一种锅炉热泵一体化装置的制作方法

1.本实用新型涉及余热回收领域，尤其涉及一种锅炉热泵一体化装置。


背景技术：

2.由于民用建筑和工业建筑中的中小型燃气锅炉所排的高温烟气没有进行余热回收，造成了大量高品位能源的浪费。同时高温烟气中含有大量水蒸气，在外排过程中烟气中的水蒸气将逐渐冷凝成雾，从而出现烟道冒“白烟”现象，不仅影响美观，还会导致烟道附近地面出现烟雨困扰与结冰风险。
3.虽然目前尚无回收中小型燃气锅炉烟气余热、并实现烟气消白的成熟技术，但是随着国家节能减排要求的不断提高和科技水平的不断提升，急需提升中小型燃气锅炉的运行效率和使用价值，减少碳排放和能源的浪费。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种锅炉热泵一体化装置，通过技术改造将烟气的排放温度降低到20℃以下，回收烟气中的潜热与显热，着力提升中小型燃气锅炉的运行效率和使用价值，减少碳排放和能源的浪费。
5.实现本实用新型目的的技术方案如下：
6.一种锅炉热泵一体化装置，包括：锅炉本体和换热设备，所述锅炉本体包括燃烧室、容纳腔和烟道；
7.所述容纳腔与燃烧室连接，所述容纳腔内盛放有第一冷流体，所述燃烧室内燃烧产生的第一热流体与第一冷流体换热；
8.所述燃烧室与烟道连接，所述换热设备与烟道连接，所述燃烧室内燃烧产生的第二热流体进入烟道，所述换热设备流动有第二冷流体，第二热流体和第二冷流体在所述换热设备换热。
9.在一种可能的实现方式中，第一热流体的温度高于第二热流体的温度。
10.在一种可能的实现方式中，所述换热设备包括冷凝器和蒸发器，蒸发器位于所述烟道的下部，第二热流体流过蒸发器与冷凝器内的第二冷流体换热。
11.在一种可能的实现方式中，蒸发器的出口处安装有温度传感器，温度传感器监测蒸发器内第二热流体的流出温度；
12.第二热流体先从燃烧室流入烟道下部，再从烟道下部流进蒸发器，第二热流体在蒸发器内与冷凝器内第二冷流体换热，降温的第二热流体从蒸发器流出并流过烟道的中部和上部之后排放。
13.在一种可能的实现方式中，所述换热设备还包括压缩机，压缩机与冷凝器连接，压缩机将流入冷凝器内低压第二冷流体压缩成高压第二冷流体。
14.在一种可能的实现方式中，所述换热设备还包括压缩机；
15.温度传感器电连接有plc控制器；
16.plc控制器与压缩机的电机电连接。
17.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
18.本实用新型通过增设换热设备将烟气的排放温度降低到20℃以下，回收烟气中的潜热与显热，着力提升中小型燃气锅炉的运行效率和使用价值，减少碳排放和能源的浪费。
附图说明
19.图1为本实用新型公开的一种锅炉热泵一体化装置示意图；
20.附图标记，1-燃烧室；2-容纳腔；3-烟道；4-冷凝器；5-蒸发器；6-压缩机；7-鼓风机；8-plc控制器。
具体实施方式
21.下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。
22.在本实施例的描述中，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创造和简化描述，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创造的限制。
23.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”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。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
24.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创造中的具体含义。
25.目前尚无回收中小型燃气锅炉烟气余热、并实现烟气消白的成熟技术，随着国家节能减排要求的不断提高和科技水平的不断提升，其中利用热泵进行烟气余热冷凝高效回收的技术，可实现天然气锅炉烟气显热及潜热的深度回收，同时利用烟气热回收中的降温冷凝过程同时完成排放前的烟气消白过程。
26.利用热泵进行烟气余热高效回收的技术虽具备一定研发与应用经历，但依旧存在以下一系列问题，需要通过进一步的技术研发与产品升级来解决。
27.1)现有余热回收热泵只能将烟气温度降低到60℃左右，这只是回收了大部分烟气显热，而烟气潜热却没有被回收，造成了这部分隐形能源的忽略；
28.2)现有利用热泵进行烟气余热高效回收技术在大型锅炉的应用较多，不易于安装且初投资大，不适合用于中、小型锅炉；
29.3)规范化、模型化、可直接选型的烟气余热回收产品较少，用户选用产品过程存在一定困难。
30.针对我国广泛使用的中小型燃气锅炉房，亟需开发一种高效的烟气余热回收及消白技术手段，将烟气的排放温度降低到20℃以下，深度回收烟气中的潜热与显热，并将燃气锅炉与余热回收热泵集成一体化，使设备紧凑、结构轻巧，并且占地面积小，便于模块化选型。此外还能提高能量利用效率，减少天然气使用量，缓解我国天然气供需矛盾，回收可观的水分，降低环境污染物排放，实现节能、节水、减排三大目标。
31.请参阅图1，本实用新型实施例提供了一种锅炉热泵一体化装置，包括：锅炉本体和换热设备，锅炉本体包括燃烧室1、容纳腔2和烟道3；容纳腔2与燃烧室1连接，容纳腔2内盛放有第一冷流体，燃烧室1内燃烧产生的第一热流体与第一冷流体换热；燃烧室1与烟道3连接，换热设备与烟道3连接，燃烧室1内燃烧产生的第二热流体进入烟道3，换热设备流动有第二冷流体，第二热流体和第二冷流体在换热设备换热。
32.在本实用新型的实施例中，第一热流体的温度高于第二热流体的温度。
33.请继续参阅图1，换热设备包括冷凝器4和蒸发器5，蒸发器5位于烟道3的下部，第二热流体流过蒸发器5与冷凝器4内的第二冷流体换热。本实用新型实施例利用热泵进行烟气余热冷凝高效回收的技术，可实现天然气锅炉烟气显热及潜热的深度回收，同时利用烟气热回收中的降温冷凝过程同时完成排放前的烟气消白过程。
34.请继续参阅图1，蒸发器5的出口处安装有温度传感器，温度传感器监测蒸发器5内第二热流体的流出温度；第二热流体先从燃烧室1流入烟道3下部，再从烟道3下部流进蒸发器5，第二热流体在蒸发器5内与冷凝器4内第二冷流体换热，降温的第二热流体从蒸发器5流出并流过烟道3的中部和上部之后排放。
35.请继续参阅图1，换热设备还包括压缩机6，压缩机6与冷凝器4连接，压缩机6将流入冷凝器4内低压第二冷流体压缩成高压第二冷流体。
36.请继续参阅图1，换热设备还包括压缩机6；温度传感器电连接有plc控制器8；plc控制器8与压缩机6的电机电连接。
37.在实际使用中，空气和天然气通过鼓风机7送入燃烧室1，两者混合燃烧形成高温烟气，从而加热燃烧室1和烟管附近的介质水，水气化形成高温蒸气并加热真空区的采暖系统的回水和生活热水系统的回水。从真空燃气锅炉出来的烟气温度在60℃左右，通过烟道3流经翅片管蒸发器5，高温烟气被低温低压制冷剂(r134a)吸收热量并冷凝结水，烟气温度降低至20℃左右。在蒸发器5出口处布置温度探头，监测烟气的排烟温度，并将排烟温度信号传递给plc控制器8，plc控制器8根据排烟温度控制压缩机6电机转速，从而调整制冷剂流量，使得烟气的排烟温度控制在20℃左右。
38.本实用新型通过增设换热设备将烟气的排放温度降低到20℃以下，回收烟气中的潜热与显热，着力提升中小型燃气锅炉的运行效率和使用价值，减少碳排放和能源的浪费。
39.在实际应用中，本实用新型实施例的压缩机6为变频螺杆式压缩机6，冷凝器4为板式换热器，蒸发器5为翅片管式蒸发器5(耐腐蚀的不锈钢翅片蒸发管，并浸泡陶瓷，翅片管距38mm，行距32mm，管外径15.5mm，壁厚0.4mm，翅片厚0.11mm，翅片间距3.2mm，管子之间以等腰或者等边交叉排列)，蒸发器5布置在烟道3下部，尽可能靠近热泵装置，避免制冷剂进入压缩机6的温度过高，此外蒸发器5横截面尽量做大，高度尽量做短，防止烟气压降过大而出现排气难的问题。烟道3排烟出口处设置温度探头，将排烟温度信号传递给plc控制器8，plc控制器8根据排烟温度信号控制压缩机6电机转速，从而调整制冷剂流量，使排烟温度控
制在20℃左右。锅炉为真空燃气锅炉，该专利针对供热能力在1蒸吨～10蒸吨的中小型真空燃气锅炉，形成10个等级(1蒸吨、2蒸吨、3蒸吨
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10蒸吨)，每个等级的真空燃气锅炉排放的烟气量也是相对应的，从而压缩机6、蒸发器5、冷凝器4、电子膨胀阀也是根据锅炉的10个等级形成10个相应的选型。
40.上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本实用新型的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本实用新型的保护范围，凡未脱离本实用新型技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本实用新型的保护范围之内。
41.对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
42.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。