一种喷淋式烟气换热装置的制作方法

本发明涉及燃气热泵技术领域，具体涉及一种喷淋式烟气换热装置。

背景技术：

燃气发动机驱动的燃气热泵运行过程中，燃气发动机会产生高温烟气，燃气发动机排出的烟气中含有大量的热能，若直接排放到空气中会造成能源浪费。目前解决这种烟气热能浪费的方式主要是在燃气发动机上加装烟气换热器，通过烟气换热器换热吸收烟气中含有的显热和水蒸汽潜热，产生的凝结水能带走烟气中的部分氮氧化物，从而净化烟气。但是，这种烟气换热器的换热效率较差、换热器体积大、成本高、多个烟气换热器时不能调节各个烟气换热器之间的换热量分配。

技术实现要素：

本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于提供一种喷淋式烟气换热装置，用于与发动机的排烟口连通。

本发明提供了一种喷淋式烟气换热装置，通过排烟连接管与发动机的排烟口连通，具有这样的特征，包括：进烟口、出烟口、烟气换热器、废水处理部以及喷淋部；进烟口和出烟口均设置在烟气换热器上，发动机产生的烟气通过进烟口进入烟气换热器内放热凝结出废水，换热后的烟气通过出烟口排出；废水处理部设置在烟气换热器的下方，用于处理废水，废水处理部具有排水口，处理后的废水从排水口排出；喷淋部包括喷头和水泵组件，喷头与废水处理部通过管路与排水口连通，喷头设置在排烟连接管内，喷头用于向烟气喷水；水泵组件，设置在喷头与废水处理部之间的管路上，用于将水压入喷头。

本发明提供的喷淋式烟气换热装置，还可以具有这样的特征，其中，烟气换热器为间壁式、套管式、壳管式、翅片盘管式、板式、板翅式或微通道式中的任意一种。

本发明提供的喷淋式烟气换热装置，还可以具有这样的特征，其中，水泵组件中的水泵为流量泵，用于调节进入喷头的水流量。

本发明提供的喷淋式烟气换热装置，还可以具有这样的特征，其中，水泵组件包括水泵和流量阀，水泵为蜗杆泵、离心泵、柱塞泵或凸轮泵中的任意一种，用于将水压入喷头，流量阀设置在水泵与喷头之间的管路上，用于调节压入喷头的水流量。

本发明提供的喷淋式烟气换热装置，具有这样的特征，还包括：第一温度传感器和控制部，其中，第一温度传感器设置在进烟口周边，用于检测进入进烟口的烟气温度，控制部分别与泵水组件和第一温度传感器相通信连接，用于接收第一温度传感器发送的温度信号，并根据温度信号控制水泵组件压入喷头的水流量。

本发明提供的喷淋式烟气换热装置，具有这样的特征，还包括：第二温度传感器和控制部，其中，第二温度传感器设置在出烟口周边，用于检测流入外界的烟气温度，控制部分别与泵水组件和第二温度传感器相通信连接，用于接收第二温度传感器发送的温度信号，并根据温度信号控制水泵组件压入喷头的水流量。

本发明提供的喷淋式烟气换热装置，具有这样的特征，还包括：第一温度传感器、第二温度传感器以及控制部，其中，第一温度传感器设置在进烟口周边，用于检测进入进烟口的烟气温度，第二温度传感器设置在出烟口周边，用于检测流入外界的烟气温度，控制部分别与第一温度传感器、第二温度传感器和水泵组件通信连接，用于接收第一温度传感器、第二温度传感器发出的温度信号，并控制水泵组件压入喷头的水流量。

本发明提供的喷淋式烟气换热装置，还可以具有这样的特征，其中，烟气换热器的数量为一个或多个，多个烟气换热器自上而下依次排布。

本发明提供的喷淋式烟气换热装置，还可以具有这样的特征，其中，喷头的数量为一个或多个。

发明的作用与效果

根据本发明所涉及的喷淋式烟气换热装置，具有进烟口、出烟口、至少一个烟气换热器、废水处理部以及喷淋部，发动机产生的烟气通过进烟口通过烟气换热器，通过烟气换热器下部的出烟口排出，使得烟气自上而下地流经烟气换热器。废水处理部设置在烟气换热器的下方，能够处理烟气流经烟气换热器产生的废水。喷淋部的喷头能够向进入烟气换热器前的烟气喷水，更好地除去烟气中可溶于水的氮氧化物，强化烟气换热器换热，降低换热器成本和体积。同时，烟气与在烟气换热器逐渐析出的凝结水流过烟气换热器的方向一致，避免产生烟气中液体的脉动噪音。另外，喷头与废水处理部通过管路连通，水泵组件设置在喷头与废水处理部之间的管路上，将处理后的废水泵入喷头对烟气进行喷淋，有效节约用水，避免资源浪费。另外，当燃气热泵处于除霜工况时，通过调节废水喷淋量，强化烟气换热器的换热能力，实现除霜时不影响热泵的供热能力。

所以，本发明的喷淋式烟气换热装置能够除去烟气中可溶于水的氮氧化物，也强化换热，有效避免烟气中液体的脉动噪音的产生，节约资源，降低成本，在热泵除霜工况还能保障热泵的供热能力。

附图说明

图1是本发明的实施例一中喷淋式烟气换热装置的结构示意图；

图2是本发明的实施例一中空气源热泵机组的连接及流程示意图；

图3是本发明的实施例二中喷淋式烟气换热装置的结构示意图。附图编号说明：烟道10、传动装置11、压缩机12、吸气口13、排气口14、第一换热器15、第一节流阀16、第一管路18、第一连接点19、第二连接点20、第二节流阀21、第二换热器22、第一流通口23、第二流通口24、第三切换阀27、油分离器30、润滑油回路31、干燥过滤器32、经济器33、第一分路34、第二分路35、第三节流阀36、三通阀37、喷淋部40、喷头41、水泵组件42、烟气温度传感器50、第一温度传感器51、第二温度传感器52、氮氧化物传感器53、控制部60、热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a、热媒进口73、热媒出口74、第一制冷剂进口75a、第二制冷剂进口75b、第一制冷剂出口76a、第二制冷剂出口76b、废水处理部80、集水口81、排水口82、喷淋式烟气换热装置100、第一发动机200a、第二发动机200b、第一排烟口201a、第二排烟口201b、进烟口202、出烟口203、流量泵421、烟气连接管600、烟气连接管601、燃气空气源热泵机组1000。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，以下实施例结合附图对本发明一种喷淋式烟气换热装置作具体阐述。

<实施例>

本实施例详细阐述喷淋式烟气换热装置的具体结构和使用方法。

图1是本实施例一中喷淋式烟气换热装置的结构示意图，图2是本实施例一中空气源热泵机组的连接及流程示意图。

如图1-2所示，喷淋式烟气换热装置100与燃气空气源热泵机组1000的第一发动机200a连接，发动机200a产生的烟气进入喷淋式烟气换热装置100。

燃气空气源热泵机组1000包括第一发动机200a、传动装置11、压缩机12、第一换热器15、第一节流阀16、第一管路18、第二节流阀21、第二换热器22、第三切换阀27、油分离器30、润滑油回路31、干燥过滤器32、经济器33、第一分路34、第二分路35、三通阀37、喷淋式烟气换热装置100和控制部600。本实施例的油分离器30内置于第一换热器15内。控制部60安装第一发动机200a的壳体外或燃气空气源热泵机组1000的框架上。

第一发动机200a的输出端通过传动装置11与压缩机12连接在一起，驱动压缩机12对其内部的制冷剂气体进行压缩。第一发动机200a的转速连续可调，通过调整第一发动机200a的转速从而根据不同运行工况下的需要调整压缩机12的转速。

第一发动机200a是自然吸气或涡轮增压的形式的一种，传动装置11是联轴器、电磁离合器、变速齿轮箱或带皮带轮的皮带中的任意一种。

压缩机12具有吸气口13与排气口14，制冷剂气体从吸气口13进入，经压缩后由排气口14排出。压缩机12为开启式螺杆压缩机、开启式磁悬浮螺杆压缩机、开启式磁悬浮离心压缩机或开启式涡旋压缩机中的任意一种。

第一制冷剂烟气换热器71a通过第一制冷剂进口75a与第一节流阀16连通，第一制冷剂出口76a与吸气口13连通。第一节流阀16是电子膨胀阀。第一换热器15用于供热。第一换热器15的供热方式为热水供热或热风供热。

压缩机12的排气口与油分离器30相连接，油分离器30内置于第一换热器15中。油分离器30具有油分制冷剂入口、油分制冷剂出口以及润滑油排出口，油分制冷剂入口与排气口14连通，油分制冷剂出口与第一换热器15的制冷剂气体侧连通，润滑油回路31连通润滑油排出口与压缩机12。

第一换热器15的制冷剂侧与第一制冷剂进口75a通过第一管路18连通。第一管路18上具有第一连接点19和第二连接点20，第二连接点20比第一连接点19更靠近第一制冷剂烟气换热器71a。

干燥过滤器32设置在第一连接点19与第二连接点20之间，对于流经其的制冷剂干燥过滤。经济器33连接第一分路34和第二分路35。第一分路34具有第一入口和第一出口，第一入口与干燥过滤器32连通，第一出口分别与烟气制冷剂入口和第一流通口23连接。

第二分路35具有第二入口和第二出口，第二入口通过第三节流阀36与干燥过滤器32连接，第二出口与压缩机12连通。第二换热器22具有第一流通口23和第二流通口24。第一流通口23通过第二节流阀21与第二连接点20连接。第一流通口23还通过第三切换阀27与第一连接点19连接。第二流通口24与三通阀37的e口连通。三通阀37的s口与吸气口13连通，三通阀37的d口与第一换热器15的制冷剂气体侧连通。第二节流阀21是电子膨胀阀。

三通阀37既可以使用单阀，也可以使用阀组。第三切换阀27是单向阀、电磁阀、电动球阀或电动截止阀中的任意一种。

喷淋式烟气换热装置100包括进烟口202、出烟口203、热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a、废水处理部80、喷淋部40、第一温度传感器51、第二温度传感器52、氮氧化物传感器53以及控制部60。本实施例中热媒烟气换热器70与第一制冷剂烟气换热器71a的烟气通道连接在一起，形成烟道10。

进烟口202设在热媒烟气换热器70顶部，与第一发动机200a的第一排烟口201a通过烟气连接管600连通，第一发动机200a产生的烟气从进烟口202进入烟道10。出烟口203开设在第一制冷剂烟气换热器70a的下部，与外界连通，能够排出第一发动机200a产生的烟气。烟气温度传感器50安装在烟气连接管600上，测量发动机排出烟气温度。烟气连接管600中还包括三元催化器、外部隔热、氧传感器等属于常规技术，此处不再赘述。

热媒烟气换热器70安装在进烟口202附近，具有热媒进口73和热媒出口74。本实施例中的热媒烟气换热器70为热水-烟气换热器、防冻液-烟气换热器、水蒸汽-烟气换热器或导热油-烟气换热器中的任意一种，热媒进口73中的热媒为水、防冻液、导热油中的任意一种。

第一制冷剂烟气换热器71a位于热媒烟气换热器70的下部，具有第一制冷剂进口75a、第一制冷剂出口76a。本实施例中的制冷剂为hcfc22、hfc134a、hfc404a、hfc245fa、hfc407c、hfc410a、hfc507a、r32、r290、r450a、r454、hfo-513a、hfo1233zd、hfo1234yf、hfo1234ze、nh3中的任意一种。

烟道10连通进烟口202和出烟口203，烟气从进烟口202流入，依次向热媒烟气换热器70中的热媒、第一制冷剂烟气换热器71a中的制冷剂放热，并析出烟气中的凝结水。

废水处理部80为盛装有废水处理剂的长方体箱，设置在烟道10下方，具有集水口81和排水口82。集水口81开设在废水处理部80的顶部，能够收集烟道10内产生的凝结水。排水口82开设在废水处理部80侧面，能够排出处理后的废水。

喷淋部40包括喷头41和水泵组件42。喷头41与废水处理部80的排水口82通过管路(图中未示出)连通，喷头41安装在烟道10内，能够向由烟气连接管600内流出，经由进烟口202进入烟道10的烟气喷水，水在烟气中气化后随同烟气流动，与未来得及气化的水在烟道10内自上而下流过热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a，烟气在热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a降温放热并析出凝结水后通过出烟口203向外界排出。

水泵组件42包括流量泵421，流量泵421安装在喷头41与废水处理部80的出水口82之间的管路上，能够将废水处理部80处理后的废水压入喷头41，还能够调节泵入喷头41的水的流量。

第一温度传感器51安装在烟道10内，靠近进烟口202，能够检测进入烟道10的烟气温度，并发出温度信号给控制部60。第二温度传感器52安装在烟道10的靠近出烟口203处，能够检测经出烟口203排出的烟气的温度，并将温度信号发送给控制部。氮氧化物传感器53安装在烟道10的靠近出烟口203处，能够检测经出烟口203排出的烟气的氮氧化物浓度，并将浓度信号发送给控制部60。

控制部60分别与烟气温度传感器50、第一温度传感器51、第二温度传感器52、氮氧化物传感器53和流量泵421相通信连接，能够接收烟气温度传感器50、第一温度传感器51、第二温度传感器52、氮氧化物传感器53发出的信号，并根据其接收到的信号控制流量泵421调节泵入喷头41的水的流量。

本实施例提供的喷淋式烟气换热装置100的工作过程如下：

与烟气换热器装置100连接的具有制热模式、除霜模式，可在控制部60手动设置或控制部60自动计算制热模式、除霜模式。

当第三切换阀27关闭、三通阀37的e口与s口连通，e口与d口不连通时，第一节流阀16、第二节流阀21和第三节流阀36正常调节时，燃气空气源热泵机组1000处于制热模式。第一发动机200a通过传动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后排至油分离器30进行润滑油和制冷剂气体分离，含有润滑油的制冷剂气体通过油分制冷剂入口进入油分离器30，分离润滑油后的制冷剂气体从油分制冷剂出口排出至第一换热器15，分离出的润滑油通过润滑油回路31回到压缩机12。制冷剂气体在第一换热器15内冷凝放热，成为制冷剂液体。从第一换热器15的第一制冷剂出口排出的制冷剂液体通过干燥过滤器32后分为两路，从第一换热器15的第一制冷剂出口排出的制冷剂液体通过干燥过滤器32后分为两路，一路通过第三节流阀36转化为气液两相制冷剂后，进入经济器33的第二分路35吸热后送回压缩机12，另一路制冷剂液体通过经济器33的第一分路34被进一步冷却后，一部分通过第二节流阀21转化为气液两相制冷剂后，送至第一流通口23进入第二换热器22吸热转化为制冷剂气体，然后通过三通阀37的e口和s口排出，另一部分通过第一节流阀16转化为气液两相制冷剂后，再通过第一制冷剂烟气换热器71a转化为制冷剂气体排出，两部分制冷剂气体汇聚后通过吸气口13回到压缩机12。制热模式下，第一发动机200a产生的烟气自排第一烟口201流出，通过进烟口202进入烟道10，烟气自上而下流经热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a，再从出烟口203流入外界。热媒从热媒进口73流入，在热媒烟气换热器70中吸收烟气和水热量，升温或气化为蒸汽，从热媒出口74流出。制冷剂从第一制冷剂进口75a流入第一制冷剂烟气换热器71a，吸收烟气和水热量气化为制冷剂气体，再从第一制冷剂出口76a流出。

第一温度传感器51检测从进烟口202进入的烟气的温度，第二温度传感器52检测从出烟口203流至外界的烟气温度，产生温度信号，并将温度信号发送给控制部60。控制部60接收温度信号后，向流量泵421发送开启或流量调节信号，流量泵421根据接收到的控制信号，将废水处理部80处理后的废水通过管路按照一定流量压入喷头41，向烟气喷水，喷水降温后的烟气依次流经热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a，烟气降温后至饱和湿烟气状态，凝结水从烟气中析出，并带出烟气中残留的氮氧化物，达到提升烟气净化效果、提高热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a的换热能力、减小换热器传热温差。流出第一制冷剂烟气换热器71a的含有氮氧化物的凝结水再通过废水处理部80的集水口81回到废水处理部内重新处理。

当第三切换阀27开启、三通阀37的e口与s口不连通，e口与d口连通时，第一节流阀16、第二节流阀21和第三节流阀36正常调节时，燃气空气源热泵机组1000处于除霜模式。第一发动机200a通过传动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后第一发动机200a通过传动装置11驱动压缩机12将制冷剂气体压缩后排至油分离器30进行润滑油和制冷剂气体分离，分离润滑油后的制冷剂气体从油分制冷剂出口排出至第一换热器15，分离出的润滑油通过润滑油回路31回到压缩机12。制冷剂气体在第一换热器15内分为两路，一路在第一换热器15内放热，冷凝为制冷剂液体，制冷剂液体流至第一管路18；另一路制冷剂气体通过三通阀37的d口、e口，再从第二流通口24进入第二换热器22，在第二换热器22中制冷剂气体冷凝为制冷剂液体，从而放热至第二换热器22表面霜层，进行除霜，然后制冷剂液体从第一流通口23流出，再通过第三切换阀27。两路制冷剂液体汇聚，汇聚后的制冷剂液体经由干燥过滤器32后，分为两路，一路通过第三节流阀36转化为气液两相制冷剂后，进入经济器33的第二分路35吸热后送回压缩机12；另一路制冷剂液体通过经济器33的第一分路34被进一步冷却后，通过第一节流阀16转化为气液两相制冷剂，再进入第一制冷剂烟气换热器71a吸热后转化为制冷剂气体，通过吸气口13回到压缩机12。除霜模式下，第一发动机200a产生的烟气自排第一烟口201流出，通过进烟口202进入烟道10，烟气自上而下流经热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a，再从出烟口203流入外界。热媒从热媒进口73流入，在热媒烟气换热器70中吸收烟气和水热量，升温或气化为蒸汽，从热媒出口74流出。制冷剂从第一制冷剂进口75a流入第一制冷剂烟气换热器71a，吸收烟气和水热量气化为制冷剂气体，再从第一制冷剂出口76a流出。

第一温度传感器51检测从进烟口202进入的烟气的温度，第二温度传感器52检测从出烟口203流至外界的烟气温度，产生温度信号，并将温度信号发送给控制部60。控制部60接收温度信号后，向流量泵421发送开启或流量调节信号，流量泵421根据接收到的控制信号，将废水处理部80处理后的废水通过管路按照一定流量压入喷头41，向烟气喷水，喷水降温后的烟气依次流经热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a，烟气降温后至饱和湿烟气状态，凝结水从烟气中析出，并带出烟气中残留的氮氧化物，达到提升烟气净化效果、提高热媒烟气换热器70、第一制冷剂烟气换热器71a的换热能力、减小换热器传热温差。流出第一制冷剂烟气换热器71a的含有氮氧化物的凝结水再通过废水处理部80的集水口81回到废水处理部内重新处理。

在本实施例中，进烟口202通过烟气连接管600与一个发动机的排烟口连通，在实际应用中，进烟口202还可以通过烟气连接管与多个发动机的多个排烟口连通。

<实施例二>

图3是本发明的实施例一中喷淋式烟气换热装置的结构示意图。如图3所示，本实施例与实施例一的区别为喷淋式烟气换热装置200还具有第二制冷剂烟气换热器71b。另外，与喷淋式烟气换热装置200配合的燃气空气源热泵机组还包括发动机200b。

第二制冷剂烟气换热器71b安装在第一制冷剂烟气换热器下方和出烟口203之间，带有第二制冷剂进口75b和第二制冷剂出口76b。烟气和凝结水流过第一制冷剂烟气换热器71a后，继续流经第二制冷剂烟气换热器71b,进一步降温、析出凝结水向第二制冷剂烟气换热器71b中的制冷剂放热，使得制冷剂蒸发。流出第二制冷剂烟气换热器71b的凝结水通过集水口81流入废水处理部80，烟气通过出烟口203流入外界。

本实施例中的其他结构与实施例一相同，对于相同的结构给予相同的编号。

实施例的作用与效果

根据本发明的实施例所涉及的喷淋式烟气换热装置，因为具有至少一个烟气换热器、废水处理部以及喷淋部，发动机产生的烟气自上而下地流经烟气换热器。废水处理部设置在烟气换热器的下方，能够处理烟气凝结水。喷淋部的喷头向进入烟气换热器前的烟气喷水，从而除去烟气中可溶于水的氮氧化物，也降低烟气流经换热器的温度，强化换热。同时，烟气与喷淋水流过烟气换热器的方向一致，从而避免产生烟气中液体的脉动噪音。另外，喷头与废水处理部通过管路连通，流量泵设置在喷头与废水处理部之间的管路上，将处理后的废水泵入喷头对烟气进行喷淋，有效节约用水，避免资源浪费。

此外，温度传感器能实施检测进入和流出烟气换热器的烟气温度，并将温度信号发送给控制部，使控制部及时调整喷头喷淋的流量，保证烟气经过烟气换热器时处于合适温度，强化换热，降低成本。

上述实施方式为本发明的优选案例，并不用来限制本发明的保护范围。

本发明中的烟气换热器数量为两个和三个，在实际应用中，烟气换热器的数量可以为至少一个或多个，多个烟气换热器沿排烟管道的长度方向依次排布。

本发明中的水泵组件包括流量泵，在实际应用中，水泵组件可以包括单个或多个水泵和流量阀，水泵安装在废水处理部的出水口与喷头之间的管路上，能够将水从废水处理部泵入喷头。水泵为蜗杆泵、离心泵、柱塞泵或凸轮泵中的任意一种。流量阀安装在水泵与喷头之间的管路上，且与控制部相通信连接，能够根据控制部发送的流量调节信号调节泵入喷头的水的流量。