1.本发明根据供热系统及余热利用，根据烟气中所蕴含的显热与潜热特点，设置多级换热步骤，利用热泵提升热量的优势，通过控制不同的换热温差进行不同层级的热量交换技术领域，尤其涉及一种烟气余热梯级利用的高效控制方法。
背景技术：
2.燃料在锅炉中燃烧后产生烟气，根据烟气温度的不同蕴含不同程度的热量，这部分热量一方面以显热形式存在即随着烟气温度变化的热量；另一方面以潜热方式存在即烟气中还有水蒸气，水蒸气析出冷凝水后所释放的热量。实际锅炉运行中多数的烟气分析报告表明，烟气析出冷凝水的温度在55-60℃。利用显热的方式即通过设置换热器与烟气进行热量交换获取热量，但该换热器的换热温差有限且与烟气进行换热的循环水温度有一定下限，因此烟气显热的回收方式存在一定有限。利用潜热的方式即将烟气中的水蒸气通过降温方式将其变为冷凝水，从而释放大量的热。大量的实际分析报告与研究表明烟气热量中显热占比30％-35％，潜热占比65％-70％。
3.目前锅炉烟气余热回收的方式均以锅炉配置的烟气节能器为主，将锅炉回水与烟气换热，提升回水温度，再进入锅炉加热时降低锅炉负荷，由于锅炉回水温度有一定下限(在45℃以上)，考虑到烟气与水的换热温差(近10℃)因此单纯的烟气节能器只能将烟温降至55℃及其以上，锅炉负荷越大，烟气温度越高，节能器对烟温的降低值有限，此时排烟温度越高，对于烟气中的大部分热量特别是潜热部分无法利用。此外，单独采用吸收式热泵对烟气余热进行利用在实际生产中也有一定的使用，特别是燃气锅炉房由于具有一定的燃气资源条件，燃气型的吸收式热泵有了资源条件，通过接入既有燃气驱动热泵运行，利用锅炉回水吸纳烟气中的热量，此时该热泵的性能系数接近1.6(性能系数不高是由吸收式热泵的特性决定)，烟气排烟温度降至45℃左右，会有少部分冷凝水析出，该方式在实际使用中需要燃气的接入与使用，在锅炉负荷变化后烟温随之变化，初末寒期低负荷工况时吸收式热泵的效率会降低；严寒期间高负荷工况下，由于锅炉回水温度也会升高，吸收式热泵的提热温度升高，也会导致其性能系数降低。
4.在上述常规的余热利用方式中均存在与现场实际应用不匹配的限制，同时采用吸收式热泵的方式不仅受制于驱动能源(燃气、蒸汽)的限制，由于燃气燃烧存在碳排放问题，不利于适应当下节能降碳的环境政策与余热利用发展趋势。
技术实现要素：
5.本发明对烟气热量进行梯级利用一方面降低换热损失，另一方面控制烟气中水蒸气的析出程度，有效应对换热器的防腐问题。在进行烟气余热利用后能够提高锅炉等热源的产热效率，降低排烟温度、减少排烟热损失，同时消除烟气排放的烟羽现象，实现节能增效与清洁环保的双目标
6.本发明设置了与烟气的多级热量交换装置，利用直接换热与间接提热相结合，通
过控制烟气换热后的温度，根据监测的数据参数，调整余热利用中的水泵、控制阀等内容，烟气在进行多级换热后经由原状烟囱排放，由于低烟温含有较少的水蒸气，排烟实现消除尾部烟羽“白雾”现象。
7.本发明采用的技术方案为一种烟气余热梯级利用的高效控制系统，锅炉1的供水管路与回水管路中由锅炉循环泵2驱动循环；所述的锅炉1与烟囱23的烟道上依次设有烟气初级换热器6、烟气二级换热器13；烟气初级换热器6与锅炉1的回水管路之间设有初级余热计量表8、初级水温变送器9、初级水压变送器10和初级压力调节阀11；锅炉1的回水管路与烟气初级换热器6之间设有初级换热器循环泵7；烟气二级换热器13通过余热型电热泵17与锅炉1的回水管路连接；所述烟气二级换热器13与余热型电热泵17的进水管道上设有中介水循环泵14，出水管道上设有中介水热计量表15；余热型电热泵17与锅炉1的回水管路之间设有二级余热计量表19、二级水温变送器20、二级水压变送器21和二级压力调节阀22；锅炉1的回水管路与余热型电热泵17之间设有二级换热器循环泵18。
8.进一步地，余热型电热泵17包括蒸发泵与冷凝器，蒸发泵与冷凝器之间通过压缩机与节流阀并列支路连接。
9.进一步地，锅炉1的回水管路上设有锅炉回水温度变送器3。
10.进一步地，锅炉1与烟气初级换热器6之间的烟道中设有锅炉烟温变送器4、烟气流量测量仪5。
11.进一步地，烟气初级换热器6与烟气二级换热器13之间的烟道中设有初级烟温变送器12。
12.进一步地，烟气二级换热器13与烟囱23之间的烟道中设有二级烟温变送器16。
13.一种烟气余热梯级利用的高效控制方法，该方法的具体实施步骤如下：
14.a)锅炉水系统包含锅炉1、锅炉循环泵2以及供回水管路。锅炉回水温度th通过锅炉回水温度变送器3测量，锅炉回水作为余热量的载体。
15.b)锅炉尾部排出的烟气温度t1由锅炉烟温变送器4监测，并将烟气量v通过烟气流量测量仪5获取，经过烟气初级换热器6一次换热后烟气温度t2由初级烟温变送器12测量。
16.c)与一次换热相关联的载热循环水，经初级换热器循环泵7进入换热器6内与烟气进行热交换，初级换热量q1和循环流量g1均由初级余热计量表8测量，换热器后循环水的温度t1和压力p1分别由初级水温变送器9和初级水压变送器10测得，初级压力调节阀11用来平衡参与各级换热的循环水的压力。
17.d)烟气沿烟道流经烟气二级换热器13后进行二次换热，此时的烟温由二级烟温变送器16获取，管控16参数达到目标后经由烟囱23进行最终的排放。
18.e)与二级换热之间连接的为循环中介水，中介水由中介水循环泵14提供动力，其换热量q3和循环流量g3由中介水热计量表15测量。中介水将烟气二级换热器13和余热型电热泵17蒸发器构成热传递系统，通过热泵技术大幅降低烟气温度，并深度回收烟气热量。与热泵冷凝器相连接的水循环由二级换热器循环泵18提供循环动力，换热量q2和循环流量g2由二级余热计量表19测量，经热泵冷凝器后的循环水的温度t2和压力p2分别由二级水温变送器20和二级水压变送器21测得，二级压力调节阀22用来调节多级换热参与的管路压力平衡。
19.进一步地，针对上述两级换热器根据不同的烟温控制参数，在实际应用中选用不
同的材质和防腐处理方式，烟气初级换热器6采用普通材质并进行轻微防腐，烟气二级换热器13采用耐腐材质同时进行重点防腐，这样使有助于控制系统投资、提升该系统的经济性，为更好地进行市场推广与应用夯实基础。
20.通过上述发明内容的论述，本发明的高效控制方法不仅将烟气热量以显热与潜热属性分开进行回收利用，而且将余热梯级利用以干湿分离方式分别选取不同性能的烟气换热器，用于提升系统的经济价值。与此同时，在余热利用时考虑了锅炉回水分流与汇流对总管压力的影响，通过设置不同的压力调节装置进行压力平衡。在本发明中设有不同的余热量监测，通过对比分析能够计算出烟气余热利用率、锅炉能效提升率以及热泵的热量转换率。此外，在实际运行使用中，由于锅炉负荷是动态变化的过程，本发明中通过利用不同层级的换热器匹配不同的运行负荷，不仅满足系统建设的经济性要求，而且达到烟气余热高效利用的效果。
附图说明
21.图1是本发明方法的一种烟气余热梯级利用的高效控制系统图。
22.图中：1—锅炉；2—锅炉循环泵；3—锅炉回水温度变送器；4—锅炉烟温变送器；5—烟气流量测量仪；6—烟气初级换热器；7—初级换热器循环泵；8—初级余热计量表；9—初级水温变送器；10—初级水压变送器；11-初级压力调节阀；12—初级烟温变送器；13—烟气二级换热器；14—中介水循环泵；15—中介水热计量表；16—二级烟温变送器；17—余热型电热泵；18—二级换热器循环泵；19—二级余热计量表；20—二级水温变送器；21—二级水压变送器；22—二级压力调节阀；23—烟囱。
具体实施方式
23.以下结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
24.本发明一种烟气余热梯级利用的高效控制方法，主要包括两级烟气换热器、余热型电热泵、热量计量设备、循环水泵、温度压力流量的监测设备以及锅炉、烟囱内容。本发明首先依据监测的烟气温度、流量参数，以控制目标为导向进行设备的联动调整，每级换热确保换热的结果在设定范围内，从而促进烟气热量的有效利用及换热器效率的提升，实现最大量的余热回收。
25.本发明为一种烟气余热梯级利用的高效控制方法，本发明依据测量不同位置处的流体温度、流体流量等参数，依据烟温控制进入换热器的水量，同时利用热泵深度回收烟气热量，并将回收的热量分层级进行测量，实现烟气余热对锅炉能效的提升作用，达到节能减碳与烟羽消散双重目标。
26.本发明的控制方法主要采用锅炉回水、中介循环水共同与烟气进行热量交换，从而逐步分级降低烟气温度。首先是初级换热，直接采用锅炉回水，利用回水温度低于烟气温度的特点，吸收部分烟气热量，使烟气达到饱和状态、控制其温度在一定范围内(55-58℃)；其次是二级热泵换热，深度回收烟气中的显热与潜热的热量，通过低温(25/35℃)中介循环水使烟温降至排放温度参数。两级换热器均采用小端差烟气换热器，端差控制在5℃左右，两级换热器根据承担不同的换热能力与热交换环境，采取不同防腐材料并进行不同的防腐处理，此设计不仅提高了系统应用的灵活性，也使其满足系统建设的经济性要求。
27.本发明的实施方式如下步骤：
28.1.依据上述已阐述的发明内容，锅炉排烟温度t1经过烟气初级换热器6后变为t2，此时测量得到烟气流量为v，烟气经过换热器6后释放的热量被锅炉回水吸收，余热回收量q1由初级余热计量表8监测。确保余热回收量q1≈烟气密度ρ
×
烟气流量v
×
烟气比热c
×
(t1-t2)，在初级烟气换热器6的排水口处设置浸水传感器，以烟气刚析出冷凝水为基准，通过调节初级换热器循环泵7的频率，控制进入换热器6的循环流量g1，从而实现对t2的数值调控，将烟气温度控制在55-58℃。
29.2.经过初级烟气换热后，锅炉部分回水的温度由th变为t1，压力变为p1，通过初级压力调节阀11将阀后压力调至锅炉回水压力状态，确保分流的循环回水与总回水互不干扰。
30.3.烟气经烟道进入烟气二级换热器13后，烟气温度由t2变为t3，此时烟气释放的热量首先被中介水吸收，监测的余热回收量q3≈烟气密度ρ
×
烟气流量v
×
烟气焓差(h2-h3)。通过调节中介水循环泵14频率控制中介水循环流量g3，将烟温t3控制在30
±
1℃，实现余热利用与消白排放的双目标。
31.其次，中介水作为余热型热泵17的热源，通过热泵将烟气热量q3经蒸发器吸收后再转移至冷凝器放热至锅炉回水，回水温度由th提升至t2，经热泵17回收的余热量为q2，此时热泵冷凝器出口循环回水压力为p2，通过初级压力调节阀22将阀后压力调至锅炉回水压力状态，使锅炉回水压力不受影响。
32.4.当锅炉高负荷运行时，由于锅炉尾部排烟温度较高(约110℃)，上述两级换热器均投入使用，且初级换热器以烟气温度(55-58℃)控制烟气达到饱和状态，主要回收烟气的显热；第二级换热器以烟气排放温度(30
±
1℃)为控制目标，主要回收烟气的潜热和少量显热。当锅炉低负荷运行时，锅炉排烟温度较低(70℃以下)且烟气量较小，初级换热回收热量很少，此时利用第二级换热器和热泵回收烟气余热量。
33.5.通过上述各数据监测，烟气余热回收量为：q1 q3，烟气余热利用率δ＝(q1 q3)
÷
锅炉供热量
×
100％。
34.提升锅炉回水温度的热量为：q1 q2，锅炉能效提升率δ＝(q1 q2)
÷
锅炉供热量
×
100％。
35.采用热泵的热量转换率ε＝q2
÷
q3
×
100％。
36.通过上述发明内容的论述，本发明的高效控制方法不仅将烟气热量以显热与潜热属性分开进行回收利用，而且将余热梯级利用以干湿分离方式分别选取不同性能的烟气换热器，用于提升系统的经济价值。与此同时，在余热利用时考虑了锅炉回水分流与汇流对总管压力的影响，通过设置不同的压力调节装置进行压力平衡。在本发明中设有不同的余热量监测，通过对比分析能够计算出烟气余热利用率、锅炉能效提升率以及热泵的热量转换率。此外，在实际运行使用中，由于锅炉负荷是动态变化的过程，本发明中通过利用不同层级的换热器匹配不同的运行负荷，不仅满足系统建设的经济性要求，而且达到烟气余热高效利用的效果。