锅炉烟气余热多级回收利用系统的制作方法

本实用新型涉及锅炉余热回收利用技术领域，特别是涉及锅炉烟气余热多级回收利用系统。

背景技术：

在节能、低耗的理念深入人心的当下，人们越来越重视对能源的多级利用。锅炉作为企业生产过程中常见的热动力供应设备，其排出的高温烟气是耗能浪费的主要途径之一，在实际使用过程中，往往对锅炉燃烧产生的高温烟气缺乏有效的利用措施，锅炉运行的整体节能性较差，从而导致用热成本居高不下，造成能源浪费和废热污染。

技术实现要素：

基于此，有必要提供一种锅炉烟气余热多级回收利用系统，旨在提高锅炉运行的整体节能性。

一种锅炉烟气余热多级回收利用系统，包括：

锅炉主体；

燃烧装置，与锅炉主体相连，燃烧装置用于加热锅炉主体中的补入水；

第一换热装置，通过换热管路与锅炉主体相连通，第一换热装置通过供热管路与燃烧装置相连通；

风机，通过进风管路与第一换热装置相连接，进风管路与供热管路相连通；

第二换热装置，与第一换热装置相连通，且串联设置；

冷水水箱，用于储存补入水，冷水水箱通过第一连接管路与第二换热装置相连接；及

热水水箱，通过第二换热装置与冷水水箱相连接，热水水箱通过第二连接管路与锅炉主体相连接。

在其中一个实施例中，还包括溢流管路及设置于溢流管路上的溢流控制阀，溢流管路的一端与冷水水箱相连通，另一端与热水水箱相连通。

在其中一个实施例中，还包括软水装置，软水装置用于软化补入水，软水装置位于冷水水箱的工位之前。

在其中一个实施例中，还包括循环泵组，循环泵组用于将冷水水箱中的补入水泵入第二换热装置。

在其中一个实施例中，循环泵组包括两个并联设置的循环水泵以及配套的阀门仪表。

在其中一个实施例中，还包括补水泵组，补水泵组用于将热水水箱中的补入水泵入到锅炉主体中。

在其中一个实施例中，还包括从第二连接管路上分支而出的回流管路，所述回流管路的一端与所述第二连接管路相连，另一端与所述热水水箱相连。

在其中一个实施例中，还包括第一回水管路及设置于第一回水管路上的第一回水控制阀，第一回水管路的一端与使用端相连通，另一端与热水水箱相连通。

在其中一个实施例中，第一换热装置为气-气间壁式热交换器，第二换热装置为气-液式热交换器，第一换热装置在第二换热装置之前或第一换热装置在第二换热装置之后，且第一换热装置和第二换热装置的数量均至少为1个。

在其中一个实施例中，还包括第二回水管路及设置于第二回水管路上的第二回水控制阀，第二回水管路的一端与第二换热装置相连通，另一端与冷水水箱相连通。

上述锅炉烟气余热多级回收利用系统，锅炉主体中的高温烟气经过第一换热装置和第二换热装置后排出。第一换热装置通过换热管路与锅炉主体相连通，且通过供热管路与燃烧装置相连通，风机通过进风管路与第一换热装置相连接，进风管路与供热管路相连通。风机处吸入的冷空气通过第一换热装置时与从锅炉主体中排出的高温烟气换热变成热空气，热空气经供热管路通入燃烧装置内，作为助燃风，与燃料一起混合燃烧。第二换热装置与第一换热装置相连通，且串联设置，冷水水箱的补入水流过第二换热装置时与从锅炉主体中排出的高温烟气换热后流入热水水箱，然后从热水水箱中补入到锅炉主体中，实现了锅炉烟气余热的多级利用，提高了锅炉运行的整体节能性。

冷水水箱和热水水箱之间设置有溢流管路，溢流管路上设置有溢流控制阀，当热水水箱的水位超过限制后开启溢流控制阀，使热水水箱中的水通过溢流管路流入到冷水水箱中。

循环泵组包括两个并联设置的循环水泵，补水泵组包括两个并联设置的补水泵，正常使用时，一备一用，可在一定程度上保证锅炉烟气余热多级回收利用系统的工作可靠性。

附图说明

图1为一实施方式中锅炉烟气余热多级回收利用系统的示意图；

图2为图1中补水泵组处的局部放大图；

图3为图1中循环泵组处的局部放大图。

附图标记说明：

10、锅炉烟气余热多级回收利用系统，100、锅炉主体，200、燃烧装置，300、第一换热装置，310、换热管路，320、供热管路，330、进风管路，400、风机，500、第二换热装置，510、第二回水管路，600、冷水水箱，610、第一连接管路，620、循环泵组，621、压力表，622、球阀，623、止回阀，624、循环水泵，625、管道过滤器，630、冷水溢流管路，640、冷水排污管路，700、热水水箱，710、第二连接管路，711、回流管路，712、三通回流阀，720、溢流管路，730、补水泵组，731、补水泵，732、截止阀，740、热水溢流管路，750、热水排污管路，751、排污阀，760、第一回水管路，800、软水装置，900、烟囱。

具体实施方式

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型。但是本实用新型能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似改进，因此本实用新型不受下面公开的具体实施的限制。需要说明的是，当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

请参阅图1，一实施方式中的锅炉烟气余热多级回收利用系统10，采用复合式余热回收利用的方式，分别通过气-液式热交换将余热回收至进水和通过气-气式热交换将余热回收至助燃风，实现了锅炉烟气余热的多级利用，提高了锅炉运行的整体节能性。具体地，锅炉烟气余热多级回收利用系统10包括锅炉主体100、燃烧装置200、第一换热装置300、风机400、第二换热装置500、冷水水箱600及热水水箱700。

锅炉主体100与燃烧装置200相连，燃烧装置200用于加热锅炉主体100中的补入水。第一换热装置300通过换热管路310与锅炉主体100相连通，第一换热装置300通过供热管路320与燃烧装置200相连通。风机400通过进风管路330与第一换热装置300相连接，进风管路330与供热管路320相连通。

从锅炉主体100内排出的高温烟气经换热管路310进入到第一换热装置300内，风机400吸入的冷空气经进风管路330进入到第一换热装置300内，第一换热装置300为气-气间壁式热交换器，冷空气和高温烟气的流动方向相反，且二者在第一换热装置300内完成热交换。由冷空气吸热变成的热空气经供热管路320进入到燃烧装置200内，形成助燃风，在保证供氧量充足的前提下提高了燃烧装置200的燃烧温度，可在一定程度上节约燃烧介质的使用量。

进一步地，锅炉主体100可以是蒸汽锅炉、承压热水锅炉、常压热水锅炉或者常压热水锅炉，当锅炉主体100为蒸汽锅炉时，其工作压力可以为0.8-1.6Mpa。燃烧装置200中包括燃料供给件，燃料供给件可以是天然气燃料供给件、燃油燃料供给件或者生物质燃料供给件，当燃料供给件是天然气燃料供给件时，天然气作为清洁能源之一，具有较好的经济性能和产热效率。

第二换热装置500与第一换热装置300相连通，且串联设置。用于储存补入水的冷水水箱600通过第一连接管路610与第二换热装置500相连接，热水水箱700通过第二换热装置500与冷水水箱600相连接，热水水箱700通过第二连接管路710与锅炉主体100相连接。在本实施方式中，第二换热装置500位于第一换热装置300的工位之后，锅炉主体100内排出的高温烟气经换热管路310先进入到第一换热装置300再进入至第二换热装置500，其中第二换热装置500为气-液式热交换器。在其他实施方式中，第二换热装置500也可位于第一换热装置300的工位之前，锅炉主体100内排出的高温烟气经换热管路310先进入到第二换热装置500再进入至第一换热装置300。在本实施方式中，高温烟气通过第一换热装置和第二换热装置后，经烟囱900排入大气。

第一换热装置300为气-气间壁式热交换器，第二换热装置500为气-液式热交换器，第一换热装置300可设置在第二换热装置500之前或第一换热装置300可设置在第二换热装置500之后。例如，在本实施方式中，在气-液式热交换器之前设置气-气间壁式热交换器，即高温烟气先经过气-气间壁式热交换器再经过气-气液热交换器，这样的设置利用了液体比气体导热系数和比热容大的特点，在较小的水流量下实现更多热量的传导，使高温烟气在排出时的温度降至更低。另外，第一换热装置300和第二换热装置500的数量均至少为1个，使得余热的利用更加充分。

进一步地，气-气间壁式热交换器可以是翅片式热管空气预热器、板式热交换器或者板翅式换热器。气-液式热交换器可以是翅片式冷凝器、板式换热器或者列管式换热器。

更进一步地，当第一换热装置300为翅片式热管空气预热器时，翅片式热管空气预热器具有高换热面积和良好的传热效果，且加工简单。当第二换热装置500为翅片式冷凝器时，翅片式冷凝器包括管程和壳程，液体通过管程，气体通过壳程，由于管程液体具有比热容大、传热阻力小的优势，在较小的流量下，可以吸收更多的热量，另外翅片式冷凝器还设置有冷凝水排放口。

补入水先流入冷水水箱600中，然后通过第一连接管路610流至第二换热装置500，补入水和高温烟气的流动方向相反，且二者在第二换热装置500内完成热交换。经换热后的高温烟气最终从烟囱900排入大气，经吸热导致温度变高的补入水会流入热水水箱700内，接着通过第二连接管路710流至锅炉主体100内。

特别地，在启动锅炉烟气余热多级回收利用系统10的时候，在锅炉主体100内产生蒸汽前的一端时间内，锅炉补水为零，气-液式热交换器中的水不会流动，高温烟气中的热量在被气-液式热交换器持续吸收后导致气-液式热交换器中的水会出现汽化甚至沸腾的现象，进而使得气-液式热交换器和相关管路内的压力上升引起振动，严重时可能会导致出现爆炸等安全事故。热水水箱700的设置则可以有效地避免此类问题的出现，保持气-液式热交换器内部的水流动，维持较低温度，热水水箱700的内部的水可以根据锅炉主体100内的水位情况补入到锅炉主体100内。

冷水水箱600和热水水箱700之间可设置溢流管路720，溢流管路720上设置有溢流控制阀(图未示)，溢流管路720的一端与冷水水箱600相连通，另一端与热水水箱700相连通。当热水水箱700内的水位超过安全限制后，开启溢流控制阀使得热水水箱700中的水可以通过溢流管路720流入冷水水箱600内，保证锅炉烟气余热多级回收利用系统10的安全高效运行。

热水水箱700上连通有热水溢流管路740和/或冷水水箱600上连通有冷水溢流管路630，且热水溢流管路740上可设置热水溢流控制阀，冷水溢流管路630上可设置冷水溢流控制阀。例如，在本实施方式中，热水水箱700上连通有热水溢流管路740且冷水水箱600上连通有冷水溢流管路630。当热水水箱700内的水位超过安全限制后，可以开启热水溢流控制阀使得热水水箱700中的水可以通过溢流管路720流入冷水水箱600内，如果水位仍较高可同时开启热水溢流控制阀使得热水水箱700中的水可以通过热水溢流管路740排出。同理，当冷水水箱600内的水位超过安全限制后，能开启冷水溢流控制阀使得冷水水箱600中的水可以通过冷水溢流管路630排出。

冷水水箱600的工位之前还可设置用于软化补入水的软水装置800，软水装置800可以通过离子交换等方式去除自来水中的Ca²⁺、Mg²⁺，Cl^-等离子，使得锅炉主体100在长期使用过程中避免结垢的产生和减少排污量，可在一定程度上预防锅炉安全事故的发生。

进一步地，锅炉烟气余热多级回收利用系统10还包括循环泵组620，用于将补入水泵入第二换热装置500，且循环泵组620一般设置于冷水水箱600的底部，可以理解，将循环泵组620安装于其他能将冷水水箱600中的补入水泵入到第二换热装置500的位置也是可行的。可选地，循环泵组620包括两个并联设置的循环水泵624以及配套的阀门仪表，正常使用时一备一用，以防止正在使用的循环水泵624发生故障时影响相关生产作业的正常进行。

循环泵组620可连续将冷水水箱600中的补入水泵入第二换热装置500内换热，持续回收锅炉烟气余热。在锅炉主体100未启动时，可先启动循环泵组620，使第二换热装置500中的水处于流动状态。在锅炉主体100启动后，循环泵组620将冷水水箱600中的补入水泵入第二换热装置500内换热，实现锅炉烟气余热的多级回收利用。在锅炉主体100关闭后，循环泵组620将冷水水箱600中的补入水泵入第二换热装置500内，以进一步回收利用残余热量。

更进一步地，锅炉烟气余热多级回收利用系统10还包括补水泵组730，用于将热水水箱700中的补入水泵入到锅炉主体100中。且补水泵组730一般设置于热水水箱700的底部，可以理解，将补水泵组730安装于其他能将热水水箱700中的补入水泵入到锅炉主体100中的位置也是可行的。可选地，补水泵组730包括两个并联设置的补水泵731以及配套的阀门仪表，正常使用时一备一用，以防止正在使用的补水泵731发生故障时影响相关生产作业的正常进行。

第二连接管路710上设置有分支而出的回流管路711，回流管路711的一端与第二连接管路710的相连，且连接处设置有三通回流阀712，另一端与热水水箱700相连。三通回流阀712设置于补水泵组730的下游处，下游处为相对概念，第二连接管路710中补入水的流动方向即为从上游处到下游处的方向。

当锅炉进水流量太小时，补水泵731的工作压力急剧增大，可能会出现补水泵731损坏的情况，设置了回流管路711后，在锅炉进水流量减小的同时，回流管路711提供最小回流，满足补水泵731的最低工作流量的要求，不至于让补水泵731的工作压力过高，可在一定程度上防止补水泵731的损坏。

三通回流阀712用于防止补水泵731在低负荷运行时由于过热、严重噪音、不稳定汽蚀引起的损坏。补水泵731的流量低到一定数值时，三通回流阀712自动地打开，以此保证补水泵731的最低工作流量。

使用端和热水水箱700之间可设置第一回水管路760，第一回水管路760上设置有第一回水控制阀(图未示)，第一回水管路760的一端与使用端相连通，另一端与热水水箱700相连通，其中使用端是指水蒸气消耗的一端、水蒸气释放热量的一端或水蒸气消耗且水蒸气释放热量的一端，例如用户端。使用端的水蒸气释放热量后凝结形成回水，回水可通过第一回水管路760流入热水水箱700内，从而提高水的重复利用率。在某些情况下，水蒸气可作为反应物，例如作为加氢反应的原料，则无回水产生。

第二换热装置500和冷水水箱600之间可设置第二回水管路510，第二回水管路510上设置有第二回水控制阀(图未示)，第二回水管路510的一端与第二换热装置500相连通，另一端与冷水水箱600相连通，其中，第二换热装置500可以为冷凝器。当热水水箱700内水位过高时，开启第二回水控制阀，使冷凝器中的补入水通过第二回水管流入冷水水箱600内。

进一步地，热水水箱700上还连通有热水排污管路750，冷水水箱600上还连通有冷水排污管路640，且热水排污管路750与冷水排污管路640上分别设置有排污阀751，热水排污管路750和冷水排污管路640一般分别与热水水箱700的底部相连通和冷水水箱600的底部相连通。

请参阅图2，第二连接管路710上设有补水泵组730和相应的配套的阀门及仪表，且补水泵组730包括两个并联设置的补水泵731。具体地，根据补入水的流动方向，依次设置有球阀622、两个并联设置的球阀622、两个并联设置的管道过滤器625、两个并联设置的补水泵731、两个并联设置的止回阀623、两个并联设置的截止阀732、压力表621、止回阀623及截止阀732，可以理解地，在满足功能的前提下，部分阀门及仪表的位置可以改变。

请参阅图3，第一连接管路610上设有循环泵组620和相应的配套的阀门及仪表，且循环泵组620包括两个并联设置的循环水泵624。具体地，根据补入水的流动方向，依次设置有球阀622、两个并联设置的球阀622、两个并联设置的管道过滤器625、两个并联设置的循环水泵624、两个并联设置的止回阀623、两个并联设置的球阀622及压力表621，可以理解地，在满足功能的前提下，部分阀门及仪表的位置可以改变。

上述锅炉烟气余热多级回收利用系统的工作原理是：

分别利用第一换热装置300和第二换热装置500将锅炉烟气余热回收至锅炉主体100的进水和燃烧装置200内的助燃风。具体地，风机400吸入的冷空气在进入第一换热装置300后与流过第一换热装置300的高温烟气完成热交换，经过热交换的冷空气进入到燃烧装置200内形成助燃风。补入水经软水处理后进入冷水水箱600内，循环泵组620将冷水水箱600中的补入水泵入到第二换热装置500，进入到第二换热装置500中的补入水与流过第二换热装置500的高温烟气完成热交换，经过热交换的补入水流入到热水水箱700内，补水泵组730将热水水箱700中的补入水泵入到锅炉主体100中，使之作为水蒸汽的产生来源。上述锅炉烟气余热多级回收利用系统极大的降低了锅炉烟气的排放温度、减少了用热成本并提高了锅炉运行的整体节能性。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。