烟气余热回收和热泵联合运行系统、运行方法及计算方法

技术领域

本发明属于热水锅炉技术领域，尤其涉及烟气余热回收和热泵联合运行系统、运行方法及计算方法。

背景技术

目前现有的针对热水锅炉的烟气余热回收难度较大，其中主要涉及热泵的驱动热源，一般吸收式热泵都用蒸汽进行驱动，而热水锅炉没有蒸汽来源，只适宜使用热水驱动。使用热水驱动则要求热水锅炉具有较高的出水温度，并保持稳定的驱动热水温度和流量，这就给热水锅炉提出了较高的要求，并且热水锅炉的运行负荷影响烟气量的大小，影响回收余热量的大小，也就影响驱动热量的大小，同时涉及到锅炉流量的变化和调整，整个系统互相耦合，互相影响，很难进行调节。

发明内容

为解决上述现有的热水驱动热泵和烟气余热回收相互影响，难调节的问题，本发明提供了烟气余热回收和热泵联合运行系统、运行方法及计算方法。

本发明的技术方案：

烟气余热回收和热泵联合运行系统，包括：供热管网、热水锅炉、热泵机组、混水器、控制器、余热提取装置和脱硫塔，热网回水管路的一端与供热管网连接，热网回水管路的另一端分为热网回水旁通管路和锅炉进水管路两个支路，所述热网回水旁通管路一端与热水锅炉的进水端连接，所述热网回水旁通管路另一端与混水器的进水端连接，所述热水锅炉的出水端与锅炉出水管路的一端连接，锅炉出水管路的另一端分为锅炉出水进入混水器管路和热泵机组驱动热水进水管路两个支路，所述锅炉出水进入混水器管路与混水器的进水端连接，所述热泵机组驱动热水进水管路与热泵机组的进水端连接，所述热泵机组的出水端通过热泵机组驱动热水出水管路与混水器的进水端连接，所述混水器的出水端与热网供水管路连接，所述热泵机组进水端和出水端分别通过热泵机组热网进水管路和热泵机组热网出水管路与热网回水管路的主路连接；

所述热水锅炉通过第一烟气管道与脱硫塔的进气端连接，所述脱硫塔的出气端通过脱硫塔出口烟气管道与烟囱连接，所述脱硫塔的浆液出口和浆液入口分别通过脱硫浆液出口管道和脱硫浆液入口管道与余热提取装置的浆液入口和浆液出口连接，所述余热提取装置的出水端和进水端分别通过热泵机组余热水进水管路和热泵机组余热水出水管路与热泵机组的进水端和出水端连接；

所述热网回水管路的主路上布置有热网回水温度传感器和热网回水流量传感器，所述热网回水管路上与热网回水旁通管路接头和热泵机组热网出水管路接头的中间路段上布置有热网回水与热泵出水混合后温度传感器，所述锅炉进水管路上布置有锅炉进水流量传感器，所述锅炉出水管路上布置有锅炉出水温度传感器，所述混水器管路上布置有锅炉出水进入混水器流量传感器，所述热泵机组驱动热水进水管路上布置有热泵机组驱动热水流量传感器和热泵驱动热水管路调节阀，所述热泵机组驱动热水出水管路上布置有热泵机组驱动热水出水温度传感器，所述热网供水管路上布置有热网供水温度传感器，所述热网回水旁通管路上布置有热网回水旁通管路调节阀和热网回水旁通流量传感器，所述热泵机组热网进水管路上布置有热泵机组热网水增压水泵和热泵机组热网进水温度传感器，所述热泵机组热网出水管路上布置有热泵机组热网出水温度传感器和热泵机组热网出水流量传感器，所述热泵机组余热水进水管路上布置有热泵机组余热水进水温度传感器和热泵机组余热水流量传感器，所述热泵机组余热水出水管路上布置有热泵机组余热水出水温度传感器和热泵机组余热水循环水泵；

所述热网回水温度传感器、热网供水温度传感器、热泵机组热网出水温度传感器、热泵机组热网进水温度传感器、热泵机组余热水进水温度传感器、热泵机组余热水出水温度传感器、热网回水与热泵出水混合后温度传感器、锅炉出水温度传感器、热泵机组驱动热水出水温度传感器、热网回水流量传感器、热网回水旁通流量传感器、热泵机组热网出水流量传感器、锅炉进水流量传感器、热泵机组驱动热水流量传感器、锅炉进入混水器流量传感器、热泵机组余热水流量传感器、热泵机组热网水增压水泵、热泵机组余热水循环水泵、热网回水旁通管路调节阀和热泵驱动热水管路调节阀分别与控制器连接。

烟气余热回收和热泵联合运行系统的运行方法，热网系统的热网回水由热网回水管路进入，热网回水流量传感器和温度传感器检测流量和温度信号传送至控制器；热网回水管路内的一部分水进入热泵机组热网进水管路，其流量由热泵机组热网水增压水泵接受控制器的指令进行调节；热泵机组热网进水管路上的热泵机组热网进水温度传感器检测的温度信号传送至控制器，热网水经热泵机组加热后由热泵机组热网出水管路送回热网回水管路并与热网回水管路中原有的热网水混合，热泵机组热网出水管路上的热泵机组热网出水温度传感器和热泵机组热网出水流量传感器检测的流量和温度信号传送至控制器，混合后的热网回水温度由热网回水与热泵出水混合后温度传感器检测温度信号传送至控制器，混合后的热网回水部分流量由热网回水旁通管路进入混水器，热网回水旁通管路上的热网回水旁通管路调节阀接受控制器的指令进行调节，热网回水旁通流量传感器检测的流量信号传送至控制器，剩余的热网回水通过锅炉进水管路进入热水锅炉进行加热，在锅炉进水管路上的锅炉进水流量传感器检测流量信号传送至控制器，热网水在热水锅炉内加热后进入锅炉出水管路，锅炉出水管路上的锅炉出水温度传感器检测温度信号传送至控制器，锅炉出水分别进入锅炉出水进入混水器管路和热泵机组驱动热水进水管路，在锅炉出水进入混水器管路上的锅炉进入混水器流量传感器检测的流量信号传送至控制器，在热泵机组驱动热水进水管路上的热泵驱动热水管路调节阀接受控制器的指令进行调节，热泵机组驱动热水进水管路上的热泵机组驱动热水流量传感器检测的流量信号传送至控制器，驱动热水进入热泵机组后驱动热水温度降低，进入热泵机组驱动热水出水管路，热泵机组驱动热水出水管路上的热泵机组驱动热水出水温度传感器检测温度信号传送至控制器，驱动后的热水由热泵机组驱动热水出水管路进入混水器，锅炉出水、热泵机组驱动后的热水和旁通的热网回水在混水器内混合后进入热网供水管路，向热网供出，在热网供水管路上的热网供水温度传感器检测温度信号传送至控制器，在余热提取装置内的余热水来水由热泵机组余热水进水管路进入热泵机组，在热泵机组余热水进水管路上的热泵机组余热水进水温度传感器和热泵机组余热量传感器检测温度信号和流量信号传送至控制器，余热水在热泵机组内冷却后进入热泵机组与热水出水管路，由热泵机组余热水循环水泵打入余热提取装置，热泵机组余热水循环水泵接受控制器的指令进行调节，在热泵机组余热水出水管路上的热泵机组余热水出水温度传感器检测温度信号传送至控制器；

由热水锅炉产生的高温烟气通过第一烟气管道进入脱硫塔进行脱硫，脱硫后的烟气温度降低，并通过脱硫塔出口烟气管道排入烟囱，脱硫塔内的脱硫浆液通过脱硫浆液出口管道进入余热提取装置，在余热提取装置内换热，降温后的脱硫浆液通过脱硫浆液入口管道进入脱硫塔，余热提取装置内的热泵机组余热水进水管路，进入热泵机组内进行冷却，冷却后的余热水由热泵机组余热水循环水泵送入热泵机组余热水出水管路后，进入余热提取装置。

一种基于烟气余热回收和热泵联合运行系统的系统供热量的计算方法，方法为：

Q＝F×(t

其中：Q—系统供热量；F—热网系统流量，由热网回水流量传感器测得；t

一种基于烟气余热回收和热泵联合运行系统的热泵机组驱动热水流量的计算方法，方法为：

Q

Q

其中：Q

一种基于烟气余热回收和热泵联合运行系统的热泵机组制热量的计算方法，方法为：

Q

其中：Q

一种基于烟气余热回收和热泵联合运行系统的热水锅炉供热量的计算方法，方法为：

Q

其中，Q

一种基于烟气余热回收和热泵联合运行系统的余热量的计算方法，方法为：

Q

其中：Q

一种基于烟气余热回收和热泵联合运行系统的系统供热量校验方法，方法为：

分别计算Q＝F×(t

其中：Q—系统供热量；F—热网系统流量，由热网回水流量传感器测得；t

本发明的有益效果：

1、本发明提出了烟气余热回收和热泵联合运行系统，适用于热水锅炉的同时可以更好地实现烟气余热回收，通过在管路上布置的温度传感器和流量传感器将其所测得的数据传输给控制器，并通过控制器对所得信号进行处理，可实时观察出系统供热量、热泵机组驱动热水流量、热泵机组制热量、热水锅炉供热量等数据，可适当选取回收锅炉烟气余热量，可给出任意热网回水温度下的热水锅炉烟气余热回收及热水驱动热泵联合运行系统的运行工况。控制器根据数据控制水泵和调节阀，从而实现实时调节。

附图说明

图1为热泵机组与热水锅炉联合运行原理示意图；

图2为烟气余热提取原理示意图；

图中：10、供热管网；11、热网回水管路；12、热网回水旁通管路；13、锅炉进水管路；14、锅炉出水管路；1401、锅炉进入混水器管路；15、热网供水管路；20、热水锅炉； 30、热泵机组；31、热泵机组热网进水管路；32、热泵机组热网出水管路；33、热泵机组驱动热水进水管路；34、热泵机组驱动热水出水管路；35、热泵机组余热水进水管路；36、热泵机组余热水出水管路；40、混水器；50、控制器；511、热网回水温度传感器；512、热网供水温度传感器；513、热泵机组热网出水温度传感器；514、热泵机组热网进水温度传感器；515、热泵机组余热水进水温度传感器；516、热泵机组余热水出水温度传感器； 517、热网回水与热泵出水混合后温度传感器、518、锅炉出水温度传感器、519热泵机组驱动热水出水温度传感器；521、热网回水流量传感器；522、热网回水旁通流量传感器； 523、热泵机组热网出水流量传感器；524、锅炉进水流量传感器；525、热泵机组驱动热水流量传感器；526、锅炉进入混水器流量传感器；527、热泵机组余热水流量传感器；531、热泵机组热网水增压水泵；532、热泵机组余热水循环水泵；541、热网回水旁通管路调节阀；542、热泵驱动热水管路调节阀；21、第一烟气管道；22、脱硫塔出口烟气管道；60、余热提取装置；70、脱硫塔；71、脱硫浆液出口管道；72、脱硫浆液入口管道。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明的技术方案做进一步的说明，但并不局限于此，凡是对本发明技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的保护范围中。

实施例1

本发明的热泵机组与热水锅炉联合运行原理示意图如图1所示，包括：供热管网10、热水锅炉20、热泵机组30、混水器40、控制器50；

在供热管网10的热网回水管路11的1101管段上，与热泵机组30的热网水进水管路31相连，热泵机组30的热网出水管路32与热网回水管路11的1102管段相连，热网回水旁通管路12一端与热网回水管路11的1103管段连接，另一端与混水器40连接，锅炉进水管路13一端连接热网回水管路11的1104管段，另一端连接热水锅炉20，热网回水与热泵机组热网进水管路31之间的热网回水管路为1101管段，热泵机组热网进水管路 31与热网出水管路32之间的热网回水管路为1102管段，热泵机组热网出水管路32与热网回水旁通管路12之间的热网回水管路为1103管段，热网回水旁通管路12与锅炉进水管路13之间的热网回水管路为1104管段，锅炉出水管路14一端连接热水锅炉20，另一端分别连接锅炉出水1401管段和热泵机组驱动热水进水管路33，锅炉出水1401管段一端连接锅炉出水管路14，另一端连接混水器40。热泵机组驱动热水进水管路33一端连接锅炉出水管路14，另一端连接热泵机组30，热泵机组驱动热水出水管路34一端连接热泵机组30，另一端连接混水器40。余热水进水管路35一端连接热泵机组30，另一端连接余热提取装置60，余热水出水管路36一端连接热泵机组30，另一端连接余热提取装置 60。在热网回水的1101管段安装温度传感器511和流量传感器521，安装温度传感器511 和流量传感器521通过通讯电缆与控制器50连接。在1103管段安装温度传感器517，温度传感器517通过通讯电缆与控制器50连接，在热泵机组热网进水管路31上安装热网增压泵531和温度传感器514，热网增压泵531和温度传感器514通过通讯电缆与控制器50 连接。热泵机组热网出水管路32上安装温度传感器513和流量传感器523，温度传感器 513和流量传感器523通过通讯电缆与控制器50连接。在热网回水旁通管路12上安装调节阀541和流量传感器522，调节阀541和流量传感器522通过通讯电缆与控制器50连接。在锅炉进水管路13上安装流量传感器524，锅炉出水管路14上安装温度传感器518，流量传感器524和温度传感器518通过通讯电缆与控制器50连接。在锅炉进入混水器管路1401上安装流量传感器526，流量传感器526通过通讯电缆与控制器50连接。在热泵机组驱动热水进水管路33上安装调节阀524和流量传感器525，调节阀524和流量传感器525通过通讯电缆与控制器50连接。热泵机组驱动热水出水管路34上安装温度传感器 519，热网供水管路15上安装温度传感器512，温度传感器519和温度传感器512通过通讯电缆与控制器50连接。在热泵机组余热水进水管路35上安装温度传感器515和流量传感器527，温度传感器515和流量传感器527通过通讯电缆与控制器50连接。在热泵机组余热水出水管路36上安装温度传感器516和热泵机组余热水循环水泵532，温度传感器516和热泵机组余热水循环水泵532通过通讯电缆与控制器50连接。

本发明的烟气余热提取原理示意图如图2所示，包括：热水锅炉20、热泵机组30、余热提取装置60、脱硫塔70。

第一烟气管道21一端连接热水锅炉20，另一端连接脱硫塔70。脱硫塔出口烟气管道 22一端连接脱硫塔70，另一端连接烟囱。脱硫浆液出口管道71一端连接脱硫塔70，另一端连接余热提取装置60。脱硫浆液入口管道72一端连接脱硫塔70，另一端连接余热提取装置60。热泵机组余热水进水管路35一端连接余热提取装置60，另一端连接热泵机组 30；热泵机组余热水出水管路36一端连接余热提取装置60，另一端连接热泵机组30，在热泵机组余热水出水管路36上安装有温度传感器516和余热水循环水泵532，温度传感器516和热泵机组余热水循环水泵532通过通讯电缆与控制器50连接。

一、工作过程

如图1所示：热网系统的热网回水由热网回水管路11进入，热网回水流量传感器521 和温度传感器511检测流量和温度信号，传送至控制器50。在热网回水1101管段部分流量进入热泵机组热网进水管路31，其流量由热泵机组的热网增压泵531接受控制器50的指令进行调节，热泵机组热网进水管路31上的温度传感器514检测的温度信号传送至控制器50，热网水经热泵机组加热后由热泵机组热网出水管路32送回热网回水管路，在热网回水管路1103管段混合，热泵机组热网出水管路32上的流量传感器523和温度传感器 513检测的流量和温度信号，传送至控制器50。混合后的热网回水温度由温度传感器517 检测温度信号，传送至控制器50。混合后的热网回水部分流量由热网回水旁通管路12进入混水器40，在热网回水旁通管路12上安装有调节阀541和流量传感器522，调节阀接受控制器50的指令进行调节，流量传感器522检测的流量信号传送至控制器50。热网回水经旁通后在1104管段，剩余的热网回水进入锅炉进水管路13，进入热水锅炉20进行加热，在锅炉进水管路13上的流量传感器524检测流量信号，传送至控制器50。热网水在热水锅炉20内加热后进入锅炉出水管路14，锅炉出水管路14上的温度传感器518检测温度信号，传送至控制器50。锅炉出水分别进入锅炉进入混水器管路1401管段和热泵机组驱动热水进水管路33，在1401管段上的流量传感器526检测的流量信号，传送至控制器50。在热泵机组驱动热水进水管路33上的调节阀542接受控制器50的指令进行调节，热泵机组驱动热水进水管路33上的流量传感器525检测的流量信号，传送至控制器 50。驱动热水进入热泵机组30后，驱动热水温度降低，进入热泵机组驱动热水出水管路 34，热泵机组驱动热水出水管路34上的温度传感器519检测温度信号，传送至控制器50。驱动后的热水由热泵机组驱动热水出水管路34进入混水器40，锅炉出水、热泵机组驱动后的热水和旁通的热网回水在混水器40内混合，进入热网供水管路15，向热网供出。在热网供水管路15上的温度传感器512检测温度信号，传送至控制器50。在余热提取装置 60内的余热水来水由热泵机组余热水进水管路35进入热泵机组30，在热泵机组余热水进水管路35上的温度传感器515和流量传感器527，检测温度信号和流量信号，传送至控制器50。余热水在热泵机组30内冷却后，进入热泵机组余热水出水管路36，由余热水循环泵打入余热提取装置60。在热泵机组余热水出水管路36上的余热水循环泵532，接受控制器50的指令进行调节；在热泵机组余热水出水管路36上的温度传感器516，检测温度信号，传送至控制器50。

如图2所示：由热水锅炉20产生的高温烟气进入第一烟气管道21，然后进入脱硫塔70进行脱硫，脱硫后的烟气温度降低，进入烟气管道22排入烟囱。脱硫塔70内的脱硫浆液由浆液管道71进入余热提取装置60，在余热提取装置60内换热，降温后的脱硫浆液由浆液管道72进入脱硫塔70。余热提取装置60内的余热水进入余热水管路35，进入热泵机组30内进行冷却，冷却后的余热水由余热水循环泵532送入余热水管路36，进入余热提取装置60。在热泵机组余热水出水管路36上的余热水循环泵532，接受控制器50 的指令进行调节；在热泵机组余热水出水管路36上的温度传感器516，检测温度信号，传送至控制器50。

二、计算过程

为方便叙述工作过程及原理，以116MW热水锅炉为例，热网回水温度为36--47℃，热网供水温度99℃，热泵机组COP1.8，驱动热水温度110℃，驱动后热水温度95℃，以此条件模拟运行工况。

余热回收方式可采用喷淋换热和浆液换热等多种方式，这里以浆液换热为例说明。

116MW锅炉满负荷回收烟气余热6.32MW，余热水温度39-32℃，保持余热水温差不变，在余热量变化时调节余热水量；保持锅炉出水温度110℃不变，以保证热水驱动效果，热泵驱动后出水温度保持95℃，余热量变化时调节驱动流量来适应变化；余热量与锅炉负荷相关，随锅炉负荷的变化而变化。

Q＝Q

Q

(Q：系统供热量；Q

热网回水温度与锅炉负荷也具有比例关系，随着室外温度的变化热网供回水温度也不断变化，进而影响锅炉负荷变化，而热网回水温度是影响系统性能的关键数据，根据一般锅炉房调节曲线，可得出热网回水温度与锅炉负荷的关系曲线。

Q

按照热网回水温度36-47℃，对应锅炉负荷70-116MW可得出：K

Q

根据系统负荷及热网供回水温度可计算出热网系统流量：

Q＝F×(t

(F：热网系统流量，对应热网回水流量传感器521；

t

t

根据热泵机组COP1.8，可计算出热泵机组驱动热水流量：

Q

Q

(Q

F

t

t

热泵机组制热量及热泵机组热网水流量：

Q

(Q

F

t

t

热泵机组热网出水与热网回水的混合温度：

F

(t

热水锅炉流量：

Q

(F

t

热网回水旁通流量：

F

(F

热水锅炉进入混水器流量：

F

(F

热网供水温度：

F

(t

余热水流量：

Q

(F

t

t

系统供热量校验：

Q＝F×(t

校验系统供热量是否为：Q＝Q

热网供水温度t

根据以上限制条件，适当选取回收锅炉烟气余热量。

根据以上计算方法，可给出任意热网回水温度下的热水锅炉烟气余热回收及热水驱动热泵联合运行系统的运行工况。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，这些具体实施方式都是基于本发明整体构思下的不同实现方式，而且本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。