烟气通道(23)，输出给第二喷淋塔(8)；第二喷淋塔(8)，用于对第一喷淋塔(4)排入的烟气，进行喷淋操作，实现热量交换，并将喷淋后获得的余热水，通过第二余热水循环泵(11)输出给第二压缩式热泵(20)，以及将喷淋后降温的烟气，向外排放；第一压缩式热泵(21)，与现有热网的出水口相连通，用于吸收所述第一余热水循环泵(16)输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，返回输送给第一喷淋塔(4)，以及对现有热网的出水口所输出的水进行加热，然后输出给燃气锅炉(1)的进水口；第二压缩式热泵(20)，与现有热网的出水口相连通，用于吸收所述第二余热水循环泵(11)输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，返回输送给第二喷淋塔(8)，以及对现有热网的出水口所输出的水进行加热，然后输出给燃气锅炉(1)的进水口；燃气锅炉(1)的出水口，通过设置有第一循环泵(101)的连接管道，与现有热网的进水口相连通；
对于第一喷淋塔(4)，其内腔上部设置有横向分布的第一喷淋管(40)；第一喷淋管(40)的底部，等间隔设置有多个喷头；第一喷淋塔(4)的内腔下部，设置有第一接水盘(3)；第一接水盘(3)底部中心位置的出水口，通过第一热水管路(2)，与第一余热水循环泵(16)的一端相连接；第一余热水循环泵(16)的另一端，与第一压缩式热泵(21)的余热水进口相连通；第一压缩式热泵(21)的余热水出口，与第一喷淋管(40)的一端相连通；第一压缩式热泵(21)的余热水出口和余热水进口，分别是一根中空的第一余热回收管道的上下两端开口；第一压缩式热泵(21)，用于吸收所述第一余热水循环泵(16)输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，输送给第一喷淋管(40)；
第一压缩式热泵(21)，包括第一蒸发器(15)、第一压缩机(19)、第一冷凝器(18)和第一膨胀阀(17)；第一蒸发器(15)内，包括第一余热回收管道和第一蒸发器制冷剂换热管道；第一冷凝器(18)内，包括第一热网回水管道和第一冷凝器制冷剂换热管道；第一余热回收管道的余热水进口，与第一余热水循环泵(16)的另一端相连通；第一冷凝器(18)中第一余热回收管道的余热水出口，与第一喷淋管(40)的一端相连通；第一蒸发器制冷剂换热管道的下端开口，通过第一压缩机(19)，与第一冷凝器制冷剂换热管道的下端开口相连通；第一蒸发器制冷剂换热管道的上端开口，通过第一膨胀阀(17)，与第一冷凝器制冷剂换热管道的上端开口相连通；第一热网回水管道的上端开口，与现有热网的出水口相连通；第一热网回水管道的下端开口，通过设置有第二循环泵(102)的连接管道，与燃气锅炉(1)的进水口相连通；
对于第二喷淋塔(8)，其内腔上部设置有横向分布的第二喷淋管(80)；第二喷淋管(80)的底部，等间隔设置有多个喷头；第二喷淋塔的内腔下部，设置有第二接水盘(7)；第二接水盘(7)底部中心位置的出水口，通过第二热水管路(6)，与第二余热水循环泵(11)的一端相连接；第二余热水循环泵(11)的另一端，与第二压缩式热泵(20)的余热水进口相连通；第二压缩式热泵(20)的余热水出口，与第二喷淋管(80)的一端相连通；第二压缩式热泵(20)的余热水出口和余热水进口，分别是一根中空的第二余热回收管道的上下两端开口；第二压缩式热泵(20)，用于吸收所述第二余热水循环泵(11)输出的余热水的热量，并将降温后的余热水，输送给第一喷淋管(40)；
第二压缩式热泵(20)，包括第二蒸发器(10)、第二压缩机(14)、第二冷凝器(13)和第二膨胀阀(12)；第二蒸发器(10)内，包括第二余热回收管道和第二蒸发器制冷剂换热管道；第二冷凝器(13)内，包括第二热网回水管道和第二冷凝器制冷剂换热管道；第二余热回收管道的余热水进口，与第二余热水循环泵(11)的另一端相连通；第二冷凝器(13)中第二余热回收管道的余热水出口，与第二喷淋管(80)的一端相连通；第二蒸发器制冷剂换热管道的下端开口，通过第二压缩机(14)，与第二冷凝器制冷剂换热管道的下端开口相连通；第二蒸发器制冷剂换热管道的上端开口，通过第二膨胀阀(12)，与第二冷凝器制冷剂换热管道的上端开口相连通；第二热网回水管道的上端开口，与现有热网的出水口相连通；第二热网回水管道的下端开口，通过设置有第二循环泵(102)的连接管道，与燃气锅炉(1)的进水口相连通；
排烟烟道(9)，包括圆柱形烟道段和圆锥台形状烟道段；圆柱形烟道段，位于圆锥台形状烟道段的正上方；圆柱形烟道段的顶部开口，且其下部开口与圆锥台形状烟道段的顶部开口相连通；圆锥台形状烟道段的底部开口，与第二喷淋塔(8)的顶部开口相连通；
第一烟气通道(22)，为横向分布的直线型通道；第二烟气通道(23)，为先向上垂直延伸，然后再向右弯折的通道；
第二烟气通道(23)的形状为L形；
第一喷淋塔(4)采用的第一喷淋塔塔身(26)，具体是采用内壁涂有陶瓷涂料的不锈钢塔身；第一喷淋塔(4)的内腔中下部具有的第一填料区(24)内，填充有陶瓷填料；第一喷淋塔(4)中的第一喷淋管(40)的喷头，位于第一填料区(24)的正上方；第二喷淋塔(8)采用的第二喷淋塔塔身(27)，具体是采用PP塑料的塔身；第二喷淋塔(8)内腔中下部具有的第二填料区(25)内，填充有塑料填料；第二喷淋塔(8)中的第二喷淋管(80)的喷头，位于第二填料区(25)的正上方；
第一填料区(24)内的陶瓷填料，具体是采用呈蜂窝状的圆形陶瓷填料块；第二填料区(25)的塑料填料，具体包括多个相互间隔的波形的PP填料块，多个PP填料块相互平行。
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