一种综合利用烟气和乏汽余热的热泵供热系统的制作方法

本发明属于电厂余热回收节能领域，具体涉及一种综合利用烟气和乏汽余热的热泵供热系统。

背景技术：

火电机组最主要的热量损失发生在冷端和锅炉排烟中。目前提高火电机组能量利用效率的举措也主要围绕这两方面进行。利用锅炉排烟余热的举措通常包括低温省煤器、暖风器等，将回收的热量再用于热力系统中，用于降低机组煤耗；而降低冷端损失的举措则主要是提高排汽热量品味对外供热等。在我国北方地区，城镇化快速发展使部分地区供热能力不足，提高机组的供热能力除了具有较好的经济效益还有较好的社会效益。

火电机组冷端的余热由于品味较低，无法直接利用，通常采用热泵等方法提质对外供热进而利用。吸收式热泵利用汽轮机抽汽作为驱动热源，汽轮机冷端循环水的热量作为低温热源，通过对热网水的加热实现了冷端低品位余热的提质利用。由于目前吸收式热泵出水温度的限制，通常其出水需要再通到尖峰加热器加热才能达到供水温度的要求，而尖峰加热器的热源也为汽轮机供热抽汽，因此对于部分机组，可能由于汽轮机抽汽不足而无法足量回收冷端余热。而锅炉空预器之后的烟气温度通常在130℃左右，可以作为吸收式热泵的驱动热源，但是该部分热量相比于冷端余热又较小，也无法足量回收冷端余热。现有技术中对于锅炉排烟余热回收利用和降低冷端损失采用独立系统设计，系统结构复杂，相互之间缺少融合和协调运行能力，不能合理高效回收利用余热。

技术实现要素：

本发明提出一种综合利用锅炉烟气余热和汽轮机排汽余热的吸收式热泵供热系统。将锅炉空预器之后的烟气和汽轮机抽汽综合利用，都作为吸收式热泵的驱动热源，尽量回收冷端余热，从而尽量增大机组供热量。

一种综合利用烟气和乏汽余热的热泵供热系统，包括吸收器，发生器、冷凝器以及热网回路；其特征在于，吸收器外接有汽轮机排汽管路；吸收器的液体出口与发生器管路连通；所述的发生器内设置第一加热器、第二加热器和冷凝器，第一加热器、第二加热器对发生器内的溶液加热；发生器液体出口与吸收器管路连通；所述的吸收器还外接有热网管路，热网管路依次穿过吸收器和发生器内的冷凝器后输出；发生器中的第一加热器接入驱动蒸汽作为加热热源；发生器中的第二加热器以锅炉烟气作为加热热源。

本发明综合利用了锅炉烟气余热和汽轮机排汽余热并用于供热，提高了机组的供热能力，另外采用的开式系统使热泵系统大为简化、降低系统投资。

本发明提高了热泵系统的适用范围，可以尽量回收余热增大机组供热量；

本发明的热泵系统直接吸收低温乏汽，省去了传统热泵系统中的蒸发器环节，减少了热泵系统投资及运行成本。

附图说明

图1是一种综合利用烟气余热和排汽余热的吸收式热泵供热系统示意图；

吸收器1、发生器2、冷凝器3、除液器4、除盐器5、真空泵6、溶液泵7、溶液热交换器8、尖峰加热器9

具体实施方式

下面结合附图1对本发明作进一步描述，应当理解，此处所描述的内容仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

一种综合利用锅炉烟气余热和汽轮机排汽余热的吸收式热泵供热系统由吸收器1、发生器2、冷凝器3、除液器4、除盐器5、真空泵6、溶液泵7、溶液热交换器8及尖峰加热器9等组成，如图1所示；

吸收器1外接有汽轮机排汽管路，汽轮机排汽直接进入吸收器1；吸收器1的气体出口与设置有真空泵6的不凝结气体管路相连通，吸收器1的液体出口依次经过稀溶液管路上的溶液泵7和溶液热交换器8与内设有冷凝器3的发生器2连通；所述的发生器2内设置加热器，加热器对发生器2内的溶液加热；位于发生器2内经加热管路加热后形成的浓溶液经发生器出口与溶液热交换器8的另一入口相连通，且经溶液热交换器8后通入吸收器1中；所述的吸收器1还外接有热网管路，热网管路依次穿过吸收器1和发生器2内的冷凝器3后输出，冷凝器3的液体出口与输出疏水的蒸汽凝结水管路相连通，蒸汽凝结水管路上设置有除盐器5。

其中，发生器2内设置有分离并回收蒸汽中的液滴的除液器4，除液器4位于发生器2内溴化锂溶液液面与冷凝器3之间。

发生器2中的加热器分为两部分：一部分的加热热源来自汽轮机抽汽，该部分加热器采用加热管路，连接有来自汽轮机抽汽的驱动蒸汽，加热管路对发生器内的溶液加热后输出端接驱动蒸汽疏水管路；汽轮机的抽汽用于发生器中的供热。汽轮机的抽汽气管设置在发生器内的部分为蛇形或环形等形状。

另一部分的加热热源来自锅炉烟气，利用锅炉烟气作为加热热源可采用几种实现形式。

第一、利用烟气管束直接加热。锅炉内的烟气直接通过发生器内布置的换热面-烟管束，烟气在烟管束内流过，发生器内的溶液工质在烟管束外侧流过，获得烟气传出的热量而蒸发。

第二、利用热管作为热交换器进行加热。将热管应用在吸收式热泵中，采用热管将烟气和吸收式热泵隔离，避免烟气直接通入热泵污染循环工质，避免了烟气腐蚀热泵，增加了吸收式热泵的使用寿命。

所述热管一端设在吸收式热泵的发生器中，另一端设于锅炉的烟道中，锅炉中的烟气通过热管作为吸收式热泵发生器的热源，吸收式热泵的溶液工质向热管提供冷却。低温烟气从空气预热器出来后在烟道内与重力式热管蒸发段进行热交换，重力式热管蒸发段的工质吸收烟气热量蒸发进入重力式热管冷凝段，在热泵发生器内循环溶液吸收重力式热管冷凝段内工质冷凝放出的热量蒸发；

重力式热管通过隔板分成重力式热管蒸发段和重力式冷凝段，重力式热管蒸发段管外加装翅片增大烟气和热管的换热面积，置于烟道内；重力式冷凝段置于热泵发生器内，热泵发生器内循环溶液和重力式热管冷凝段直接接触，循环溶液吸收重力式热管冷凝段内工质冷凝放出的热量后蒸发。

第三、采用烟气-水直接接触换热和利用吸收式热泵回收烟气余热，烟气自下而上流动的过程中与循环水换热达到降温的目的。循环水与烟气换热之后在烟道底部聚集后经过水质处理装置后进入吸收式热泵。

利用吸收式热泵回收烟气余热的系统由烟道、吸收式热泵发生器、喷淋装置、水质处理装置和循环水泵组成。喷淋装置水平置于烟道的顶部，喷淋装置的喷嘴的喷射方向与烟道纵向的夹角可调，调整范围为0°～180°。烟道为填料式结构，填充填料为增加循环水雾化效果，加强烟气与循环水的接触换热过程。烟道底盘的循环水出口与水质处理装置的进口连接，水质处理装置的出口与循环水泵的进口连接，循环水泵的出口与吸收式热泵发生器的热水侧进口连接，吸收式热泵发生器的热水侧出口与喷淋装置的进口连接。

锅炉排放出的烟气从烟气入口进入烟道底部，经过与循环水直接接触换热后从烟道顶部的烟气出口离开，循环水通过喷淋装置形成雾化液滴与自下而上的烟气换热后在烟道的底盘聚集后进入水质处理装置，在水质处理装置中进行杂质过滤和酸碱度调节后经过循环水泵进入吸收式热泵发生器内设置的加热管路。循环水进入发生器内加热管路释放热量后经喷淋装置再次进入烟道与烟气进行换热。

热泵发生器内加热管路设置有旁通管路。循环水泵的出口和发生器热水侧进口与旁通管路的一端连接，发生器热水侧出口和喷淋装置的进口与旁通管路的另一端连接，循环水经过水质处理装置后被分为两路，一路进入吸收式热泵中的发生器，另一路通过旁通管路直接经喷淋装置在烟道中喷淋，直接返回烟道继续换热。旁通管路上设置有调节阀门，可控制进入发生器中的循环水流量。

进一步地，喷淋烟气余热回收及脱硝可实现一体化装置，系统中还包括储碱器，储碱器通过加碱管路与喷淋装置相连，设置加碱泵和加碱中和测量控制系统，其根据喷淋水的酸碱度(ph值)自动加入适量的碱液以保持喷淋水为适度的碱性，防止喷淋水吸收烟气中酸性物质成酸性水而腐蚀系统设备，以及使烟气脱硫脱硝后烟气中喷淋冷却的冷凝水达到排放标准。

该烟气余热回收系统具有脱硝功能，既能够将烟气中水的潜热的回收，同时能够对烟气进行脱硝处理，这样不仅提高了燃气利用效率，同时降低了烟气中的氮氧化物含量。

系统工作原理如下：

汽轮机排汽直接进入吸收器1，被溴化锂浓溶液吸收；

热网水依次通过吸收器1、冷凝器3、尖峰加热器9，其中尖峰加热器9的加热热源为供热抽汽；

吸收器1上设置真空泵6，发生器2内设置除液器4，冷凝器蒸汽凝结水管路设置除盐器5；

除盐器5中除盐后的疏水进入汽轮机组凝汽器或者除氧器，开始新的循环；而除下的盐送入吸收器1。

汽轮机低温乏汽通入吸收器1，，低温乏汽在吸收器1中被质量浓度20-40％浓溴化锂溶液直接吸收，吸收过程产生的热量被穿过吸收器1的热网管路的热网水吸收，热网水被加热，低温乏汽内的不凝结气体通过吸收器1的气体出口进入不凝结气体管路；浓溴化锂溶液吸收低温乏汽后变为稀溴化锂溶液，然后从吸收器1的液体出口经过稀溶液管路上的溶液泵7加压，然后在溶液热交换器8内换热，稀溴化锂溶液被预热，并沿着稀溶液管路进入发生器2。发生器2中设置有2个加热器，其中一个加热器的热源为锅炉烟气，另一个加热器的热源为汽轮机抽汽，

这些被预热的稀溴化锂溶液在发生器被再次加热，稀溴化锂溶液释放出蒸汽，蒸汽中的液滴被安装在发生器2内的除液器4收集；发生器2产生的蒸汽在冷凝器3中与从吸收器1中出来的热网管路中的热网水进行热交换，已经被吸收器1加热的热网水进一步被发生器2产生的蒸汽加热，然后沿热网管路进入热网向外供热。冷凝器3出口的热网水还要再进入尖峰加热器被供热抽汽加热送入热网。

发生器2产生的蒸汽被热网水冷凝，通过冷凝器3的液体出口进入设有除盐器6的蒸汽凝结水管路向外供水；此时，发生器2内的稀溴化锂溶液由于蒸发了部分水分，变为浓溴化锂溶液，这些浓溴化锂溶液经溶液热交换器8与稀溶液管道中的稀溴化锂溶液进行热交换，放出热量后冷却，进入吸收器1，形成热泵循环。

对进入发生器2的稀溴化锂溶液提前预热，即在溶液热交换器4内与返回吸收器1的浓溴化锂溶液进行热交换，一是使稀溴化锂溶液在进入发生器2时能够更为容易的被驱动蒸汽加热，释放出蒸汽，二是充分的利用了系统中的余热，合理利用余热，减少了运行成本。

此外，热网水除了在冷凝器3中吸收蒸汽的热量外，还从吸收器1中得到浓溴化锂溶液吸收低温乏汽时所释放出的热量，合理的利用了浓溴化锂溶液吸收低温乏汽时所释放出的热量，便于热网水在冷凝器3中与蒸汽进行热交换。

由于汽轮机排汽中可能含有不凝结气体，在吸收器1上设置真空泵6以保证系统的真空度；考虑到发生器2产生的水蒸汽可能会携带一些溴化锂溶液液滴，为减少溴化锂溶液损失，在发生器2内设置除液器4来分离并回收水蒸汽中的液滴。

为了使冷凝器3形成的蒸汽凝结疏水的品质满足工业生产的要求，在该疏水管路设置了除盐器5。除盐器5中除盐后的疏水进入汽轮机组凝汽器或者除氧器，开始新的循环，而除下的盐送入吸收器1。

本发明余热回收供热系统与常规吸收式热泵吸收冷端余热对外供热系统相比，本发明提出的综合利用锅炉烟气余热和汽轮机排汽余热的吸收式热泵供热系统，一方面提高了热泵系统的适用范围，可以尽量回收余热增大机组供热量；另一方面取消了蒸发器，简化了系统，降低了投资，提高了系统性能，减少了运行成本；烟气余热回收与脱硝实现一体化装置，提高了系统性能，减少了运行成本。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的解释，并不用于限制本发明，尽管对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。