天然气锅炉烟气消白装置和方法与流程

1.本发明涉及锅炉烟气消白技术领域，具体地，涉及一种天然气锅炉烟气消白装置以及应用该消白装置的消白方法。


背景技术：

2.由于天然气锅炉烟气中水蒸气容积份额一般为15％～19％，燃气锅炉因烟气中水蒸气含量多，其含尘量很低。在烟气排放时若不进行消白处理，会产生白烟，白烟的产生主要是湿烟气中饱和水蒸气排放所致，且该湿烟气中含有大量的余热能量，会造成了能源的浪费，同时白烟还会对周边环境造成的有害物质吸附形成“湿润烟羽”、以及高湿影响电气设备安全等问题。
3.在公开号cn216203467u的专利中公开了一种采用热泵技术的天然气锅炉烟气消白装置，该装置包括基座、塔身、冷凝水盘、烟气换热器、烟气再热换热器和热泵机组；基座用于将塔身安装于天然气锅炉的烟囱上；塔身的底部设置有烟气进口，且烟气进口连通烟囱，塔身的顶部设置有烟气出口；烟气换热器和烟气再热换热器自下而上设置于塔身内，冷凝水盘设置于烟气换热器的下方，且冷凝水盘的侧面设置有冷凝水出口；热泵机组包括蒸发器和冷凝器，蒸发器与烟气换热器相连接，并对烟气换热器内的介质进行冷却；冷凝器与烟气再热换热器相连接，并对烟气再热换热器的介质进行加热。由于烟气消白所需要的能量要小于烟气中废热的能量，在该专利中，虽然实现了烟气的消白，但没有对烟气中的废热进行充分的利用，造成了能源的浪费。


技术实现要素：

4.为此，本发明实施例提出一种天然气锅炉烟气消白装置，旨在解决锅炉烟气排放时产生的白烟以及烟气中余热利用效率低的问题。
5.本发明实施例还提出一种应用上述烟气消白装置的消白方法。
6.本发明实施例的天然气锅炉烟气消白装置，包括一级消白单元和二级消白单元，所述一级消白单元包括一级热泵蒸发器、一级压缩机和一级热泵冷凝器，所述一级热泵蒸发器的进气端适于与锅炉的排烟口连通，锅炉排放的第一烟气在一级热泵蒸发器内可与冷媒换热并降温至第二烟气，所述一级热泵蒸发器的冷媒出口与一级压缩机的冷媒入口连通，所述一级压缩机的冷媒出口与一级热泵冷凝器的冷媒入口连通，所述一级热泵冷凝器的冷媒出口与一级热泵蒸发器的冷媒入口连通，并且所述一级热泵冷凝器进水口适于与系统回水管道连通，所述一级热泵冷凝器的出水口适于与锅炉连通，系统回水管道内的回水在一级热泵冷凝器内可与冷媒换热后通入锅炉内；
7.所述二级消白单元包括二级热泵蒸发器、二级压缩机和烟气再热器，所述二级热泵蒸发器的进气端与一级热泵蒸发器的出气端连通，一级热泵蒸发器排出的第二烟气在二级热泵蒸发器内可与冷媒换热并降温至第三烟气，所述二级热泵蒸发器的冷媒出口与二级压缩机的冷媒入口连通，所述二级压缩机的冷媒出口与烟气再热器的冷媒入口连通，所述
烟气再热器的冷媒出口与二级热泵蒸发器的冷媒入口连通，二级热泵蒸发器排出的第三烟气在烟气再热器内可与冷媒换热并升温至不低于室外温度的第四烟气后外排。
8.在一些实施例中，所述第三烟气的温度不大于室外温度。
9.在一些实施例中，所述第四烟气的温度与室外温度的差值为n，并且0
°
＜n≤5
°
。
10.在一些实施例中，所述一级消白单元还包括一级电子膨胀阀，所述一级电子膨胀阀设于一级热泵冷凝器的冷媒出口和一级热泵蒸发器的冷媒入口之间。
11.在一些实施例中，所述二级消白单元还包括二级电子膨胀阀，所述二级电子膨胀阀设于烟气再热器的冷媒出口和二级热泵蒸发器的冷媒入口之间。
12.在一些实施例中，所述烟气消白装置还包括电动调节阀，所述电动调节阀适于安装在系统回水管道和锅炉之间。
13.基于上述任一实施例的天然气锅炉烟气消白装置的烟气消白方法，包括以下步骤：
14.检测获取锅炉排放的第一烟气的温度t1、相对湿度φ1以及第一烟气的质量流量qm，通过传感器数据及自动计算程序可得第一烟气的焓值h1；
15.检测获取室外空气的温度t2和相对湿度φ2，通过传感器数据及自动计算程序可得室外空气的焓值h2；
16.控制所述第一烟气通过所述一级热泵蒸发器，一级热泵蒸发器可将所述第一烟气冷却至温度为t3的第二烟气，通过传感器数据及自动计算程序可得第二烟气的焓值h3，可得出一级热泵蒸发器内单位时间的制冷量q1＝(h1-h3)*qm；
17.控制所述第二烟气通过二级热泵蒸发器，二级热泵蒸发器可将第二烟气降温至温度为t4的第三烟气，此时第三烟气的含湿量为d，通过传感器数据及自动计算程序可得第三烟气的焓值h4，可得出二级热泵蒸发器内单位时间的制冷量q2＝(h3-h4)*qm，其中温度t4≤温度t2；
18.控制所述第三烟气通过烟气再热器，烟气再热器可将第三烟气升温至温度为t5的第四烟气并外排，温度t5大于温度t2，此时第四烟气中的含湿量仍为d，通过传感器数据及自动计算程序可得第四烟气的焓值h5，可得出烟气再热器内单位时间的烟气再热量q3＝(h5-h4)*qm；
19.控制系统回水管道向一级热泵冷凝器供水，回水经一级热泵冷凝器加热后通入锅炉内；
20.其中，定义所述一级压缩机和二级压缩机的功率之和为q4，一级热泵冷凝器内单位时间内回水得到的热量为q5，根据q1+q2+q4＝q3+q5，可得出系统回水管道向热泵冷凝器内单位时间的供水量。
21.本发明的有益效果，锅炉排放的第一烟气在经过一级热泵蒸发器进行热回收后，得热后的冷媒在一级压缩机增温增压后可用于系统回水的加热，充分有效的利用了烟气废热，另外降温降湿后的第二烟气可以在二级热泵蒸发器内进一步的消白处理，降低烟气中的含水量，并且在该消白处理过程中得热的冷媒在经二级压缩机增温增压后，进入至烟气再热器内可以将第三烟气加热成稍高于室外温度的第四烟气，由于此时第四烟气中的含水量不大于室外的饱和水蒸气分压力，从而在将第四烟气排放至室外时可以避免白烟的产生。
22.另外，本发明还可以根据室外温度的变化，精准的将第二烟气再热到排出时不产生白烟的稍高于室外温度的第三烟气，进而可以实现精准控热，最大化的利用烟气中的废热。
附图说明
23.图1是本发明实施例的结构示意图。
24.附图标记：
25.锅炉1；系统回水管道2；一级热泵蒸发器3；一级热泵冷凝器4；一级压缩机5；一级电子膨胀阀6；二级热泵蒸发器7；二级压缩机8；烟气再热器9；二级电子膨胀阀10；电动调节阀11。
具体实施方式
26.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
27.如图1所示，本发明实施例的天然气锅炉烟气消白装置，包括一级消白单元和二级消白单元，一级消白单元包括一级热泵蒸发器3、一级压缩机5和一级热泵冷凝器4，一级热泵蒸发器3的进气端适于与锅炉1的排烟口连通，锅炉1排放的第一烟气在一级热泵蒸发器3内可与冷媒换热并降温至第二烟气。具体地，锅炉1排放的第一烟气可以通过一级热泵蒸发器3的进气端通入至一级热泵蒸发器3内，第一烟气中含有一定量的水蒸气，一级热泵蒸发器3可以借助第一烟气中的高潜热特性使冷媒得热蒸发，同时第一烟气在经过一级热泵蒸发器3后可以降温降湿成第二烟气，其中的部分水蒸气可以液化成液态水并从一级热泵蒸发器3排出。
28.一级热泵蒸发器3的冷媒出口与一级压缩机5的冷媒入口连通，以使一级热泵蒸发器3内得热蒸发后的冷媒可以通入至一级压缩机5内进行增温增压。
29.一级压缩机5的冷媒出口与一级热泵冷凝器4的冷媒入口连通，一级热泵冷凝器4的冷媒出口与一级热泵蒸发器3的冷媒入口连通，并且一级热泵冷凝器4进水口适于与系统回水管道2连通，一级热泵冷凝器4的出水口适于与锅炉1连通，系统回水管道2内的回水在一级热泵冷凝器4内可与冷媒换热后通入锅炉1内。
30.具体地，在一级压缩机5增温增压后的冷媒可以通入至一级热泵冷凝器4，同时系统回水管道2可以向一级热泵冷凝器4内供水，在一级热泵冷凝器4内，高温高压冷媒可以对水进行加热，加热后的水可以通入至锅炉1内使用，完成对水加热后的冷媒可以再次流通至一级热泵蒸发器3内。
31.二级消白单元包括二级热泵蒸发器7、二级压缩机8和烟气再热器9，二级热泵蒸发器7的进气端与一级热泵蒸发器3的出气端连通，一级热泵蒸发器3排出的第二烟气在二级热泵蒸发器7内可与冷媒换热并降温至第三烟气，具体地，经一级热泵蒸发器3降温后的第二烟气可以通过二级热泵蒸发器7的进气端通入至二级热泵蒸发器7内，并与二级热泵蒸发器7内的冷媒换热以进一步的降温降湿，最后生成不大于室外温度的第三烟气，随着第二烟气降温至第三烟气，烟气中液化的液态水可以从二级热泵蒸发器7内排出。
32.二级热泵蒸发器7的冷媒出口与二级压缩机8的冷媒入口连通，以使二级热泵蒸发
器7内得热蒸发后的冷媒可以通入至二级压缩机8内进行增温增压。
33.二级压缩机8的冷媒出口与烟气再热器9的冷媒入口连通，烟气再热器9的冷媒出口与二级热泵蒸发器7的冷媒入口连通，二级热泵蒸发器7排出的第三烟气在烟气再热器9内可与冷媒换热并升温至不低于室外温度的第四烟气后外排。
34.具体地，在二级压缩机8增温增压后的冷媒可以通入至烟气再热器9，在烟气再热器9内增温增压后的冷媒可以与第三烟气进行热交换，以将第三烟气加热至不低于室外温度的第四烟气，在从第三烟气升温至第四烟气的过程中，烟气中的水蒸气含量不变，从而在将第四烟气排放至室外时，可以避免白烟的产生。
35.其中，第三烟气的温度不大于室外温度，可以使得第三烟气中的水蒸气含量不大于室外的饱和水蒸气分压力，从而使第三烟气在经过烟气再热器9加热外排时，不会造成白烟的产生，优选的，第三烟气的温度与室外温度相等，可以使得该消白装置在达到消白目的的同时耗能更少，更加经济。
36.在一些实施例中，第四烟气的温度与室外温度的差值为n，并且0
°
＜n≤5
°
。具体地，经烟气再热器9处理后第四烟气的温度与室外温度的差值可以为1
°
、2
°
、3
°
、4
°
、5
°
等，优选地，在本实施例中第四烟气和室外温度的差值可以为5
°
，使得更能保证避免由于外界温度的突然变化造成产生白烟。
37.在一些实施例中，一级消白单元还包括一级电子膨胀阀6，一级电子膨胀阀6设于一级热泵冷凝器4的冷媒出口和一级热泵蒸发器3的冷媒入口之间，二级消白单元还包括二级电子膨胀阀10，二级电子膨胀阀10设于烟气再热器9的冷媒出口和二级热泵蒸发器7的冷媒入口之间，一级电子膨胀阀6和二级电子膨胀阀10可以分别用于控制一级消白单元和二级消白单元中冷媒的流量以及冷媒流通的启闭。
38.在一些实施例中，烟气消白装置还包括电动调节阀11，电动调节阀11适于安装在系统回水管道2和锅炉1之间，电动调节阀11可以用于控制调节系统回水管道2内通往一级热泵冷凝器4和锅炉1内的回水的流量。
39.在一些实施例中，在一级热泵蒸发器3的进气端、一级热泵蒸发器3的出气端、二级热泵蒸发器7的出气端以及室外均设有传感器以用于检测烟气或室外空气的相对湿度、温度等。
40.在本实施例中，锅炉排放的第一烟气在经过一级热泵蒸发器3进行热回收后，得热后的冷媒在一级压缩机5增温增压后可用于系统回水的加热，充分有效的利用了烟气废热，另外降温降湿后的第二烟气可以在二级热泵蒸发器7内进一步的消白处理，降低烟气中的含水量，并且在该消白处理过程中得热的冷媒在经二级压缩机8增温增压后，进入至烟气再热器9内可以将第三烟气加热成稍高于室外温度的第四烟气，由于此时第四烟气中的含水量不大于室外的饱和水蒸气分压力，从而在将第四烟气排放至室外时可以避免白烟的产生。
41.下面描述本发明实施例的烟气消白方法。
42.基于上述实施例中天然气锅炉烟气消白装置的烟气消白方法，包括以下步骤：
43.检测获取锅炉1排放的第一烟气的温度t1、相对湿度φ1以及第一烟气的质量流量qm，通过传感器数据及自动计算程序可得第一烟气的焓值h1、相对湿度rh1、绝对湿度ah1等物性参数。
44.检测获取室外空气的温度t2和相对湿度φ2，通过传感器数据及自动计算程序可得室外空气的焓值h2等物性参数。
45.控制第一烟气通过一级热泵蒸发器3，一级热泵蒸发器3可将第一烟气冷却至温度为t3的第二烟气，通过传感器数据及自动计算程序可得第二烟气的焓值h3、相对湿度rh3、绝对湿度ah3等物性参数，可得出一级热泵蒸发器3内单位时间的制冷量q1＝(h1-h3)*qm。
46.控制第二烟气通过二级热泵蒸发器7，二级热泵蒸发器7可将第二烟气降温至温度为t4的第三烟气，此时第三烟气的含湿量为d，通过传感器数据及自动计算程序可得第三烟气的焓值h4、相对湿度rh4、绝对湿度ah4等物性参数，可得出二级热泵蒸发器7内单位时间的制冷量q2＝(h3-h4)*qm，其中温度t4≤温度t2。
47.控制第三烟气通过烟气再热器9，烟气再热器9可将第三烟气升温至温度为t5的第四烟气并外排，温度t5大于温度t2，此时第四烟气中的含湿量仍为d，通过传感器数据及自动计算程序可得第四烟气的焓值h5，可得出烟气再热器9内单位时间的烟气再热量q3＝(h5-h4)*qm。
48.控制系统回水管道2向一级热泵冷凝器4供水，回水经一级热泵冷凝器4加热后通入锅炉1内。
49.其中，定义一级压缩机5和二级压缩机8的功率之和为q4，一级热泵冷凝器4内单位时间内回水得到的热量为q5，根据q1+q2+q4＝q3+q5，可得出系统回水管道2向热泵冷凝器内单位时间的供水量。
50.具体地，本发明中的相关的物性参数的计算方法参考表1：
[0051][0052]
表1
[0053]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0054]
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种天然气锅炉烟气消白装置，其特征在于，包括：一级消白单元，所述一级消白单元包括一级热泵蒸发器(3)、一级压缩机(5)和一级热泵冷凝器(4)，所述一级热泵蒸发器(3)的进气端适于与锅炉(1)的排烟口连通，锅炉(1)排放的第一烟气在一级热泵蒸发器(3)内可与冷媒换热并降温至第二烟气，所述一级热泵蒸发器(3)的冷媒出口与一级压缩机(5)的冷媒入口连通，所述一级压缩机(5)的冷媒出口与一级热泵冷凝器(4)的冷媒入口连通，所述一级热泵冷凝器(4)的冷媒出口与一级热泵蒸发器(3)的冷媒入口连通，并且所述一级热泵冷凝器(4)进水口适于与系统回水管道(2)连通，所述一级热泵冷凝器(4)的出水口适于与锅炉(1)连通，系统回水管道(2)内的回水在一级热泵冷凝器(4)内可与冷媒换热后通入锅炉(1)内；二级消白单元，所述二级消白单元包括二级热泵蒸发器(7)、二级压缩机(8)和烟气再热器(9)，所述二级热泵蒸发器(7)的进气端与一级热泵蒸发器(3)的出气端连通，一级热泵蒸发器(3)排出的第二烟气在二级热泵蒸发器(7)内可与冷媒换热并降温至第三烟气，所述二级热泵蒸发器(7)的冷媒出口与二级压缩机(8)的冷媒入口连通，所述二级压缩机(8)的冷媒出口与烟气再热器(9)的冷媒入口连通，所述烟气再热器(9)的冷媒出口与二级热泵蒸发器(7)的冷媒入口连通，二级热泵蒸发器(7)排出的第三烟气在烟气再热器(9)内可与冷媒换热并升温至不低于室外温度的第四烟气后外排。2.根据权利要求1所述的天然气锅炉烟气消白装置，其特征在于，所述第三烟气的温度不大于室外温度。3.根据权利要求2所述的天然气锅炉烟气消白装置，其特征在于，所述第四烟气的温度与室外温度的差值为n，并且0
°
＜n≤5
°
。4.根据权利要求1所述的天然气锅炉烟气消白装置，其特征在于，所述一级消白单元还包括一级电子膨胀阀(6)，所述一级电子膨胀阀(6)设于一级热泵冷凝器(4)的冷媒出口和一级热泵蒸发器(3)的冷媒入口之间。5.根据权利要求1所述的天然气锅炉烟气消白装置，其特征在于，所述二级消白单元还包括二级电子膨胀阀(10)，所述二级电子膨胀阀(10)设于烟气再热器(9)的冷媒出口和二级热泵蒸发器(7)的冷媒入口之间。6.根据权利要求1所述的天然气锅炉烟气消白装置，其特征在于，还包括电动调节阀(11)，所述电动调节阀(11)适于安装在系统回水管道(2)和锅炉(1)之间。7.一种基于权利要求1-6中任一项所述的天然气锅炉烟气消白装置的烟气消白方法，其特征在于，包括以下步骤：检测获取锅炉(1)排放的第一烟气的温度t1、相对湿度φ1以及第一烟气的质量流量qm，通过传感器数据及自动计算程序可得第一烟气的焓值h1；检测获取室外空气的温度t2和相对湿度φ2，通过传感器数据及自动计算程序可得室外空气的焓值h2；控制所述第一烟气通过所述一级热泵蒸发器(3)，一级热泵蒸发器(3)可将所述第一烟气冷却至温度为t3的第二烟气，通过传感器数据及自动计算程序可得第二烟气的焓值h3，可得出一级热泵蒸发器(3)内单位时间的制冷量q1＝(h1-h3)*qm；控制所述第二烟气通过二级热泵蒸发器(7)，二级热泵蒸发器(7)可将第二烟气降温至温度为t4的第三烟气，此时第三烟气的含湿量为d，通过传感器数据及自动计算程序可得第
三烟气的焓值h4，可得出二级热泵蒸发器(7)内单位时间的制冷量q2＝(h3-h4)*qm，其中温度t4≤温度t2；控制所述第三烟气通过烟气再热器(9)，烟气再热器(9)可将第三烟气升温至温度为t5的第四烟气并外排，温度t5大于温度t2，此时第四烟气中的含湿量仍为d，通过传感器数据及自动计算程序可得第四烟气的焓值h5，可得出烟气再热器(9)内单位时间的烟气再热量q3＝(h5-h4)*qm；控制系统回水管道(2)向一级热泵冷凝器(4)供水，回水经一级热泵冷凝器(4)加热后通入锅炉(1)内；其中，定义所述一级压缩机(5)和二级压缩机(8)的功率之和为q4，一级热泵冷凝器(4)内单位时间内回水得到的热量为q5，根据q1+q2+q4＝q3+q5，可得出系统回水管道(2)向热泵冷凝器内单位时间的供水量。

技术总结
本发明公开了一种天然气锅炉烟气消白装置和方法，一级热泵蒸发器的进气端适于与锅炉的排烟口连通，锅炉排放的第一烟气在一级热泵蒸发器内可与冷媒换热并降温至第二烟气，一级热泵冷凝器进水口适于与系统回水管道连通，一级热泵冷凝器的出水口适于与锅炉连通，二级热泵蒸发器的进气端与一级热泵蒸发器的出气端连通，一级热泵蒸发器排出的第二烟气在二级热泵蒸发器内可与冷媒换热并降温至第三烟气，二级热泵蒸发器排出的第三烟气在烟气再热器内可与冷媒换热并升温至不低于室外温度的第四烟气后外排；本发明的天然气锅炉烟气消白装置和方法，可以避免烟气排放时白烟的产生并且可以对烟气中的热量进行有效利用。以对烟气中的热量进行有效利用。以对烟气中的热量进行有效利用。


技术研发人员：卢海刚 卢洁 孙交成
受保护的技术使用者：方快锅炉有限公司
技术研发日：2023.05.23
技术公布日：2023/7/21