[發明專利]煙氣源熱泵熱水系統和低溫煙氣余熱回收利用方法

有效

• 申請號: 201410393963.2
• 申請日: 2014-08-12
• 公開（公告）號: CN104132481A
• 公開（公告）日: 2014-11-05
• 發明（設計）人: 吳金星;王超;劉艷會;王明強;栗俊芬;彭旭
• 申請（專利權）人: 鄭州大學
• 主分類號: F25B30/06
• 分類號: F25B30/06;F25B39/02;F25B39/04;F24H4/02
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術領域

本發明涉及一種煙氣源熱泵熱水系統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

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—水換熱器回收煙氣余熱是目前較為成熟的技術，但由于其受傳熱溫差和余熱回收經濟性的限制，只能回收高溫煙氣中的部分熱量，所以經氣—水換熱器回收余熱后會產生低溫煙氣，其排煙溫度仍在80℃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。

空氣源熱泵是以環境空氣為熱源，吸收空氣的熱量并提高其品位而產生熱空氣或熱水的設備，因其節能高效的特點而在南方地區得到廣泛應用，但在北方地區冬季氣溫很低的環境條件下，空氣源熱泵的供熱效率會大大降低，并經常會出現結霜問題，這就限制了空氣源熱泵在北方地區的推廣應用。

如果把傳統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器，熱泵運行一段時間之后，會出現蒸發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癱瘓，造成經濟損失。

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供了一種煙氣源熱泵熱水系統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。

本發明采用如下技術方案：

一種煙氣源熱泵熱水系統，包括熱管式蒸發器、氣液分離器、壓縮機、管殼式冷凝器、儲液器、干燥過濾器和節流閥，所述部件用不銹鋼管依次連接而構成一個封閉循環系統，系統內通入制冷劑。

所述煙氣源熱泵熱水系統采用熱管式蒸發器，熱管式蒸發器以鋼-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。

所述煙氣源熱泵熱水系統采用高效管殼式冷凝器，管殼式冷凝器采用固定管板式，其換熱管采用內壁微肋管，以提高管內制冷劑的凝結換熱效率，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。

所述壓縮機采用高溫螺桿式壓縮機，壓縮介質的最高溫度可達85℃。

所述熱管式蒸發器與壓縮機之間連接有氣液分離器，以防壓縮機的濕運轉。

所述管殼式冷凝器與節流閥之間連接有儲液器和干燥過濾器。

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的熱管式蒸發器下端煙箱，在煙箱內煙氣余熱被熱管蒸發段所吸收，通過熱管內的工質把熱量傳給熱管冷凝段，加熱冷凝段外側的液態制冷劑，制冷劑吸熱后蒸發變成氣態，降溫后的煙氣由煙箱的煙氣出口排入環境，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過煙氣源熱泵熱水系統的氣液分離器進入壓縮機，氣態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制冷劑從管殼式冷凝器的管程流過，放熱后冷凝為液態，液態制冷劑經儲液器、干燥過濾器和節流閥回到熱管式蒸發器，同時自來水流過管殼式冷凝器的殼程時被加熱，熱水通過外部管網輸送到熱用戶，完成余熱利用流程。

本發明采用上述技術方案后，與現有技術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，不僅能高效回收低溫煙氣余熱，節約了能源，而且能生產更高溫度的熱水，也使熱泵熱水系統的供熱效率大大提高，降低了熱水的生產成本，同時還避免了空氣源熱泵冬季運行時效率低和結霜等問題；二是煙氣源熱泵熱水系統采用熱管式蒸發器，不但實現了煙氣與制冷劑之間的高效傳熱，而且還解決了因蒸發器的換熱管腐蝕損壞而導致制冷劑泄漏的問題。

附圖說明

圖1是煙氣源熱泵熱水系統的示意圖。

圖2是熱管式蒸發器的縱剖面示意圖。

圖3是內壁微肋管的橫截面示意圖。

圖4是管外螺旋肋片的示意圖。

附圖標記，1-熱管式蒸發器；101-熱管蒸發段；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—節流閥；8-換熱管；9-螺旋肋片。

具體實施方式

結合附圖對本發明的具體實施方式進行說明。