燃气锅炉的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种燃气锅炉，包括炉体，所述炉体内设置有燃烧室和换热烟道，所述燃气锅炉还包括：用于促使烟气中的NO被氧化成NO2的催化反应器，布置在所述换热烟道内。本实用新型在燃气锅炉内部换热烟道中设置催化反应器，烟气中的NO在流过催化剂时被氧化为NO2，利用烟气在与燃气锅炉配套使用的烟气余热回收装置中的产生的冷凝水对烟气中的NO2加以捕集，相比现有技术中对燃气锅炉进行脱硝的脱硝设备，本实用新型具有低成本高效益的优势。
【专利说明】燃气锅炉
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及锅炉【技术领域】，特别是涉及一种燃气锅炉。
【背景技术】
[0002]燃气锅炉是以可燃气体(如天然气)为燃料的锅炉设备。燃气锅炉利用燃气燃烧所产生的热量与待加热流体进行热交换，以获得所需的加热流体。锅炉排烟基本无尘，特别是采用天然气为燃料时，不仅无尘，而且二氧化硫含量极低。在环保要求标准日益提高的前提下和城市大型集中供热为发展趋势的大形势下，燃气锅炉相比燃油锅炉和燃煤锅炉有更大的发展前景。
[0003]然而燃气锅炉在工作时，参与燃烧的空气中氮气会被氧化成氮氧化物并会随烟气排放到大气中造成污染。对于燃气锅炉来说，其工作时产生的氮氧化物的含量较低，因此通常能够达到直接排放标准。但是随着燃气锅炉的数量增加，其排放到空中的氮氧化物的总量也在增加，将对特定区域的大气质量产生一定的影响。如前所述，燃气锅炉烟气中氮氧化物的含量相对较低，如果采用现有技术中较为成熟的脱硝设备对其进行脱硝，由于增加脱硝设备的投资和运行费相对较高，会使得燃气锅炉烟气脱硝具有高成本低效益的缺点，难以推广使用。因此需要开发低投入、低运行费用、高效率的燃气锅炉烟气脱硝技术。
实用新型内容
[0004]本实用新型的一个目的在于针对现有技术中存在的上述缺陷，提供一种新的燃气锅炉。
[0005]本实用新型一个进一步的目的是要使得本实用新型燃气锅炉脱硝成本低。
[0006]本实用新型另一个进一步的目的是要简化燃气锅炉的脱硝装置。
[0007]为了实现上述目的，本实用新型提供了一种燃气锅炉，包括炉体，所述炉体内设置有燃烧室和换热烟道，所述燃气锅炉还包括:用于促使烟气中的NO被氧化成NO2的催化反应器，布置在所述换热烟道内。
[0008]可选地，所述催化反应器中含有促使所述烟气中的NO被氧化成NO2的催化剂。
[0009]可选地，所述催化剂的载体为包含锐钛矿型二氧化钛和金红石型二氧化钛的混晶型二氧化钛，所述催化剂的活性组分为含有锰元素的氧化物。
[0010]可选地，所述载体中包含的锐钛矿型二氧化钛和金红石型二氧化钛的质量比为
0.25:1-3:1 ;所述猛元素相对于所述载体的质量分数为5-40%。
[0011 ] 可选地，所述催化剂具有蜂窝状结构。
[0012]可选地，所述催化反应器布置在所述换热烟道中温度为200-400°C的区域。
[0013]可选地，所述换热烟道包括前烟箱、多个换热管以及后烟箱；
[0014]所述催化反应器布置在所述前烟箱或所述换热管中。
[0015]可选地，所述换热烟道包括前烟箱、多个第二回程换热管、多个第三回程换热管以及后烟箱，所述前烟箱通过所述多个第二回程换热管与所述燃烧室连通，所述前烟箱通过所述多个第三回程换热管束与后烟箱连通；
[0016]所述催化反应器布置在所述前烟箱或所述第二回程换热管或所述第三回程换热管中。优选地，所述催化反应器布置在所述前烟箱中。
[0017]可选地，所述换热烟道包括前烟箱、多个二回程换热管以及后烟箱，所述前烟箱与所述燃烧室连通，所述前烟箱通过所述多个二回程换热管与所述后烟箱连通；
[0018]所述催化反应器布置在所述前烟箱或所述二回程换热管中。
[0019]可选地，所述燃气锅炉还包括烟气余热回收装置，设置在所述炉体的外部，与所述后烟箱的烟气排出口连通；
[0020]其中，所述烟气余热回收装置具有冷凝装置，所述冷凝装置用于将所述烟气中的水蒸气冷凝成冷凝水，同时利用所述冷凝水从所述烟气中去除no2。
[0021]可选地，所述燃气锅炉还包括用于去除所述烟气中的NO2的喷淋装置，设置在所述炉体的外部。
[0022]可选地，所述燃气锅炉不包括喷淋装置。
[0023]本实用新型还提供了一种以天然气为燃料的燃气锅炉，包括炉体，所述炉体内设置有燃烧室和换热烟道，所述换热烟道具有与所述炉体外部连通的烟气排出口 ；所述燃气锅炉还包括:
[0024]催化反应器，布置在所述换热烟道内，用于促使烟气中的NO被氧化成NO2 ;和
[0025]冷凝装置，布置在所述炉体的外部，且与所述炉体的烟气排出口相连通，用于将所述烟气中的水蒸气冷凝成冷凝水，同时利用所述冷凝水从所述烟气中去除NO2,
[0026]其中，所述烟气在经过所述冷凝装置后在不经其他NO2吸收装置的情况下被排放至大气中。
[0027]可选地，所述冷凝装置包含在烟气余热回收装置中，或属于烟气余热回收装置的一部分。
[0028]本实用新型在燃气锅炉内部换热烟道中设置催化反应器，烟气中的NO在流过催化剂时被氧化为NO2，利用烟气在与燃气锅炉炉体配套使用的烟气余热回收装置中的产生的冷凝水对烟气中的NO2加以捕集，相比现有技术中对燃气锅炉进行脱硝的脱硝设备，本实用新型具有低成本高效益的优势。
[0029]本实用新型也可在燃气锅炉炉体外部单独加装喷淋装置或同时加装烟气余热回收装置和喷淋装置，通过喷淋水或碳酸钠、碳酸氢钠等弱碱性溶液获得更好的NO2捕集效果O
[0030]进一步地，本实用新型既可用于新型燃气锅炉的设计制造，也可用于对现有燃气锅炉的改造(即在现有燃气锅炉的基础上，在其换热烟道中加装催化反应器)。实验表明，对现有燃气锅炉的改造不会对现有燃气锅炉的烟气流动、换热等带来不利影响。因此本实用新型具有较强的实用性。
[0031]本实用新型由于采用的催化剂成本相对低廉，布置方式简单方便，且能达到令人满意的脱硝效果，对中小型燃气锅炉尤其适用，有良好的应用前景。
[0032]根据下文结合附图对本实用新型具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的上述以及其他目的、优点和特征。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本实用新型的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，附图未必是按比例绘制的。附图中:
[0034]图1是根据本实用新型一个实施例的燃气锅炉的示意性结构图；
[0035]图2是根据本实用新型另一个实施例的燃气锅炉的示意性结构图；
[0036]图3是根据本实用新型又一个实施例的燃气锅炉的示意性结构图。
【具体实施方式】
[0037]燃气锅炉烟气中的氮氧化物(NOx，主要是NO和NO2),是空气中的氮气在燃气锅炉高温燃烧的条件下产生的，主要以NO的形式存在，难溶于水，易被氧化为NO2等高价氮氧化物。而NO2溶于水和碱液。因此，本实用新型采用将烟气中的NO被烟气中的O2氧化成NO2的方式对燃气锅炉的烟气进行脱硝。特别地，本实用新型将装载有催化NO氧化的催化剂的催化剂反应器布置在燃气锅炉内部的换热烟道中，利用换热烟道中烟气的温度使催化剂工作在较合适的温度范围内，以较好地发挥其对NO氧化的催化作用。
[0038]本实用新型实施例的燃气锅炉一般性地可包括炉体、在炉体内设置的燃烧室和换热烟道。其中，燃气锅炉还包括催化反应器，布置在所述换热烟道内，用于促使烟气中的NO被氧化成N02。本实用新型通过在燃气锅炉内部的换热烟道中布置催化剂，可利用烟气中的氧气将燃烧生成的一氧化氮催化氧化为二氧化氮，随后利用与燃气锅炉配套使用的烟气余热回收装置中产生的冷凝水或加装的喷淋装置对二氧化氮进行吸收捕集，脱硝过程简单，且成本较为低廉。
[0039]催化反应器中含有促使所述烟气中的NO氧化成NO2的催化剂。催化反应器中使用的催化剂优选为中国专利申请201310335980.6中公开的催化剂。在一个实施例中，所述催化剂的载体为包含锐钛矿型二氧化钛和金红石型二氧化钛的混晶型二氧化钛，所述催化剂的活性组分为含有锰元素的氧化物。在进一步的实施例中，所述载体中包含的锐钛矿型二氧化钛和金红石型二氧化钛的质量比为0.25:1-3:1 ;所述锰元素相对于所述载体的质量分数为5-40%。为了便于安装，例如可将催化剂加工成立方体，其截面为多孔的蜂窝状，然后用角钢将这些催化剂固定在燃气锅炉的换热烟道中形成催化反应器。催化剂的具体几何尺寸如截面形状和流通面积等可根据锅炉的相关参数如烟气温度、流量、烟管尺寸等设计，保证烟气流动阻力在一定范围内。对于前述的催化剂，其较适用的温度范围在200-400°C，并且当温度在300-350°C时，其催化效率更好，因此，在本实用新型中，可优选将催化反应器设置在温度为200-400°C进一步优选为300-350°C的换热烟道中。
[0040]图1是根据本实用新型一个实施例的燃气锅炉的示意性结构图。如图1所示，本实用新型实施例的燃气锅炉可包括炉体1，炉体I的炉壁采用腔式结构，炉壁内腔即为锅炉的水箱2。燃烧室3设置在炉体I的中心位置，燃烧室3入口处连接有燃烧器5。换热烟道包括前烟箱42、多个第二回程换热管41、多个第三回程换热管43以及后烟箱44。多个第二回程换热管41和多个第三回程换热管43均与水箱2中的水接触换热。图1中的箭头表示烟气流动方向，从图1可以看出，燃烧室3内的烟气从燃烧室末端31分别流入多个第二回程换热管41中，然后在前烟箱42中混合，之后分别流入多个第三回程换热管43中，最后经由后烟箱44的烟气排出口 45排出炉体I。
[0041]一般来说，对于图1所示的燃气锅炉，其满负荷运行并采用天然气作为燃料时，燃烧室3内火焰中心的温度可达1800°C，燃烧室末端31处烟气温度在800-1000°C左右，前烟箱42处的温度在300-450°C，烟气排出口 45处的烟气温度在200°C左右。由于燃气锅炉良好的变负荷特性，实际上燃气锅炉一般运行负荷可在30-100%范围内变化。当负荷降低时，各处烟温也将降低，例如当负荷降至30%左右时，前烟箱42处的温度可降至150°C左右。对于图1所示的燃气锅炉，在绝大部分工况下，前烟箱42处的温度随锅炉负荷的变化在200-400°C左右的范围，考虑到所采用的催化剂的活性温度区间，优选将催化剂反应器6布置在前烟箱42中，这样可使前述的催化剂具有令人满意的活性。并且，前烟箱42所处的位置十分便于对其进行扩大和改造，以加装催化剂，这对于新型锅炉的设计和既有锅炉的改造来说也是十分简便和容易的。本领域技术人员可以理解，由于燃气锅炉内部各部分烟气的温度还与具体的工况密切相关。因此，在不同的工况中，第二回程换热管41和第三回程换热管43中的温度范围也可处在200-400°C之间，因此，在其他未示出的实施例中，催化反应器6也可布置在第二回程换热管41或第三回程换热管43中。在进一步的实施例中，燃气锅炉可包括多个催化反应器6，分别布置在前烟箱42、第二回程换热管41或第三回程换热管43中。
[0042]图2是根据本实用新型另一个实施例的燃气锅炉的示意性结构图。如图2所示，该实施例中的燃气锅炉也包括炉体1、水箱2、燃烧室3和换热烟道。换热烟道包括前烟箱42、多个第二回程换热管46以及后烟箱44。燃烧室3内的烟气从燃烧室入口处附近流入前烟箱42中，之后分别流入多个第二回程换热管46中，最后经由后烟箱44的烟气排出口45排出炉体I。在该实施例中，催化反应器6布置在前烟箱42中。在其他未示出的实施例中，催化反应器6也可布置在多个第二回程换热管46中。本领域技术人员可以理解，本实用新型可根据燃气锅炉经常运行工况，选择将催化反应器6布置在温度范围在200-400°C特别是300-350°C的换热烟道中。
[0043]在图3所示的实施例中，为了去除烟气中的N02(包括燃气燃烧产生的NO2和利用催化剂催化燃气燃烧产生的NO氧化形成的NO2)，可在炉体I的外部设置冷凝装置50，该冷凝装置50与炉体I内的后烟箱44的烟气排出口 45相连通。用于将所述烟气中的水蒸气冷凝成冷凝水，同时利用所述冷凝水从所述烟气中去除N02。从冷凝装置50流出的烟气可不经其他NO2K收装置(如喷淋装置)的情况下通过烟? 60直接向大气中排放。
[0044]由于烟气余热回收装置通常与燃气锅炉同时配套使用，因此，冷凝装置50可包含在烟气余热回收装置中，或属于烟气余热回收装置的一部分，这样能够在提高对烟气余热的利用率的情况下同时将烟气中的水蒸气冷凝成冷凝水，使得在该实施例中，针对脱硝和集水而增加的设备投资费用相对较少。在一个实施例中，也可在燃气锅炉的炉体I外部设置与后烟箱44的烟气排出口 45连通的喷淋装置，喷淋介质可为水或碳酸钠、碳酸氢钠等弱碱性溶液，以便对NO2进行较为彻底地吸收捕集。在另一个实施例中，也可在烟气余热回收装置之后设置喷淋装置，以使烟气中的NO2吸收得更为彻底。
[0045]在本实用新型的实施例中，可把前烟箱42和后烟箱44内置在炉体I内的水中，让其参与锅炉换热，这样，锅炉换热面加大，换热能力加强，排出的气温度明显降低，环保并节约了燃料。在一个实施例中，燃烧室3的末端设置有观火孔(图中未示出)，可随时观察燃烧室3内燃气燃烧情况，以便于便监控锅炉的运行状况。在一个实施例中，观火孔处可设置检修孔，检修孔与燃烧室3连通；以便于在燃烧室3发生故障的情况下，对锅炉进行维修。
[0046]一般来说，对于采用天然气为燃料的燃气锅炉，在锅炉正常运行时，烟气的成分如下(均为体积分数):二氧化碳7-9 %，氧气2.5-4.5 %，水蒸气15-20 %，余下70 %左右为氮氧化物。未经过催化反应的烟气中，氮氧化物(几乎全部是一氧化氮)的浓度(实际浓度)为70ppm左右。实验表明，本实用新型的催化反应器随锅炉负荷的变化可以达到10-50%的NO转化率，经转化后的烟气在经过烟气余热回收装置后氮氧化物的吸收率可达50%以上(在未使用喷淋装置的情况下)。
[0047]至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本实用新型的多个示例性实施例，但是，在不脱离本实用新型精神和范围的情况下，仍可根据本实用新型公开的内容直接确定或推导出符合本实用新型原理的许多其他变型或修改。因此，本实用新型的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。
【权利要求】
1.一种燃气锅炉，包括炉体，所述炉体内设置有燃烧室和换热烟道，其特征在于还包括:促使烟气中的NO被氧化成NO2的催化反应器，布置在所述换热烟道内。
2.根据权利要求1所述的燃气锅炉，其特征在于，所述催化反应器中含有促使所述烟气中的NO被氧化成NO2的催化剂。
3.根据权利要求2所述的燃气锅炉，其特征在于，所述催化剂具有蜂窝状结构。
4.根据权利要求3所述的燃气锅炉，其特征在于，所述催化反应器布置在所述换热烟道中温度为200-400°C的区域。
5.根据权利要求4所述的燃气锅炉，其特征在于，所述换热烟道包括前烟箱、多个换热管以及后烟箱； 所述催化反应器布置在所述前烟箱或所述换热管中。
6.根据权利要求5所述的燃气锅炉，其特征在于，还包括烟气余热回收装置，设置在所述炉体的外部，与所述后烟箱的烟气排出口连通； 其中，所述烟气余热回收装置具有冷凝装置，所述冷凝装置用于将所述烟气中的水蒸气冷凝成冷凝水，同时利用所述冷凝水从所述烟气中去除N02。
7.根据权利要求5或6所述的燃气锅炉，其特征在于，还包括用于去除所述烟气中的NO2的喷淋装置，设置在所述炉体的外部。
8.一种以天然气为燃料的燃气锅炉，包括炉体，所述炉体内设置有燃烧室和换热烟道，所述换热烟道具有与所述炉体外部连通的烟气排出口 ；其特征在于还包括: 催化反应器，布置在所述换热烟道内，用于促使烟气中的NO被氧化成NO2 ;和 冷凝装置，布置在所述炉体的外部，且与所述炉体的烟气排出口相连通，用于将所述烟气中的水蒸气冷凝成冷凝水，同时利用所述冷凝水从所述烟气中去除NO2 ； 其中，所述烟气在经过所述冷凝装置后在不经其他NO2吸收装置的情况下被排放至大气中。
9.根据权利要求8所述的燃气锅炉，其特征在于，所述冷凝装置包含在烟气余热回收装置中，或属于烟气余热回收装置的一部分。
【文档编号】F23C13/08GK203927897SQ201420302298
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年6月6日 优先权日:2014年6月6日
【发明者】杨勇, 赵一波, 禚玉群, 徐超, 安忠义 申请人:北京华通兴远供热节能技术有限公司, 清华大学