一种采用电动热泵深度回收热电厂烟气余热用于集中供热的节能系统的制作方法

本发明属于燃煤热电厂锅炉烟气净化及烟气余热回收与利用技术领域，特别涉及到一种利用电动热泵技术将烟气余热用于集中供热，同时兼具脱硫功能的高效烟气余热回收系统。

背景技术：

我国燃煤热电厂现阶段电站锅炉的设计排烟温度可达130℃～150℃左右，余热回收潜力巨大。利用以直接接触式换热器为主体的烟气余热回收塔对低温烟气喷淋冷凝，可以充分回收烟气中气化潜热。同时，在换热过程中烟气携带的so2、so3将溶解在喷淋循环水中，利用碱液对其进行处理，可达到脱硫目的，实现集烟气余热回收和脱硫功能一体的效果。可以有效解决余热回收系统常与脱硫装置(如脱硫塔)相互独立而导致设备总体占地面积大的问题，减少投资及运行费用。

另一方面，热电联产机组按照“以热定电”的方式运行，这导致机组存在热电耦合问题：在电力负荷低谷期机组发电量过剩，而在电力负荷高峰期发电量不足，不利于解决电力负荷峰谷差现象，造成机组失去调峰能力，无法满足我国现阶段热电调峰的要求。目前热电厂中以吸收式热泵机组为主的热泵供热系统在运行时受到汽轮机抽汽参数的制约，且制热效率较低，无法有效实现热电解耦。将电动热泵应用于余热回收领域有一定的优势，首先，电动热泵的制热效率要远高于吸收式热泵；其次，吸收式热泵技术回收余热的效果受到机组抽汽参数的限制，而电动热泵直接以电能为驱动能源，运行更加容易控制；第三，电动热泵可以消耗电能，具有成为电厂调峰手段的潜力。利用电动热泵消耗电厂低谷电能，将回收的烟气余热用于加热热网回水，则可增加热电厂的热电调峰能力。

鉴于上述问题，设计一种利用烟气余热回收塔结合电动热泵深度回收烟气余热用于集中供热的节能系统。该系统可以有效提高热电厂烟气余热利用率，增强热电厂供热能力，可以实现一定程度上的电力调峰和供热调峰，并减少污染物的排放，兼具经济效益和环境效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种采用电动热泵深度回收热电厂烟气余热用于集中供热的节能系统。

本发明的技术方案：

一种采用电动热泵深度回收热电厂烟气余热用于集中供热的节能系统，包括燃煤锅炉1、汽轮机2、凝汽器3、热网加热器4、凝结水箱5、凝结水输送泵6、除尘器7、烟气余热回收塔8、烟囱9、余热回收循环水泵10、防腐高效水水板式换热器11、电动热泵12、naoh储存罐13、naoh制备装置14、naoh溶液泵15、止回阀16、烟气入口阀门17、冷凝液集水池21、烟气旁路管道阀门37、多个阀门及连接管道；

所述烟气余热回收塔8内壁附有保温材料，主要由烟气入口段、填料层18、喷淋层19、除雾器20和烟气出口段组成；烟气入口段位于烟气余热回收塔8的下段，烟气出口段位于烟气余热回收塔8的顶部；除雾器20位于烟气余热回收塔8的上段、内部；填料层18位于烟气余热回收塔8的中段、内部；喷淋层19位于烟气余热回收塔8的上段、内部，喷淋层19位于除雾器20下方、填料层18上方；燃煤锅炉1产生的高温烟气经过除尘器7除尘过滤后，再经烟气入口阀门17控制，经烟气入口段进入烟气余热回收塔8内，高温烟气自下往上流动；循环水由喷淋层19内的喷淋装置自上而下喷洒，高温烟气经填料层18与喷淋水进行气液两相充分接触，高温烟气中的水蒸汽凝结放热，循环水吸收高温烟气热量进入烟气余热回收塔8塔底，回到塔底的冷凝水一部分作为循环水继续参与循环，另一部分经烟气余热回收塔8底部的阀门控制进入位于烟气余热回收塔8下方的冷凝液集水池21，实现烟气冷凝水的回收，达到节水效果；换热后的低湿烟气经除雾器20去除水雾，干烟气从烟气出口段排出，进入烟囱9，达到回收烟气冷凝余热的目的；

所述naoh储存罐13和naoh制备装置14连接，naoh储存罐13内的碱液进入naoh制备装置14，naoh制备装置14制备好的脱硫naoh溶液由naoh溶液泵15经阀门和止回阀16共同控制，沿管道输入烟气余热回收塔8内，此时烟气中的大量s02气体已溶解在烟气余热回收塔8冷凝水中，冷凝水与naoh发生中和反应从而达到脱硫的目的；

所述电动热泵12通过防腐高效水水板式换热器11与烟气余热回收塔8塔底的循环水间接连接，循环水从烟气余热回收塔8底部经余热回收循环水泵10或不经余热回收循环水泵10送至防腐高效水水板式换热器11内，与电动热泵12的蒸发器侧出来的循环水换热，间接对热网回水进行加热，循环水输送管路上根据需求设有多个阀门；经换热冷却后的低温余热循环水沿管路回到烟气余热回收塔8中继续与烟气喷淋换热，低温余热循环水输送管路上根据需求设有多个阀门；热网回水经阀门控制进入电动热泵12中，与高温余热循环水通过防腐高效水水板式换热器11进行间接换热，电动热泵12利用电厂电能作为驱动能源；从电动热泵12中出来的热网回水进入热网加热器4中进行二次加热，直至水体温度被加热到符合运行要求的供水温度后送至热网；

燃煤锅炉1与汽轮机2相连通，燃煤锅炉1产生的蒸汽进入汽轮机2中做功之后分为乏汽和抽汽两部分，乏汽进入凝汽器3；抽汽进入热网加热器4中，与热网回水换热冷凝后进入凝结水箱5；凝汽器3中的冷凝水和凝结水箱5中分离出来的冷凝水送至凝结水系统进行处理后作为锅炉回水再次回到燃煤锅炉1内使用；凝结水箱5的输出管路上设有凝结水输送泵6；

循环水从烟气余热回收塔8底部经余热回收循环水泵10或不经余热回收循环水泵10送至防腐高效水水板式换热器11内，与电动热泵12的蒸发器侧出来的循环水换热，循环水输送管路上根据需求设有多个阀门，阀门的设置方式：在余热回收循环水泵10两端分别设有阀门，在经余热回收循环水泵10外设置旁通管路，其上设有两阀门，该两阀门分别位于余热回收循环水泵10端部阀门的两端；即余热回收循环水泵10进行检修时，关闭其两端的阀门，由烟气余热回收塔8内出来的高温循环水直接通过旁通管路进入后续流程；

防腐高效水水板式换热器11的烟气余热回收塔8侧的进水管路与烟气余热回收塔8侧的出水管路之间设有阀门，当防腐高效水水板式换热器11进行检修时，关闭防腐高效水水板式换热器11的烟气余热回收塔8侧的进水管路上的阀门与烟气余热回收塔8侧的出水管路上的阀门，由烟气余热回收塔8内出来的高温循环水直接通过二者之间的阀门进入后续流程；

热网回水的进水管路上设有阀门，经电动热泵12加热后、通入到热网加热器4的出水管路上设有阀门，两阀门之间设有另一阀门；电动热泵12与防腐高效水水板式换热器11相连的进水管路和出水管路上均设有阀门；当电动热泵12进行检修时，除两阀门之间设有的另一阀门开启外，关闭其余四个阀门，热网回水直接通过另一阀门进入后续流程；

烟气余热回收塔8顶部的烟气出口段连接的管路与高温烟气经烟气入口段进入烟气余热回收塔8的管路上设有烟气旁路管道阀门37，烟气旁路管道阀门37位于余热回收塔烟气入口阀门17外，烟气旁路管道阀门37在烟气余热回收塔8出现故障或者检修时开启，高温烟气经除尘器7除尘后直接进入烟囱9排入大气中。

本发明的有益效果：本发明利用电动热泵将烟气余热用于集中供热，并结合烟气余热回收塔和防腐高效水水板式换热器实现对低温烟气余热深度回收利用。本发明中的烟气余热回收塔采用烟气和水直接接触式换热技术，提高了传热传质效果，增强了换热能力，同时兼具脱硫功能，有效降低pm2.5排放，可以实现烟气余热回收和除尘脱硫一体化目的。本发明采用电动热泵回收烟气余热用于集中供热，吸收烟气余热后的高温余热循环水通过防腐高效水水板式换热器与电动热泵间接换热，避免循环水直接进入热泵内对其造成腐蚀。在与热网回水换热后，循环水回水温度最低可降至25℃左右，此时烟气温度为33℃左右，从而提高烟气余热回收塔的工作效率。热泵系统可以保证在热网任何运行工况下都可以实现高效的余热回收，将烟气余热回收塔与电动热泵相结合，有效解决了烟气余热回收领域存在的金属腐蚀以及低温冷源制备等问题。而在采暖季将烟气余热用于加热热网回水，增强了热电厂的供热能力，同时电动热泵可以消耗电厂内部过剩电能，提高热电厂热电比，增强电力调峰能力，实现一定程度上的热电解耦，为可再生能源如风电、光电等提供上网空间。

附图说明

图1是本发明的一种采用电动热泵深度回收热电厂烟气余热用于集中供热的节能系统图。

图中：1燃煤锅炉；2汽轮机；3凝汽器；4热网加热器；5凝结水箱；6凝结水输送泵；7除尘器；8烟气余热回收塔；9烟囱；10余热回收循环水泵；11防腐高效水水板式换热器；12电动热泵；13naoh储存罐；14naoh制备装置；15naoh溶液泵；16止回阀；17烟气入口阀门；18填料层；19喷淋层；20除雾器；21冷凝液集水池；22阀门a；23阀门b；24阀门c；25阀门d；26阀门e；27阀门f；28阀门g；29阀门h；30阀门i；31阀门j；32阀门k；32阀门l；33阀门m；34阀门n；35阀门o；36阀门p；37烟气旁路管道阀门。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

一种采用电动热泵深度回收热电厂烟气余热用于集中供热的节能系统，包括燃煤锅炉1、汽轮机2、凝汽器3、热网加热器4、凝结水箱5、凝结水输送泵6、除尘器7、烟气余热回收塔8、烟囱9、余热回收循环水泵10、防腐高效水水板式换热器11、电动热泵12、naoh储存罐13、naoh制备装置14、naoh溶液泵15、止回阀16、烟气入口阀门17、冷凝液集水池21、烟气旁路管道阀门37、多个阀门及连接管道；

烟气余热回收塔8内壁附有保温材料，主要由烟气入口段、填料层18、喷淋层19、除雾器20和烟气出口段组成；烟气入口段位于烟气余热回收塔8的下段，烟气出口段位于烟气余热回收塔8的顶部；除雾器20位于烟气余热回收塔8的上段、内部；填料层18位于烟气余热回收塔8的中段、内部；喷淋层19位于烟气余热回收塔8的上段、内部，喷淋层19位于除雾器20下方、填料层18上方；燃煤锅炉1产生的高温烟气经过除尘器7除尘过滤后，再经烟气入口阀门17控制，经烟气入口段进入烟气余热回收塔8内，高温烟气自下往上流动；循环水由喷淋层19内的喷淋装置自上而下喷洒，高温烟气经填料层18与喷淋水进行气液两相充分接触，高温烟气中的水蒸汽凝结放热，循环水吸收高温烟气热量进入烟气余热回收塔8塔底，回到塔底的冷凝水一部分作为循环水继续参与循环，另一部分经烟气余热回收塔8底部的阀门控制进入位于烟气余热回收塔8下方的冷凝液集水池21，实现烟气冷凝水的回收，达到节水效果；换热后的低湿烟气经除雾器20去除水雾，干烟气从烟气出口段排出，进入烟囱9，达到回收烟气冷凝余热的目的；

naoh储存罐13和naoh制备装置14连接，naoh储存罐13内的碱液进入naoh制备装置14，naoh制备装置14制备好的脱硫naoh溶液由naoh溶液泵15经阀门p36和止回阀16共同控制，沿管道输入烟气余热回收塔8内，此时烟气中的大量s02气体已溶解在烟气余热回收塔8冷凝水中，冷凝水与naoh发生中和反应从而达到脱硫的目的；

电动热泵12通过防腐高效水水板式换热器11与烟气余热回收塔8塔底的循环水间接连接，循环水从烟气余热回收塔8底部由余热循环水泵10驱动依次经过阀门d25、阀门e26和阀门g28送至防腐高效水水板式换热器11内，与电动热泵12的蒸发器侧出来的循环水换热，间接对热网回水进行加热，经换热冷却后的低温余热循环水经阀门i30沿管路回到烟气余热回收塔8中继续与烟气喷淋换热；热网回水经阀门m33控制进入电动热泵12中，与高温余热循环水通过防腐高效水水板式换热器11进行间接换热，电动热泵12利用电厂电能作为驱动能源；从电动热泵12中出来的热网回水进入热网加热器4中进行二次加热，直至水体温度被加热到符合运行要求的供水温度后送至热网；

燃煤锅炉1产生的蒸汽进入汽轮机2中做功之后分为乏汽和抽汽两部分，乏汽进入凝汽器3；抽汽进入热网加热器4中，与热网回水换热冷凝后进入凝结水箱5；凝汽器3中的冷凝水和凝结水箱5中分离出来的冷凝水送至凝结水系统进行处理后作为锅炉回水再次回到燃煤锅炉1内使用；凝结水箱5的输出管路上设有凝结水输送泵6；

烟气余热回收塔8顶部的烟气出口段连接的管路与高温烟气经烟气入口段进入烟气余热回收塔8的管路上设有烟气旁路管道阀门37，烟气旁路管道阀门37位于余热回收塔烟气入口阀门17外，当余热回收塔检修时，关闭烟气入口阀门17，开启烟气旁路管道阀门37，从除尘器出来的烟气直接由烟囱9排出；

循环水输送管路上根据需求设有多个阀门，阀门的设置方式：在余热回收循环水泵10两端分别设有阀门d25和阀门e26，在经余热回收循环水泵10外设置旁通管路，其上设有阀门c24和阀门f27，两阀门分别位于阀门d25和阀门e26的两端；当余热回收循环水泵10进行检修时，关闭阀门d25和阀门e26，由烟气余热回收塔8内出来的高温循环水直接通过旁通管路进入后续流程；

防腐高效水水板式换热器11的烟气余热回收塔8侧的进水管路与烟气余热回收塔8侧的出水管路之间设有阀门g28、阀门h29和阀门i30，当防腐高效水水板式换热器11进行检修时，关闭阀门g28和阀门i30，由烟气余热回收塔8内出来的高温循环水直接通过阀门h29进入后续流程；

热网回水的进水管路上设有阀门m33，经电动热泵12加热后、通入到热网加热器4的出水管路上设有阀门o35，两阀门之间设有阀门n34；阀门j31和阀门k32设置在电动热泵12和防腐高效水水板式换热器11之间的循环管路上；当电动热泵12进行检修时，关闭阀门j31、阀门k32、阀门m33和阀门o35，热网回水直接通过阀门n34进入后续流程。

在采暖期，假设热网回水温度为th、烟气余热回收塔8出来的循环水温度为ttc，利用防腐高效水水板式换热器11和电动热泵12串联进行烟气余热回收：热网回水进入电动热泵12中，通过防腐高效水水板式换热器11与烟气余热回收塔8出来的循环水进行间接换热，此时热网回水温度上升δt1，电动热泵12消耗电厂内部电能作为驱动电能；若此时热网回水的温度(th+δt1)大于符合运行要求的供水温度(tg)，即(th+δt1)≥tg，则关闭阀门b23、开启阀门o35此时集中供热系统热量完全由烟气余热供给、无需热网加热器4加热供给；若热网回水的温度未达到符合运行要求的供水温度，即此时(th+δt1)<tg，则开启阀门b23和阀门o35，将热网回水送至热网加热器4进行进一步加热，但加热量仅需要满足温升tg-(th+δt1)即可，从而大幅减少热网加热器4的抽汽量，达到节能目的。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。