冷凝式锅炉与热泵联合系统的应用研究.docx

冷凝式锅炉与热泵联合系统的应用研究摘要：我国北方地区一直以传统的燃煤、燃油采暖，随着经济的发展、城市规模的扩大，这些传统的采暖方式的缺点越来越突出，不能适应可持续发展的要求，据统计燃煤采暖已经成为北方城市冬季空气污染的罪魁祸首。采用冷凝式锅炉对节能和环保都具有非常重要的意义。但是我国采用传统95/70℃闭式供热系统，相当多的锅炉按80/70℃运行。当采用洁净燃料天然气时，烟气的露点温度一般在55℃左右，要通过原有供热系统的回水去完成烟气的冷凝是不可行的。并且较高温度的排烟，相对于用空气源热泵采暖的系统来说，应是较好的低温热源。本文简述了我国城市供热的现状，根据我国的供热特点和节能环保的要求，介绍了冷凝式锅炉与热泵联合系统系统。关键词：冷凝式锅炉热泵联合系统应用20世纪70年代以来，西欧和美国等相继研制了冷凝式锅炉，即在传统锅炉的基础上加设冷凝式热交换受热面，将排烟温度降到40-50℃，使烟气中的水蒸气冷凝下来并释放潜热，可以使热效率提高到100%以上（以低位发热量计算）；同时研究发现，在烟气冷凝时，烟气中的SO某、NO某、CO2、CO以及飞灰和烟尘能部分或者全部溶解于水中，这样就使排入大气中的有害物质大大减少,有利于环保。一、冷凝式锅炉的优缺点冷凝锅炉是锅炉科技发展的新台阶,把锅炉的热效率发挥到极限。冷凝锅炉的优点有：1、冷凝锅炉的燃烧技术更先进，排放烟气的温度很低，排放更环保；2、热效率比常规锅炉最少多出10-12%。常规锅炉一般热效率在80%左右，并且随时间蓑减。大型锅炉甚至蓑减到55%。虽然说冷凝锅炉比常规锅炉节能达40%的说法有点言过其实，但保守的说，10-12%是最可信的节能范围。冷凝锅炉的缺点有：1、新技术，成本高2、烟气排放的温度低，所以烟囱设计更严格。同时运行产生数量不少的酸性冷凝水，要加以处理才能排放。3、系统设计必须改进，因为冷凝锅炉运行在低水温才达到最高效率。4、锅炉维护比较复杂，成本也高。选择好的品牌最重要。针对以上存在的缺陷提出了冷凝式锅炉与热泵联合系统及其应用。二、冷凝式锅炉与热泵联合系统原理冷凝式锅炉与热泵联合系统不仅利用了冷凝式锅炉节能和环保的原理，还利用了热泵提高低品位热能到高品位热能的原理。在该系统中为了使热泵系统尽可能的回收较低品位的热能，减少热泵系统装机容量和电耗，做到尽可能的节能，先将热网回水与来自冷凝式锅炉本体高温的排烟进行换热，使烟气冷却至一定的温度，再将低温的烟气通过冷凝换热器（为防腐材料，如不锈钢），回收烟气中的部分潜热和显热。为了维持热泵蒸发端低温热源温度的稳定性，并减小蒸发端的传热平均温差，采用烟气先通过间壁式冷凝换热器（如板式、管式等）或接触式冷凝换热器（如液柱式、填料式等），用低温水（冷却水）先与烟气换热，再将被加热的冷却水用水泵抽送到热泵的蒸发端，和热泵工质(如R11等)发生热交换。下面介绍冷凝换热器与热泵联合热能回收系统，该系统有两种型式：如图1间壁式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统和图2接触式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统。1-锅炉本体2-冷凝用烟气通道3-烟气旁通通道4-排烟至烟囱通道5-间壁式冷凝热交换器6-待处理的冷凝液排放管7，13-来自区域热网的回水8-烟气冷却器9-冷却水循环泵10-热泵蒸发器11-节流阀12-热泵冷凝器14-压缩机1-锅炉本体2-冷凝用烟气通道3-烟气旁通通道4-排烟至烟囱通道5-接触式冷凝热交换器6-烟气冷却器7，15-来自区域热网的回水8-冷却水循环泵9-处理液循环泵10-污水排放管11-水处理器12-热泵蒸发器13-压缩机14-热泵冷凝器16-节流阀在图1中，间壁式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统除锅炉本体的换热外，存在四个热交换过程：（1）在烟气冷却器8中，高温烟气和来自区域热网的回水之间的热交换过程；（2）在间壁式冷凝换热器5中，来自烟气冷却器的低温温烟气与冷却水（热泵的低温热源）之间的热交换过程；（3）在热泵的蒸发器10中，来自间壁式冷凝换热器的冷却水与热泵低温工质之间的热交换过程；（4）在热泵的冷凝器13中，热泵高温工质与来自区域热网的回水之间的热交换过程。在冷凝式换热器5产生的冷凝水通过待处理的冷凝液排放管6排放，在冷凝式换热器5中被冷凝的烟气和来自旁通烟道3的烟气混合，进入烟囱。在图2中，接触式冷凝换热器与热泵联合热能回收系统与间壁式系统显著区别在与烟气的冷凝换热器，采用接触式换热器，烟气与冷却水发生直接接触换热，并且冷却水受到污染，需要定时处理和进行排污。间壁式冷凝换热器和接触式冷凝换热器在国外都得到了利用，它们各自有自己的优缺点。如间壁式具有烟气与水分离，水质无污染，但换热存在较大温差，受结构尺寸限制，换热面积有限，存在间壁热阻和污垢热阻，换热效率低等。接触式具有气液两相离散接触，传热温差小，换热面积大大增大，