一种太阳能风能混合驱动机械压缩式热泵循环的烟气余热回收系统技术方案

本发明专利技术公开了一种太阳能风能混合驱动机械压缩式热泵循环的烟气余热回收系统，包括燃气锅炉、空气预热器、机械压缩式热泵装置、风力机装置和太阳能电池组，本发明专利技术与现有技术相比的优点是：利用风能和太阳能混合驱动方式，提高给水的温度，降低给水在锅炉中的吸热量，以减少燃气量，达到节能减排的目的。

A Flue Gas Waste Heat Recovery System of Mechanical Compression Heat Pump Cycle Driven by Solar and Wind Energy

The invention discloses a flue gas waste heat recovery system of mechanical compression heat pump cycle driven by solar energy and wind energy, including gas boiler, air preheater, mechanical compression heat pump device, wind turbine device and solar cell group. Compared with the prior art, the invention has the advantages of using wind energy and solar energy mixed driving mode to increase the temperature of feed water and reduce the feed water in the pot. The heat absorption in the furnace can reduce the amount of gas and achieve the goal of energy saving and emission reduction.

【技术实现步骤摘要】
一种太阳能风能混合驱动机械压缩式热泵循环的烟气余热回收系统
本专利技术涉及热量回收装置，尤其涉及新能源驱动机械压缩式热泵循环的烟气余热回收系统。
技术介绍
为了改变乌鲁木齐冬天燃煤供暖造成的空气污染问题，自2010年起，乌鲁木齐市启动“煤改气”工程。“煤改气”工程的实施换来乌鲁木齐的蓝天白云。目前，乌鲁木齐市主城区天山区、沙依巴克区、高新区(新市区)、水磨沟区、米东区的清洁能源供热比例已达100％，彻底实现了天然气供暖，成为全国第一个采用天然气供暖的城市。截止到2014年供暖期，共安装热水量10-100万吨燃气锅炉700余台，这些燃气锅炉通过安装尾部烟气空气预热器来吸收烟气余热，使得炉膛出口烟气温度从130-140摄氏度降低到60-65摄氏度，然后从烟囱排到大气。目前对于低品位的60-65摄氏度的烟气余热没有采用回收装置。对于炉膛出口130-140摄氏度的烟气温度的回收，目前是在燃气锅炉的烟道上通过安装尾部烟气空气预热器来吸收烟气余热，从燃气锅炉炉膛排出的130-140摄氏度的高温烟气引入到烟道上安装的空气预热器，该空气预热器利用高温烟气余热加热冷空气，冷空气被加热成热空气送入炉膛燃烧器，用于和天然气混合燃烧，高温烟气放热后变成60-65度的低温烟气排入大气。对在燃气锅炉外部烟道上安装空气预热器来吸收烟气余热的缺点仍然存在，且其热源利用还能进一步提升。
技术实现思路
本专利技术是为了解决上述不足，提供了一种太阳能风能混合驱动机械压缩式热泵循环的烟气余热回收系统。本专利技术的上述目的通过以下的技术方案来实现：一种太阳能风能混合驱动机械压缩式热泵循环的烟气余热回收系统，包括燃气锅炉和空气预热器，包括燃气锅炉、空气预热器、机械压缩式热泵装置、风力机装置和太阳能电池组，机械压缩式热泵装置包括依次连接成回路的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流机构，蒸发器设有烟气及凝结水的排出管，冷凝器设有锅炉低温给水通道和锅炉高温给水通道，锅炉高温给水通道连接至燃气锅炉；燃气锅炉设有高温烟气通道；高温烟气通道连接空气预热器，空气预热器设有低温烟气通道连接至蒸发器；风力机装置包括风力机、逆变器和蓄电池组以及太阳能电池板。其中将风力机和太阳能电池分别连接到蓄电池组。所述高温烟气通道连接空气预热器，空气预热器设有冷空气进口，并设有热空气出口通道连接至燃气锅炉，同时设有低温烟气通道连接至蒸发器；所述太阳能电池组装置包括太阳能电池组，太阳能电池组连接至蓄电池。所述风力机装置包括小型风力机、蓄电池和逆变器，其中风力机连接至蓄电池，蓄电池连接逆变器，且使用逆变器为压缩机供给能源。本专利技术的工作原理为：从燃气锅炉炉膛排出的130-140摄氏度的高温烟气引入到烟道上安装的空气预热器，该空气预热器利用高温烟气余热加热冷空气，冷空气被加热成热空气送入燃气锅炉炉膛，用于和天然气混合燃烧，高温烟气放热后变成60-65摄氏度的低温烟气进入机械压缩式热泵装置中的蒸发器。机械压缩式热泵装置中低温低压的液态制冷剂工质流经蒸发器时，从低温烟气中吸收热量蒸发成气态制冷剂工质，低温烟气放热后变成10-15摄氏度烟气和凝结水排入环境，低温低压气态制冷剂工质，经过压缩机压缩后升温升压，达到高温高压的气态制冷剂工质流经冷凝器，在冷凝器中，将从蒸发器中吸取的热量和压缩机耗功所相当的那部分热量用于加热锅炉低温给水，使得锅炉低温给水被加热变成燃气锅炉的高温给水，高温高压的气态制冷剂工质冷凝降温后变成液态，流经节流机构膨胀后，压力继续下降，变成低温低压液态制冷剂工质流入蒸发器。值得说明的是该压缩机的驱动采用的电机驱动，其电力驱动能源来自风力机和太阳能电池组。将太阳能电池组和小型风力机分别与蓄电池相连，同时蓄电池连接逆变器，将逆变器的电能作为热泵的驱动电力。本专利技术与现有技术相比的优点是：本专利技术采用热泵技术回收燃气锅炉60-65摄氏度烟气废热，用于加热锅炉的给水，提高给水的温度5-8摄氏度，降低给水在锅炉中的吸热量，以减少燃气量，达到节能减排的目的。同时，利用太阳能与风能作为热泵的驱动能源，减少了一次能源的消耗。附图说明图1为本专利技术实施例的结构示意图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术进一步详述。如图1所示，一种太阳能风能混合机械压缩式热泵循环的烟气余热回收系统，包括燃气锅炉1、空气预热器2、机械压缩式热泵装置3和太阳能装置组4，所述机械压缩式热泵装置3包括依次连接成回路的蒸发器3-1、压缩机3-2、冷凝器3-3和节流机构3-4，蒸发器3-1设有用于排放烟气和凝结水的排出管3-5，冷凝器3-3设有锅炉低温给水通道3-6和锅炉高温给水通道3-7，锅炉高温给水通道3-7连接至燃气锅炉1；所述燃气锅炉1设有高温烟气通道1-1；所述高温烟气通道1-1连接空气预热器2，空气预热器2设有冷空气进口2-1，并设有热空气出口通道2-2连接至燃气锅炉1，同时设有低温烟气通道2-3连接至蒸发器3-1；所述太阳能电池组装置4包括太阳能电池组4-1，太阳能电池组4-1连接至蓄电池4-3。所述风力机装置包括小型风力机4-2、蓄电池4-3和逆变器4-4，其中风力机4-2连接至蓄电池4-3，蓄电池4-3连接逆变器4-4，且使用逆变器4-4为压缩机供给能源。本专利技术的工作原理为：从燃气锅炉1炉膛排出的130-140摄氏度的高温烟气引入到烟道上安装的空气预热器2，该空气预热器2利用高温烟气余热加热冷空气，冷空气被加热成热空气送入燃气锅炉1炉膛，用于和天然气混合燃烧，高温烟气放热后变成60-65摄氏度的低温烟气进入机械压缩式热泵装置中的蒸发器3-1。机械压缩式热泵装置中低温低压的液态制冷剂工质流经蒸发器3-1时，从低温烟气中吸收热量蒸发成气态制冷剂工质，低温烟气放热后变成10-15摄氏度烟气和凝结水排入环境，低温低压气态制冷剂工质，经过压缩机3-2压缩后升温升压，达到高温高压的气态制冷剂工质流经冷凝器3-3，在冷凝器3-3中，将从蒸发器3-1中吸取的热量和压缩机3-2耗功所相当的那部分热量用于加热锅炉低温给水，使得锅炉低温给水被加热变成燃气锅炉的高温给水，温度升高5-8摄氏度，高温高压的气态制冷剂工质冷凝降温后变成液态，流经节流机构3-4膨胀后，压力继续下降，变成低温低压液态制冷剂工质流入蒸发器3-1。值得说明的是该压缩机3-2的驱动采用电机驱动，其电力驱动能源来自风力机4-2和太阳能电池组4-1。将太阳能电池组4-1和风力机4-2分别与蓄电池4-3相连，同时蓄电池4-3连接逆变器4-4，将逆变器4-4作为热泵的驱动电力。按照实施例通过实际计算得到锅炉低温给水被加热变成锅炉的高温给水，温度升高5.8摄氏度，具体的计算过程比较复杂，现就计算步骤罗列如下：按照实施例通过实际计算得到锅炉低温给水被加热变成锅炉的高温给水，温度升高5摄氏度，具体的计算过程比较复杂，现就计算步骤罗列如下：表1锅炉能耗测试报告参数第一步：锅炉烟气焓值计算(1)理论空气量的计算要计算出所需理论空气量，需要先算出燃料所处环境的绝对压力，即炉前燃气绝对压力为P＝P0+Pg＝0.101+0.1×2.2＝0.321MPa(1.1)式中：P0-大气压力，即0.01MPa；Pg-炉前燃气压力，即2.2bar。理想气体状态方程式为PVm＝RT(1.2)设炉前燃料所处温度为常温2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太阳能风能混合驱动机械压缩式热泵循环的烟气余热回收系统，包括燃气锅炉和空气预热器，包括燃气锅炉、空气预热器、机械压缩式热泵装置、风力机装置和太阳能电池组，机械压缩式热泵装置包括依次连接成回路的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流机构，蒸发器设有烟气及凝结水的排出管，冷凝器设有锅炉低温给水通道和锅炉高温给水通道，锅炉高温给水通道连接至燃气锅炉；燃气锅炉设有高温烟气通道；高温烟气通道连接空气预热器，空气预热器设有低温烟气通道连接至蒸发器；风力机装置包括风力机、逆变器和蓄电池组以及太阳能电池板。其中将风力机和太阳能电池分别连接到蓄电池组；所述高温烟气通道连接空气预热器，空气预热器设有冷空气进口，并设有热空气出口通道连接至燃气锅炉，同时设有低温烟气通道连接至蒸发器；所述太阳能电池组装置包括太阳能电池组，太阳能电池组连接至蓄电池；所述风力机装置包括小型风力机、蓄电池和逆变器，其中风力机连接至蓄电池，蓄电池连接逆变器，且使用逆变器为压缩机供给能源；所述烟气余热回收系统使锅炉给水温度升高5℃，每年节约2946.3吨标煤。

【技术特征摘要】
1.一种太阳能风能混合驱动机械压缩式热泵循环的烟气余热回收系统，包括燃气锅炉和空气预热器，包括燃气锅炉、空气预热器、机械压缩式热泵装置、风力机装置和太阳能电池组，机械压缩式热泵装置包括依次连接成回路的蒸发器、压缩机、冷凝器和节流机构，蒸发器设有烟气及凝结水的排出管，冷凝器设有锅炉低温给水通道和锅炉高温给水通道，锅炉高温给水通道连接至燃气锅炉；燃气锅炉设有高温烟气通道；高温烟气通道连接空气预热器，空气预热器设有低温烟气通道连接至蒸发器；风力机装置包括风力机、逆变器和蓄电池组以及太阳能电池板。其中将风力机和太阳能电池分别连接到蓄电池组；所述高温烟气通道连接空气预热器，空气预热器设有冷空气进口，并设有热空气出口通道连接至燃气锅炉，同时设有低温烟气通道连接至蒸发器；所述太阳能电池组装置包括太阳...

【专利技术属性】
技术研发人员：代元军，何颖，朱晓明，
申请(专利权)人：新疆工程学院，
类型：发明
国别省市：新疆,65