一种余热回收锅炉一体化装置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余热回收锅炉一体化技术。

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，本发明专利的目的在于提供一种余热回收锅炉一体化装置，所述装置通过管路与热用户连通，所述装置包括：锅炉单元、全热湿交换单元、热交换单元，其中：

所述锅炉单元与所述全热湿交换单元通过烟气通道连通，烟气通过烟气通道进入所述全热湿交换单元，烟气在所述全热湿交换单元中与空气进行热湿交换并得到净化处理，之后烟气通过烟气通道排至外界大气；空气通过空气管道进入所述全热湿交换单元并与烟气进行热湿交换，随后空气通过空气管道进入所述锅炉单元；

所述全热湿交换单元与所述热交换单元之间通过管路连通，所述全热湿交换单元产生的喷淋液/冷凝液流向所述热交换单元并与流过所述热交换单元的第一液体进行热交换，所述喷淋液/冷凝液的热量被所述第一液体回收；

所述锅炉单元与所述热交换单元通过管路连通；流过所述热交换单元的第一液体流向所述锅炉单元，并在所述锅炉单元中得到进一步加热后通过管路输送给热用户。

进一步的，所述热交换单元包括第一水水换热器及第二水水换热器；所述热用户包括采暖热用户及生活热水热用户；

流过所述采暖热用户的第一液体通过第一液体管道流出并分为两个支路，其中：

支路一通过第一液体管道流入所述第一水水换热器并在其中得到加热，然后通过第一液体管道流出；

支路二通过第一液体管道与第一液体管道流出的液体混合，然后通过第一液体管道流入所述锅炉单元并在其中得到进一步升温后通过第一液体管道流出并输送给所述采暖热用户；

第二液体通过第二液体管道进入所述第二水水换热器并得到加热，然后通过第二液体管道流出并输送给所述生活热水热用户。

进一步的，所述全热湿交换单元中产生的冷凝液/喷淋液通过冷凝液/喷淋液管道流出并分为两个支路，其中：

支路一通过冷凝液/喷淋液管道流出并排放到外界；

支路二又分为两个支路，其中：

第一支路流入第二水水换热器并在其中与第二液体进行热交换，随后流出所述第二水水换热器并通过冷凝液/喷淋液管道排放到外界；

第二支路通过冷凝液/喷淋液管道流入所述第一水水换热器并在其中与流出采暖热用户的第一液体的部分或全部进行热交换，随后流出所述第一水水换热器并通过冷凝液/喷淋液管道排放到外界。

进一步的，所述全热湿换热单元为全热湿交换器与喷淋室的组合，烟气的余热依次通过所述喷淋室及所述全热湿交换器进行两级回收。所述全热湿交换器的冷凝液通过冷凝液/喷淋液管道流出，然后分成三个支路，其中：

支路一通过冷凝液/喷淋液管道排放至外界；

支路二流入所述喷淋室并通过喷淋口流出，经过喷淋换热后通过冷凝液/喷淋液管道流出所述喷淋室，并分为两个支路，其中：

第一支路流入第二水水换热器并在其中与第二液体进行热交换，随后流出所述第二水水换热器并通过冷凝液/喷淋液管道回到所述喷淋室并继续参与喷淋换热；

第二支路通过冷凝液/喷淋液管道流入所述第一水水换热器并在其中与流出采暖热用户的第一液体的部分或全部进行热交换，随后流出所述第一水水换热器并通过冷凝液/喷淋液管道回到所述喷淋室并继续参与喷淋换热；

支路三通过带有阀门v1的冷凝液/喷淋液管道直接流入所述热交换单元。

进一步的，所述全热湿交换器利用防风透湿膜为介质，使得烟气与空气通过防风透湿膜进行全热湿交换；所述全热湿交换器为叉流交换器，或逆流交换器；

进一步的，所述喷淋室中的喷淋液含有脱硫、脱硝试剂，用于对烟气进行脱硫、脱硝处理；在所述喷淋室中，烟气与喷淋液逆流换热；

进一步的，所述锅炉单元设置有风机，所述风机用于克服气体依次进入所述锅炉单元及所述全热湿交换单元的阻力。

进一步的，所述换交换单元为一组或多组水-水换热器的组合；

所述换热器板式换热器或管壳式换热器或其他间接式换热器。

本发明还公开一种用于所述的余热回收锅炉一体化装置的控制方法，包括如下步骤：

s1：在所述装置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装置的运行并将热交换介质、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、排出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。

本发明提供的余热回收锅炉一体化装置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℃，通过回收烟气余热加热供暖系统及生活热水系统的循环水，实现向热用户的供热，同时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，实现生物质锅炉烟气超低排放。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做简单地介绍。

图1为本发明提供的一种余热回收锅炉一体化装置第一方面的实施例；

图2为本发明提供的一种余热回收锅炉一体化装置第二方面的实施例；

图3为本发明实施例提供的一种全热湿交换器的叉流结构示意图；

图4为本发明实施例提供的一种全热湿交换器的逆流结构示意图；

图标：101-锅炉单元；102-喷淋室；103-全热湿交换器；104-第一水-水换热器；105-第二水-水换热器；106-风机；200-采暖热用户；300-生活热水热用户；l1～l2-空气管道；l3～l4-烟气通道；l5～l10-第一液体管道；l11～l12-第二液体管道；l13～l20、l20’-喷淋液管道；v1-阀门。

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。

第一实施例：

结合图1，本发明第一方面实施例公开一种余热回收锅炉一体化装置，所述装置通过管路与热用户连通所述装置包括：锅炉单元(101)、全热湿交换单元、热交换单元。所述锅炉单元(101)与所述全热湿交换单元通过烟气通道l3连通，烟气通过烟气通道l3进入所述全热湿交换单元，烟气在所述全热湿交换单元中与空气进行热湿交换并得到净化处理，之后烟气通过烟气通道l4排至外界大气；空气通过空气管道l1进入所述全热湿交换单元103并在其中与烟气进行热湿交换，随后空气通过空气管道l2进入所述锅炉单元101。在这个过程中，烟气得到降温减湿处理，空气得到升温处理并通过空气管道l2传送至锅炉单元101进行助燃。

可以理解的是本实施例中的锅炉单元可以是生物质锅炉或其他种类的锅炉。

其中，所述全热湿交换单元与所述热交换单元之间通过管路连通，所述全热湿交换单元产生的冷凝液流向所述热交换单元并与流过所述热交换单元的第一液体进行热交换，所述冷凝液的热量被所述第一液体回收。

所述锅炉单元101与所述热交换单元通过管路连通。流过所述热交换单元的第一液体流向所述锅炉单元101，并在所述锅炉单元101中得到进一步加热后通过管路输送给热用户200。

具体来讲，所述热交换单元包括第一水水换热器104及第二水水换热器105。所述热用户包括采暖热用户200及生活热水热用户300。余热回收锅炉一体化装置与采暖热用户200构成采暖季供热系统，同时该一体化装置与生活热水热用户300构成全年生活热水供应系统。

流过所述采暖热用户200的第一液体通过第一液体管道l6流出并分为两个支路，其中：

支路一通过第一液体管道l7流入所述第一水水换热器104并在其中得到加热，然后通过第一液体管道l9流出；

支路二通过第一液体管道l8与第一液体管道l9流出的液体混合，然后通过第一液体管道l10流入所述锅炉单元101并在其中得到进一步升温后通过第一液体管道l5流出并输送给所述采暖热用户20)。

第二液体通过第二液体管道l11进入所述第二水水换热器105并得到加热，然后通过第二液体管道l12流出并输送给所述生活热水热用户300。

本实施例中，所述全热湿交换单元中产生的冷凝液通过冷凝液/喷淋液管道l13流出并分为两个支路，其中：

支路一通过冷凝液/喷淋液管道l14流出并排放到外界，例如可以排放到排水沟；

支路二又分为两个支路，其中：

第一支路流入第二水水换热器105并在其中与第二液体进行热交换，随后流出所述第二水水换热器105并通过冷凝液/喷淋液管道l20排放到外界；

第二支路通过冷凝液/喷淋液管道l18流入所述第一水水换热器104并在其中与流出采暖热用户200的第一液体的部分或全部进行热交换，随后流出所述第一水水换热器104并通过冷凝液/喷淋液管道l19、l20排放到外界。

具体地讲，所述全热湿换热单元为全热湿交换器103，所述全热湿交换器103利用防风透湿膜为介质，使得烟气与空气通过防风透湿膜进行全热湿交换，如图3或图4所示，所述全热湿交换器为叉流交换器，或逆流交换器。

可以理解的是，所述锅炉单元101中设置有风机106，所述风机106用于克服气体依次进入所述锅炉单元101及所述全热湿交换单元的阻力。

在其他方面的实施例中，所述热交换单元为一组或多组水-水换热器的组合，换热器的具体形式可以是板式换热器或管壳式换热器或其他间接式换热器。

本实施例公开的余热回收锅炉一体化装置通过充分回收烟气的余热来加热热用户200的低温的第一液体，使之成为中温的第一液体，然后再通过锅炉单元101对第一液体进行第二次加热升温，实现了能源的高效利用并实现采暖季供热。同时还利用烟气余热来加热第二液体并输送至生活热水热用户300，实现全年热水供应。烟气在余热得到回收的同时还进行了除尘、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。

第二实施例：

结合图2，本发明第二方面的实施例的其他方面与第一方面实施例相同，不同的地方在于其中的全热湿换热单元为全热湿交换器103与喷淋室102的组合，烟气的余热依次通过所述喷淋室102及所述全热湿交换器103进行两级回收。

所述全热湿交换器103的冷凝液通过冷凝液/喷淋液管道l13流出，然后分成三个支路，其中：

支路一通过冷凝液/喷淋液管道l14排放至外界；

支路二流入所述喷淋室102并通过喷淋口流出，经过喷淋换热后通过冷凝液/喷淋液管道l17流出所述喷淋室102，并分为两个支路，其中：

第一支路流入第二水水换热器105并在其中与第二液体进行热交换，随后流出所述第二水水换热器105并通过冷凝液/喷淋液管道l20’回到所述喷淋室102并继续参与喷淋换热；

第二支路通过冷凝液/喷淋液管道l18流入所述第一水水换热器104并在其中与流出采暖热用户200的第一液体的部分或全部进行热交换，随后流出所述第一水水换热器104并通过冷凝液/喷淋液管道l19、l20’回到所述喷淋室102并继续参与喷淋换热；

支路三通过带有阀门v1的冷凝液/喷淋液管道l15直接流入所述热交换单元。可以理解的是所述阀门v1可以进行通断调节，从而控制从冷凝液/喷淋液管道l15中流过的冷凝液/喷淋液的流量。

其中全热湿交换器103产生的冷凝液可以是对喷淋室102中的喷淋液的一种补给。所述喷淋室102中的喷淋液含有脱硫、脱硝试剂，用于对烟气进行脱硫、脱硝处理。在所述喷淋室102中，烟气与喷淋液逆流换热或者以其他常见的换热形式进行换热。

第三实施例：

本发明第三方面的实施例公开一种余热回收锅炉一体化装置的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

s1：在所述装置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装置的运行并将热交换介质、排放的烟气污染物的参数控制在设定范围内。

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、排出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。

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。