一种预热增湿低氮与烟气深度余热回收系统的制作方法

本公开涉及一种低氮节能系统，具体地讲，涉及一种预热增湿低氮与烟气深度余热回收系统。

背景技术：

天然气作为一种清洁燃料越来越受到重视，但是其燃烧过程中产生的氮氧化物是大气中的重要污染物，氮氧化物不仅形成酸雨，还会形成雾霾和光化学烟雾，对环境产生很大的危害。

天然气燃烧过程中温度为影响氮氧化物生成的主要因素，通过降低燃烧温度，可以大大减少氮氧化物排放。烟气再循环可以实现燃烧温度的降低，通过将烟气的燃烧产物加入到燃烧区域内，降低了燃烧温度，同时加入的烟气降低了氧气的分压，这将减弱氧气与氮气生成热力型NOx的过程，从而减少了NOx的生成。向火焰区注水以降低燃烧区域温度同样可以起到抑制NOx生成的作用，一是加入水蒸气降低了最高火焰温度，使得热力型NO大大下降；二是在火焰峰值温度相同的情况下，加入水蒸气使得火焰中OH基团的浓度增加，尽管OH的浓度增加使得热力型NO稍有增加，但是加湿导致了CH基浓度的下降，使得HCN与N组分的浓度大大降低，使得快速型NO大大减少。上述两个原因使得燃烧过程的NO总的排放有所降低。其他技术包括分级燃烧(包括空气分级、燃料分级)、贫燃预混燃烧、烟气再循环、无焰燃烧、旋流燃烧等方式。

低氮燃烧技术在实际运行过程中会带来一些问题，例如烟气再循环量过大会产生燃烧不稳定问题，如果运行过程中空气温度过低，会产生冷凝水。使用喷水等方式，使得烟气中含湿量增加，增加了排烟热损失，降低了锅炉效率。

燃气锅炉烟气中含湿量一般在15-18％，其蕴含的潜热约为天然气低位热值的10-11％，是烟气余热利用技术发展的重要方向。当烟气温度低于其露点温度时(一般在55-57℃左右)，烟气中开始释放冷凝热，由此开发了间壁式烟气冷凝器。但由于此项技术采取了间接换热，当临近冷凝器水侧壁面的烟气低于其露点温度时，开始产生冷凝。间壁式烟气冷凝器以系统回水作为低温冷源进行烟气余热利用目前已被广泛使用。由于间壁式冷凝器的热回收效率较低，研究人员开发了吸收式直冷冷凝器，采用喷淋塔利用低温循环水与烟气直接接触，该装置可吸收90％以上的烟气潜热，但由于循环水温度低，无法被有效利用，发展因而停滞。

技术实现要素：

针对上述问题，本公开提出一种预热增湿低氮与烟气深度余热回收系统，此系统可以作为辅助设备与锅炉联用，不仅能大大降低氮氧化物排放，还能够通过回收烟气中的水蒸气及其热量，大大提高锅炉效率。

一种预热增湿低氮与烟气深度余热回收系统，其中，所述系统包括预热增湿装置、燃烧装置、深度余热回收装置、除雾装置以及再循环装置；其中：所述预热增湿装置利用热水将进入其内的第一混合气进行预热增湿得到第二混合气和冷水，其气体出口与燃烧装置的气体入口相连，其冷水出口通过冷水循环管道与深度余热回收装置的冷水入口相连；所述第一混合气为空气与再循环装置送回的烟气的混合气；所述燃烧装置将第二混合气燃烧产生第三混合气，其气体出口与深度余热回收装置的气体入口相连；所述深度余热回收装置将第三混合气中的水冷凝，得到第四混合气和热水，其气体出口与除雾装置的气体入口相连，其热水出口通过热水循环管道与预热增湿装置的热水入口相连；所述除雾装置将第三混合气中的水冷凝，得到排放的烟气和热水，其气体出口同时与外界、再循环装置的入口相连，其热水出口与热水循环管道相连。

进一步地，所述系统还包括提供整个系统中烟气循环压力的增压装置，所述增压装置的气体出口与预热增湿装置的气体入口相连，或者所述增压装置位于所述预热增湿装置的气体出口与燃烧装置的入口之间。

进一步地，所述第二混合气体的温度在30-60℃之间，含湿量在10-15％之间。

进一步地，所述冷水循环管道由第一循环泵提供压力；所述热水循环管道由第二循环泵提供压力。

进一步地，所述深度余热回收装置为N1个，N1为大于1的整数；其中：

第1个深度余热回收装置的气体入口与燃烧装置的气体出口相连，第1个深度余热回收装置的热水出口通过热水循环管道与预热增湿装置的热水入口相连；

第I个深度余热回收装置的气体入口与第I-1个深度余热回收装置的气体出口相连；第I个深度余热回收装置的气体出口与第I+1个深度余热回收装置的气体入口相连；第I个深度余热水回收装置的冷水入口与第I+1个深度余热回收装置的热水出口相连；第I个深度余热回收装置的热水出口与第I-1个深度余热回收装置的冷水入口相连；其中，I为整数，1＜I＜N1；

第N1个深度余热回收装置的气体出口与除雾装置的气体入口相连；第N1个深度余热回收装置的冷水入口通过冷水循环管道与预热增湿装置的冷水出口相连。

进一步地，所述除雾装置为N2个，N2为大于1的整数；其中：

第1个除雾装置的气体出口与第2个除雾装置的气体入口相连；

第J个除雾装置的气体出口与第J+1个除雾装置的气体入口相连；其中，J为整数，1＜J＜N2；

第N2个除雾装置的气体出口同时与外界、再循环装置的气体入口相连；每个除雾装置的热水出口均与热水循环管道接通。

优选地，所述再循环装置包括循环风机，所述循环风机用于加速烟气在管道中流动。

优选地，所述深度余热回收装置为喷淋塔或填料塔。

优选地，所述除雾装置包括丝网式、平板式。

优选地，所述增压装置包括风机。

本公开系统具有下述有益效果：

(1)通过对空气与再循环烟气的增湿，可以降低氮氧化物的排放，达到同样氮氧化物排放的情况下可以减少再循环烟气的用量；

(2)通过对空气与再循环烟气的预热，可以增加混合气中的含湿量；

(3)再循环烟气的加入使得炉膛内的烟气量增加，使得深度余热回收装置能吸收更多的热量；

(4)深度余热回收装置的热水与预热增湿装置的冷水完成循环，解决了低品位热无法使用的问题。

(5)深度余热回收装置冷凝的水与除雾装置回收的水补充设备消耗的水分，不需要另外补充水。

附图说明

图1本公开一个实施例中的预热增湿低氮与烟气深度余热回收装置示意图；

图中：1、风机；2、预热增湿装置；3、燃烧头；4、锅炉5、深度余热回收装置；6、除雾器；7、第一循环泵；8、第二循环泵；9、循环风机；10、冷水循环管道；11、热水循环管道；q1、空气；q2、低温干燥低氧的混合气；q3、高温高含湿量低氧的混合气；q4、燃烧后的烟气；q5、高湿度低温度的烟气；q6、低温干燥的烟气；q7、排向大气的烟气；q8、再循环烟气；w1、冷水；w2、热水；w3、除雾器回收水；

图2本公开一个实施例中的多个深度余热回收装置连接示意图；

图中：5-1、第一深度余热回收装置；5-2、第二深度余热回收装置；5-3、第三深度余热回收装置；w1、来自预热增湿装置的冷水；w2-1、热水；w2-2、热水；w2、去往预热增湿装置的热水；q4、燃烧后的烟气；q5-1、烟气；q5-2、烟气；q5、通往除雾装置的烟气；

图3本公开一个实施例中的多个除雾器连接示意图；

图中：6-1、第一除雾装置；6-2、第二除雾装置；6-3、第三除雾装置；q5、来自与其相连的深度余热回收装置的烟气；q5-1、经过第一除雾装置的烟气；q5-2、经过第二除雾装置的烟气；q6、经过第三除雾装置烟气；w3-1、第一除雾装置回收水，w3-2第二除雾装置回收水，w3-3第三除雾装置回收水；11、热水循环管道。

具体实施方式

在一个实施例中，揭示了一种预热增湿低氮与烟气深度余热回收系统，所述系统包括预热增湿装置、燃烧装置、深度余热回收装置、除雾装置以及再循环装置；其中：所述预热增湿装置利用热水将进入其内的第一混合气进行预热增湿得到第二混合气和冷水，其气体出口与燃烧装置的气体入口相连，其冷水出口与深度余热回收装置的冷水入口相连；所述第一混合气为空气与再循环装置送回的烟气的混合气；所述燃烧装置将第二混合气燃烧产生第三混合气，其气体出口与深度余热回收装置的气体入口相连；所述深度余热回收装置将第三混合气中的水冷凝，得到第四混合气和热水，其气体出口与除雾装置的气体入口相连，其热水出口与预热增湿装置的热水入口相连；所述除雾装置将第三混合气中的水冷凝，得到排放的烟气和热水，其气体出口同时与外界、再循环装置的入口相连，其热水出口与热水循环管道相连。

在这个实施例中，预热增湿装置通过对再循环烟气的增湿，可以降低氮氧化物的排放，达到同样氮氧化物排放的情况下可以减少再循环烟气的用量，对空气与再循环烟气的预热，可以增加混合气中的含湿量。再循环装置将部分烟气循环回去，与空气混合，增加了燃烧装置中的烟气量，使得深度余热回收装置能吸收更多的热量。而深度余热回收装置的热水与预热增湿装置中的冷水完成循环，解决了低品位热无法使用的问题。同时，由于深度余热回收装置冷凝的水蒸气与除雾装置回收的水补充设备消耗的水分，不需要另外补充水。

在这个实施例中，第一混合气是空气与再循环烟气的混合，该混合气的特点是低氧浓度、干燥。第一混合气进入预热增湿装置，在预热增湿装置内部使用热水进行传热传质完成预热增湿过程，预热后得到的第二混合气温度达到30-60℃，含湿量达到10-15％，具有高含湿量低氧浓度的特点。优选地，所述深度余热回收装置为喷淋塔或填料塔，使得烟气中大于90％的水进行冷凝，使得烟气温度降低至40-50℃，烟气中的含湿量降低到2％以下。深度余热回收装置所使用的冷水为预热增湿装置产生的冷水，深度余热回收装置产生的热水进入预热增湿装置。

第二混合气通过燃烧装置的燃烧头进入炉膛，与天然气在炉膛内进行燃烧，达到降低燃烧温度、降低氮氧化物排放的目的，这里的天然气还可以是其它可燃烧气体。燃烧过后的烟气为第三混合气，进入深度余热回收装置，通过喷淋等方式使烟气中的水冷凝下来，烟气变为高湿度低温度的第四混合气。第四混合气通过除雾装置变为干燥低温的烟气，至此得到可以排放到外界大气的烟气。优选地，所述除雾装置包括丝网式、平板式。

第四混合气含有的氮氧化物已大大降低，为了进一步减少氮氧化物的排放，部分干燥低温的烟气进入再循环烟气装置入口，经管道循环回空气入口处，与空气混合。优选地，所述再循环装置包括循环风机，加速烟气在管道中流动。为不影响燃烧，同时又减少氮氧化物的排放，优选地，将除雾装置后的干燥烟气的5-15％送回风机与空气混合。

在一个实施例中，为了保持整个系统的压力，以克服设备给烟气带来的阻力，所述系统还包括提供整个系统中烟气循环压力的增压装置，所述增压装置的气体出口与预热增湿装置的气体入口相连。在增压装置中的空气入口处，空气与再循环烟气进行混合，得到第一混合气。优选地，所述增压装置包括风机。

包括风机的系统结构图如图1所示，图中：1、风机；2、预热增湿装置；3、燃烧头；4、锅炉5、深度余热回收装置；6、除雾器；7、第一循环泵；8、第二循环泵；9、循环风机；10、冷水循环管道；11、热水循环管道；q1、空气；q2、低温干燥低氧的混合气；q3、高温高含湿量低氧的混合气；q4、燃烧后的烟气；q5、高湿度低温度的烟气；q6、低温干燥的烟气；q7、排向大气的烟气；q8、再循环烟气；w1、冷水；w2、热水；w3、除雾器回收水。

在另一个实施例中，所述预热增湿装置的气体出口与燃烧装置的入口之间有增压装置，所述增压装置用于提供整个系统中烟气循环压力。在这种系统结构下，空气与再循环烟气在预热增湿装置的气体入口处混合，得到第一混合气。优选地，所述增压装置包括风机。

在一个实施例中，所述冷水循环管道由第一循环泵提供压力；所述热水循环管道由第二循环泵提供压力。所述预热增湿装置产生的冷水经第一循环泵进入深度余热回收装置；所述深度余热回收装置产生的热水经第二循环泵进入预热增湿装置。通过第一循环泵和第二循环泵的作用，有效促进预冷热水在预热增湿装置和深度余热回收装置之间进行循环，解决了低品位热无法使用的问题。

在一个实施例中，为更充分回收第三混合气中的余热与水蒸气，所述深度余热回收装置为N1个，N1为大于1的整数；其中：

第1个深度余热回收装置的气体入口与燃烧装置的气体出口相连，第1个深度余热回收装置的热水出口通过热水循环管道与预热增湿装置的热水入口相连；

第I个深度余热回收装置的气体入口与第I-1个深度余热回收装置的气体出口相连；第I个深度余热回收装置的气体出口与第I+1个深度余热回收装置的气体入口相连；第I个深度余热水回收装置的冷水入口与第I+1个深度余热回收装置的热水出口相连；第I个深度余热回收装置的热水出口与第I-1个深度余热回收装置的冷水入口相连；其中，I为整数，1＜I＜N1；

第N1个深度余热回收装置的气体出口与除雾装置的气体入口相连；第N1个深度余热回收装置的冷水入口通过冷水循环管道与预热增湿装置的冷水出口相连。

图2示意了3个深度余热回收装置的连接图。图中：5-1、第一深度余热回收装置；5-2、第二深度余热回收装置；5-3、第三深度余热回收装置；w1、来自预热增湿装置的冷水；w2-1、经过第三深度余热回收装置热水；w2-2、经过第二深度余热回收装置热水；w2、去往预热增湿装置的热水；q4、燃烧后的烟气；q5-1、烟气；q5-2、烟气；q5、通往除雾装置的烟气；其中，经过第三深度余热回收装置的热水温度小于第二深度余热回收装置的热水温度，第二深度余热回收装置的热水温度小于第一深度余热回收装置的热水温度，等等；而经过第三深度余热回收装置的烟气通往除雾装置，其具有高湿度低温度的特点。

在一个实施例中，为进一步干燥排放的烟气，并回收烟气中的水分，所述除雾装置为N2个，N2为大于1的整数；其中：

第1个除雾装置的气体出口与第2个除雾装置的气体入口相连；

第J个除雾装置的气体出口与第J+1个除雾装置的气体入口相连；其中，J为整数，1＜J＜N2；

第N2个除雾装置的气体出口同时与外界、再循环装置的气体入口相连；每个除雾装置的热水出口与热水循环管道相连。

图3示意了3个除雾装置的连接图。图中：6-1、第一除雾装置；6-2、第二除雾装置；6-3、第三除雾装置；q5、来自与其相连的深度余热回收装置的烟气；q5-1、经过第一除雾装置的烟气；q5-2、经过第二除雾装置的烟气；q6、经过第三除雾装置烟气；w3-1、第一除雾装置回收水，w3-2第二除雾装置回收水，w3-3第三除雾装置回收水；11、热水循环管道。其中，与除雾装置相连的深度余热回收装置的烟气具有高湿度低温度的特点，经过多个除雾装置处理后，变成低温度低湿度的烟气，烟气在依次相连的多个除雾装置中的湿度逐渐降低，经过最后一个除雾装置处理后的烟气可以向大气中排放，而多个除雾装置从烟气中回收的热水，经热水循环管道流向余热增湿装置，进行循环利用。

以上对本公开进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本公开的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本公开的方法及其核心思想；同时，对于本领域技术人员，依据本公开的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本公开的限制。