基于二氧化碳热泵深度余热回收的燃气供暖系统和方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN111720876A(43)申请公布日2020.09.29(21)申请号202010558972.8(22)申请日2020.06.18(71)申请人山西大学地址030006山西省太原市小店区坞城路92号(72)发明人吴彦丽郝艳红白静利陈赞林赵子萱康珈武诗宇吴少华(74)专利代理机构太原市科瑞达专利代理有限公司14101代理人申艳玲(51)Int.Cl.F24D11/02(2006.01)F25B9/00(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称基于二氧化碳热泵深度余热回收的燃气供暖系统和方法(57)摘要本发明公开了一种基于二氧化碳热泵深度余热回收的燃气供暖系统和方法，属于清洁供暖领域。该系统包括：燃气锅炉单元、烟气余热初级回收单元、二氧化碳热泵余热深度回收单元和与之对应的热网回水三级升温管网。该系统采用二氧化碳热泵进一步降低燃气锅炉烟气温度，实现烟气低温排放，同时发挥二氧化碳热泵对低温余热高效提质优势，将低温烟气余热深度高效回收到热网回水中，实现了烟气余热的深度高效回收利用；该系统通过烟气余热分级回收和热网回水分级加热，实现了能量梯级利用，减少了燃气能量的排烟损失，可大幅度提高燃气供暖系统效率，降低燃气供暖成本和燃气供暖污染物排放。CN111720876ACN111720876A权利要求书1/2页1.一种基于二氧化碳热泵深度余热回收的燃气供暖系统，其特征在于：包括燃气锅炉单元、烟气余热初级回收单元、二氧化碳热泵余热深度回收单元和与之对应的热网回水三级升温管网；所述燃气锅炉单元，用于天然气和空气燃烧，生成含有CO2、H2O及含硫氮化合物的高温烟气，同时放出大量的热量；所述烟气余热初级回收单元用于将高温烟气与来自热用户的热网回水进行热交换，将高温烟气降温后成为低温烟气送往二氧化碳热泵余热深度回收单元的蒸发装置，同时将来自热用户的热网回水进行第一级升温后送往二氧化碳热泵余热深度回收单元的气体冷却装置；所述二氧化碳热泵余热深度回收单元包含二氧化碳蒸发装置、节流装置、二氧化碳气体冷却装置和压缩装置，低温烟气在二氧化碳蒸发装置与二氧化碳工质进行热交换，烟气温度进一步降低至30℃以下，第一级升温后的热网回水在二氧化碳气体冷却装置与高温高压的二氧化碳流体进行热交换，实现热网回水第二级升温后送往燃气锅炉单元。2.根据权利要求1所述的基于二氧化碳热泵深度余热回收的燃气供暖系统，其特征在于：燃气锅炉单元一侧设有天然气入口和过量空气入口，燃气锅炉单元另一侧设置的高温烟气出口连接烟气余热初级回收单元；烟气余热初级回收单元为高温烟气和热网回水的热交换装置，烟气余热初级回收单元设有高温烟气入口和热网回水入口，以及低温烟气出口和第一级升温后热网回水出口；二氧化碳热泵余热深度回收单元包括依次连接构成回路的二氧化碳气体冷却装置、节流装置、二氧化碳蒸发装置和压缩装置；二氧化碳气体冷却装置为第一级升温后热网回水和高温高压二氧化碳流体的热交换装置，第一级升温后热网回水出口连接二氧化碳气体冷却装置；气体冷却装置出口的第二级升温后热网回水出口连接燃气锅炉单元；气体冷却装置出口的低温高压二氧化碳流体出口连接节流装置，节流装置出口连接二氧化碳蒸发装置，二氧化碳蒸发装置为低温烟气和低温低压二氧化碳流体的热交换装置，烟气余热初级回收单元的低温烟气出口连接二氧化碳蒸发装置，二氧化碳蒸发装置的排放烟气出口连接大气，高温低压二氧化碳流体出口连接压缩装置；压缩装置出口连接二氧化碳气体冷却装置；燃气锅炉单元输出第三级升温后热网回水，第三级升温后热网回水管道的出口连接热用户。3.根据权利要求2所述的基于二氧化碳热泵深度余热回收的燃气供暖系统，其特征在于：气体冷却装置的低温高压二氧化碳流体管道连接节流装置，节流装置出口连接的低温低压二氧化碳流体管道连接二氧化碳蒸发装置，二氧化碳蒸发装置出口连接的高温低压二氧化碳流体管道连接压缩装置，压缩装置出口连接的高温高压二氧化碳流体管道连接气体冷却装置。4.一种基于二氧化碳热泵深度余热回收的燃气供暖方法，采用权利要求1~3任一项所述的基于二氧化碳热泵深度余热回收的燃气供暖系统，其特征在于包括以下步骤：（1）天然气和过量空气在燃气锅炉单元中充分燃烧，生成含有CO2、H2O的高温烟气，同时放出大量的热量；（2）燃气锅炉单元中的高温烟气物流送往烟气余热初级回收单元，燃烧热用于对在二2CN111720876A权利要求书2/2页氧化碳热泵余热深度回收单元实现第二级升温后热网回水进行第三级加热，第三级升温后热网回水送往热用户；（3）烟气余热初级回收单元将高温烟气与来自热用户的热网回水进行热交换，将高温烟气进行降温后成为低温烟气送往二氧化碳热泵余热深度回收单元的二氧化碳