一种高效的锅炉一体化系统及其控制方法与流程

本发明涉及能源环保领域，特别涉及到一种高效的锅炉一体化技术。

背景技术：

现有的生物质锅炉燃烧产生的烟气中仍含有大量余热，该余热不能得到有效的回收利用，导致能源浪费，锅炉效率不高。此外烟气中含有大量的颗粒物pm、氮氧化物nox及部分二氧化硫so2，该烟气不经处理即排放会造成空气污染。现有技术中对烟气进行脱硫、脱硝、消白处理的装置大多独立存在，占地空间大，初始投资高。因此，要解决的技术问题在于对烟气余热进行回收利用的同时实现超低污染物排放。如何提供一种集约型、小型化、初始投资低的生物质锅炉系统，对能源的高效环保利用及生物质能产业的可持续发展有十分重要的意义。

技术实现要素：

针对现有技术存在的不足和缺陷，本发明提供一种高效的一体化锅炉系统100，其通过管路r1、r6与热用户104相连并形成热循环回路，所述一体化锅炉系统包括：

锅炉子系统101；

热湿交换子系统102；

余热回收热泵子系统103；

所述锅炉子系统101产生的烟气通过第一烟气通道s1进入所述热湿交换子系统102，在所述热湿交换子系统102中，所述烟气的余热得到回收且所述烟气得到净化处理，之后烟气从第二烟气通道s2排出所述热湿交换子系统102；

所述余热回收热泵子系统103的蒸发器侧通过管路l1、l2、l3与所述热湿交换子系统102相连通，蒸发器侧热交换介质在所述热湿交换子系统102内与烟气进行热交换并回收所述烟气的热量，然后回到所述余热回收热泵子系统103并将热量提供给所述余热回收热泵子系统103的蒸发器侧换热器；

所述余热回收热泵子系统103的冷凝器侧通过管路r1与所述热用户104相连通，冷凝器侧热交换介质从热用户104流出后进入所述余热回收热泵子系统103的冷凝器侧换热器侧并升温，随后继续进入所述锅炉子系统101，经进一步加热后流入所述热用户104。

进一步的，所述热湿交换子系统102包括高温热湿交换室1及低温热湿交换室2，所述高温热湿交换室1及低温热湿交换室2内分别设置有喷淋器4，所述烟气通过第一烟气通道s1进入所述高温热湿交换室1，经喷淋换热后通过第三烟气通道s3进入低温热湿交换室2，在其中进一步喷淋换热后，通过第二烟气通道s2排出所述热湿交换子系统102。

进一步的，所述热湿交换子系统102还包括水处理室3，热交换介质经喷淋后落入所述热湿交换子系统底部的水处理室3。

进一步的，所述余热回收热泵子系统103还包括：

回热换热器6、高温蒸发器7、低温蒸发器8、冷凝器9、节流器11、压缩机10；

所述低温蒸发器8、高温蒸发器7、节流器11、冷凝器9、压缩机10依次相连并形成一个制冷剂回路。

进一步的，蒸发器侧热交换介质从所述热湿交换子系统102中流出并通过第一冷却端水管道l1进入所述回热换热器6并与冷凝器侧热交换介质进行换热，随后通过第四冷却端水管道l4流出，然后分成并联的两路：

其一：蒸发器侧热交换介质通过第二冷却端水管道l2进入所述热湿交换子系统102的高温热湿交换室1并经喷淋后落入所述水处理室3；

其二：蒸发器侧热交换介质通过第五冷却端水管道l5进入所述高温蒸发器7并进行换热，随后通过第六冷却端水管道l6进入所述低温蒸发器8并进行换热，然后通过第三冷却端水管道l3进入所述热湿交换子系统102的低温热湿交换室2并经喷淋后落入所述水处理室3。

进一步的，冷凝器侧热交换介质从所述热用户104流出，经过第一加热端水管道r1后形成并联的两路：

其一：冷凝器侧热交换介质通过第七加热端水管道r7进入所述冷凝器9并经升温后从第二加热端水管道r2流出；

其二：冷凝器侧热交换介质通过第八加热端水管道r8进入所述回热换热器6并与蒸发器侧热交换介质换热，随后经第三加热端水管道r3流出；

所述第二加热端水管道r2与第三加热端水管道r3流出的热交换介质混合后通过第五加热端水管道r5进入所述锅炉子系统101。

进一步的，所述蒸发器侧热交换介质中添加有脱硫、脱销药剂，所述蒸发器侧热交换介质在所述热湿交换子系统102中经喷淋后对烟气产生脱硫、脱销的作用，从而减少烟气中的硫化物、氮氧化物等物质，达到降低烟尘排放和消除白烟的效果。

进一步的，所述水处理室3对热交换介质进行处理并将含有污染物的液体在处理后排出。

进一步的，所述锅炉子系统101中的锅炉为生物质锅炉。

本发明还提供一种如前所述的高效一体化锅炉系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1：在所述系统中的关键部位设置监测传感器并采集所述传感器的监测值；

s2：根据所述采集到的监测值控制所述系统的运行并将所述热交换介质、排放的烟气污染物的参数控制在设定范围内。

进一步的，所述监测传感器包括热交换介质的温度、流速、压力中的一个或多个、排除的含有污染物的液体的温度、流速、水质中的一个或多个、烟气的温度、湿度、流速、压力、烟尘颗粒物、氮氧化物、二氧化硫浓度中的一个或多个。

本发明提供的高效锅炉一体化系统能够对烟气的余热进行回收利用，使得燃料低位热值锅炉效率大于100％，排烟温度低于20℃，通过热泵系统将热量回收并产生高品位的热量，实现向热用户的供热，实现锅炉尾部烟气的除尘、脱硫、脱硝、消白处理，并达到直接排放的标准，实现生物质锅炉超低排放。且整个系统形成一个一体化装置，占地面积小，初投资低，更加紧凑集约，对于生物质锅炉产业的可持续发展起到积极的推动作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1为本发明第一方面实施例提供的高效锅炉一体化系统的示意图；

图2为本发明第一方面实施例提供的高效锅炉一体化系统的详细组成示意图；

图标：100-高效锅炉一体化系统；101-锅炉子系统；102-热湿交换子系统；103-余热回收热泵子系统；104-热用户；1-高温热湿交换室；2-低温热湿交换室；3-水处理室；4-喷淋器；5-除雾器；6-回热换热器；7-高温蒸发器；8-低温蒸发器；9-冷凝器；10-压缩机；11-节流器；l1-l6-第一～第六冷却端水管道；r1-r8-第一～第八加热端水管道；s1-s3-第一～第三烟气通道。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明专利的结构和运行方式做进一步详细说明，显然，附图的提供仅为了更好地理解本发明专利，它们不应该理解为对本发明专利的限制。基于本发明专利的实施例，本领域普通技术人员在没有做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，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所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，如出现术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

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，如出现术语“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例1

结合图1至图2，本发明提供一种高效的一体化锅炉系统100，其通过管路r1、r6与热用户104相连并形成热循环回路，所述一体化锅炉系统包括：

锅炉子系统101、热湿交换子系统102、余热回收热泵子系统103这三个子系统。

所述锅炉子系统101产生的烟气通过第一烟气通道s1进入所述热湿交换子系统102，在所述热湿交换子系统102中，所述烟气的余热得到回收且所述烟气得到净化处理，之后烟气从第二烟气通道s2排出所述热湿交换子系统102。

所述余热回收热泵子系统103的蒸发器侧通过管路l1、l2、l3与所述热湿交换子系统102相连通，蒸发器侧热交换介质在所述热湿交换子系统102内与烟气进行热交换并回收所述烟气的热量，然后回到所述余热回收热泵子系统103并将热量提供给所述余热回收热泵子系统103的蒸发器侧换热器。

所述余热回收热泵子系统103的冷凝器侧通过管路r1与所述热用户104相连通，冷凝器侧热交换介质从热用户104流出后进入所述余热回收热泵子系统103的冷凝器侧换热器侧并升温，随后继续进入所述锅炉子系统101，经进一步加热后流入所述热用户104。

在优化的实施例中，所述热湿交换子系统102包括高温热湿交换室1及低温热湿交换室2，所述高温热湿交换室1及低温热湿交换室2内分别设置有喷淋器4，所述烟气通过第一烟气通道s1进入所述高温热湿交换室1，与布置在高温热湿交换室1上方的第一级喷淋器4中的冷水逆流喷淋换热，实现第一级喷淋全热交换，经喷淋换热后通过第三烟气通道s3进入低温热湿交换室2，继续与布置在低温热湿交换室2上方的第二级喷淋器4中的冷水逆流喷淋换热，实现第二级喷淋全热交换，在其中进一步喷淋换热后，经过除雾器5，随后通过第二烟气通道s2排出所述热湿交换子系统102，之后通过烟道连接烟囱，排向外界大气。

在优化的实施例中，所述热湿交换子系统102还包括水处理室3，热交换介质经喷淋后落入所述热湿交换子系统底部的水处理室3。所述水处理室3对热交换介质进行处理并将含有污染物的液体在处理后排出。

所述余热回收热泵子系统103还包括：

回热换热器6、高温蒸发器7、低温蒸发器8、冷凝器9、节流器11、压缩机10；所述低温蒸发器8、高温蒸发器7、节流器11、冷凝器9、压缩机10依次相连并形成一个制冷剂回路。

蒸发器侧热交换介质从所述热湿交换子系统102中流出并通过第一冷却端水管道l1进入所述回热换热器6并与冷凝器侧热交换介质进行换热，随后通过第四冷却端水管道l4流出，然后分成并联的两路：

其一：蒸发器侧热交换介质通过第二冷却端水管道l2进入所述热湿交换子系统102的高温热湿交换室1并经喷淋后落入所述水处理室3；

其二：蒸发器侧热交换介质通过第五冷却端水管道l5进入所述高温蒸发器7并进行换热，随后通过第六冷却端水管道l6进入所述低温蒸发器8并进行换热，实现逐级降温后再经由第三冷却端水管道l3与低温热湿交换室2的第二级喷淋器4连通喷淋循环，并经喷淋后落入所述水处理室3。

冷凝器侧热交换介质从所述热用户104流出，经过第一加热端水管道r1后形成并联的两路：

其一：冷凝器侧热交换介质通过第七加热端水管道r7进入所述冷凝器9并经升温后从第二加热端水管道r2流出；

其二：冷凝器侧热交换介质通过第八加热端水管道r8进入所述回热换热器6并与蒸发器侧热交换介质换热，随后经第三加热端水管道r3流出；

所述第二加热端水管道r2与第三加热端水管道r3流出的热交换介质混合后通过第五加热端水管道r5进入所述锅炉子系统101。

本实施例中所述锅炉子系统101中的锅炉为生物质锅炉。可以理解的是还可以是其他类型的锅炉。

如此通过热泵循环，将余热回收热泵子系统103的蒸发器侧所收集的烟气余热加上余热回收热泵子系统103的电力输入，输出至余热回收热泵子系统103的冷凝器侧并最终输送给热用户，能够实现锅炉子系统的排烟温度低于20℃，烟气中水分大量冷凝，烟气的显热和潜热热量大幅度回收，按照燃料低位热值计算，锅炉效率大于100％，实现回收烟气全热热量用于热用户104供热。

所述蒸发器侧热交换介质中添加有脱硫、脱销药剂，所述蒸发器侧热交换介质在所述热湿交换子系统102中经逐级喷淋与烟气冷凝产生的大量冷凝水一起洗涤烟气和化学反应，从而对烟气产生脱硫、脱销的作用，从而减少烟气中的硫化物、氮氧化物等物质，达到降低烟尘排放和消除白烟的效果。

本实施例的一体化锅炉系统形成一个一体化装置，占地面积小，初投资低，更加紧凑集约，对于生物质锅炉产业的可持续发展起到积极的推动作用。

实施例2

基于同一发明构思，结合上述方案，本发明还提供一种如实施例1所述的高效一体化锅炉系统的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1：在所述系统中的关键部位设置监测传感器并采集所述传感器的监测值；

s2：根据所述采集到的监测值控制所述系统的运行并将所述热交换介质、排放的烟气污染物的参数控制在设定范围内。

在优化的实施例中，所述监测传感器包括热交换介质的温度、流速、压力中的一个或多个、排除的含有污染物的液体的温度、流速、水质中的一个或多个、烟气的温度、湿度、流速、压力、烟尘颗粒物、氮氧化物、二氧化硫浓度中的一个或多个。

本实施例提供的高效锅炉一体化系统的控制方法为多参数控制调节方法，通过在各部件的关键点多个监测点并收集监测值，来控制水、烟气的热学参数与烟气污染物排放参数，从而指导锅炉系统全年及各变工况运行。

上述各实施例仅用于说明本发明专利，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明专利的保护范围之外。