专利名称：气液气－高效锅炉排烟热能回收装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种锅炉，具体涉及一种气液气--高效锅炉排烟余热回收装置。属热能设备技术领域。
背景技术：
为便于下文描述，在此先将本说明书中涉及的名词作如下解释(以下所述的特别注明的名词以本说明书为准，未特别注明的名词与锅炉行业的通用概念相同)热媒水与锅炉所排放的低品位烟气直接接触，吸收烟气的热能，并将所携带的热能通过换热器传给锅炉工质(水)或锅炉燃料燃烧用空气的闭路循环热水。
间壁式换热器热源与冷源之间不直接接触，被诸如管子、平壁等间壁隔开，热能通过间壁得以交换的换热器。诸如管壳式换热器、板式换热器、热管换热器等。
气液接触式换热器气体与液体通过诸如填料、淋水装置直接接触混合，气体与液体之间既有能量交换，又有质量交换的设备。诸如冷却塔、凉水塔、喷淋塔等。如液体被加热则称气液接触式加热塔，如液体被冷却则称气液接触式冷却塔。
目前，我国单位产值能耗为世界平均水平的2.3倍，主要用能产品单位能耗比国外先进水平高40％；我国每创造一美元GNP的能耗是德国的4.97倍，日本的4.43倍，美国的2.1倍，印度的1.65倍，这是造成企业成本上升、经济效益差的重要原因之一。据调查，我国工业产品能源、原材料的消耗占企业生产成本的75％左右，若降低一个百分点就能取得100多亿元的效益。
工业锅炉作为热源设备涉及到经济生活的方方面面，既是耗煤大户，又是大气的一大污染。据统计，至2000年末全国在用工业锅炉52.1万台，其中生产用锅炉24.99万台分布于全国各地企事业单位，生活用锅炉27.11万台主要分布于“三北”(东北，华北，西北)地区的城镇居民区，除少数小型锅炉燃油，燃气(近年来燃气锅炉数量增加较快)外，都烧原煤；由于燃烧设备和燃烧技术相对落后，带来了燃烧效率不高和环境污染两大问题。据统计我国燃煤工业锅炉的设计效率不低，一般为72％～80％。但实际运行热效率大多在60％～65％，通常比锅炉产品的鉴定热效率低10个百分点以上。甚至还有在热效率50％以下运行，而先进国家的燃煤工业锅炉运行热效率平均为80％～85％。近年发展的燃油燃气锅炉的热效率能达90％左右，基本能与国外持平，但锅炉热效率提高的潜力依然很大；如何进一步提高工业锅炉的热效率，对节约能源和我国经济的可持续发展意义重大。
经过近二十年的经济发展，我国工业锅炉技术也得到一定发展，用户对锅炉热效率要求也越来越高，生产企业也对工业锅炉各项热损失进行最合理的降低；其中锅炉的排烟热损失目前一般采用的方法是设置省煤器(节能器)、空气预热器等间壁式换热器，在现有的以温压为动力的间壁式换热技术经济框架内，锅炉的排烟温度亦已达到技术经济的极限，一般来说锅炉排烟温度的降低受制于以下二因素1.烟气酸露点温度，烟气中酸蒸汽的结露，将引起受热面的腐蚀，如采用耐腐蚀材料、耐腐蚀结构，成本将大幅上升，有可能超过因提高效率而节省的成本；2.传热动力-温压的减小。在K(传热系数)、H(传热面积)、T(传热温压)、P(烟气流阻)四变量的博弈中K受制于P，K值可认为是定值的；随T的减小，H增大，亦使其成本有可能超过因提高效率而节省的成本；锅炉经典设计理论推介的经济排烟温度如下表1所示 正是受制于上述二因素，目前普遍采用的间壁式锅炉尾部换热器，其经济排烟温度只能达到表1中的数值；排烟低位热损仍然约占燃料低位发热值的5～10％。之所以锅炉设计是以低位热值、低位热焓为依据，是因为烟气中的水蒸汽的热能在间壁式换热技术框架内，是显然不可利用的，上表所列温度显然高于烟气中水蒸汽的露点温度。烟气中水蒸汽来自于燃料中氢元素、燃料外在水份、空气中所含水蒸汽。石油、天然气及变质程度低的煤氢元素含量高，则烟气中水蒸汽含量高，水蒸汽所含的潜热约占燃料低位热值的8～12％。如能使排烟温度降低到一定程度，充分利用以上两项热能(烟气的显热、水蒸汽潜热)，则锅炉的热效率有望能提高10~20％，效益是非常可观的。
一般燃料燃烧烟气中水蒸汽含量见下表2
如何有效回收工业锅炉排烟烟气中的两项热能(烟气的显热、水蒸汽潜热)，对提高工业锅炉热效率至关重要，而烟气中水蒸汽释放潜热的温度一般为60℃以下，欲充分利用低温烟气的显热、潜热，必须将烟气温度降低到40～50℃。如果采用目前普遍设置省煤器、空气预热器等间壁式换热器的方法，要达到如此低的排烟温度，换热设备体积将非常庞大，烟气阻力也将很大，一方面带来钢耗量增大和腐蚀的加快，另方面为克服阻力，将带来电能的消耗。因此，目前锅炉合理经济排烟温度只能达到表1所示数值，而未带尾部受热面的锅炉则排烟温度高达230℃以上。因此，要将烟气温度降低到40～50℃，只能采用烟气-水直接接触式换热技术，通过烟气-水直接接触式换热使烟气热能直接传给热媒水，由于直接接触，换热热阻几乎没有，换热接触面无限大，使烟气温度急剧下降，冷水得到快速吸热而温度升高。由于热媒水流向与烟气为逆向，只要保证热媒水回水温度足够低，则就能保证排烟温度降到40～50℃。但是，如何把热媒水从烟气余热中吸收的热量全部转换为锅炉吸热量却是一个技术难题，由于烟气-水直接接触后，烟温急剧降低，烟气含湿量增加，是一个绝热饱和过程。根据孤立系统的熵增原理，绝热饱和过程虽然焓值不变，烟温降低，烟气的做功能力降低，烟气与热媒水接触换热后，产生的高温热媒水温度也不会很高，热媒水的极限温度是绝热饱和温度(即湿球温度)；而仅通过锅炉给水进行的间壁式水-水换热将无法将热媒水的热量全部带走。将使得热媒水回水温度升高，从而使排烟温度升高，达不到锅炉排烟热能的有效利用。
发明内容
本发明的目的是针对锅炉排烟余热高效回收存在的技术问题，提供一种可以提高锅炉系统热效率的气液气--高效锅炉排烟热能回收装置。
本发明的目的是这样实现的一种气液气--高效锅炉排烟热能回收装置，包括气液接触式加热塔、间壁式换热器以及气液接触式冷却塔，所述的气液接触式加热塔设置烟气进口、烟气出口、热媒水进口、热媒水出口；间壁式换热器设置热媒水进口、热媒水出口、冷水进口、热水出口；气液接触式冷却塔设置冷空气进口、热空气出口、热媒水进口、热媒水出口；所述的气液接触式加热塔烟气进口与锅炉排烟出口相连，热媒水进口与气液接触式冷却塔热媒水出口相连，热媒水出口与间壁式换热器热媒水进口相连，间壁式换热器热媒水出口与气液接触式冷却塔热媒水进口相连，热水出口与锅炉给水进口相连，气液接触式冷却塔热空气出口与锅炉空气进口相连。热媒水在气液接触式加热塔、间壁式换热器、气液接触式冷却塔之间形成封闭的循环回路。
本发明采用在锅炉烟气出口后设置一气液接触式加热塔，使低温烟气与热媒水直接接触换热，烟气被冷却后排入大气，同时热媒水被加热，成为高温热媒水；高温热媒水被引至一间壁式换热器，与锅炉给水工质换热，热媒水将热能传给工质，工质温度升高，被送至锅炉主机，同时热媒水温度降低，成为中温热媒水；中温热媒水被送至一气液接触冷却塔，使锅炉燃烧用空气与热媒水直接接触换热，热媒水被进一步冷却，热媒水热量得到完全吸收，保证气液接触式加热塔进口所需的低温热媒水，使气液接触加热塔出口排烟温度降到40～50℃；同时锅炉燃烧用空气被加热，且空气含湿量增加，成为高温含湿的湿热空气，湿热空气被送至锅炉燃烧系统参与燃烧。
与现有技术相比，本发明气液气--高效锅炉排烟热能回收装置的有益效果有四1、高温热媒水被锅炉工质和锅炉燃烧用空气两次冷却，热媒水可能被冷却的温度更低，低温热媒水返回气液接触加热塔与烟气换热，使排烟温度更低，因而提高了锅炉效率。
2、湿热空气参与燃烧，空气携带一部分显热，因而提高锅炉热效率，原理同空气预热器；3、空气携带水蒸汽参与燃烧，使锅炉烟气含湿量增加，使烟气露点温度提高，湿球温度提高，热媒水的极限温度亦得到提高，使锅炉工质吸热量增加，因而提高了锅炉系统热效率。
4、空气携带水蒸汽参与燃烧，锅炉烟气含湿量增加，使燃料燃烧温度降低，同时水蒸汽在高温情况下具有还原性，可以显著减少NOx的生成与排放。
图1是本发明的各组件连接示意图。
图2是本发明的应用实施例1示意图。
图3是本发明的应用实施例2示意图。
图4是本发明的应用实施例3示意图。
图5是本发明的应用实施例4示意图。
具体实施例方式
参见图1，图1是一种气液气--高效锅炉排烟热能回收装置，包括气液接触式加热塔1、间壁式换热器2以及气液接触式冷却塔3。所述的气液接触式加热塔1设置烟气进口1.3、烟气出口1.4、热媒水进口1.1、热媒水出口1.2；间壁式换热器2设置热媒水进口2.1、热媒水出口2.2、冷水进口2.3、热水出口2.4；气液接触式冷却塔3设置冷空气进口3.3、热空气出口3.4、热媒水进口3.1、热媒水出口3.2；所述的气液接触式加热塔1烟气进口1.3与锅炉排烟出口相连，热媒水进口1.1与气液接触式冷却塔3热媒水出口3.2相连，热媒水出口1.2与间壁式换热器2热媒水进口2.1相连，间壁式换热器2热媒水出口2.2与气液接触式冷却塔3热媒水进口3.1相连，热水出口2.4与锅炉给水进口相连，气液接触式冷却塔3热空气出口3.4与锅炉空气进口相连。热媒水在气液接触式加热塔、间壁式换热器、气液接触式冷却塔之间形成封闭的循环回路。
实施应用例1参见图2，锅炉主机4排烟进入气液接触式加热塔1，与热媒水直接接触换热，烟气温度降低，排入大气环境；热媒水温度升高，成为高温热媒水，高温热媒水进入间壁式换热器2，与锅炉工质换热，工质温度升高，被送至锅炉主机4继续加热；同时热媒水温度降低，成为中温热媒水；中温热媒水被送至一气液接触冷却塔3，使锅炉燃烧用空气与热媒水直接接触换热，热媒水被进一步冷却，变成低温热媒水，返回至气液接触加热塔1与烟气换热；同时锅炉燃烧用空气被加热，且空气含湿量增加，成为高温含湿的湿热空气，湿热空气被送至锅炉燃烧系统参与燃烧。
实施应用例2参见图3，锅炉工质在间壁式换热器2被加热后进入锅炉主机4的省煤器4.1，与烟气换热。
实施应用例3参见图4，气液接触冷却塔3出来的湿热空气进入锅炉主机4的空气预热器4.2，与烟气换热，温度进一步升高后进入燃烧系统，参与燃烧。
实施应用例4
参见图5，气液接触冷却塔3出来的湿热空气进入锅炉主机4的空气预热器4.2，与烟气换热，温度进一步升高后进入燃烧系统，参与燃烧。锅炉工质在间壁式换热器2被加热后进入锅炉主机4的省煤器4.1，与烟气换热。
权利要求
1.一种气液气--高效锅炉排烟热能回收装置，包括气液接触式加热塔(1)、间壁式换热器(2)以及气液接触式冷却塔(3)，所述的气液接触式加热塔(1)设置烟气进口(1.3)、烟气出口(1.4)、热媒水进口(1.1)和热媒水出口(1.2)；间壁式换热器(2)设置热媒水进口(2.1)、热媒水出口(2.2)、冷水进口(2.3)和热水出口(2.4)；气液接触式冷却塔(3)设置冷空气进口(3.3)、热空气出口(3.4)、热媒水进口(3.1)和热媒水出口(3.2)；所述的气液接触式加热塔(1)热媒水进口(1.1)与气液接触式冷却塔(3)热媒水出口(3.2)相连，热媒水出口(1.2)与间壁式换热器(2)热媒水进口(2.1)相连，间壁式换热器(2)热媒水出口(2.2)与气液接触式冷却塔(3)热媒水进口(3.1)相连，热媒水在气液接触式加热塔(1)、间壁式换热器(2)和气液接触式冷却塔(3)之间形成封闭的循环回路。
2.根据权利要求1所述的一种气液气--高效锅炉排烟热能回收装置，其特征在于所述的气液接触式加热塔(1)烟气进口(1.3)与锅炉排烟出口相连；间壁式换热器(2)热水出口(2.4)与锅炉给水进口相连；气液接触式冷却塔(3)热空气出口(3.4)与锅炉空气进口相连。
全文摘要
本发明涉及一种气液气－高效锅炉排烟热能回收装置，包括气液接触式加热塔(1)、间壁式换热器(2)以及气液接触式冷却塔(3)，气液接触式加热塔(1)设置烟气进、出口(1.3、1.4)、热媒水进、出口(1.1、1.2)；间壁式换热器(2)设置热媒水进、出口(2.1、2.2)、冷水进、出口(2.3、2.4)；气液接触式冷却塔(3)设置冷空气进、出口(3.3、3.4)、热媒水进、出口(3.1、3.2)；气液接触式加热塔热媒水进口与气液接触式冷却塔热媒水出口相连，热媒水出口与间壁式换热器热媒水进口相连，间壁式换热器热媒水出口与气液接触式冷却塔热媒水进口相连。本发明可以进一步提高锅炉系统热效率。
文档编号F23L15/00GK1740638SQ20051004151
公开日2006年3月1日 申请日期2005年8月16日 优先权日2005年8月16日
发明者郑向阳, 雷钦祥, 董黎明 申请人:江苏双良锅炉有限公司