一种低温烟气高效供热热泵机组的制作方法

本发明涉及一种热泵机组，特别是一种低温烟气高效供热热泵机组。

背景技术：

1、工业生产中各行业的余热资源在燃料消耗中占到17%-80%，多以烟气等形式排放。高温和中温烟气余热资源相对利用率较高，但低温烟气余热资源由于品位低，回收难度大，回收周期长，以及烟气露点腐蚀等问题，长时间以来难以利用，从而造成较大浪费。一旦对低温烟气的余热加以利用，可有助于降低烟气对环境破坏，提高能源有效利用率，节能减排。

2、现有采用管式热交换器、板式热交换器、余热锅炉、直接水喷淋等设备，都可以直接利用低温烟气制取热水。但烟气的最终排烟温度偏高，烟气中水蒸气不能凝结放热，导致烟气的潜热没有得到利用。以180℃的天然气烟气为例，如果最终排烟温度降低到60℃，可以得到的显热大约2100kj/m³，潜热0 kj/m³；如果最终排烟温度降低到30℃，可以得到的显热大约2600 kj/m³。由于烟气中水蒸气凝结的潜热3200 kj/m³，热量回收增加170%以上。如果用管式热交换器、板式热交换器、余热锅炉、直接水喷淋等要得到这些潜热，则换热的水入口温度往往低于20℃，出口温度在30℃左右，没有利用价值。而利用热泵技术可以较好的利用低品位余热。

3、通常的烟气型吸收式第一类热泵机组，可以用低温烟气进入热管发生器作为驱动热源，制取用于工艺和生活用途的中温热水。但其难以简单、经济利用低温烟气，主要是因为一方面，烟气中往往含有酸性气体和水蒸气，在烟气温度下降到酸性气体和水蒸气结合时，会产生强酸凝露，严重腐蚀（俗称露点腐蚀）换热器，从而导致高成本的烟气热泵机组损坏，甚至导致昂贵的溴化锂溶液泄漏或变质；另一方面，低温烟气温度低，与烟气热泵机组的热管发生器温差小，且气体传热系数很低，导致热管发生器换热管大量增多，昂贵的溴化锂溶液用量大，从而提高成本。

4、为了解决上述问题，现有技术中是采用烟气换热器或烟气锅炉制取热水，再供给热水型吸收式第一类热泵机组（以下简称热水型热泵机组）作为高温热源，如图1所示。这实际上是把烟气型吸收式第一类热泵机组变成废热锅炉+热水型热泵机组。这种方法虽然让腐蚀性的烟气与吸收式第一类热泵机组隔离，但二次换热进一步降低了废热（高温热源水）温度和品位，导致制热能力和制热（中温水）温度下降，并且热泵效率和烟气余热的利用效率也会下降。而且虽然这种方法利用热水的换热系数远高于烟气的原理，大幅度降低了热水型热泵机组热管发生器换热管用量和溴化锂溶液用量，但增加了热交换器或烟气热水锅炉成本，并且还需要增加一个水泵和热源水管路，增加成本和运行费用。

技术实现思路

1、本发明的目的是克服现有技术的上述不足而提供一种完全高效率利用烟气显热和潜热的，制热品位高，换热系数高，耐露点腐蚀的低温烟气高效供热热泵机组。

2、本发明的技术方案是：一种低温烟气高效供热热泵机组，包括热管式第一类热泵机组和热管热水器，所述热管式第一类热泵机组包括热管发生器；所述热管发生器和热管热水器的壳体内均设有多个间隔排列的重力型热管，重力型热管分为蒸发段和冷凝段；所述热管发生器内的重力型热管的蒸发段，用于与低温烟气进行热交换，吸收烟气的热量；冷凝段用于与来自热管式第一类热泵机组的吸收器的稀溶液进行热交换，加热稀溶液；所述热管热水器内的重力型热管的蒸发段用于与来自热管发生器输出的烟气进行热交换，吸收烟气的热量；冷凝段用于与来自热管式第一类热泵机组的蒸发器的低温水热源进行热交换，加热低温热源水。本发明能够获得低温烟气的显热和潜热，大大提高烟气的余热利用率，并且提高制热的品位，并解决了烟气中酸性气体产生的露点腐蚀影响低温热回收问题。

3、进一步，所述重力型热管蒸发段的长度大于冷凝段的长度。

4、进一步，所述热管发生器的壳体内腔被隔板分成烟气腔和溶液腔，重力型热管的蒸发段位于烟气腔内，冷凝段位于溶液腔内，溶液腔内设有布液装置，布液装置与稀溶液管道和泵组连通。

5、进一步，所述热管发生器的烟气腔设有烟气入口和烟气出口，烟气出口与热管热水器连通，烟气腔的底部设有凝水出口；所述热管发生器的溶液腔设有稀溶液入口和浓溶液出口，顶部设有水蒸气出口。

6、进一步，所述热管热水器的壳体内腔被隔板分成低温烟气腔和低温水换热腔；重力型热管的蒸发段位于低温烟气腔内，冷凝段位于低温水换热腔内。

7、进一步，所述低温烟气腔设有低温烟气入口和冷烟气出口，低温烟气入口与热管发生器的烟气出口管道连通，低温烟气腔的底部设有凝水出口；所述低温水换热腔设有与蒸发器管道连通的低温水入口和低温水出口。

8、进一步，所述重力型热管的直径为5-200mm，蒸发段的长度为100-3000mm，冷凝段的长度为50-1000mm。

9、进一步，所述重力型热管的直径为20-40mm，蒸发段的长度为500-1500mm，冷凝段的长度为100-500mm。

10、进一步，所述热管式第一类热泵机组为热管式烟气型吸收式第一类热泵机组。

11、进一步，所述隔板上设有与重力型热管数量相对应的孔，所述重力型热管与隔板上的孔采用焊接等高强度耐热方法密封连接。

12、进一步，所述蒸发段的材质为碳素钢、耐酸不锈钢、抗露点腐蚀低合金钢或抗露点腐蚀不锈钢，所述蒸发段的外表面涂覆有特氟龙涂层、搪瓷涂层或耐热耐酸漆。可根据烟气的成分和不同位置的温度，选择多种材质的组合，如温度最高段可用碳素钢，露点温度可用耐酸涂层，大量产生凝结水的区域可用不锈钢。

13、进一步，所述热管发生器的重力型热管的冷凝段的材质为碳素钢或低合金钢。

14、进一步，所述热管热水器的重力型热管的冷凝段的材质为碳素钢、低合金钢或不锈钢。

15、本发明的有益效果：一方面通过在烟气型吸收式第一类热泵机组的热管发生器内以及热管热水器内均布置重力型热管，二者相结合能够获得更低温度的冷烟气，充分利用烟气的显热和潜热，大大提高烟气的余热利用率；因为热管蒸发段和冷凝段温差极小，热管发生器和热管热水器都达到一次换热的效果，进而大大提高制热效率和制热品位；且通过将蒸发段的材质设计成耐酸材料和耐酸涂层，能够解决烟气中酸性气体产生的露点腐蚀问题；另一方面，热管热水器与现有的烟气管式热交换器或烟气板式热交换器相比而言，通过设计蒸发段的长度大于冷凝段的长度，能够大大提高烟气侧换热面积，从而弥补烟气侧换热系数低的问题，进而获得更低温度的烟气，且烟气侧阻力小，不影响排烟和正常燃烧，烟垢也不易堵塞。

技术特征：

1.一种低温烟气高效供热热泵机组，包括热管式第一类热泵机组和热管热水器，所述热管式第一类热泵机组包括热管发生器；所述热管发生器和热管热水器的壳体内均设有多个间隔排列的重力型热管，重力型热管分为蒸发段和冷凝段；所述热管发生器内的重力型热管的蒸发段，用于与低温烟气进行热交换；冷凝段用于与来自热管式第一类热泵机组的吸收器的稀溶液进行热交换；所述热管热水器内的重力型热管的蒸发段用于与来自热管发生器输出的烟气进行热交换；冷凝段用于与来自热管式第一类热泵机组的蒸发器的低温水热源进行热交换。

2.根据权利要求1所述的低温烟气高效供热热泵机组，其特征在于，所述重力型热管蒸发段的长度大于冷凝段的长度。

3.根据权利要求1所述的低温烟气高效供热热泵机组，其特征在于，所述热管发生器的壳体内腔被隔板分成烟气腔和溶液腔，重力型热管的蒸发段位于烟气腔内，冷凝段位于溶液腔内，溶液腔内设有布液装置，布液装置与稀溶液管道和泵组连通。

4.根据权利要求3所述的低温烟气高效供热热泵机组，其特征在于，所述热管发生器的烟气腔设有烟气入口和烟气出口，烟气出口与热管热水器连通，烟气腔的底部设有凝水出口；所述热管发生器的溶液腔设有稀溶液入口和浓溶液出口，顶部设有水蒸气出口。

5.根据权利要求1所述的低温烟气高效供热热泵机组，其特征在于，所述热管热水器的壳体内腔被隔板分成低温烟气腔和低温水换热腔；重力型热管的蒸发段位于低温烟气腔内，冷凝段位于低温水换热腔内。

6.根据权利要求5所述的低温烟气高效供热热泵机组，其特征在于，所述低温烟气腔设有低温烟气入口和冷烟气出口，低温烟气入口与热管发生器的烟气出口管道连通，低温烟气腔的底部设有凝水出口；所述低温水换热腔设有与蒸发器管道连通的低温水入口和低温水出口。

7.根据权利要求1所述的低温烟气高效供热热泵机组，其特征在于，所述重力型热管的直径为5-200mm，蒸发段的长度为100-3000mm，冷凝段的长度为50-1000mm。

8.根据权利要求7所述的低温烟气高效供热热泵机组，其特征在于，所述重力型热管的直径为20-40mm，蒸发段的长度为500-1500mm，冷凝段的长度为100-500mm。

9.根据权利要求3或5所述的低温烟气高效供热热泵机组，其特征在于，所述热管式第一类热泵机组为热管式烟气型吸收式第一类热泵机组；所述隔板上设有与重力型热管数量相对应的孔，所述重力型热管与隔板上的孔密封连接。

10.根据权利要求1所述的低温烟气高效供热热泵机组，其特征在于，所述蒸发段的材质根据烟气成分和露点，采用碳素钢、耐酸不锈钢、抗露点腐蚀低合金钢或抗露点腐蚀不锈钢，所述蒸发段的外表面涂覆有特氟龙涂层、搪瓷涂层或耐热耐酸漆。

技术总结
一种低温烟气高效供热热泵机组，包括热管式第一类热泵机组和热管热水器，热管式第一类热泵机组包括热管发生器；热管发生器和热管热水器的壳体内均设有多个间隔排列的重力型热管，重力型热管分为蒸发段和冷凝段；热管发生器内的重力型热管的蒸发段，用于与低温烟气进行热交换；冷凝段用于与来自热管式第一类热泵机组的吸收器的稀溶液进行热交换；热管热水器内的重力型热管的蒸发段用于与来自热管发生器输出的烟气进行热交换；冷凝段用于与来自热管式第一类热泵机组的蒸发器的低温水热源进行热交换。本发明能够获得低温烟气的显热和潜热，大大提高烟气的余热利用率，并且提高制热的品位，并解决了烟气中酸性气体产生的露点腐蚀影响低温热回收问题。

技术研发人员：张跃
受保护的技术使用者：远大空调有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12