水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)及其控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)及其控制方法，包括燃?xì)忮仩t1、一級煙氣余熱回收裝置2、二級煙氣余熱回收裝置3、水源熱泵機(jī)組4、冷凝水箱5、煙氣管道6、煙囪7、電磁閥8、電動調(diào)節(jié)閥9、手動調(diào)節(jié)閥10、熱水管道11、板式換熱器12、循環(huán)水泵13、一體化溫度變送器14、遠(yuǎn)傳壓力表15、水源熱泵機(jī)組控制柜16、鍋爐控制柜17、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)18以及集中監(jiān)控平臺19組成，還包括系統(tǒng)的控制方法。該發(fā)明可將排煙溫度降至30℃以下，深度回收煙氣中的顯熱和冷凝潛熱，同時(shí)可回收大量的煙氣冷凝水，減少煙氣中NOx和SO2等有害氣體的排放，實(shí)現(xiàn)節(jié)能節(jié)水環(huán)保的綜合效益。
【專利說明】水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)及其控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)及其控制方法，具體是涉及一種水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱和冷凝水的回收利用，本發(fā)明適用于燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐、直燃機(jī)及工業(yè)燃?xì)馊紵O(shè)備的煙氣余熱深度回收利用，屬于余熱利用【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]我國能源結(jié)構(gòu)正向清潔低碳轉(zhuǎn)型，天然氣用能設(shè)備迅速發(fā)展，燃?xì)獾母咝Ю弥鸩匠蔀楫?dāng)今節(jié)能的主題。目前普通燃?xì)忮仩t的排煙溫度一般達(dá)到150?250°C，排煙熱損失20%以上，造成能源浪費(fèi)和環(huán)境污染。國內(nèi)市場上應(yīng)用最多的是在燃?xì)忮仩t尾部加裝煙氣余熱利用回收裝置來回收高溫?zé)煔庥酂?，由于受被加熱介質(zhì)的溫度限制，煙氣余熱回收利用裝置主要回收煙氣中的顯熱，煙氣大部分的冷凝潛熱未被回收利用，近一半的排煙余熱被浪費(fèi)?？梢?，若僅用煙氣余熱回收利用裝置來回收煙氣余熱，其節(jié)能潛力是有限的。
[0003]國外早期的水源熱泵中就開始利用江河水、湖水等地表水以及城市生活廢水作為低位熱源，水源熱泵技術(shù)在我國發(fā)展起步較晚，主要應(yīng)用在北方地區(qū)，其中受水源的水量、水溫、水質(zhì)和全年供水穩(wěn)定性等因素的影響，難以保證全年能穩(wěn)定、高效的運(yùn)行。
[0004]將水源熱泵機(jī)組推廣應(yīng)用至燃?xì)忮仩t集中供熱系統(tǒng)，首先要解決的就是水源問題，無論是地表水還是地下水資源，水源一直制約著水源熱泵在北方的發(fā)展和應(yīng)用，我們?yōu)榇颂岢隽艘惶兹碌慕鉀Q方案——營造水源環(huán)境，即采用水源熱泵機(jī)組與煙氣冷凝余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行，水源熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器側(cè)與煙氣余熱回收裝置水側(cè)形成閉式循環(huán)水環(huán)路，該系統(tǒng)中水源熱泵為煙氣余熱回收提供低溫冷媒，從而最大限度降低高溫?zé)煔庵?0°C以下，實(shí)現(xiàn)煙氣余熱的深度回收利用，具有節(jié)能節(jié)水環(huán)保的綜合效果。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005](一)要解決的問題
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)及其控制方法，以解決燃?xì)忮仩t排煙溫度過高引起的能源和水資源浪費(fèi)，同時(shí)解決水源熱泵機(jī)組應(yīng)用范圍受自然條件的限制，最終達(dá)到煙氣余熱深度回收利用。
[0007]( 二)水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)
[0008]本發(fā)明的水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)是包括燃?xì)忮仩t1、一級煙氣余熱回收裝置2、二級煙氣余熱回收裝置3、水源熱泵機(jī)組4、冷凝水箱5、煙氣管道6、煙囪7、電磁閥8、電動調(diào)節(jié)閥9、手動調(diào)節(jié)閥10、熱水管道11、板式換熱器12、循環(huán)水泵13、一體化溫度變送器14、遠(yuǎn)傳壓力表15、水源熱泵機(jī)組控制柜16、鍋爐控制柜17、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)18以及集中監(jiān)控平臺19組成。所述的燃?xì)忮仩t1出口與煙道6相接，煙道6上依次設(shè)置一級煙氣余熱回收裝置2和二級煙氣余熱回收裝置3 ;所述一級煙氣余熱回收裝置2的進(jìn)水口與二次網(wǎng)回水連接，出水口與二次網(wǎng)供水相接，與板式換熱器12水環(huán)路為并聯(lián)結(jié)構(gòu)；所述水源熱泵機(jī)組4的蒸發(fā)器側(cè)與二級煙氣余熱回收裝置3的水路形成閉式系統(tǒng)，在蒸發(fā)器的出水管道上裝設(shè)有循環(huán)水泵13 ;所述的水源熱泵機(jī)組6的冷凝器側(cè)與板式換熱器12并聯(lián)，水源熱泵機(jī)組4的冷凝器進(jìn)水管與二次網(wǎng)回水管相連，冷凝器的出水管與二次網(wǎng)供水管相連；所述的冷凝水箱5用于收集一級煙氣余熱回收裝置2和二級煙氣余熱回收裝置3中煙氣冷凝形成的冷凝水；所述的煙?位于二級煙氣余熱回收裝置3后部，并與煙氣管道6相接；所述的電磁閥8-1在閉式系統(tǒng)壓力超壓時(shí)開啟泄水，電磁閥8-2在閉式系統(tǒng)低壓時(shí)開啟進(jìn)水；它還包括各水管路中的電動調(diào)節(jié)閥9和手動調(diào)節(jié)閥10，起到開關(guān)和調(diào)節(jié)流量的作用。
[0009]所述的水源熱泵機(jī)組4采用高效滿液式蒸發(fā)器和高效冷凝器，壓縮機(jī)為變頻壓縮機(jī)。
[0010]所述的一級煙氣余熱回收裝置2和二級煙氣余熱回收裝置3均采用高肋化不銹鋼鋁翅片管叉排結(jié)構(gòu)，節(jié)能高效，結(jié)構(gòu)緊湊，煙氣流動阻力小。
[0011]所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)18是采集水溫、煙溫、水壓、水泵運(yùn)行狀態(tài)、熱泵運(yùn)行狀態(tài)、鍋爐運(yùn)行負(fù)荷大小、電動調(diào)節(jié)閥開度。
[0012]所述的集中監(jiān)控平臺19是顯示鍋爐和熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)并控制水源熱泵機(jī)組運(yùn)行頻率、循環(huán)水泵啟停、電動調(diào)節(jié)閥開度、低壓補(bǔ)水和高壓泄水的功能。
[0013](三)水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)的控制方法
[0014]本發(fā)明的另個目的是提供了一種水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)控制方法，所述控制方法是采用“蒸發(fā)器出水溫度控制為主，冷凝器出水溫度控制為輔”的控制策略，并具有峰平谷用電分時(shí)段轉(zhuǎn)換控制功能。
[0015]當(dāng)燃?xì)忮仩t1啟動時(shí)，水源熱泵機(jī)組4在設(shè)定平谷用電時(shí)間段內(nèi)，二級煙氣余熱回收裝置3與二次網(wǎng)水路之間的電動調(diào)節(jié)閥95、96關(guān)閉，蒸發(fā)器側(cè)和冷凝器側(cè)的電動調(diào)節(jié)閥91、92、93開啟，循環(huán)水泵13啟動，水源熱泵機(jī)組4啟動，水源熱泵機(jī)組4與二級煙氣余熱回收裝置3形成聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，水源熱泵機(jī)組4可根據(jù)蒸發(fā)器出水設(shè)定溫度與實(shí)際出水溫度的差值來控制壓縮機(jī)頻率。具體控制步驟為:
[0016](1)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)分別采集燃?xì)忮仩t啟停狀態(tài)和燃燒負(fù)荷、蒸發(fā)器進(jìn)出水溫度、冷凝器進(jìn)出水溫度、壓縮機(jī)運(yùn)行頻率、煙氣余熱回收裝置進(jìn)出口煙氣溫度、電動調(diào)節(jié)閥開度；
[0017](2)對蒸發(fā)器出水和冷凝器出水的采集溫度與目標(biāo)設(shè)定出水溫度進(jìn)行比較，計(jì)算實(shí)際溫度與設(shè)定溫度的差值；
[0018](3)采用“蒸發(fā)器出水溫度控制為主，冷凝器出水溫度控制為輔”的控制策略，優(yōu)先控制蒸發(fā)器出水溫度，即當(dāng)蒸發(fā)器實(shí)際出水溫度低于設(shè)定溫度時(shí)，壓縮機(jī)頻率降低；當(dāng)實(shí)際蒸發(fā)器實(shí)際出水溫度高于設(shè)定溫度，則壓縮機(jī)頻率提高，輸入功率增加，回收熱量增大。
[0019](4)水源熱泵機(jī)組控制系統(tǒng)采用“分時(shí)段”控制策略，在高峰用電段水源熱泵機(jī)組停止運(yùn)行，在平谷用電時(shí)間段正常運(yùn)行。
[0020]當(dāng)燃?xì)忮仩t1運(yùn)行時(shí)，水源熱泵機(jī)組4在用電峰谷時(shí)間段內(nèi)，其蒸發(fā)器和冷凝器側(cè)水路的電動調(diào)節(jié)閥91、92、93關(guān)閉，循環(huán)水泵13停止運(yùn)行，電動調(diào)節(jié)閥95、96開啟，二級煙氣余熱回收裝置3繼續(xù)運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)二級煙氣余熱回收裝置3的最大化利用，若通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，高峰用電時(shí)間段內(nèi)運(yùn)行經(jīng)濟(jì)時(shí)，該時(shí)間段內(nèi)水源熱泵機(jī)組4仍可正常運(yùn)行。
[0021]當(dāng)燃?xì)忮仩t1停止運(yùn)行時(shí)，水泵熱泵機(jī)組4不允許啟動運(yùn)行。
[0022](四)有益效果
[0023]本發(fā)明的技術(shù)方案通過采用水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行，以最大化的降低燃?xì)忮仩t排煙溫度，提高燃?xì)饽茉蠢寐?，并回收煙氣冷凝水，具有?jié)能節(jié)水減排的綜合效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)示意圖。
[0025]圖2為本發(fā)明水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)控制策略流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0026]以下附圖用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。
[0027]圖1為本發(fā)明水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)示意圖，如圖所示，該系統(tǒng)主要包括燃?xì)忮仩t1，鍋爐排煙溫度較高，煙氣中所含大量的顯熱和潛熱較大，煙氣經(jīng)由煙氣管道6和煙? 7排至大氣；一級煙氣余熱回收利用裝置2，通過供熱系統(tǒng)二次低溫回水來回收煙氣中的熱量；二級煙氣余熱回收裝置3，主要中間轉(zhuǎn)換設(shè)備，與水源熱泵4蒸發(fā)器側(cè)連接形成閉式水環(huán)路；水源熱泵機(jī)組4(包括蒸發(fā)器、冷凝器、壓縮機(jī)和膨脹閥等)，是系統(tǒng)的核心部件，吸收低品味余熱產(chǎn)生高品位能源，產(chǎn)生的高溫?zé)崴苯佑糜诠?；冷凝水?，收集一、二級煙氣余熱回收利用裝置中煙氣冷卻析出的冷凝水；電磁閥8包括電磁閥81和82，電磁閥81用于閉式水系統(tǒng)低壓時(shí)開啟補(bǔ)水，電磁閥82用于閉式水系統(tǒng)超壓下開啟泄水，正常運(yùn)行均處于關(guān)閉狀態(tài)；電動調(diào)節(jié)閥9和手動調(diào)節(jié)閥10，用于調(diào)節(jié)和控制水源熱泵機(jī)組4蒸發(fā)器和冷凝器側(cè)水環(huán)路以及二級煙氣余熱回收裝置3的水環(huán)路；熱水管道11，是指板式換熱器12與用戶側(cè)連接的供熱系統(tǒng)管網(wǎng)；循環(huán)水泵13，為水源熱泵機(jī)組4與二級煙氣余熱回收裝置3之間形成的閉式水系統(tǒng)提供循環(huán)動力；一體化溫度變送器14，采集一級與二級煙氣余熱回收裝置的進(jìn)出口煙氣溫度，以及各水路進(jìn)出口溫度；遠(yuǎn)傳壓力表15，采集各進(jìn)出水管路的壓力；水源熱泵機(jī)組控制柜16，實(shí)時(shí)監(jiān)控水源熱泵機(jī)組的運(yùn)行工況，并具有安全故障報(bào)警的功能；鍋爐控制柜17，根據(jù)鍋爐設(shè)定出水溫度與實(shí)際出水溫度比較來控制鍋爐燃燒器運(yùn)行負(fù)荷，并全面監(jiān)控鍋爐本體運(yùn)行參數(shù)；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)18，采集各感知末端的溫度、壓力、電動調(diào)節(jié)閥開度、水源熱泵機(jī)組和水泵運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)；集中監(jiān)控平臺19，實(shí)時(shí)監(jiān)測鍋爐與水源熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)，按照特定的控制方法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測和控制，保證系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行。
[0028]圖2為本發(fā)明水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)控制策略流程圖，如圖所示，根據(jù)用電時(shí)段劃分為峰、平、谷三個時(shí)段，當(dāng)燃?xì)忮仩t啟動后，在平、谷兩個時(shí)間段內(nèi)，電動調(diào)節(jié)閥91、92、93開啟，電動調(diào)節(jié)閥95、96關(guān)閉，循環(huán)水泵13啟動運(yùn)行，水源熱泵機(jī)組啟動；在峰時(shí)段內(nèi)循環(huán)水泵13停止，電動調(diào)節(jié)閥91、92、93關(guān)閉和電動調(diào)節(jié)閥95、96開啟，水源熱泵機(jī)組停止運(yùn)行；當(dāng)燃?xì)忮仩t停止運(yùn)行時(shí)，水源熱泵機(jī)組停止運(yùn)行。水源熱泵機(jī)組運(yùn)行過程遵循“蒸發(fā)器出水溫度控制為主，冷凝器出水溫度控制為輔”的控制策略，其中蒸發(fā)器出水溫度分為tz ( 15°C、15°C< tz ( 25°C和tz > 25°C共三段，冷凝器出水溫度分為h彡45°C、45°C< h ( 65°C和h > 65°C共三段。當(dāng)蒸發(fā)器出水溫度低于15°C時(shí)，熱泵控制柜調(diào)控壓縮機(jī)頻率降低，熱泵出力減?。划?dāng)蒸發(fā)器出水溫度高于25°C時(shí)，熱泵控制柜調(diào)控壓縮機(jī)頻率升高，熱泵出力增加；當(dāng)蒸發(fā)器出水溫度維持在15?25°C時(shí)，熱泵控制柜則根據(jù)冷凝器出水溫度來實(shí)時(shí)調(diào)控壓縮機(jī)的工作頻率，即當(dāng)冷凝器出水溫度低于45°C時(shí)，壓縮機(jī)頻率升高，提高熱泵制熱量，當(dāng)冷凝器出水溫度高于65°C時(shí)，壓縮機(jī)頻率降低，減少熱泵制熱量。
[0029]以上為本發(fā)明的最佳實(shí)施方式，依據(jù)本發(fā)明公開的內(nèi)容，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員能夠顯而易見的想到一些雷同、替代方案，均應(yīng)落入本發(fā)明保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明涉及一種水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)及其控制方法，主要包括燃?xì)忮仩t、一級煙氣余熱回收裝置、二級煙氣余熱回收裝置、水源熱泵機(jī)組、冷凝水箱、煙氣管道、煙?、電磁閥、電動調(diào)節(jié)閥、手動調(diào)節(jié)閥、熱水管道、板式換熱器、循環(huán)水泵、一體化溫度變送器、遠(yuǎn)傳壓力表、水源熱泵機(jī)組控制柜、鍋爐控制柜、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及集中監(jiān)控平臺，還包括系統(tǒng)的控制方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于:燃?xì)忮仩t出口與煙道相接，煙道上依次設(shè)置一級煙氣余熱回收裝置和二級煙氣余熱回收裝置，所述的煙?位于二級煙氣余熱回收裝置后部，并與煙氣管道相接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于:所述的一級煙氣余熱回收裝置的進(jìn)水口與二次網(wǎng)回水連接，出水口與二次網(wǎng)供水相接，與板式換熱器水環(huán)路為并聯(lián)結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于:所述水源熱泵機(jī)組的蒸發(fā)器側(cè)與二級煙氣余熱回收裝置的水路形成閉式系統(tǒng)，在蒸發(fā)器出水管道上裝設(shè)有循環(huán)水泵，所述的水源熱泵機(jī)組的冷凝器側(cè)與板式換熱器并聯(lián)，水源熱泵機(jī)組的冷凝器進(jìn)水管與二次網(wǎng)回水管相連，冷凝器的出水管與二次網(wǎng)供水管相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于:所述的冷凝水箱用于收集一級煙氣余熱回收裝置和二級煙氣余熱回收裝置中煙氣冷凝形成的冷凝水。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于:所述的電磁閥具有系統(tǒng)超壓泄水和系統(tǒng)低壓進(jìn)水的功能，所述的電動調(diào)節(jié)閥和手動調(diào)節(jié)閥，起到開關(guān)和調(diào)節(jié)流量的作用。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于:所述的水源熱泵機(jī)組采用高效滿液式蒸發(fā)器和高效冷凝器，壓縮機(jī)為變頻壓縮機(jī)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于:所述的一級煙氣余熱回收裝置和二級煙氣余熱回收裝置均采用高肋化不銹鋼鋁翅片管叉排結(jié)構(gòu)，節(jié)能高效，結(jié)構(gòu)緊湊，煙氣阻力小。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)，其特征在于:所述的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集水溫、煙溫、水壓、水泵運(yùn)行狀態(tài)、熱泵運(yùn)行狀態(tài)、鍋爐運(yùn)行負(fù)荷大小和電動調(diào)節(jié)閥開度，所述的集中監(jiān)控平臺用于實(shí)時(shí)監(jiān)控鍋爐和熱泵系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)并控制水源熱泵機(jī)組運(yùn)行頻率、循環(huán)水泵啟停狀態(tài)、電動調(diào)節(jié)閥開度、低壓補(bǔ)水和高壓泄水的功能。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述水源熱泵機(jī)組與煙氣余熱回收裝置聯(lián)合運(yùn)行系統(tǒng)及其控制方法，其特征在于:所述系統(tǒng)的控制方法是采用以水源熱泵機(jī)組蒸發(fā)器出水溫度控制為主，冷凝器出水溫度控制為輔的控制策略，并具有峰平谷用電分時(shí)段轉(zhuǎn)換控制功能。
【文檔編號】F25B30/06GK104266409SQ201410505097
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月26日
【發(fā)明者】丁琦, 穆連波, 魏巍, 張迪, 王雨 申請人:北京金房暖通節(jié)能技術(shù)股份有限公司