一种基于太阳能的锅炉减碳富氧节能节水系统及控制方法
阅读说明：本技术 一种基于太阳能的锅炉减碳富氧节能节水系统及控制方法 (Carbon-reducing oxygen-enriched energy-saving water-saving system of boiler based on solar energy and control method ) 是由 邹小刚 周飞 李文锋 车宏伟 李楠 申冀康 于 2021-08-03 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于太阳能的锅炉减碳富氧节能节水系统及控制方法,该系统包括锅炉本体,与锅炉本体的进风口依次连通的送风机和进风管道,与锅炉本体的燃料进口依次连通的后段进气管道、混合装置、流量计和前段进气管道及燃料压力测量装置、燃料成分测量装置,与锅炉本体出烟口依次连通的前段烟道、热泵、后段烟道和烟囱及热电阻,与锅炉本体进水口依次连通的后段进水管道、二号给水进口阀,还包括旁路给水管道、旁路给水阀,还包括与热泵进水口依次连通的前段给水管道和一号给水进口阀；还包括电解装置等；本发明能够降低锅炉碳排放量和污染物排放量,同时,能够深度回收烟气余热和水分,提高机组效率,实现能源综合循环利用。(The invention discloses a boiler carbon-reducing oxygen-enriching energy-saving water-saving system based on solar energy and a control method, the system comprises a boiler body, a blower and an air inlet pipeline which are sequentially communicated with an air inlet of the boiler body, a rear-section air inlet pipeline, a mixing device, a flow meter, a front-section air inlet pipeline, a fuel pressure measuring device and a fuel component measuring device which are sequentially communicated with a fuel inlet of the boiler body, a front-section flue, a heat pump, a rear-section flue, a chimney and a thermal resistor which are sequentially communicated with a smoke outlet of the boiler body, a rear-section water inlet pipeline, a second water supply inlet valve, a bypass water supply pipeline, a bypass water supply valve, a front-section water supply pipeline and a first water supply inlet valve which are sequentially communicated with a water inlet of the heat pump; also comprises an electrolysis device and the like; the invention can reduce the carbon emission and pollutant emission of the boiler, can deeply recover the waste heat and moisture of the flue gas, improves the unit efficiency and realizes the comprehensive cyclic utilization of energy.)
技术领域
本发明属于锅炉技术领域，涉及一种基于太阳能的锅炉减碳富氧节能节水系统及控制方法，能够降低锅炉碳排放量和污染物排放量，同时，能够深度回收烟气余热和水分，提高机组效率，实现能源综合循环利用。
背景技术
我国资源结构呈富煤少气型，随着能源结构的不断转型，燃气轮机和燃气锅炉近年来得到了大力的发展，尤其在分布式能源和城市居民采暖领域。天然气因其燃烧后污染物排放少而被称为清洁能源，但随着二氧化碳排放量受到限制，其发展也受到一定制约。此外，燃气轮机和燃气锅炉的排烟温度普遍高于水露点，烟气余热未得到充分利用。烟气余热包括显热和潜热，烟气潜热约占燃料低位发热量的11％，回收烟气潜热不仅可以大幅提高机组热效率，还可回收烟气水分，具有显著的经济和环保效益。目前，烟气冷凝水经处理后主要用于锅炉补水、热网补水或者直接排放，造成水资源的浪费。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种基于太阳能的锅炉减碳富氧节能节水系统及控制方法，能够降低燃气轮机和燃气锅炉的二氧化碳排放量及污染物排放量，同时，能够深度回收烟气余热和水分，提高机组效率，实现能源综合循环利用。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于太阳能的锅炉减碳富氧节能节水系统，包括锅炉本体1；与锅炉本体1的进风口依次连通的送风机3和进风管道2；与锅炉本体1的燃料进口依次连通的后段进气管道9、混合装置7、流量计6和前段进气管道4及燃料压力测量装置5、燃料成分测量装置8，其中，燃料压力测量装置5布置于前段进气管道4上，燃料成分测量装置8布置于后段进气管道9上；还包括与锅炉本体1出烟口依次连通的前段烟道20、热泵21、后段烟道23和烟囱24及热电阻22，其中热电阻22布置于后段烟道23上；还包括与锅炉本体1进水口依次连通的后段进水管道12、二号给水进口阀13，其中，后段进水管道12的进口与热泵21的出水口连通；还包括旁路给水管道14和旁路给水阀15，与热泵21进水口依次连通的前段给水管道10和一号给水进口阀11，其中，旁路给水管道14的进口与一号给水进口阀11进口的前段给水管道10连通，出口与二号给水进口阀13出口的后段进水管道12连通；还包括热网回水管道16、设置在热网回水管道16上的热网回水阀17、热网出水管道18、设置在热网出水管道18上的热网出水阀19，其中，热网回水阀17的出口与一号给水进口阀11的出口和热泵21的进水口之间的前段给水管道10相连通，热网出水阀19的进口与热泵21的出水口和二号给水进口阀13的进口之间的后段给水管道12相连通；还包括电解装置25，与电解装置25电源端依次连接的太阳能发电装置26、储能装置27及电能测量装置28；与电解装置25进水口依次连通的二级泵33、水处理装置32、一级泵31、冷凝水箱30及水质监测装置35，其中，水质监测装置35布置于水处理装置32出口管道上；还包括与水处理装置32加药口连通的加药装置34；还包括连接热泵21冷凝水出口和冷凝水箱30进水口的管道29；还包括与电解装置25出氧气口依次连通的氧气关断阀36、氧分离器37、氧纯化器38、储氧罐39，其中，储氧罐39的出口与进风管道2的支管连通；还包括与电解装置25出氢气口依次连通的氢气关断阀40、氢分离器41、氢纯化器42、储氢罐43、压缩机44、调节阀45、氢气流量计46、逆止阀47，其中，逆止阀47的出口与混合装置7的进气口连通。
所述锅炉本体1指燃气轮机或燃气锅炉。
所述热泵21指吸收式热泵机组或压缩式热泵机组。
所述电解装置25指碱性电解水制氢装置或PEM质子交换膜制氢装置或固体氧化物制氢装置或光催化制氢装置。
所述太阳能发电装置26指板式太阳能发电装置或槽式太阳能发电装置。
所述的一种基于太阳能的锅炉减碳富氧节能节水系统的控制方法，当锅炉不参与供热时，关闭热网回水阀16、热网出水阀18和旁路给水阀15，打开一号给水进口阀11、二号给水进口阀13，利用给水回收热泵21吸收的烟气余热；当锅炉参与供热时，打开热网回水阀17、热网出水阀19和旁路给水阀15，关闭一号给水进口阀11和二号给水进口阀13，利用热泵21回收的烟气余热，热泵21的出口烟气温度设定为30℃，充分回收烟气潜热和水分；当热电阻22的反馈值高于设定值30℃时，增大热泵21的功率，直至热电阻22的反馈值达到设定值；当热电阻22的反馈值低于设定值30℃时，减小热泵21的功率，直至热电阻22的反馈值达到设定值；太阳能发电装置26产生的电能储存在储能装置27中，储能装置27的输出功率与二级泵33的频率呈线性关系，当二级泵33的频率增加时，储能装置27的输出功率根据线性关系自动提高；当二级泵33的频率降低时，储能装置27的输出功率根据线性关系自动降低；加药装置34的加药量根据水质监测装置35的反馈值调节，当水质监测装置35的反馈值高于设定值时，加药装置34增加药剂量；当水质监测装置35的反馈值低于设定值时，加药装置34减少药剂量；压缩机44的出口氢气压力根据燃料压力测量装置5的反馈值调节，始终保持压缩机44的出口氢气压力等于燃料压力测量装置5的反馈值与0.8kPa的和。调节阀45的开度根据燃料成分测量装置8的反馈值调节，燃料成分测量装置8的反馈值为混合燃料中氢气的体积分数，当燃料成分测量装置8的反馈值高于设定值时，减小调节阀45的开度，直至燃料成分测量装置8的反馈值达到设定值；当燃料成分测量装置8的反馈值低于设定值时，增大调节阀45的开度，直至燃料成分测量装置8的反馈值达到设定值。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的一种基于太阳能的锅炉减碳富氧节能节水系统及控制方法，由于系统设置有热泵，将烟气温度降低至水露点以下，充分回收烟气潜热和水分，提高机组效率。回收的水分经处理后用于电解装置制取氢气和氧气，制取的氢气掺入燃料中，制取的氧气掺入送风系统中。由于氢气为无碳燃料，燃气轮机和燃气锅炉在同等出力下，二氧化碳排放量降低。同时，由于送风的氧量增加，总送风量减少，进入锅炉的氮气减少，因此，热力型氮氧化物和快速型氮氧化物排放量降低。
附图说明
图1为本发明的系统图，其中1为锅炉本体、2为进风管道、3为送风机、4为前段进气管道、5为燃料压力测量装置、6为流量计、7为混合装置、8为燃料成分测量装置、9为后段进气管道、10为前段给水管道、11为一号给水进口阀、12为后段进水管道、13为二号给水进口阀、14为旁路给水管道、15为旁路给水阀、16为热网回水管道、17为热网回水阀、18为热网出水管道、19为热网出水阀、20为前段烟道、21为热泵、22为热电阻、23为后段烟道、24为烟囱、25为电解装置、26为发电装置、27为储能装置、28为电能测量装置、29为管道、30为冷凝水箱、31为一级泵、32为水处理装置、33为二级泵、34为加药装置、35为水质监测装置、36为氧气关断阀、37为氧分离器、38为氧纯化器、39为储氧罐、40为氢气关断阀、41为氢分离器、42为氢纯化器、43为储氢罐、44为压缩机、45为调节阀、46为氢气流量计、47为逆止阀。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1所示，一种基于太阳能的锅炉减碳富氧节能节水系统，包括锅炉本体1；与锅炉本体1的进风口依次连通的送风机3和进风管道2；与锅炉本体1的燃料进口依次连通的后段进气管道9、混合装置7、流量计6和前段进气管道4及燃料压力测量装置5、燃料成分测量装置8，其中，燃料压力测量装置5布置于前段进气管道4上，燃料成分测量装置8布置于后段进气管道9上；还包括与锅炉本体1出烟口依次连通的前段烟道20、热泵21、后段烟道23和烟囱24及热电阻22，其中热电阻22布置于后段烟道23上；还包括与锅炉本体1进水口依次连通的后段进水管道12、二号给水进口阀13，其中，后段进水管道12的进口与热泵21的出水口连通；还包括旁路给水管道14和旁路给水阀15，与热泵21进水口依次连通的前段给水管道10和一号给水进口阀11，其中，旁路给水管道14的进口与一号给水进口阀11进口的前段给水管道10连通，出口与二号给水进口阀13出口的后段进水管道12连通；还包括热网回水管道16、热网回水阀17、热网出水管道18、热网出水阀19，其中，热网回水阀17的出口与一号给水进口阀11的出口和热泵21的进水口之间的前段给水管道10相连通，热网出水阀19的进口与热泵21的出水口和二号给水进口阀13的进口之间的后段给水管道12相连通；还包括电解装置25；与电解装置25电源端依次连接的太阳能发电装置26、储能装置27及电能测量装置28；与电解装置25进水口依次连通的二级泵33、水处理装置32、一级泵31、冷凝水箱30及水质监测装置35，其中，水质监测装置35布置于水处理装置32出口管道上；还包括与水处理装置32加药口连通的加药装置34；还包括连接热泵21冷凝水出口和冷凝水箱30进水口的管道29；还包括与电解装置25出氧气口依次连通的氧气关断阀36、氧分离器37、氧纯化器38、储氧罐39，其中，储氧罐39的出口与进风管道2的支管连通；还包括与电解装置25出氢气口依次连通的氢气关断阀40、氢分离器41、氢纯化器42、储氢罐43、压缩机44、调节阀45、氢气流量计46、逆止阀47，其中，逆止阀47的出口与混合装置7的进气口连通。
本发明的工作过程为：
当锅炉不参与供热时，关闭热网回水阀16、热网出水阀18和旁路给水阀15，打开一号给水进口阀11、二号给水进口阀13，利用给水回收热泵21吸收的烟气余热；当锅炉参与供热时，打开热网回水阀17、热网出水阀19和旁路给水阀15，关闭一号给水进口阀11、二号给水进口阀13，利用热泵21回收的烟气余热。热泵21的出口烟气温度设定为30℃，充分回收烟气潜热和水分。当热电阻22的反馈值高于设定值30℃时，增大热泵21的功率，直至热电阻22的反馈值达到设定值；当热电阻22的反馈值低于设定值30℃时，减小热泵21的功率，直至热电阻22的反馈值达到设定值。太阳能发电装置26产生的电能储存在储能装置27中，储能装置27的输出功率与二级泵33的频率呈线性关系，当二级泵33的频率增加时，储能装置27的输出功率根据线性关系自动提高；当二级泵33的频率降低时，储能装置27的输出功率根据线性关系自动降低。加药装置34的加药量根据水质监测装置35的反馈值调节，当水质监测装置35的反馈值高于设定值时，加药装置34增加药剂量；当水质监测装置35的反馈值低于设定值时，加药装置34减少药剂量。压缩机44的出口氢气压力根据燃料压力测量装置5的反馈值调节，始终保持压缩机44的出口氢气压力等于燃料压力测量装置5的反馈值与0.8kPa的和。调节阀45的开度根据燃料成分测量装置8的反馈值调节，燃料成分测量装置8的反馈值为混合燃料中氢气的体积分数，当燃料成分测量装置8的反馈值高于设定值时，减小调节阀45的开度，直至燃料成分测量装置8的反馈值达到设定值；当燃料成分测量装置8的反馈值低于设定值时，增大调节阀45的开度，直至燃料成分测量装置8的反馈值达到设定值。
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