本发明涉及一种双冷源燃气锅炉烟气潜热深度回收利用系统及方法。
背景技术：
传统化石燃料的主要成分为碳氢化合物，其燃烧主要产生二氧化碳和水。天然气成分中85-90％是甲烷，其余为一些烃类物质及少量的氧、氮、二氧化碳等，较高的氢碳比导致其燃烧产物中水蒸气含量较高。据计算，1nm3天然气燃烧约产生1.55kg水蒸气，而水蒸气的汽化潜热大，这部分热量可占天然气低位发热量的10％左右。
现阶段，随着我国城市能源结构的调整，大量的燃煤供暖锅炉被燃气锅炉替代。常规的燃气锅炉设计排烟温度较高，一般都在150℃以上，运行时排烟温度更高，可达200℃以上，而天然气燃烧烟气的露点温度接近60℃，烟气中的水蒸汽处于过热状态，随烟气排至环境，从而导致了较高的排烟热损失，潜热被浪费。为提高燃气锅炉热效率，节省宝贵的天然气资源，学术界和工业界对高湿烟气潜热回收利用技术开展了较多研究。理论上，只要将燃气锅炉排烟温度降低到烟气露点以下，就可使得烟气中的水蒸气冷凝并释放出潜热，但这需要连续的低温介质作为冷源。常规的潜热回收采用供暖回水作为冷源，利用间壁式换热器冷却湿烟气，即所谓的“冷凝式燃气锅炉”。这种方法只需在锅炉系统中增加一台换热器，系统简单，但潜热回收效果受供暖回水温度限制。由于我国供暖系统的设计回水温度一般在45-50℃，而烟气温度不能降低到回水温度以下，较低的换热温差使得潜热回收率很低。此外，还有人将吸收式或压缩式热泵应用于烟气潜热回收，该方法利用热泵产生低于供暖回水的冷源，提高了潜热回收率，然而造价和运行费用较高。
因此，有必要设计一种新型的烟气潜热深度回收利用系统，来解决上述问题。
技术实现要素：
本发明为了解决上述问题，提出了一种双冷源燃气锅炉烟气潜热深度回收利用系统及方法，本发明适用于中小型燃气供暖锅炉，具有系统流程简单、潜热回收率高、占地面积少、设备维护方便、造价低的优势，同时还可通过助燃空气加湿燃烧方式降低燃气锅炉氮氧化物排放，增加环保效益。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种双冷源燃气锅炉烟气潜热深度回收利用系统，包括锅炉本体、省煤器、湿式回热器、气水分离器及水喷淋子系统，其中：
锅炉本体烟气出口与省煤器烟气进口相连通，省煤器烟气出口与湿式回热器烟气进口相连通，湿式回热器烟气出口与气水分离器进口连通；水器分离器上端设置有水喷淋子系统；
利用供暖回水和助燃空气作为双冷源，供暖回水回收燃气锅炉排烟显热和部分潜热，助燃空气进一步回收燃气锅炉排烟中的潜热，利用两段式换热实现燃气锅炉烟气中潜热的深度回收和利用。
进一步的，所述冷却水来自供暖系统回水，省煤器出水口与锅炉本体的给水口相连通，锅炉供水口与供暖供水管道连通，用作供暖供水。
进一步的，所述气水分离器下部依次经过冷凝水增压泵、过滤器和调节阀与湿式回热器上部的水喷淋装置连通。
进一步的，所述助燃空气输送至湿式回热器空气进口，助燃空气来自于环境，湿式回热器湿空气出口与燃烧机助燃空气进口相连通。
进一步的，所述省煤器的冷源为供暖回水，湿式回热器的冷源为助燃空气。
优选的，所述省煤器为管壳式换热器、板式换热器或热管式换热器。
优选的，所述省煤器内烟气和水的流动方向为逆流。
进一步的，所述锅炉本体排出的过热湿烟气在省煤器中降温，烟气中的水蒸气部分冷凝，烟气中的显热和高温段潜热传递至待进入锅炉本体的供暖回水。
进一步的，所述省煤器排出的饱和湿烟气被输入至湿式回热器管束内进一步降温，湿烟气中的水蒸气冷凝将冷凝潜热传递至湿式回热器管束外的空气和水膜，以提供水膜蒸发所需热量，由此实现烟气低温潜热的深度回收利用。
优选的，所述湿式回热器为管壳式结构，管束设置在湿式回热器下部，水喷淋装置位于管束上部，循环水自上向下喷洒在管束外表面。
优选的，所述湿式回热器内空气和烟气流动方向为逆流或叉流。
进一步的，所述气水分离器出水口和湿式回热器水喷雾装置的连接管路上安装过滤器，以去除冷凝水从烟气中捕集的颗粒物。
一种双冷源燃气锅炉烟气潜热深度回收利用方法，利用供暖回水和助燃空气作为双冷源，供暖回水回收燃气锅炉排烟显热和少部分潜热，助燃空气进一步回收燃气锅炉排烟中的大部分潜热，利用两段式换热实现燃气锅炉烟气中潜热的深度回收和利用，提高烟气潜热回收利用率，最大限度提高燃气锅炉热效率。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
1)采用供暖回水和助燃空气两种冷源，供暖回水回收燃气锅炉排烟显热和少部分潜热，助燃空气进一步回收燃气锅炉排烟中的大部分潜热，利用两段式换热实现燃气锅炉烟气中潜热的深度回收和利用，显著提高烟气潜热回收利用率，从而最大限度提高燃气锅炉热效率，降低天然气消耗；
2)烟气低温段潜热回收采用湿式回热器，首先，通过加湿助燃空气解决高湿度烟气与低湿度助燃空气间换热负荷不匹配问题，同时还可有效提高两者之间的换热系数，进而减小换热面积和换热装置容积；其次，助燃空气加湿使得烟气露点提高，实现了低温潜热的品位提升，有利于提高高供暖回水温度下省煤器的潜热回收率；再次，提高助燃空气湿度减少了氧浓度，可降低天然气燃烧过程nox生成，从而有效减少燃气锅炉氮氧化物排放；
3)系统流程简单、结构紧凑、设备集成度高、维护方便，可布置于锅炉本体从而不增加占地面积，减少初投资。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是本发明实施例的结构示意图；
其中，1、燃烧机；2、锅炉本体；3、省煤器；4、湿式回热器；5、喷淋装置；6、管束；7、气水分离器；8、冷凝水增压泵；9、过滤器；10、调节阀；11、供暖回水；12、高温供暖回水；13、供暖供水；14、助燃空气；15、湿助燃空气；16、高温湿烟气；17、中温饱和湿烟气；18、低温饱和烟气。
具体实施方式：
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
在本发明中，术语如“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“竖直”、“水平”、“侧”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，只是为了便于叙述本发明各部件或元件结构关系而确定的关系词，并非特指本发明中任一部件或元件，不能理解为对本发明的限制。
本发明中，术语如“固接”、“相连”、“连接”等应做广义理解，表示可以是固定连接，也可以是一体地连接或可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的相关科研或技术人员，可以根据具体情况确定上述术语在本发明中的具体含义，不能理解为对本发明的限制。
正如背景技术所介绍的，现有技术中存在烟气温度不能降低到回水温度以下，较低的换热温差使得潜热回收率很低，或需要造价和运行费用较高的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种双冷源燃气锅炉烟气潜热深度回收利用系统。该系统适用于中小型燃气供暖锅炉，具有系统流程简单、潜热回收率高、占地面积少、设备维护方便、造价低的优势，同时还可通过助燃空气加湿燃烧方式降低燃气锅炉氮氧化物排放，增加环保效益。
如图1所示，本发明一种双冷源燃气锅炉烟气潜热深度回收利用系统，燃气锅炉本体2采用卧式结构，燃烧机1连接在锅炉本体前端，锅炉尾部烟道依次与省煤器3和湿式回热器4连通。省煤器为气-液板式换热器，其气侧进口接入由锅炉排出的高温湿烟气16，液侧进口接入外部供暖回水11，高温湿烟气16在省煤器降温减湿为中温饱和湿烟气17从省煤器气侧出口排出，烟气的显热和小部分潜热被回收用于加热供暖回水11，升温后的供暖回水12从省煤器液侧出口排出后进入燃气锅炉本体2被继续加热至供水温度，之后被送入供暖管网。
中温饱和湿烟气17由湿式回热器4的烟气进口进入换热管内，被进一步降温减湿至低温饱和烟气18，从烟气出口排出。为将低温饱和烟气和冷凝析出的水分分离，在湿式回热器烟气出口设置气液分离器7，冷凝水依靠重力沉降至气液分离器底部，并经循环水子系统送至湿式回热器上部的水喷淋装置5；低温饱和烟气18由气液分离器顶部的气体出口排出至环境。循环水子系统包括：冷凝水增压泵8、过滤器9和调节阀10。其中，冷凝水增压泵8一端连接气水分离器底部的水出口，另一端连接过滤器9以去除从烟气中捕集的颗粒物，过滤器出口与调节阀10连接。烟气冷凝水由水喷淋装置5自上而下均匀喷洒至管束6外表面形成液膜，助燃空气由湿式回热器4底部的空气进口进入，自下而上从管束外部流过被加热加湿为湿助燃空气15，由此实现中温饱和烟气中潜热的深度回收利用。
作为不同的实施方式，省煤器为管壳式换热器、板式换热器或热管式换热器。
作为典型实施方式，省煤器内烟气和水的流动方向为逆流。
作为典型实施方式，湿式回热器为管壳式结构，管束设置在湿式回热器下部，水喷淋装置位于管束上部，循环水自上向下喷洒在管束外表面。
作为不同的实施方式，湿式回热器内空气和烟气流动方向为逆流或叉流。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。