回收煙氣熱泵設(shè)備的制作方法
【專利摘要】一種回收煙氣熱泵設(shè)備，包括空氣源熱泵熱水器本體、設(shè)置在空氣源熱泵中的蒸發(fā)器、氣-水換熱器、混合降溫器、水-水換熱器和第一水箱。該回收煙氣熱泵設(shè)備可以利用鍋爐排煙氣余熱，又使熱泵的工作環(huán)境得到改善，使源熱泵在寒冷地區(qū)的應(yīng)用不再受結(jié)霜和低效的問題的制約，有效降低熱水的加熱成本。把高溫?zé)釟廪D(zhuǎn)換成低溫，把回收的冷凝水、水源熱泵轉(zhuǎn)換高溫?zé)崴?0℃提供采暖。
【專利說明】回收煙氣熱泵設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及熱泵熱氣回收領(lǐng)域，具體來說是一種回收煙氣熱泵設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]為減少鍋爐煙氣對(duì)城市大氣的污染，許多城市限制燃煤鍋爐，大力發(fā)展以清潔的天然氣為燃料的燃?xì)忮仩t。目前燃?xì)鉄崴仩t的排煙溫度在90°C以上(蒸汽鍋爐在140°C以上)，特別是北方的取暖季節(jié)，有大量的熱能被排放入空氣，不但浪費(fèi)了能源，也排出了大量的C02、N0等有害氣體，加劇了大氣污染。現(xiàn)有的成熟技術(shù)采用氣-水換熱器將余熱回收后，其排煙溫度仍在80°C左右。風(fēng)冷熱泵熱氣源是當(dāng)前節(jié)能、環(huán)保、能效比高的熱水設(shè)備，技術(shù)成熟，已在我國(guó)的南方地區(qū)風(fēng)冷熱泵熱氣源迅速推廣使用。但是，在北方由于冬季低溫使設(shè)備的蒸發(fā)器結(jié)霜和設(shè)備的能效比降低的問題制約了該項(xiàng)技術(shù)在北方地區(qū)的普及和發(fā)展。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型的目的是提供一種回收煙氣熱泵設(shè)備，可以利用鍋爐排煙氣余熱，又使熱泵的工作環(huán)境得到改善，使源熱泵在寒冷地區(qū)的應(yīng)用不再受結(jié)霜和低效的問題的制約，有效降低熱水的加熱成本。把高溫?zé)釟廪D(zhuǎn)換成低溫，把回收的冷凝水、水源熱泵轉(zhuǎn)換高溫?zé)崴?0°C提供采暖。
[0004]本實(shí)用新型的目的通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)。
[0005]本實(shí)用新型提供了一種回收煙氣熱泵設(shè)備，包括空氣源熱泵熱水器本體、設(shè)置在空氣源熱泵中的蒸發(fā)器、氣-水換熱器、混合降溫器、水-水換熱器和第一水箱、氣-水換熱器與燃?xì)忮仩t的煙氣通道之間連接有第一煙氣管道，氣-水換熱器與混合降溫器之間連接有第二煙氣管道，混合降溫器與蒸發(fā)器之間連接有第三煙氣管道，在蒸發(fā)器的出氣管路上設(shè)有回氣管與混合降溫器連接，第一水箱與氣-水換熱器之間連接有循環(huán)水管，在循環(huán)水管上設(shè)有循環(huán)泵，氣-水換熱器、混合降溫器和熱泵熱水器本體分別連接有冷凝水管，各冷凝水管與水-水換熱器連接，水-水換熱器連接有要加熱的源水(來自第一水箱的自來水)的水管，第一水箱通過進(jìn)水管與空氣源熱泵熱水器本體連接，在進(jìn)水管路上設(shè)有水泵，空氣源熱泵熱水器本體與水箱之間連有出水管。所述氣-水換熱器是用于氣體與水進(jìn)行熱交換的換熱器，所述水-水換熱器是利用水之間的溫差，進(jìn)行水與水的熱交換的換熱器?；旌辖禍仄靼ㄒ粋€(gè)腔室和在該腔室內(nèi)設(shè)置的水噴霧設(shè)備，通過噴霧的水霧與煙氣在混合降溫器腔室內(nèi)接觸來降低煙氣溫度。
[0006]優(yōu)選的是，第一煙氣管道的進(jìn)口為雙進(jìn)口結(jié)構(gòu)。另外，優(yōu)選的是，在第三煙氣管道中設(shè)有中和劑投放器，用于中和冷凝水中的酸。
[0007]在上述系統(tǒng)基礎(chǔ)上，回收熱泵完成后第二級(jí)設(shè)一套水源熱泵、水箱、風(fēng)冷熱泵及太陽能組成第二級(jí)升溫間制冷系統(tǒng)。即，第一水箱通過進(jìn)水管(進(jìn)水管設(shè)有水泵)與出水管與第二水箱連接，第二水箱通過進(jìn)水管和出水管(出水管設(shè)有水泵)與水源熱泵連接，水源熱泵通過進(jìn)水管和出水管(出水管設(shè)有水泵)與第三水箱連接，第三水箱設(shè)有暖氣供水口。
[0008]一級(jí)回收熱水，循環(huán)到儲(chǔ)存水箱內(nèi)由水源熱泵，提升高溫采暖。太陽能的溫度循環(huán)到儲(chǔ)存水箱內(nèi)提供水源熱泵低溫升高溫，夏天水源熱泵由水箱與冷卻設(shè)備循環(huán)提供制冷，太陽能夏天與空調(diào)源熱泵混合不受天氣影響產(chǎn)出每天60噸熱水成本3元/噸，水源與風(fēng)冷熱泵組合可用于室內(nèi)制冷。
[0009]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0010](I)鑒于在取暖季節(jié)燃?xì)忮仩t的煙氣排熱和空調(diào)氣源熱泵熱水器的需熱，在時(shí)間上是一致的，在能量上是互補(bǔ)的，因此本技術(shù)的重要特征就是將燃?xì)忮仩t的低溫?zé)煔馀艧岷涂諝庠礋岜脽崴鞯男锜峤Y(jié)合起來，使燃?xì)忮仩t的排煙的熱能轉(zhuǎn)化為空氣源熱水器的熱源，給空氣源熱泵熱水器創(chuàng)造了能夠高效運(yùn)行的環(huán)境，解決了空氣源熱泵熱水器在冬季運(yùn)行的難題，在降低制熱成本的同時(shí)也回收了大量的冷凝水，減少燃?xì)忮仩t向大氣中排放的有害氣體，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、節(jié)水的環(huán)境效益社會(huì)效益。
[0011](2)根據(jù)北方的氣候特點(diǎn)，春夏秋三季的氣溫都適合空氣源熱泵熱水器的運(yùn)行，只有冬季低溫時(shí)受到影響。采用本技術(shù)后，將冬季取暖的燃?xì)忮仩t的煙氣經(jīng)降溫脫水處理，回用給空氣源熱泵熱水器做熱源，可以產(chǎn)生一舉多得的效果。從全年來分析，取暖鍋爐排煙和熱泵的高效運(yùn)行在時(shí)空上是互補(bǔ)的，即氣溫較高(彡14°C )時(shí)，熱泵工作環(huán)境較好，在高效區(qū)工作，COP值在夏季可達(dá)到4-6，春秋季可達(dá)到3-5，冬季氣溫下降時(shí)熱泵運(yùn)行環(huán)境惡化甚至不能運(yùn)行，但取暖鍋爐開始運(yùn)行，鍋爐排煙氣余熱可以利用，又使熱泵的工作環(huán)境得到改善，而且氣溫越低，鍋爐負(fù)荷越大，排出煙氣余熱越多，熱泵可轉(zhuǎn)換的熱能越多。出于煙氣溫度可根據(jù)熱泵的需要進(jìn)行調(diào)整，熱泵可以獲得比春夏秋季還好的環(huán)境溫度和運(yùn)行條件，COP值可以達(dá)到4-6，在此意議上，凡有燃?xì)庠O(shè)備煙氣余熱回用的條件下，空氣源熱泵在寒冷地區(qū)的應(yīng)用不再受結(jié)霜和低效的問題的制約，由熱回收轉(zhuǎn)換高節(jié)能研究設(shè)備，以單一供熱水，轉(zhuǎn)換為春夏制冷的混合不受季節(jié)性最節(jié)能設(shè)備。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1為本實(shí)用新型煙氣熱泵設(shè)備原理方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0013]下面結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型回收煙氣熱泵設(shè)備作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
[0014]如圖1所示，本實(shí)用新型回收煙氣熱泵設(shè)備包括空氣源熱泵熱水器本體1、蒸發(fā)器
2、氣-水換熱器5、混合降溫器6、水-水換熱器10和第一水箱3、氣-水換熱器5與燃?xì)忮仩t4的煙氣通道之間連接有第一煙氣管道11，氣-水換熱器5與混合降溫器6之間連接有第二煙氣管道21，混合降溫器6與蒸發(fā)器2之間連接有第三煙氣管道22，在蒸發(fā)器2的出氣管路上設(shè)有回氣管12與混合降溫器6連接，第一水箱3與氣-水換熱器5之間連接有循環(huán)水管，在循環(huán)水管上設(shè)有循環(huán)泵8，氣-水換熱器5、混合降溫器6和熱泵熱水器本體I分別連接有冷凝水管，各冷凝水管與水-水換熱器10連接，水-水換熱器10連接有要加熱的源水(來自第一水箱3的自來水)的水管，第一水箱3通過進(jìn)水管與空氣源熱泵熱水器本體I連接，在進(jìn)水管路上設(shè)有水泵9，空氣源熱泵熱水器本體I與第一水箱3之間連有出水管。
[0015]優(yōu)選的是，第一煙氣管道的進(jìn)口為雙進(jìn)口結(jié)構(gòu)。另外，優(yōu)選的是，在第三煙氣管道中設(shè)有中和劑投放器7，用于中和冷凝水中的酸。
[0016]優(yōu)選的是，第一水箱3通過進(jìn)水管(進(jìn)水管設(shè)有水泵17)與出水管與第二水箱13連接，第二水箱13通過進(jìn)水管和出水管(出水管設(shè)有水泵16)與水源熱泵15連接，水源熱泵15通過進(jìn)水管和出水管(出水管設(shè)有水泵18)與第三水箱14連接。
[0017]從煙囪來的煙氣(溫度在160?230°C)進(jìn)入氣-水換熱器5中，與水箱I循環(huán)來的水進(jìn)行換熱，將水箱I的儲(chǔ)水(自來水)加熱(可達(dá)30°C )，然后送回水箱I中，通過氣-水換熱器5，煙氣溫度被降低到75?85°C，通常80°C左右，進(jìn)入混合降溫器6(混合降溫器包括一個(gè)腔室和在該腔室內(nèi)設(shè)置的水噴霧設(shè)備，通過噴霧的水霧與煙氣在混合降溫器腔室內(nèi)接觸來降低煙氣溫度)中，煙氣在氣-水換熱器5、混合降溫器6中冷凝下來的冷凝水引入到冷凝水管中，在水-水換熱器10中與來自水箱I中的自來水進(jìn)行熱交換(能夠?qū)碜运銲的水從20°C左右升高到35?45°C，通常40°C )，從氣水換熱器5出來的煙氣在混合降溫器6中與自來水噴霧接觸，煙氣溫度下降到35?40°C，優(yōu)選38°C左右，然后通過第三煙氣道進(jìn)入空氣源熱泵I中，在空氣源熱泵I中進(jìn)入空氣源熱泵翅片熱能交換經(jīng)壓縮機(jī)壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)的熱力循環(huán)，然后通過空氣源熱泵I的蒸發(fā)器上的出氣管路上設(shè)置的回氣管一部分返回混合降溫器，一部分通過管道排放到大氣中，在空氣源熱泵中會(huì)有從煙氣中冷凝下來的水進(jìn)入冷凝水管，在水-水換熱器10中與水箱3中的水進(jìn)行熱交換，經(jīng)過這樣交換后能夠?qū)碜运?中的水從約20°C加熱到約40°C，水箱3的水然后供給水箱13，由水箱13提供給水源熱泵15冷凝器循環(huán)進(jìn)行轉(zhuǎn)換加熱至55-70°C熱水，供給水箱14再用于供暖，水箱14設(shè)有進(jìn)水口(進(jìn)冷水)，用于供給水箱14源水。水箱14上端進(jìn)自來水，側(cè)端出55-60°C熱水。
[0018]同時(shí)，在夜間，利用空氣源熱泵I將來自第一水箱3的水從15?20°C加熱到40?45°C，由于冬季采暖鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷高峰一般在夜間，因此空氣源熱泵熱水器也可在夜間運(yùn)行而享受谷電的政策，又一次降低了制水成本，同時(shí)也可起到電網(wǎng)調(diào)峰的作用。如果按照北京低谷電0.3元/度計(jì)算，在此環(huán)節(jié)加熱一噸水耗電4度其成本只有1.2元。
[0019]已加熱到約40_45°C的熱水再輸送到高溫?zé)煔饣赜貌糠值臍馑畵Q熱器5進(jìn)一步加熱到約60°C，可用于供暖，因?yàn)闊煔鉁囟?20°C (蒸汽爐為150°C )與被加熱的水的溫差較大，所以換熱效率也很高。本環(huán)節(jié)也沒有運(yùn)行成本(循環(huán)泵的功率較低可忽略)。
[0020]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):
[0021]采用本實(shí)用新型的技術(shù)后，可以通過三個(gè)環(huán)節(jié)降低熱水的加熱成本:
[0022]①煙氣在換熱器降溫的過程中要排出大量溫度在40°C以上的冷凝水，首先通過水-水換熱器將待加熱的源水加熱(例如可以從15°C加熱到22°C )，本環(huán)節(jié)不產(chǎn)生運(yùn)行費(fèi)用。
[0023]②待加熱的源水經(jīng)過空氣源熱泵從18°C加熱到42°C，根據(jù)空氣源熱泵熱水器的特性曲線，進(jìn)出水的溫差小于20°C時(shí)，其COP值最高。因此，此環(huán)節(jié)要讓空氣源熱水器在高效區(qū)工作，其COP可以達(dá)到5-6，每噸水加熱溫升20°C需4°C電，成本為約400元。由于冬季采暖鍋爐的運(yùn)行負(fù)荷高峰一般在夜間，因此空氣源熱泵熱水器也可在夜間運(yùn)行而享受谷電的政策，又一次降低了制水成本，同時(shí)也可起到電網(wǎng)調(diào)峰的作用。如果按照北京低谷電0.3元/度計(jì)算，在此環(huán)節(jié)加熱一噸水耗電4度其成本只有1.2元。
[0024]③已加熱到40°C的熱水再經(jīng)過高溫?zé)煔饣赜貌糠值臍馑畵Q熱器進(jìn)一步加熱到60°C因?yàn)闊煔鉁囟?20°C (蒸汽爐為150°C )與被加熱的水的溫差較大，所以換熱效率也很高。本環(huán)節(jié)也沒有運(yùn)行成本(循環(huán)泵的功率較低可忽略)。
[0025]④由于通過上述三個(gè)環(huán)節(jié)的高效熱交換，即可將天然氣燃燒煙氣余熱(包括顯熱和潛熱，其中潛熱約占低位熱能的10%以上)全部加以利用，如果按照低位發(fā)熱量為基準(zhǔn)計(jì)算，可以使燃?xì)忮仩t加本技術(shù)的綜合熱效率達(dá)到110%以上，產(chǎn)生很好的節(jié)能的效果。
[0026]天然氣的成分中絕大部分為烴，燃燒后產(chǎn)生大量的水并氣化為水蒸氣(約占煙氣總?cè)莘e的20% )隨煙氣排放到大氣中。每一立方米天燃?xì)馊紵罂梢援a(chǎn)生1.55公斤的水蒸氣。排放溫度在120°C以上的煙氣中的水蒸氣處于過熱狀態(tài)。由于水蒸氣的冷凝溫度在58°C左右，現(xiàn)有的煙氣回收技術(shù)將煙氣降到70—90°C，也只能回收少部分冷凝水。由于本技術(shù)的應(yīng)用，燃?xì)忮仩t的煙氣經(jīng)過三次降溫利用，將最終排放溫度將至接近室外氣溫，則在回用熱能的同時(shí)最大限度的回收冷凝水。以一臺(tái)4噸燃?xì)鉄崴膳癄t計(jì)，每天運(yùn)行20小時(shí)，每小時(shí)耗氣320M 3，每天需燃燒6400M3天燃?xì)狻Ｆ渑欧诺臒煔庵心芑厥绽淠?0噸/天。2008年北京市共消耗天燃?xì)?2億M3，如果將其50%的煙氣冷凝水回收，即可達(dá)到500萬噸水，相當(dāng)一座小型水庫的水量。
[0027]由于在三次降溫過程中產(chǎn)生大量的冷凝水，煙氣中的大部分C02、NOx等有害氣體會(huì)溶解在冷凝水中而使其呈弱酸性。這樣就減少了燃?xì)忮仩t向大氣中排放的有害氣體，產(chǎn)生一定的壞境效益，為在冬季進(jìn)一步凈化北京的空氣作貢獻(xiàn)。
[0028]以下是技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益分析；
[0029]現(xiàn)狀熱水的成本比較(一噸水從15°C加熱到55°C，溫升為40°C )
[0030]
熱水器使用能能源熱當(dāng)量總耗量能折單價(jià)(北京地能源費(fèi)用形式E)
電400% (夏丨丨.50 0,48元/kwh (民用)5.52元
860Kcal/kwh 季)Kwh



0,76 元/kwh (商用)8.74 元熱泵低谷電iT5(j 0.30元/kwh(低谷電

kwh 價(jià))3.45 元
電熱水器51.680.48元/kwh (民用)24.81元

860Kcal/kwh90%


Kwh0.76 元/kwh(商用)
燃?xì)鉄崴烊粴?8400kca/M"80% 5.95MJ2.05 元/M3 (民用)12.20 元器2.55元/M3 (商用)15.17元
燃油鍋爐輕柴油10200kcal/kg 80% 4.61kg5.7 元/kg26.28 元
[0031]以采暖鍋爐為六臺(tái)四噸燃?xì)鉄崴仩t為例，其中五臺(tái)冬季運(yùn)行供暖，一臺(tái)全年運(yùn)行專供生活熱水?，F(xiàn)狀生活用水為每天40噸。根據(jù)實(shí)際測(cè)算，由于用水量較少，鍋爐運(yùn)行管理成本很高，目前每噸水加熱的成本為33.80元。如采用熱泵方案，在春夏秋三季采用熱泵的加熱成本為6579元。冬季采用煙氣回收與熱泵聯(lián)合，再利用低谷電價(jià)，每噸水加熱成本可進(jìn)一步降低。全年的熱水加熱成本平均為5元。比目前用燃?xì)忮仩t加熱減少28元，經(jīng)濟(jì)效益是非常明顯的。
[0032]投資估算:據(jù)測(cè)算，空氣源熱泵熱水器投資為1.5萬元/噸水/日，需60萬元，節(jié)水換熱器、混合降溫器、50噸水箱等需35萬元，總計(jì)投資95萬元。按照日供水40噸每噸節(jié)約28元，每年運(yùn)行330天，共可節(jié)約45萬元，二年內(nèi)可收回投資。
【權(quán)利要求】
1.一種回收煙氣熱泵設(shè)備，其特征在于，其包括空氣源熱泵熱水器本體、設(shè)置在空氣源熱泵中的蒸發(fā)器、氣-水換熱器、混合降溫器、水-水換熱器和第一水箱、氣-水換熱器與燃?xì)忮仩t的煙氣通道之間連接有第一煙氣管道，氣-水換熱器與混合降溫器之間連接有第二煙氣管道，混合降溫器與蒸發(fā)器之間連接有第三煙氣管道，在蒸發(fā)器的出氣管路上設(shè)有回氣管與混合降溫器連接，第一水箱與氣-水換熱器之間連接有循環(huán)水管，在循環(huán)水管上設(shè)有循環(huán)泵，氣-水換熱器、混合降溫器和熱泵熱水器本體分別連接有冷凝水管，各冷凝水管與水-水換熱器連接，水-水換熱器連接有要加熱的源水的水管，第一水箱通過進(jìn)水管與空氣源熱泵熱水器本體連接，在進(jìn)水管路上設(shè)有水泵，空氣源熱泵熱水器本體與水箱之間連有出水管。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收煙氣熱泵設(shè)備，其特征在于，第一煙氣管道的進(jìn)口為雙進(jìn)口結(jié)構(gòu)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收煙氣熱泵設(shè)備，其特征在于，在第三煙氣管道中設(shè)有中和劑投放器。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的回收煙氣熱泵設(shè)備，其特征在于，第一水箱進(jìn)一步通過進(jìn)水管與出水管與第二水箱連接，第二水箱通過進(jìn)水管和出水管與水源熱泵連接，水源熱泵通過進(jìn)水管和出水管與第三水箱連接，第三水箱設(shè)有暖氣供水口。
【文檔編號(hào)】F24H9/00GK203980632SQ201420326034
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年6月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月18日
【發(fā)明者】郭洪雨 申請(qǐng)人:郭洪雨