一种提高锅炉效率的开式吸收、开式发生热泵系统及方法与流程

本发明属于工业环保节能技术领域，具体涉及一种提高锅炉效率的开式吸收、开式发生热泵系统及方法。

背景技术：

锅炉是一种能量转换设备，向锅炉中输入燃料使得锅炉输出具有一定热能的蒸汽、高温水或有机热载体用于工业生产和人民生活所需。空气进入锅炉前先进入空气预热器加热到一定温度，然后携带燃料经燃烧器喷入炉膛；目前的空气预热器一般分为板式、回转式和管式三种；需要利用额外的水或水蒸汽进行不接触加热；由于新风量巨大，需要额外消耗很多能量，而且无法将热量全部带走。

锅炉的排烟热损失是锅炉各项热损失中最大的一项，能否最大限度的利用烟气中的热能(烟气的显热、水蒸汽潜热)，将直接影响锅炉效率的高低；而烟气中的水蒸汽一般在60摄氏度以下释放潜热，要充分利用烟气中的两项热能，需要将烟气的温度降低。若直接采用空气预热器等间壁式换热装置，需要的换热设备体积大，而且为了克服烟气阻力，将消耗更多的电能，不符合节能环保的需求。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种提高锅炉效率的方法，包括以下步骤：

步骤1：将锅炉出口的烟气在吸收塔中经过特定溶液喷淋，喷淋后的烟气直接排放；

步骤2：吸收烟气中水和热量的特定溶液经过第一循环回路进入空预塔，对新风进行喷淋，喷淋后的新风直接进入锅炉；喷淋后的特定溶液在空预塔底部通过第二循环回路回到空预塔。

作为一种优选的技术方案，第一循环回路中设置换热装置。

作为一种优选的技术方案，第二循环回路设置补充装置，特定溶液中未被新风发生的水分和热量经过补充装置转移到至少一种流体中；所述补充装置为发生器和/或换热装置。

作为一种优选的技术方案，所述特定溶液为清水和/或碱金属盐溶液。

作为一种优选的技术方案，步骤1中：将锅炉出口的烟气依次在吸收塔a段经过清水一次喷淋、吸收塔b段经过碱金属盐溶液二次喷淋，喷淋后的清水经过第三循环回路再次进入吸收塔a段，二次喷淋后的烟气直接排放。

作为一种优选的技术方案，所述第三循环回路中设置有储液箱和换热装置。

作为一种优选的技术方案，步骤2中：吸收烟气中水和热量的碱金属盐溶液经过第一循环回路进入空预塔a段，对新风进行一次喷淋；一次喷淋后的碱金属盐溶液在空预塔底部通过第二循环回路回到空预塔a段，再通过管道分别回到空预塔b段对一次喷淋后的新风进行二次喷淋和回到吸收塔b段对烟气进行二次喷淋，二次喷淋后的新风直接进入锅炉。

作为一种优选的技术方案，步骤2中还包括空预塔b段喷淋后的碱金属盐溶液经过管道回到空预塔a段底部，再经过第二循环回路回到空预塔a段。

本发明的第二方面提供了与提高锅炉效率方法相匹配的开式吸收、开式发生热泵系统，包括锅炉，吸收塔，空预塔，换热装置a，补充装置；

锅炉包括烟气出口，热风进口；

吸收塔包括烟气进口，烟气排放口，吸收塔溶液出口，吸收塔溶液进口，第一特定溶液喷淋装置；所述吸收塔的烟气进口与锅炉的烟气出口管道连接；其中，烟气进口设于吸收塔底部，烟气排放口设于吸收塔顶端，吸收塔溶液进口和第一特定溶液喷淋装置设于吸收塔上部；

空预塔包括新风进口，热风出口，空预塔溶液进口，空预塔溶液出口，第二特定溶液喷淋装置；所述热风出口与锅炉的热风进口管道连接。

所述换热装置a、吸收塔溶液出口、空预塔溶液进口构成第一循环回路；所述空预塔溶液出口、补充装置、空预塔浓缩液进口构成第二循环回路。

作为一种优选的技术方案，第一循环回路中：吸收塔溶液出口与换热装置a溶液进口管道连接，换热装置a溶液出口与空预塔溶液进口管道连接；第二循环回路中：空预塔溶液出口与补充装置溶液进口管道连接，补充装置溶液出口与空预塔浓缩液进口管道连接。

有益效果：(1)通过特定溶液在吸收塔对烟气的水分和热量进行吸收，然后新风在空预塔中对其进行发生，将水分和热量转移到新风中，实现了烟气的净化，而且无需额外输入热量对新风进行预热，使得锅炉热效率提高了8-12％；

(2)除了用于新风，回收的热量还可用于加热锅炉供水或供暖水等需要热量的体系；回收的水分可以用于生活用水或工业用水。

(3)本发明的各个装置可以灵活放置，提高空间利用率。

附图说明：

图1为本发明实施例1的传质传热原理图；

图2为实施例2的提高锅炉效率的系统图；

符号说明：1-锅炉；2-吸收塔；21-吸收塔a段；22-吸收塔b段22；211-烟气进口；212-清水进口；213-清水出口；214-清水喷淋装置；221-吸收塔溶液进口；222-吸收塔溶液出口；223-第一特定溶液喷淋装置；224-烟气排放口；225-第一阻隔装置；3-空预塔；31-空预塔a段；32-空预塔b段；311-第二特定溶液喷淋装置；312-新风进口；313-空预塔溶液进口；314-空预塔溶液出口；321-第三特定溶液喷淋装置；322-热风出口；323-第二阻隔装置；4-换热装置a；5-储液箱；6-换热装置b；7-换热装置c；8-发生器；9-输入蒸汽；10-母管。

具体实施方式

为了下面的详细描述的目的，应当理解，本发明可采用各种替代的变化和步骤顺序，除非明确规定相反。此外，除了在任何操作实例中，或者以其他方式指出的情况下，表示例如说明书和权利要求中使用的成分的量的所有数字应被理解为在所有情况下被术语“约”修饰。因此，除非相反指出，否则在以下说明书和所附权利要求中阐述的数值参数是根据本发明所要获得的期望性能而变化的近似值。至少并不是试图将等同原则的适用限制在权利要求的范围内，每个数值参数至少应该根据报告的有效数字的个数并通过应用普通舍入技术来解释。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

为了解决上述问题，本发明提供了一种提高锅炉效率的方法，包括以下步骤：

步骤1：将锅炉出口的烟气在吸收塔中经过特定溶液喷淋，喷淋后的烟气直接排放；

步骤2：吸收烟气中水和热量的特定溶液经过第一循环回路进入空预塔，对新风进行喷淋，喷淋后的新风直接进入锅炉；喷淋后的特定溶液在空预塔底部通过第二循环回路回到空预塔。

步骤1中：所述锅炉出口烟气为高温高湿烟气，优选为燃气锅炉烟气或燃煤锅炉脱硫后烟气；所述烟气的温度为40-200℃。

所述特定溶液在喷淋的过程中，与烟气直接接触，吸收烟气中的水和热量，而且烟气中的水蒸汽由气态变为液态会释放大量汽化潜热到特定溶液中，烟气变为洁净干燥烟气排放。

所述特定溶液为清水和/或碱金属盐溶液。所述碱金属盐包括但不限于licl，lii，libr，nacl，nabr，nai，kbr，kcl，ki。

步骤2中：第一循环回路中设置换热装置，吸收烟气中水和热量的特定溶液经过换热装置转移部分热量后再进入空预塔；经过喷淋与新风直接接触，新风吸收特定溶液中的大部分水分和热量，变成不饱和高温热风进入锅炉，从而增加了锅炉效率。

新风为温度≤30℃，含湿量≤30g/kg.da的空气。

不饱和高温热风的温度≥40℃。

所述吸收塔和空预塔的布置没有特别要求，可以分开布置，也可以叠加布置，根据厂房需要选择合适的布置方式，例如，为了节省空间，可以选择吸收塔和空预塔叠加布置；进一步的，吸收塔叠加在空预塔上方。

第二循环回路设置补充装置，未被新风发生的水分和热量经过补充装置转移到至少一种流体中。优选的，补充装置为发生器和\或换热装置，利用外部热源，将水和热量转移，水分可以回收利用，转移的热量用于加热冷源。

一种与上述提高锅炉效率方法相匹配的开式吸收、开式发生热泵系统，包括锅炉，吸收塔，空预塔，换热装置a，补充装置；

锅炉包括烟气出口，热风进口；

吸收塔包括烟气进口，烟气排放口，吸收塔溶液出口，吸收塔溶液进口，第一特定溶液喷淋装置；所述吸收塔的烟气进口与锅炉的烟气出口管道连接；其中，烟气出口设于吸收塔底部，烟气排放口设于吸收塔顶端，吸收塔溶液进口和第一特定溶液喷淋装置设于吸收塔上部；

空预塔包括新风进口，热风出口，空预塔溶液进口，空预塔溶液出口，第二特定溶液喷淋装置；所述热风出口与锅炉的热风进口管道连接；

进一步的，所述空预塔浓缩液出口与吸收塔溶液进口连接。

所述换热装置a、吸收塔溶液出口、空预塔溶液进口构成第一循环回路；吸收塔溶液出口与换热装置a溶液进口管道连接，换热装置a溶液出口与空预塔溶液进口管道连接。

所述空预塔溶液出口、补充装置、空预塔浓缩液进口构成第二循环回路；空预塔溶液出口与补充装置溶液进口管道连接，补充装置溶液出口与空预塔浓缩液进口管道连接。

作为另一种实施方式，步骤1中：将锅炉出口的烟气在吸收塔经过清水和碱金属盐溶液喷淋，喷淋后的烟气直接排放。

优选的，步骤1中：将锅炉出口的烟气依次在吸收塔a段经过清水一次喷淋、吸收塔b段经过碱金属盐溶液二次喷淋，喷淋后的清水经过第三循环回路再次进入吸收塔a段，二次喷淋后的烟气直接排放；

清水通过喷淋与烟气直接接触，烟气中的部分水蒸汽凝结进入清水中，同时清水吸收烟气中的部分热量温度上升；

所述第三循环回路中设置有储液箱和换热装置，吸收了烟气中水和热量的清水经过储液箱排出凝水，再经过换热装置转移部分热量重新进入吸收塔对烟气进行喷淋。

作为另一种实施方式，步骤2中：吸收烟气中水和热量的碱金属盐溶液经过第一循环回路进入空预塔a段，对新风进行一次喷淋；一次喷淋后的碱金属盐溶液在空预塔底部通过第二循环回路回到空预塔a段，再通过管道分别回到空预塔b段对一次喷淋后的新风进行二次喷淋和回到吸收塔b段对烟气进行二次喷淋，二次喷淋后的新风直接进入锅炉。

步骤2中还包括空预塔b段喷淋后的碱金属盐溶液经过管道回到空预塔a段底部，再经过第二循环回路回到空预塔a段。

进一步的，与上述提高锅炉效率方法相匹配的开式吸收、开式发生热泵系统，包括锅炉，吸收塔，空预塔，换热装置a，换热装置b，换热装置c，发生器；

锅炉包括烟气出口，热风进口；

吸收塔自下而上分为吸收塔a段和吸收塔b段，吸收塔a段包括烟气进口，清水进口，清水出口，清水喷淋装置，烟气进口和清水出口均设于吸收塔a段底部，清水进口和清水喷淋装置均设于吸收塔a段上部；吸收塔b段包括吸收塔溶液进口，吸收塔溶液出口，第一特定溶液喷淋装置，烟气排放口；烟气排放口设于吸收塔b段顶端，吸收塔溶液进口和第一特定溶液喷淋装置均设于吸收塔b段上部，吸收塔溶液出口设于吸收塔b段下部；所述吸收塔a段的烟气进口与锅炉的烟气出口管道连接；

空预塔自下而上分为空预塔a段和空预塔b段，空预塔a段包括第二特定溶液喷淋装置，新风进口，空预塔溶液进口，第二特定溶液喷淋装置设于空预塔a段上部，新风进口设于空预塔a段底部；空预塔b段包括第三特定溶液喷淋装置，热风出口，第三特定溶液喷淋装置和热风出口均设于空预塔b段上位，且热风出口位于第三特定溶液喷淋装置上游；所述热风出口与锅炉的热风进口管道连接；

吸收塔b段溶液出口与换热装置a，空预塔a段溶液进口通过管道依次连接形成第一循环回路；吸收塔a段的清水出口与储液箱、换热装置b、吸收塔a段的清水进口通过管道依次连接形成第三循环回路；空预塔a段溶液出口与换热装置c、空预塔a段浓缩溶液进口通过管道依次连接形成第二循环回路。

所述第二循环回路还包括发生器，发生器与换热装置c管道连接；经过换热装置c预热的碱金属盐溶液在发生器中吸收热量，蒸发出水分变为二次蒸汽，碱金属盐溶液变为浓缩液重新通过换热装置c回到空预塔a段；二次蒸汽作为热源加热冷源后，生成二次冷凝水回收利用。

由于空预塔中新风仅能转移碱金属盐溶液中部分水分，本申请通过第二循环回路的反复循环，将烟气中的水蒸汽逐步转移，实现资源的最大利用。

下面通过实施例对本发明进行具体描述。有必要在此指出的是，以下实施例只用于对本发明作进一步说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，该领域的专业技术人员根据上述本发明的内容做出的一些非本质的改进和调整，仍属于本发明的保护范围。

另外，如果没有其它说明，所用原料都是市售得到的。

实施例

实施例1

如图1，一种提高锅炉效率的开式吸收、开式发生热泵系统，包括锅炉1，吸收塔2，空预塔3，换热装置a4，发生器8；

锅炉1包括烟气出口，热风进口；

吸收塔2包括烟气进口211，烟气排放口224，吸收塔溶液进口221，吸收塔溶液出口222，第一特定溶液喷淋装置223，烟气排放口224设于吸收塔2顶端，吸收塔溶液进口221和第一特定溶液喷淋装置223均设于吸收塔2上部，吸收塔溶液出口222设于吸收塔2下部；所述吸收塔2的烟气进口211与锅炉1的烟气出口管道连接；

空预塔3包括第二特定溶液喷淋装置311，新风进口312，空预塔溶液进口313，空预塔溶液出口314，热风出口322，第二特定溶液喷淋装置311设于空预塔3上部，新风进口312设于空预塔2底部；热风出口322设于空预塔2上部，且热风出口322位于第二特定溶液喷淋装置311上游；所述热风出口322与锅炉1的热风进口管道连接；

吸收塔溶液出口222与换热装置a4，空预塔溶液进口313通过管道依次连接形成第一循环回路；空预塔溶液出口314与发生器8、空预塔浓缩溶液进口通过管道依次连接形成第二循环回路，空预塔底部溶液通过发生器转移掉部分水分后重新回到空预塔底部，然后再通过管路回到吸收塔第一特定溶液喷淋装置中对烟气进行喷淋。

所述输入蒸汽9为发生器8提供热源，碱金属盐溶液在发生器8中，利用外部热源，将水分转移、回收利用；换热装置4转移的热量用于加热锅炉供水或供暖水等。

所述提高锅炉效率的方法，包括以下步骤：

步骤1：将锅炉出口的烟气通过烟气进口211进入吸收塔2，在吸收塔2中经过第一特定溶液喷淋装置223喷淋，喷淋后的烟气从烟气排放口224直接排放；其中第一特定溶液喷淋装置223喷淋的为碱金属盐溶液，

步骤2：吸收烟气中水和热量的碱金属盐溶液经过第一循环回路进入空预塔3，对新风进行喷淋，喷淋后的新风通过热风出口322直接进入锅炉；喷淋后的碱金属盐溶液在空预塔塔底通过第二循环回路回到空预塔。

实施例2

如图2，一种提高锅炉效率的开式吸收、开式发生热泵系统，包括锅炉，吸收塔，空预塔，换热装置a，换热装置b，换热装置c，发生器；

锅炉1包括烟气出口，热风进口；

吸收塔2自下而上分为吸收塔a段21和吸收塔b段22，吸收塔a段21包括烟气进口211，清水进口212，清水出口213，清水喷淋装置214，烟气进口211和清水出口213均设于吸收塔a段21底部，清水进口212和清水喷淋装置214均设于吸收塔a段21上部；吸收塔b段22包括吸收塔溶液进口221，吸收塔溶液出口222，第一特定溶液喷淋装置223，烟气排放口224；烟气排放口224设于吸收塔b段22顶端，吸收塔溶液进口221和第一特定溶液喷淋装置223均设于吸收塔b段22上部，吸收塔溶液出口222设于吸收塔b段22下部；所述吸收塔a段21的烟气进口211与锅炉1的烟气出口管道连接；

空预塔3自下而上分为空预塔a段31和空预塔b段32，空预塔a段31包括第二特定溶液喷淋装置311，新风进口312，空预塔溶液进口313，空预塔溶液出口314，第二特定溶液喷淋装置311设于空预塔a段上部，新风进口312设于空预塔a段底部；空预塔b段32包括第三特定溶液喷淋装置321，热风出口322，第三特定溶液喷淋装置321和热风出口322均设于空预塔b段32上位，且热风出口322位于第三特定溶液喷淋装置321上游；所述热风出口322与锅炉1的热风进口管道连接；

吸收塔溶液出口222与换热装置a4，空预塔溶液进口313通过管道依次连接形成第一循环回路；吸收塔a段的清水出口213与储液箱5、换热装置b6、吸收塔a段的清水进口212通过管道依次连接形成第三循环回路；空预塔溶液出口314与换热装置c7、空预塔a段浓缩溶液进口通过管道依次连接形成第二循环回路。

所述第二循环回路还包括发生器8，发生器8与换热装置c7管道连接；

吸收塔b段底部设置第一阻隔装置225，使得吸收塔b段的碱金属盐溶液无法进入吸收塔a段，吸收塔a段的烟气可以进入吸收塔b段进行二次喷淋。

空预塔b段底部设置第二阻隔装置323，使得空预塔b段的碱金属盐溶液无法进入空预塔a段，空预塔a段的新风可以进入空预塔b段进行二次喷淋。

吸收塔a段、吸收塔b段、空预塔a段、空预塔b段的喷淋装置上方分别设置有除雾器起到除雾防止飘液的作用，下方均设置有填料增大汽液接触面积。

此实施例中，一路供暖水经过换热装置b6后回到母管10，另一路供暖水依次经过换热装置a4、发生器8加热后回到母管，达到余热回收的效果。

输入蒸汽9为发生器8提供热源经过换热后产生蒸汽凝水，回收至除氧器；经过换热装置c7预热的碱金属盐溶液在发生器8中吸收热量，蒸发出水分变为二次蒸汽，与供暖水换热后，变为二次凝水回收利用；经过发生器8的碱金属盐溶液变为浓缩液，重新通过换热装置c回到空预塔a段。所述提高锅炉效率的方法，包括以下步骤：

步骤1：将锅炉出口的烟气依次在吸收塔a段经过清水喷淋装置214一次喷淋、吸收塔b段经过第一特定溶液喷淋装置223二次喷淋，喷淋后的清水经过第三循环回路再次进入吸收塔a段的清水喷淋装置214对烟气进行喷淋，二次喷淋后的烟气通过烟气排放口224直接排放；其中，清水喷淋装置214喷淋的为清水，第一特定溶液喷淋装置223喷淋的为碱金属盐溶液；

步骤2：吸收烟气中水和热量的碱金属盐溶液经过第一循环回路进入空预塔a段，通过第二特定溶液喷淋装置311对新风进行一次喷淋；一次喷淋后的碱金属盐溶液在空预塔塔底通过第二循环回路回到空预塔a段，再通过管道分别回到空预塔b段通过第三特定溶液喷淋装置321对一次喷淋后的新风进行二次喷淋和回到吸收塔b段通过第一特定溶液喷淋装置223对烟气进行喷淋。

步骤2中还包括空预塔b段喷淋后的碱金属盐溶液经过管道回到空预塔a段底部，再经过第二循环回路回到空预塔a段。

其中，

吸收塔a段进口烟气的温度为85℃，露点温度为60℃，流量为834000nm³/h，含湿量为153.19g/kg.da；

吸收塔b段排放口烟气的温度为40℃，露点温度为30℃，流量为698400nm³/h，含湿量为27.22g/kg.da；

空预塔a段进口新风的温度为0℃，露点温度为-8℃，流量为630000nm³/h，含湿量为1.9g/kg.da；

空预塔b段出口热风的温度为45.9℃，露点温度为34.6℃，流量为664000nm³/h，含湿量为35.9g/kg.da；

吸收塔a段进口清水的温度为44.6℃，流量为3466.11t/h；吸收塔a段出口清水的温度为57.6℃，流量为3529t/h；进入换热装置b的清水温度为57.6℃，流量为3466.11t/h；

吸收塔b段的溶液进口的溶液温度为36.7℃，流量为3183t/h；溶液出口的溶液温度为52.4℃，流量为3229t/h；经过换热装置a，进入空预塔a段的溶液温度为49.3℃，流量为3229t/h；

空预塔b段的溶液进口的溶液温度为36.7℃，流量为1998.6t/h；溶液出口的溶液温度为37.7℃，流量为2000t/h；

空预塔a段溶液进入换热装置c(即空预塔a段出口溶液)的温度为36.7℃，流量为200t/h；从换热装置c出来进入发生器的溶液温度为88.8℃，流量为200t/h；从发生器出来进入换热装置c的溶液温度为115.5℃，流量为180.8t/h；从换热装置c出来返回空预塔a段的溶液(即浓缩液)温度为55℃，流量为180.8t/h；

参考tsgg0002-2010《锅炉节能技术监督管理规程》，tsgg0003-2010《工业锅炉能效测试与评价规则》进行锅炉热效率测试，相比于锅炉烟气经过省煤器后直排效率提高8-12％。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对发明作其他形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或更改为等同变化的等效实施例，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改，等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。