專利名稱：高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的方法和熱泵裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及節(jié)能設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，是一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的方法和 熱泵裝置，特別適合燃氣、燃油鍋爐和空氣濕化循環(huán)產(chǎn)生的高濕煙氣中的水和潛熱回收。
背景技術(shù)：
燃氣、燃油鍋爐和空氣濕化循環(huán)產(chǎn)生的煙氣中含有大量的水，根據(jù)計算，Im3天然 氣燃燒產(chǎn)生將1.6kg以上的水，而空氣濕化循環(huán)還會向循環(huán)中加入大量的水，據(jù)資料，空氣 濕化循環(huán)所排放的煙氣的含濕量可達0. 1 0. 20 (含濕量是指氣體所含水質(zhì)量與干氣體質(zhì) 量的比值)。這些循環(huán)排放的煙氣濕度遠高于普通燃煤電廠排放的煙氣濕度(普通燃煤電 廠排放的煙氣濕度最高時，一千克煙氣也不過只含有幾十克水蒸氣)。如果不對這些蒸汽 加以回收會造成水資源和潛熱的極大浪費。為了回收水，常用間壁式冷凝換熱器。這種冷 凝器受到煙氣露點的影響，回收水的同時回收的潛熱品位很低，很難在供熱領(lǐng)域使用。采用 吸收式熱泵技術(shù)回收水、熱是比較有效的手段，其中第二類吸收式熱泵可以回收較高溫位 的熱量，一般由發(fā)生器、冷凝器、蒸發(fā)器和吸收器組成，工質(zhì)在熱泵內(nèi)部循環(huán)；而采用開式循 環(huán)，工質(zhì)與吸收劑直接接觸，減少了傳熱環(huán)節(jié)(有熱阻)，取消了蒸發(fā)器，降低了裝置投資。 在一些存在大量低溫余熱的場合，如空氣濕化循環(huán)的煙氣，余熱溫度較低，數(shù)量很大，同時 還有回收水的要求，采用傳統(tǒng)的閉式循環(huán)系統(tǒng)增加了傳熱環(huán)節(jié)，對于低溫余熱利用是不利 的，同時也增加了設(shè)備的投入。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是提供一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的方法和熱泵裝置，是開 式循環(huán)第二類吸收式熱泵，相比閉式循環(huán)熱泵，省去了蒸發(fā)器，直接引入其他裝置的低溫、 低壓余熱煙氣減少傳熱環(huán)節(jié)；簡化了系統(tǒng)構(gòu)成，改善了熱泵工藝參數(shù)；可以直接從煙氣中 回收水，不受露點的限制；使用成本低廉的吸收劑(例如使用氯化鈣水溶液為吸收劑)。為了達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的方法，為開式循環(huán)第二類吸收熱泵，包括 吸收單元，再生單元，熱回收單元，水回收單元；其吸收劑采用氯化鈣水溶液；步驟包括:A) 煙氣進入吸收單元，在吸收單元中濃溶液吸收煙氣中的水變成高溫稀溶液(水被吸收時釋 放潛熱)；B)高溫稀溶液經(jīng)過熱回收單元放出回收熱變成較低溫度稀溶液再進入再生單 元；C)回收的熱量在供熱單元中被送入供熱管網(wǎng)；D)再生單元中稀溶液被熱源加熱蒸發(fā) 變成濃溶液，濃溶液進入吸收單元；E)再生蒸發(fā)出的水在水回收單元被冷源冷卻成液態(tài)回 收。一種所述的方法使用的熱泵裝置，為開式第二類吸收式熱泵，包括吸收器、再生 器、冷凝器、溶液泵、真空泵、調(diào)節(jié)閥；其吸收器采用非絕熱型吸收器，內(nèi)部設(shè)置換熱器，換熱 器與供熱管路相連通，頂部設(shè)有排煙管，底部設(shè)有稀溶液管路出口，底部側(cè)面設(shè)有進氣管， 頂部側(cè)面設(shè)有濃溶液管路進口，濃溶液管路連接通流腔內(nèi)上部的噴頭，噴頭位于換熱器上方；再生器頂部設(shè)有稀溶液管路進口，底部設(shè)有濃溶液管路出口，頂部側(cè)面設(shè)有開口， 與真空管路相通連，再生器內(nèi)設(shè)氣液換熱器，氣液換熱器的進出口與煙氣管路相通連；煙氣管路經(jīng)再生器內(nèi)氣液換熱器后，與吸收器通流腔底部側(cè)面的進氣管相連通；吸收器底部經(jīng)稀溶液管路與再生器頂部稀溶液管路進口相連通，在稀溶液管路中 設(shè)有調(diào)節(jié)閥；再生器底部經(jīng)濃溶液管路與吸收器頂部側(cè)面的濃溶液管路進口相連通，濃溶 液管路中設(shè)有溶液泵；再生器經(jīng)真空管路與真空泵相通連，真空管路中設(shè)有冷凝器，冷凝器下部與水泵 相通連。所述的熱泵裝置，其所述換熱器，有兩臺，設(shè)于吸收器外部，第一臺換熱器位于吸 收器底部的稀溶液管路中，在調(diào)節(jié)閥上游；第二臺換熱器位于濃溶液管路中，在溶液泵下 游，其進出管路與稀溶液管路相通連，位于第一臺換熱器下游。所述的熱泵裝置，其所述濃溶液管路中，還設(shè)有儲液箱和第二臺溶液泵，儲液箱位 于第二臺換熱器下游，第二臺溶液泵位于儲液箱下游。一種所述的方法使用的熱泵裝置，為開式第二類吸收式熱泵，包括吸收器、再生 器、冷凝器、溶液泵、真空泵、調(diào)節(jié)閥；其吸收器采用非絕熱型吸收器，內(nèi)部設(shè)置換熱器，換熱 器與供熱管路相連通，頂部設(shè)有排煙管，底部設(shè)有稀溶液管路出口，底部側(cè)面設(shè)有進氣管， 煙氣管路與進氣管相連通，頂部側(cè)面設(shè)有濃溶液管路進口，濃溶液管路連接通流腔內(nèi)上部 的噴頭，噴頭位于換熱器上方；再生器頂部設(shè)有稀溶液管路進口，底部設(shè)有濃溶液管路出口，頂部側(cè)面設(shè)有開口， 與真空管路相通連，再生器內(nèi)設(shè)氣液換熱器，氣液換熱器的進出口與外部輔助熱源管路相 通連；吸收器底部經(jīng)稀溶液管路與再生器頂部稀溶液管路進口相連通，在稀溶液管路中 設(shè)有調(diào)節(jié)閥；再生器底部經(jīng)濃溶液管路與吸收器頂部側(cè)面的濃溶液管路進口相連通，濃溶 液管路中設(shè)有溶液泵；再生器經(jīng)真空管路與真空泵相通連，真空管路中設(shè)有冷凝器，冷凝器下部與水泵 相通連。所述的熱泵裝置，其所述換熱器，有兩臺，設(shè)于吸收器外部，第一臺換熱器位于吸 收器底部的稀溶液管路中，在調(diào)節(jié)閥上游；第二臺換熱器位于濃溶液管路中，在溶液泵下 游，其進出管路與稀溶液管路相通連，位于第一臺換熱器下游。所述的熱泵裝置，其所述濃溶液管路中，還設(shè)有儲液箱和第二臺溶液泵，儲液箱位 于第二臺換熱器下游，第二臺溶液泵位于儲液箱下游。所述的熱泵裝置，其還設(shè)有第三臺換熱器，位于外部輔助熱源管路和煙氣管路中， 第三臺換熱器的一對進出口與外部輔助熱源管路相通連，另一對進出口與煙氣管路相通 連。一種所述的方法使用的熱泵裝置，為開式第二類吸收式熱泵，包括吸收器、再生 器、冷凝器、溶液泵；其吸收器采用非絕熱型吸收器，內(nèi)部設(shè)置換熱器，換熱器與供熱管路相 連通，頂部設(shè)有排煙管，底部設(shè)有稀溶液管路出口，底部側(cè)面設(shè)有進氣管，煙氣管路與進氣 管相連通，頂部側(cè)面設(shè)有濃溶液管路進口，濃溶液管路連接通流腔內(nèi)上部的噴頭，噴頭位于換熱器上方； 再生器頂部設(shè)有稀溶液管路進口，底部設(shè)有濃溶液管路出口，頂部側(cè)面設(shè)有開口， 與冷凝器相通連，再生器內(nèi)設(shè)氣液換熱器，氣液換熱器的進出口與外部輔助熱源管路相通 連；吸收器底部經(jīng)稀溶液管路與再生器頂部稀溶液管路進口相連通，在稀溶液管路中 設(shè)有第三溶液泵；再生器底部經(jīng)濃溶液管路與吸收器頂部側(cè)面的濃溶液管路進口相連通， 濃溶液管路中設(shè)有第一溶液泵；冷凝器下部與水泵相通連，上部與冷卻塔相通連。所述的熱泵裝置，其所述換熱器，有兩臺，設(shè)于吸收器外部，第一臺換熱器位于吸 收器底部的稀溶液管路中，在第一溶液泵上游；第二臺換熱器位于濃溶液管路中，在第二溶 液泵下游，其進出管路與稀溶液管路相通連，位于第一臺換熱器下游。所述的熱泵裝置，其所述濃溶液管路中，還設(shè)有儲液箱和第二溶液泵，儲液箱位于 第二臺換熱器下游，第二溶液泵位于儲液箱下游。所述的熱泵裝置，其所述吸收器為非絕熱型吸收器，吸收器的氣體通流腔外壁帶 水冷套，水冷套上、下部設(shè)有進、出水口與供熱管路相連通；溶液經(jīng)吸收器頂部側(cè)面的濃溶 液進口管在氣體腔壁面成膜狀下降，吸收器底部側(cè)面的設(shè)有進氣管?！N所述的方法使用的熱泵裝置，為開式第二類吸收式熱泵，包括吸收器、再生 器、冷凝器、溶液泵、真空泵、調(diào)節(jié)閥；其吸收器采用絕熱型吸收器，頂部設(shè)有排煙管，底部設(shè) 有稀溶液管路出口，底部側(cè)面設(shè)有進氣管，頂部側(cè)面設(shè)有濃溶液管路進口，濃溶液管路連接 通流腔內(nèi)上部的噴頭；再生器頂部設(shè)有稀溶液管路進口，底部設(shè)有濃溶液管路出口，頂部側(cè)面設(shè)有開口， 與真空管路相通連，再生器內(nèi)設(shè)氣液換熱器，氣液換熱器的進出口與煙氣管路相通連；煙氣管路經(jīng)再生器內(nèi)氣液換熱器后，與吸收器通流腔底部側(cè)面的進氣管相連通；吸收器底部經(jīng)稀溶液管路與外部換熱器溶液進口管相連通，換熱器溶液出口管與 再生器頂部稀溶液管路進口相連通，換熱器進、出水口與供熱管路相連通，在稀溶液管路中 設(shè)有調(diào)節(jié)閥；再生器底部經(jīng)濃溶液管路與吸收器頂部側(cè)面的濃溶液管路進口相連通，濃溶 液管路中設(shè)有溶液泵；再生器經(jīng)真空管路與真空泵相通連，真空管路中設(shè)有冷凝器，冷凝器下部與水泵 相通連。所述的熱泵裝置，其所述非絕熱吸收器，其結(jié)構(gòu)包括進氣管、出氣管、進水管、出 水管、進液管、出液管、通流腔和盤管。溶液從吸收器通流腔上部進液管進入吸收器，下降過 程中和煙氣相接觸，然后與吸收器通流腔下部的盤管換熱，最后從吸收器通流腔下部的出 液管排出；盤管布置在吸收器通流腔下部、進氣管以上，盤管上設(shè)有進水管和出水管；煙氣 從吸收器通流腔下部的進氣管進入，從通流腔上部的出氣管排出。所述的熱泵裝置，其所述非絕熱吸收器，其結(jié)構(gòu)包括進氣管、出氣管、進水管、出 水管、進液管、出液管、冷卻水套、氣體通流腔、風帽和狹縫。溶液從吸收器氣體通流腔上部 進液管進入吸收器，經(jīng)過風帽遮擋，經(jīng)過狹縫在氣體通流腔壁面成膜狀下降的過程中與煙 氣相接觸，同時與吸收器氣體通流腔壁面外側(cè)冷卻水套換熱，最后從吸收器通氣體流腔下 部的出液管排出；冷卻水套布置在吸收器氣體通流腔外側(cè)，其上部設(shè)出水管，下部設(shè)有進水管；煙氣從吸收器氣體通流腔下部的進氣管進入，從氣體通流腔上部的出氣管排出。本發(fā)明的一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的方法和熱泵裝置，克服了在回收 煙氣中的水和潛熱時傳統(tǒng)的閉式吸收式熱泵存在的不足，結(jié)合煙氣特點，除利用以溴化鋰 水溶液和氯化鋰水溶液為代表的常規(guī)吸收劑外，采用成本低廉的氯化鈣水溶液在應(yīng)用條件 下的表面蒸汽壓很低的物性，采用上述技術(shù)方案，流程很合理，直接回收了煙氣中的水和潛 熱，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu)，減少了傳熱環(huán)節(jié)，改善了熱泵工藝參數(shù)，吸收劑成本極大的降低，帶來 更好的節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟效益。


圖1是依據(jù)本發(fā)明第一實施例提供的，無輔助熱源的開式第二類吸收式熱泵系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)和流程示意圖；圖2是依據(jù)本發(fā)明第二實施例提供的，帶外部低溫熱源的開式第二類吸收式熱泵 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和流程示意圖；圖3是依據(jù)本發(fā)明第三實施例提供的，帶外部熱源的多級換熱的開式第二類吸收 式熱泵系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和流程示意圖；圖4是依據(jù)本發(fā)明第四實施例提供的，帶外部熱源的開式第一類吸收式熱泵系統(tǒng) 結(jié)構(gòu)和流程示意圖；圖5是依據(jù)本發(fā)明的方法提供的，高濕煙氣水和潛熱同時回收的方法示意圖；圖6是本發(fā)明第一至第四實施例中所述的，絕熱吸收器結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是本發(fā)明第一至第四實施例中所述的，盤管非絕熱吸收器結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是本發(fā)明第一至第四實施例中所述的，降膜非絕熱洗手器結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明的一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的方法，為開式循環(huán)第二類吸收熱 泵，包括吸收單元，再生單元，熱回收單元，水回收單元。吸收劑采用氯化鈣水溶液。如圖5， 煙氣進入吸收單元，在吸收單元中濃溶液吸收煙氣中的水變成高溫稀溶液(水被吸收時釋 放潛熱)；高溫稀溶液經(jīng)過熱回收單元放出回收熱變成較低溫度稀溶液再進入再生單元； 回收的熱量在供熱單元中被送入供熱管網(wǎng)；再生單元中稀溶液被熱源加熱蒸發(fā)變成濃溶 液，濃溶液進入吸收單元；再生蒸發(fā)出的水在水回收單元被冷源冷卻成液態(tài)回收。本發(fā)明的一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的熱泵裝置，其基本構(gòu)思在第二 類閉式循環(huán)基礎(chǔ)上，省去蒸發(fā)器，直接引入煙氣，以煙氣中的水作為熱泵工質(zhì)，以最直接的 方式回收其中的水，同時回收煙氣中的潛熱；回收的潛熱用于對外供熱；除使用常規(guī)吸收 劑(如溴化鋰水溶液、氯化鋰水溶液)外，使用成本更加低廉的氯化鈣水溶液為工質(zhì)。參照圖1，本發(fā)明的熱泵裝置構(gòu)思的第一種技術(shù)方案，是無輔助熱源的開式第二類 吸收式熱泵，它主要包括吸收器(有絕熱和非絕熱兩種型式，其中非絕熱型有降膜和盤管 兩種結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)參見圖6、圖7、圖8)、再生器(帶氣液換熱器)、冷凝器、溶液泵若干、真 空泵、調(diào)節(jié)閥、儲液箱(可選項)和溶液換熱器(可選項)。以煙氣顯熱和部分潛熱來再生 吸收劑，煙氣先進入再生器再進入吸收器，最后進入大氣；吸收器和再生器之間通過調(diào)節(jié)閥 連通稀溶液管路，通過儲液箱(可選項)和增壓泵連通濃溶液管路；再生器產(chǎn)生的蒸汽先進入冷凝器冷卻，凝結(jié)成液態(tài)水后被水泵抽出，不凝性氣體被真空泵抽出；溶液交換器可以布 置在濃溶液管道和稀溶液管道之間；回收的熱量可以由絕熱吸收器之后的換熱器引出或由 非絕熱吸收器的內(nèi)置換熱器引出(可供熱)。參照圖2，本發(fā)明的熱泵裝置構(gòu)思的第二種技術(shù)方案，是帶外部低溫熱源的開式第 二類吸收式熱泵，它主要包括吸收器(有絕熱和非絕熱兩種型式，其中非絕熱型有降膜和 盤管兩種結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)參見圖6、圖7、圖8)、再生器(帶換熱器)、冷凝器、、溶液泵若干、 真空泵、調(diào)節(jié)閥、儲液箱(可選項)和溶液換熱器(可選項)。以外部低溫熱源介質(zhì)(如熱 水)進入再生器再生吸收劑，煙氣直接進入吸收器；其它部件及連接關(guān)系與第一種技術(shù)方 案相同；回收熱量方案也與第一種方案相同。參照圖3，本發(fā)明的熱泵裝置構(gòu)思的第三種技術(shù)方案，是帶外部熱源的多級換熱的 開式第二類吸收式熱泵，它主要包括吸收器(有絕熱和非絕熱兩種型式，其中非絕熱型有 降膜和盤管兩種結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)參見圖6、圖7、圖8)、再生器、煙氣換熱器、冷凝器、溶液泵 若干、真空泵、調(diào)節(jié)閥、儲液箱(可選項)和溶液換熱器(可選項)。外部低溫熱源介質(zhì)(如 熱水)先進入煙道與煙氣換熱，再進入再生器再生吸收劑，煙氣換熱后再進入吸收器；其它 部件及連接關(guān)系與第一種技術(shù)方案相同；回收熱量方案也與第一種方案相同。參照圖4，本發(fā)明的熱泵裝置構(gòu)思的第四種技術(shù)方案，是帶外部熱源的開式第一類 吸收式熱泵，它包括吸收器(有絕熱和非絕熱兩種型式，其中非絕熱型有降膜和盤管兩種 結(jié)構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)參見圖6、圖7、圖8)、再生器(常壓工作)、冷凝器、溶液泵若干、調(diào)節(jié)閥、儲 液箱(可選項)和換熱器。外部高溫熱源介質(zhì)(如熱水、高溫煙氣)進入再生器再生吸收 劑；溶液吸收器和再生器之間通過調(diào)節(jié)閥連通稀溶液管路，通過儲液箱(可選項)、濃溶液 換熱器和增壓泵連通濃溶液管路；再生器產(chǎn)生的蒸汽先進入冷凝器冷卻，凝結(jié)成液態(tài)水后 被水泵抽出；回收的熱量可以由絕熱吸收器之后的換熱器引出或由非絕熱吸收器的內(nèi)置換 熱器引出和濃溶液換熱器引出(可供熱)。參見圖7，本發(fā)明構(gòu)思的一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的熱泵裝置使用的 盤管非絕熱吸收器，一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的熱泵裝置使用的吸收器，其結(jié) 構(gòu)包括進氣管14、出氣管11、進水管16、出水管17、進液管12、出液管15、氣體通流腔13 和盤管18。溶液從吸收器氣體通流腔13上部的進液管12進入吸收器，下降過程中和煙氣 相接觸，然后與吸收器氣體通流腔13下部的盤管18換熱，最后從吸收器氣體通流腔13下 部的出液管15排出；盤管18布置在吸收器氣體通流腔13下部、進氣管14以上，盤管18上 設(shè)有進水管16和出水管17 ；煙氣從吸收器氣體通流腔13下部的進氣管14進入，從氣體通 流腔13上部的出氣管11排出。參見圖8，本發(fā)明構(gòu)思的一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的熱泵裝置使用的 降膜非絕熱吸收器，其結(jié)構(gòu)包括進氣管14、出氣管11、進水管16、出水管17、進液管12、出 液管15、冷卻水套21、氣體通流腔13、風帽19和狹縫20。溶液從吸收器氣體通流腔13上 部的進液管12進入吸收器，經(jīng)過風帽19遮擋，經(jīng)過狹縫20在氣體通流腔13的壁面成膜狀 下降的過程中與煙氣相接觸，同時與吸收器氣體通流腔13壁面外側(cè)冷卻水套21換熱，最后 從吸收器氣體通流腔13下部的出液管15排出；冷卻水套21布置在吸收器氣體通流腔13 外側(cè)，其上部設(shè)出水管17，下部設(shè)有進水管16 ；煙氣從吸收器氣體通流腔13下部的進氣管 14進入，從氣體通流腔13上部的出氣管11排出。
下面結(jié)合附圖和實施例詳細描述本發(fā)明的技術(shù)方案。圖1所示為本發(fā)明一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的熱泵裝置的第一實施 例，是無輔助熱源的開式第二類吸收式熱泵的系統(tǒng)和流程。圖中，吸收器1，再生器2，溶液 換熱器3，冷凝器4，真空泵5，儲液箱6，溶液泵7，調(diào)節(jié)閥8，水泵9，換熱器10，外部輔助熱 源Q，煙氣G，圖中虛線框表示該部件為可選項，可以根據(jù)具體情況增刪。結(jié)構(gòu)上，改類熱泵系統(tǒng)主要由吸收器1、再生器2連接組成，省去了閉式第二類吸 收式熱泵系統(tǒng)中的蒸發(fā)器。吸收器1可以采用本發(fā)明給出的三種型式，如圖6，圖7，圖8。 吸收器1通流腔上部設(shè)置噴頭，該噴頭和通流腔底部分別通過連接管與再生器2溶液側(cè)腔 體形成循環(huán)回路。當采用絕熱型吸收器時(如圖6所示型式)，在吸收器1底部溶液管上 設(shè)置換熱器3-2 ；當采用非絕熱型吸收器時(如圖7或圖8所示型式)，吸收器1內(nèi)部設(shè)置 換熱器。由于吸收器1在常壓下運行，而再生器2在負壓下運行，吸收器1底部的稀溶液會 自動進入再生器2溶液側(cè)腔體，溶液流量由設(shè)置在吸收器1通流腔底部的連接管上的調(diào)節(jié) 閥8控制。再生器2內(nèi)部設(shè)置換熱器，稀溶液和熱源介質(zhì)換熱后，溶液蒸發(fā)的水通過設(shè)置在 真空泵管路上的冷凝器4冷卻、凝結(jié)、回收，不凝結(jié)氣體由真空泵5抽出。在再生器2和溶 液換熱器3-1之間的連接管道上設(shè)置溶液泵7-2，在儲液箱6和吸收器1的噴頭的連接管 道上設(shè)置溶液泵7-1，溶液泵7-1和溶液泵7-2 —起將溶液從再生器2送入吸收器1。儲液 箱6(可選項)除儲存氯化鈣溶液外，可以加入過量氯化鈣溶質(zhì)，實現(xiàn)鹽儲能。溶液換熱器 3-1 (可選項)可以實現(xiàn)進入再生器2溶液與流出再生器2溶液的換熱。再生器2中的吸收劑為氯化鈣水溶液。在相關(guān)設(shè)備組成的系統(tǒng)中工作流程如下①煙氣流程——煙氣進入再生器2加熱側(cè)(此處也可稱煙氣側(cè))管路，與再生器 2中的溶液換熱；從再生器2出來的煙氣進入吸收器1通流腔中下部的進氣管，與來自通流 腔上部噴頭的溶液直接接觸，傳熱、傳質(zhì)，最后由吸收器1通流腔頂部的排煙管排出。②被吸收蒸汽流程——吸收器1的通流腔內(nèi)，煙氣與溶液接觸后，煙氣中的一部分 水蒸氣被吸收劑溶液吸收，帶有這部分水的溶液由吸收器1通流腔底部的溶液管流出；來 自吸收器1的溶液經(jīng)過調(diào)節(jié)閥8進入再生器2溶液側(cè)腔體，在腔體內(nèi)與煙氣換熱，溶液蒸發(fā) 出水蒸氣，被真空泵5抽入到抽氣管路，蒸汽在抽氣管路上設(shè)置的冷凝器4中凝結(jié)成水，剩 余不凝結(jié)氣體由真空泵抽出，凝結(jié)水由水泵9抽出，這些凝結(jié)水就是熱泵系統(tǒng)從煙氣中回 收的水。③冷卻介質(zhì)流程——I、冷卻水或空氣進、出冷凝器4，使來自再生器2的蒸汽冷 凝。II、冷卻介質(zhì)(如供暖水)進、出吸收器1(采用非絕熱吸收器時)或者進、出溶液換熱 器3-2 (采用絕熱吸收器時)，冷卻介質(zhì)用于回收吸收熱(來自煙氣中水的潛熱)。④溶液流程——來自再生器2出口的濃溶液由溶液泵7-2送入溶液換熱器3-1 (可 選項)，在溶液換熱器3-1中，濃溶液與來自吸收器1溶液出口的稀溶液換熱；來自溶液換 熱器3-1的濃溶液進入儲液箱6 (可選)再由溶液泵7-1送入吸收器1通流腔上部的噴頭； 噴頭將濃溶液噴灑后與煙氣直接接觸發(fā)生傳熱、傳質(zhì)，濃溶液吸收煙氣中的蒸汽后變成稀 溶液并放熱，稀溶液在吸收器1的內(nèi)置換熱器或者溶液換熱器3-2中換熱后，進入溶液換熱 器3-1與來自再生器2的濃溶液換熱，內(nèi)置換熱器或者溶液換熱器3-2獲得的熱量對外輸 出供熱；換熱后的稀溶液經(jīng)由調(diào)節(jié)閥8進入再生器2溶液進口，在溶液側(cè)腔體內(nèi)與煙氣換 熱，蒸發(fā)出水蒸氣，完成溶液循環(huán)。
圖2所示為本發(fā)明一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的熱泵裝置的第二實施 例，是帶外部低溫熱源的開式第二類吸收式熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與流程。其與圖1的主要區(qū)別 在于煙氣不經(jīng)過再生器2，而是直接進入吸收器1 ；外部熱源介質(zhì)(如中溫熱水)進、出再生 器2，加熱溶液。其它流程與連接均與圖1所示熱泵系統(tǒng)相同。圖3所示為本發(fā)明一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的熱泵裝置的第三實施 例，是帶外部熱源的多級換熱的開式第二類吸收式熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與流程。其與圖2的主 要區(qū)別在于煙氣先進入換熱器10加熱來自外部熱源的介質(zhì)，然后再進入吸收器1的進氣管 路；加熱后的外部熱源介質(zhì)進入再生器加熱側(cè)加熱溶液。其它流程與連接均與圖2所示熱 泵系統(tǒng)相同。圖4所示為本發(fā)明一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的熱泵裝置的第四實施 例，是帶外部熱源的開式第一類吸收式熱泵系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與流程。其與圖2的主要區(qū)別在于 再生器2的工作壓力由負壓變?yōu)槌?，省去了真空?，再生器產(chǎn)生的蒸汽熱量品位較高， 可以對外輸出利用。而由于再生器2壓力升高，來自吸收器1的溶液無法自吸進入再生器 2，在吸收器1和再生器2的稀溶液管路上增加溶液泵7-3，用于輸送溶液。本發(fā)明一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的熱泵裝置，與傳統(tǒng)的閉式吸收式熱 泵相比，在高濕煙氣回收水、熱的場合具有如下效果和優(yōu)勢①流程和設(shè)備得到簡化，降低了設(shè)備和工程投資成本。②傳熱環(huán)節(jié)減少，可以利用更低溫度的余熱，改善了熱泵的工藝性能。③可以從煙氣中直接回收水和潛熱，沒有煙氣露點的限制，可以回收得到更高品 位的熱量。開式第二類吸收式熱泵可以利用低品位熱源，擴展了吸收式熱泵應(yīng)用的場合，也 對需要回收水的產(chǎn)生高濕煙氣的設(shè)備提供了更加經(jīng)濟的回收方式。
權(quán)利要求
一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的方法，為開式循環(huán)第二類吸收熱泵，包括吸收單元，再生單元，熱回收單元，水回收單元；其特征是吸收劑采用氯化鈣水溶液；步驟包括A)煙氣進入吸收單元，在吸收單元中濃溶液吸收煙氣中的水變成高溫稀溶液(水被吸收時釋放潛熱)；B)高溫稀溶液經(jīng)過熱回收單元放出回收熱變成較低溫度稀溶液再進入再生單元；C)回收的熱量在供熱單元中被送入供熱管網(wǎng)；D)再生單元中稀溶液被熱源加熱蒸發(fā)變成濃溶液，濃溶液進入吸收單元；E)再生蒸發(fā)出的水在水回收單元被冷源冷卻成液態(tài)回收。
2.一種如權(quán)利要求1所述的方法使用的熱泵裝置，為開式第二類吸收式熱泵，包括吸 收器、再生器、冷凝器、溶液泵、真空泵、調(diào)節(jié)閥；其特征是吸收器采用非絕熱型吸收器，內(nèi) 部設(shè)置換熱器，換熱器與供熱管路相連通，頂部設(shè)有排煙管，底部設(shè)有稀溶液管路出口，底 部側(cè)面設(shè)有進氣管，頂部側(cè)面設(shè)有濃溶液管路進口，濃溶液管路連接通流腔內(nèi)上部的噴頭， 噴頭位于換熱器上方；再生器頂部設(shè)有稀溶液管路進口，底部設(shè)有濃溶液管路出口，頂部側(cè)面設(shè)有開口，與真 空管路相通連，再生器內(nèi)設(shè)氣液換熱器，氣液換熱器的進出口與煙氣管路相通連；煙氣管路經(jīng)再生器內(nèi)氣液換熱器后，與吸收器通流腔底部側(cè)面的進氣管相連通；吸收器底部經(jīng)稀溶液管路與再生器頂部稀溶液管路進口相連通，在稀溶液管路中設(shè)有 調(diào)節(jié)閥；再生器底部經(jīng)濃溶液管路與吸收器頂部側(cè)面的濃溶液管路進口相連通，濃溶液管 路中設(shè)有溶液泵；再生器經(jīng)真空管路與真空泵相通連，真空管路中設(shè)有冷凝器，冷凝器下部與水泵相通連。
3.如權(quán)利要求2所述的熱泵裝置，其特征是所述換熱器，有兩臺，設(shè)于吸收器外部，第 一臺換熱器位于吸收器底部的稀溶液管路中，在調(diào)節(jié)閥上游；第二臺換熱器位于濃溶液管 路中，在溶液泵下游，其進出管路與稀溶液管路相通連，位于第一臺換熱器下游。
4.如權(quán)利要求2或3所述的熱泵裝置，其特征是所述濃溶液管路中，還設(shè)有儲液箱和 第二臺溶液泵，儲液箱位于第二臺換熱器下游，第二臺溶液泵位于儲液箱下游。
5.一種如權(quán)利要求1所述的方法使用的熱泵裝置，為開式第二類吸收式熱泵，包括吸 收器、再生器、冷凝器、溶液泵、真空泵、調(diào)節(jié)閥；其特征是吸收器采用非絕熱型吸收器，內(nèi) 部設(shè)置換熱器，換熱器與供熱管路相連通，頂部設(shè)有排煙管，底部設(shè)有稀溶液管路出口，底 部側(cè)面設(shè)有進氣管，煙氣管路與進氣管相連通，頂部側(cè)面設(shè)有濃溶液管路進口，濃溶液管路 連接通流腔內(nèi)上部的噴頭，噴頭位于換熱器上方；再生器頂部設(shè)有稀溶液管路進口，底部設(shè)有濃溶液管路出口，頂部側(cè)面設(shè)有開口，與 真空管路相通連，再生器內(nèi)設(shè)氣液換熱器，氣液換熱器的進出口與外部輔助熱源管路相通 連；吸收器底部經(jīng)稀溶液管路與再生器頂部稀溶液管路進口相連通，在稀溶液管路中設(shè)有 調(diào)節(jié)閥；再生器底部經(jīng)濃溶液管路與吸收器頂部側(cè)面的濃溶液管路進口相連通，濃溶液管 路中設(shè)有溶液泵；再生器經(jīng)真空管路與真空泵相通連，真空管路中設(shè)有冷凝器，冷凝器下部與水泵相通連。
6.如權(quán)利要求5所述的熱泵裝置，其特征是所述換熱器，有兩臺，設(shè)于吸收器外部，第一臺換熱器位于吸收器底部的稀溶液管路中，在調(diào)節(jié)閥上游；第二臺換熱器位于濃溶液管 路中，在溶液泵下游，其進出管路與稀溶液管路相通連，位于第一臺換熱器下游。
7.如權(quán)利要求5或6所述的熱泵裝置，其特征是所述濃溶液管路中，還設(shè)有儲液箱和 第二臺溶液泵，儲液箱位于第二臺換熱器下游，第二臺溶液泵位于儲液箱下游。
8.如權(quán)利要求5或6所述的熱泵裝置，其特征是還設(shè)有第三臺換熱器，位于外部輔助 熱源管路和煙氣管路中，第三臺換熱器的一對進出口與外部輔助熱源管路相通連，另一對 進出口與煙氣管路相通連。
9.如權(quán)利要求7所述的熱泵裝置，其特征是還設(shè)有第三臺換熱器，位于外部輔助熱源 管路和煙氣管路中，第三臺換熱器的一對進出口與外部輔助熱源管路相通連，另一對進出 口與煙氣管路相通連。
10.一種如權(quán)利要求1所述的方法使用的熱泵裝置，為開式第二類吸收式熱泵，包括吸 收器、再生器、冷凝器、溶液泵；其特征是吸收器采用非絕熱型吸收器，內(nèi)部設(shè)置換熱器， 換熱器與供熱管路相連通，頂部設(shè)有排煙管，底部設(shè)有稀溶液管路出口，底部側(cè)面設(shè)有進氣 管，煙氣管路與進氣管相連通，頂部側(cè)面設(shè)有濃溶液管路進口，濃溶液管路連接通流腔內(nèi)上 部的噴頭，噴頭位于換熱器上方；再生器頂部設(shè)有稀溶液管路進口，底部設(shè)有濃溶液管路出口，頂部側(cè)面設(shè)有開口，與冷 凝器相通連，再生器內(nèi)設(shè)氣液換熱器，氣液換熱器的進出口與外部輔助熱源管路相通連；吸收器底部經(jīng)稀溶液管路與再生器頂部稀溶液管路進口相連通，在稀溶液管路中設(shè)有 第三溶液泵；再生器底部經(jīng)濃溶液管路與吸收器頂部側(cè)面的濃溶液管路進口相連通，濃溶 液管路中設(shè)有第一溶液泵；冷凝器下部與水泵相通連，上部與冷卻塔相通連。
11.如權(quán)利要求10所述的熱泵裝置，其特征是所述換熱器，有兩臺，設(shè)于吸收器外 部，第一臺換熱器位于吸收器底部的稀溶液管路中，在第一溶液泵上游；第二臺換熱器位于 濃溶液管路中，在第二溶液泵下游，其進出管路與稀溶液管路相通連，位于第一臺換熱器下 游。
12.如權(quán)利要求10或11所述的熱泵裝置，其特征是所述濃溶液管路中，還設(shè)有儲液 箱和第二溶液泵，儲液箱位于第二臺換熱器下游，第二溶液泵位于儲液箱下游。
13.如權(quán)利要求2、5或10所述的熱泵裝置，其特征是所述吸收器為非絕熱型吸收器， 吸收器的氣體通流腔外壁帶水冷套，水冷套上、下部設(shè)有進、出水口與供熱管路相連通；溶 液經(jīng)吸收器頂部側(cè)面的濃溶液進口管在氣體腔壁面成膜狀下降，吸收器底部側(cè)面的設(shè)有進 氣管。
14.一種如權(quán)利要求1所述的方法使用的熱泵裝置，為開式第二類吸收式熱泵，包括吸 收器、再生器、冷凝器、溶液泵、真空泵、調(diào)節(jié)閥；其特征是吸收器采用絕熱型吸收器，頂部 設(shè)有排煙管，底部設(shè)有稀溶液管路出口，底部側(cè)面設(shè)有進氣管，頂部側(cè)面設(shè)有濃溶液管路進 口，濃溶液管路連接通流腔內(nèi)上部的噴頭；再生器頂部設(shè)有稀溶液管路進口，底部設(shè)有濃溶液管路出口，頂部側(cè)面設(shè)有開口，與真 空管路相通連，再生器內(nèi)設(shè)氣液換熱器，氣液換熱器的進出口與煙氣管路相通連；煙氣管路經(jīng)再生器內(nèi)氣液換熱器后，與吸收器通流腔底部側(cè)面的進氣管相連通；吸收器底部經(jīng)稀溶液管路與外部換熱器溶液進口管相連通，換熱器溶液出口管與再生器頂部稀溶液管路進口相連通，換熱器進、出水口與供熱管路相連通，在稀溶液管路中設(shè)有 調(diào)節(jié)閥；再生器底部經(jīng)濃溶液管路與吸收器頂部側(cè)面的濃溶液管路進口相連通，濃溶液管 路中設(shè)有溶液泵；再生器經(jīng)真空管路與真空泵相通連，真空管路中設(shè)有冷凝器，冷凝器下部與水泵相通連。
15.如權(quán)利要求2、5或10所述的熱泵裝置，其特征是所述非絕熱吸收器，其結(jié)構(gòu)包 括進氣管、出氣管、進水管、出水管、進液管、出液管、通流腔和盤管；溶液從吸收器通流腔 上部進液管進入吸收器，下降過程中和煙氣相接觸，然后與吸收器通流腔下部的盤管換熱， 最后從吸收器通流腔下部的出液管排出；盤管布置在吸收器通流腔下部、進氣管以上，盤管 上設(shè)有進水管和出水管；煙氣從吸收器通流腔下部的進氣管進入，從通流腔上部的出氣管 排出。
16.如權(quán)利要求2、5或10所述的熱泵裝置，其特征是所述非絕熱吸收器，其結(jié)構(gòu)包 括進氣管、出氣管、進水管、出水管、進液管、出液管、冷卻水套、氣體通流腔、風帽和狹縫； 溶液從吸收器氣體通流腔上部進液管進入吸收器，經(jīng)過風帽遮擋，經(jīng)過狹縫在氣體通流腔 壁面成膜狀下降的過程中與煙氣相接觸，同時與吸收器氣體通流腔壁面外側(cè)冷卻水套換 熱，最后從吸收器通氣體流腔下部的出液管排出；冷卻水套布置在吸收器氣體通流腔外側(cè)， 其上部設(shè)出水管，下部設(shè)有進水管；煙氣從吸收器氣體通流腔下部的進氣管進入，從氣體通 流腔上部的出氣管排出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高濕度煙氣中水和潛熱同時回收的方法和熱泵裝置，涉及節(jié)能設(shè)備技術(shù)，其吸收器內(nèi)部有換熱器，頂部有排煙管，底部有稀溶液出口，底部側(cè)面有進氣管，頂部側(cè)面有濃溶液進口，濃溶液管路與腔內(nèi)上部的噴頭通連；再生器頂部有稀溶液進口，底部有濃溶液管路出口，再生器內(nèi)設(shè)氣液換熱器，氣液換熱器的進出口與煙氣管路相通連；煙氣管路經(jīng)再生器后，與吸收器底的進氣管相連通；吸收器底部經(jīng)稀溶液管路與再生器相連通，在稀溶液管路中設(shè)有調(diào)節(jié)閥；再生器在負壓下運行，底部經(jīng)濃溶液管路與吸收器相連通，濃溶液管路中設(shè)有溶液泵。本發(fā)明方法和裝置直接回收了煙氣中的水和潛熱，設(shè)備簡化，有更好的節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟效益。
文檔編號F25B27/02GK101922821SQ20091008713
公開日2010年12月22日 申請日期2009年6月10日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月10日
發(fā)明者徐震, 肖云漢, 路源, 魏璠 申請人:中國科學院工程熱物理研究所