煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)和低溫煙氣余熱回收利用方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)和低溫煙氣余熱回收利用方法。煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)包括熱管式蒸發(fā)器、氣液分離器、壓縮機、管殼式冷凝器、儲液器、干燥過濾器和節(jié)流閥，所述部件用不銹鋼管依次連接成一個封閉循環(huán)系統(tǒng)；熱管式蒸發(fā)器包括吸熱段煙箱和放熱段筒體，煙箱內(nèi)每根熱管外加裝螺旋波紋翅片以強化傳熱，放熱段采用圓筒體以提高耐壓性；管殼式冷凝器采用內(nèi)壁微肋管和管外螺旋肋片支撐。煙氣余熱回收利用方法是：煙氣進入熱泵熱水系統(tǒng)的熱管式蒸發(fā)器，通過熱管把熱量傳給制冷劑，制冷劑由壓縮機送到管殼式冷凝器中加熱自來水。煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)能直接高效回收低溫煙氣余熱，采用熱管式蒸發(fā)器，能避免煙氣腐蝕導致的制冷劑泄漏。
【專利說明】煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)和低溫煙氣余熱回收利用方法

【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)和低溫煙氣余熱回收利用方法，屬余熱回收利用領域。

【背景技術(shù)】
[0002]燃氣鍋爐、窯爐等運行過程中排放大量高溫煙氣，利用管翅式氣一水換熱器回收煙氣余熱是目前較為成熟的技術(shù)，但由于其受傳熱溫差和余熱回收經(jīng)濟性的限制，只能回收高溫煙氣中的部分熱量，所以經(jīng)氣一水換熱器回收余熱后會產(chǎn)生低溫煙氣，其排煙溫度仍在80°C左右，大量的低溫余熱未被回收利用而直接排入大氣，造成巨大的能源浪費。
[0003]空氣源熱泵是以環(huán)境空氣為熱源，吸收空氣的熱量并提高其品位而產(chǎn)生熱空氣或熱水的設備，因其節(jié)能高效的特點而在南方地區(qū)得到廣泛應用，但在北方地區(qū)冬季氣溫很低的環(huán)境條件下，空氣源熱泵的供熱效率會大大降低，并經(jīng)常會出現(xiàn)結(jié)霜問題，這就限制了空氣源熱泵在北方地區(qū)的推廣應用。
[0004]如果把傳統(tǒng)的空氣源熱泵用于煙氣余熱回收，空氣源熱泵通常采用管翅式蒸發(fā)器，熱泵運行一段時間之后，會出現(xiàn)蒸發(fā)器的換熱管腐蝕損壞而使制冷劑泄漏，從而導致整個熱泵系統(tǒng)癱瘓，造成經(jīng)濟損失。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)和低溫煙氣余熱回收利用方法，能直接高效回收低溫煙氣余熱，避免煙氣腐蝕導致的制冷劑泄漏。
[0006]本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
一種煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)，包括熱管式蒸發(fā)器、氣液分離器、壓縮機、管殼式冷凝器、儲液器、干燥過濾器和節(jié)流閥，所述部件用不銹鋼管依次連接而構(gòu)成一個封閉循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)通入制冷劑。
[0007]所述煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)采用熱管式蒸發(fā)器，熱管式蒸發(fā)器以鋼-水重力熱管作為關鍵傳熱元件，包括下部的吸熱段煙箱和上部的放熱段筒體，煙箱內(nèi)每根熱管外加裝螺旋波紋翅片以提高傳熱性能，放熱段筒體采用圓筒體以提高耐壓性，兩段之間用平板作為密封隔板，又作為固定熱管的管板，密封隔板還能防止煙氣與制冷劑交叉污染。
[0008]所述煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)采用高效管殼式冷凝器，管殼式冷凝器采用固定管板式，其換熱管采用內(nèi)壁微肋管，以提高管內(nèi)制冷劑的凝結(jié)換熱效率，換熱管外纏繞螺旋肋片，螺旋肋片又作為管束支撐，螺旋肋片能促使管外流體圍繞管壁面做螺旋流動，對流體具體強烈的擾流作用，以提高管外換熱效率。
[0009]所述壓縮機采用高溫螺桿式壓縮機，壓縮介質(zhì)的最高溫度可達85°C。
[0010]所述熱管式蒸發(fā)器與壓縮機之間連接有氣液分離器，以防壓縮機的濕運轉(zhuǎn)。
[0011]所述管殼式冷凝器與節(jié)流閥之間連接有儲液器和干燥過濾器。
[0012]所述低溫煙氣余熱回收利用方法，其特征在于，包括三個工藝流程: (1)余熱吸收流程:低溫煙氣進入煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)的熱管式蒸發(fā)器下端煙箱，在煙箱內(nèi)煙氣余熱被熱管蒸發(fā)段所吸收，通過熱管內(nèi)的工質(zhì)把熱量傳給熱管冷凝段，加熱冷凝段外側(cè)的液態(tài)制冷劑，制冷劑吸熱后蒸發(fā)變成氣態(tài)，降溫后的煙氣由煙箱的煙氣出口排入環(huán)境，完成余熱吸收流程；
(2)余熱傳輸流程:吸熱汽化后的制冷劑經(jīng)過煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)的氣液分離器進入壓縮機，氣態(tài)制冷劑被壓縮后壓力和溫度升高，之后進入到管殼式冷凝器，完成余熱傳輸流程;
(3)余熱利用流程:來自壓縮機的高溫氣態(tài)制冷劑從管殼式冷凝器的管程流過，放熱后冷凝為液態(tài)，液態(tài)制冷劑經(jīng)儲液器、干燥過濾器和節(jié)流閥回到熱管式蒸發(fā)器，同時自來水流過管殼式冷凝器的殼程時被加熱，熱水通過外部管網(wǎng)輸送到熱用戶，完成余熱利用流程。
[0013]本發(fā)明采用上述技術(shù)方案后，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下有益效果:一是以低溫煙氣作為熱源的熱泵熱水系統(tǒng)，不僅能高效回收低溫煙氣余熱，節(jié)約了能源，而且能生產(chǎn)更高溫度的熱水，也使熱泵熱水系統(tǒng)的供熱效率大大提高，降低了熱水的生產(chǎn)成本，同時還避免了空氣源熱泵冬季運行時效率低和結(jié)霜等問題；二是煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)采用熱管式蒸發(fā)器，不但實現(xiàn)了煙氣與制冷劑之間的高效傳熱，而且還解決了因蒸發(fā)器的換熱管腐蝕損壞而導致制冷劑泄漏的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1是煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)的示意圖。
[0015]圖2是熱管式蒸發(fā)器的縱剖面示意圖。
[0016]圖3是內(nèi)壁微肋管的橫截面示意圖。
[0017]圖4是管外螺旋肋片的示意圖。
[0018]附圖標記，1-熱管式蒸發(fā)器；101_熱管蒸發(fā)段；102_熱管冷凝段；2_氣液分離器；
3-壓縮機；4_管殼式冷凝器；5_儲液器；6_干燥過濾器；7—節(jié)流閥；8_換熱管；9_螺旋肋片。

【具體實施方式】
[0019]結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行說明。
[0020]一種煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)包括熱管式蒸發(fā)器1、氣液分離器2、壓縮機3、管殼式冷凝器4、儲液器5、干燥過濾器6、節(jié)流閥7，其中熱管蒸發(fā)器I與壓縮機3之間連接有氣液分離器2，管殼式冷凝器4與節(jié)流閥7之間連接有儲液器5和干燥過濾器6，上述部件之間用不銹鋼管依次連接成一個封閉的循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)通入制冷劑。
[0021]低溫煙氣余熱回收利用方法包括以下工藝流程:
(I)低溫煙氣進入煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)的熱管式蒸發(fā)器I下端煙箱，在煙箱內(nèi)煙氣余熱被熱管蒸發(fā)段101所吸收，通過熱管內(nèi)的工質(zhì)把熱量傳給熱管冷凝段102，加熱冷凝段102外側(cè)的液態(tài)制冷劑，制冷劑吸熱后蒸發(fā)變成氣態(tài)，降溫后的煙氣由煙箱的煙氣出口排入環(huán)境，完成余熱吸收流程。
[0022](2)吸熱汽化后的制冷劑經(jīng)過煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)的氣液分離器2進入壓縮機3，氣態(tài)制冷劑被壓縮后壓力和溫度升高，之后進入到管殼式冷凝器4，完成余熱傳輸流程。
[0023](3)來自壓縮機3的高溫氣態(tài)制冷劑從管殼式冷凝器4的管程流過，放熱后冷凝為液態(tài)，液態(tài)制冷劑經(jīng)儲液器5、干燥過濾器6和節(jié)流閥7回到熱管式蒸發(fā)器1，同時自來水流過管殼式冷凝器4的殼程時被加熱，熱水通過外部管網(wǎng)輸送到熱用戶，完成余熱利用流程。
[0024]下面舉例說明煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)的具體工作過程:低溫煙氣進入熱管式蒸發(fā)器I下端煙箱，煙箱內(nèi)布置有工質(zhì)蒸發(fā)溫度為30°C的鋼-水重力熱管，煙氣遇到熱管的低溫換熱壁面而放出顯熱和水蒸氣的氣化潛熱，煙氣溫度由80°C降至約40°C，由煙箱的煙氣出口排入環(huán)境。煙氣余熱被熱管蒸發(fā)段101吸收后，通過熱管內(nèi)的工質(zhì)把熱量傳給熱管冷凝段102，加熱冷凝段外側(cè)的液態(tài)制冷劑，制冷劑的蒸發(fā)溫度為25°C，制冷劑吸熱后蒸發(fā)變成氣態(tài)，經(jīng)氣液分離器2進入壓縮機3，被壓縮機3壓縮后的高溫(65°C )制冷劑進入到管殼式冷凝器4的管程，放熱后冷凝為液態(tài)，液態(tài)制冷劑經(jīng)儲液器5、干燥過濾器6和節(jié)流閥7回到熱管式蒸發(fā)器1，完成一個制冷劑循環(huán)。同時自來水流過管殼式冷凝器4的殼程從25°C加熱到55°C，熱水通過外部管網(wǎng)輸送到熱用戶。
[0025]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)，包括熱管式蒸發(fā)器、氣液分離器、壓縮機、管殼式冷凝器、儲液器、干燥過濾器和節(jié)流閥，其特征在于:所述部件用不銹鋼管依次連接成一個封閉循環(huán)系統(tǒng)，系統(tǒng)內(nèi)通入制冷劑。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)采用熱管式蒸發(fā)器，熱管式蒸發(fā)器以鋼-水重力熱管作為關鍵傳熱元件，包括下部的吸熱段煙箱和上部的放熱段筒體，煙箱內(nèi)每根熱管外加裝螺旋波紋翅片，放熱段筒體采用圓筒體，兩段之間用平板作為密封隔板，又作為固定熱管的管板。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于，所述煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)采用高效管殼式冷凝器，管殼式冷凝器采用固定管板式，換熱管采用內(nèi)壁微肋管，管外纏繞螺旋肋片，螺旋肋片又作為管束支撐。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣源熱泵熱水系統(tǒng)，其特征在于，所述壓縮機采用高溫螺桿式壓縮機。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣熱源泵熱水系統(tǒng)，其特征在于:所述熱管式蒸發(fā)器與壓縮機之間連接有氣液分離器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煙氣熱源泵熱水系統(tǒng)，其特征在于:所述管殼式冷凝器與節(jié)流閥之間連接有儲液器和干燥過濾器。
7.根據(jù)權(quán)利力要求1-7任意一項所述煙氣熱源泵熱水系統(tǒng)，一種低溫煙氣余熱回收利用方法，其特征在于，包括三個工藝流程: (1)余熱吸收流程:低溫煙氣進入熱泵熱水系統(tǒng)的熱管式蒸發(fā)器下端煙箱，在煙箱內(nèi)煙氣余熱被熱管蒸發(fā)段所吸收，通過熱管內(nèi)的工質(zhì)把熱量傳給熱管冷凝段，加熱冷凝段外側(cè)的液態(tài)制冷劑，制冷劑吸熱后蒸發(fā)變成氣態(tài)，降溫后的煙氣由煙箱的煙氣出口排入環(huán)境，完成余熱吸收流程； (2)余熱傳輸流程:吸熱汽化后的制冷劑經(jīng)過熱泵熱水系統(tǒng)的氣液分離器進入壓縮機，氣態(tài)制冷劑被壓縮后壓力和溫度升高，之后進入到管殼式冷凝器，完成余熱傳輸流程； (3)余熱利用流程:來自壓縮機的高溫氣態(tài)制冷劑從管殼式冷凝器的管程流過，放熱后冷凝為液態(tài)，液態(tài)制冷劑經(jīng)儲液器、干燥過濾器和節(jié)流閥回到熱管式蒸發(fā)器，同時自來水流過管殼式冷凝器的殼程時被加熱，熱水通過外部管網(wǎng)輸送到熱用戶，完成余熱利用流程。
【文檔編號】F25B39/02GK104132481SQ201410393963
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年8月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月12日
【發(fā)明者】吳金星, 王超, 劉艷會, 王明強, 栗俊芬, 彭旭 申請人:鄭州大學