本实用新型属于燃气锅炉节能减排
技术领域：
，具体涉及一种湿法低氮高效燃烧系统。
背景技术：
：为改善城市大气环境质量，北京市自1998年开始推行清洁能源改造政策，使用污染小的清洁能源天然气代替煤炭作为主要热源燃料。自2012年起，雾霾天气引起政府更加深刻的关注，更坚定了北京市全面推行“煤改气”的决心。燃气锅炉已经成为北京供热的主导方式。燃气锅炉供热方式面临如下几个方面的问题，一是供热成本高，天然气供热价格远远超过燃煤供热价格；二是利用天然气直接燃烧供暖，从能源阶梯利用角度非常不合理，造成可利用能源巨大浪费；三是天然气供应保障的问题，北京市巨大的天然气消耗量，使整个城市的天然气供应存在安全隐患问题，在冬季连续寒冷天气，燃气供应峰值迭加，极有可能造成因供气不足而停运燃气供热厂的状况，影响社会安定。因此对燃气锅炉进行系统节能改造已经成为当今社会亟待解决的重中之重，也是响应国家推行节能减排政策，建设资源节约型、环境友好型社会的必然选择。据统计，目前全市燃气锅炉保有量超过1万台，随着“煤改气”工程的继续推进，燃气锅炉保有量仍将增加。“煤改气”可以有效压减燃煤，降低大气中颗粒物浓度，但是，燃气锅炉在高温下所产生的氮氧化物也是雾霾的重要成因。随着北京市《锅炉大气污染物排放标准》(DB11/139-2015)的颁布和实施，北京市将对燃气锅炉排放的氮氧化物浓度实施更为严苛的新标准，分两个阶段陆续实施：实施之日起至2017年3月31日，新建的，氮氧化物排放必须低于80毫克/立方米，在用的必须低于150毫克/立方米；第二阶段是自2017年4月1日起，新建锅炉必须低于30毫克/立方米，在用的必须低于80毫克/立方米。据悉，此指标已接近于欧洲目前平均水平，而现行的标准则限定在200毫克/立方米以下，相比之下则要严苛得多。现在北京燃气锅炉氮氧化物的排放浓度，大致在120毫克/立方米至200毫克/立方米之间，如果要限期达到环保部门的要求，对整个北京的燃气锅炉市场都将带来挑战。燃气锅炉的燃料是天然气，主要成分是甲烷(CH4)，燃烧后的烟气中有大量水蒸气，蒸汽在烟气中占比约18％，当烟气温度降低时，尾气中水蒸气饱和湿度也随之降低；当温度降低至57℃露点温度以下时，燃气锅炉尾气中的蒸气冷凝为液态水，冷凝过程释放大量的汽化潜热。初步统计，烟气中的蒸气显热约占消耗燃气高位发热量的7.8％。这一比例，远大于锅炉散热损失、燃气不完全燃烧损失在总热量中的比例，因此，需充分回收烟气的余热。锅炉中产生的NOx一般分为热力型NOx、燃料型NOx及快速型NOx(或称瞬时型NOx)。热力型NOx的生成机理热力型NOx是燃烧时空气中的氮(N2)和氧(O2)在高温下反应生成的NO和NO2的总和，其生成机理可用下列反应式来表达：N2+O2<＝>2NO(1)NO+1/2O2<＝>NO2(2)在燃烧温度大于1200℃的常规燃烧设备中，如果不采取控制措施，将有数百ppm至1000ppm的NO生成，但NO2的生成量几乎可以忽略不计，由于NO的氧化速度很慢，因此即使排入大气时，NOx中的90％～95％仍为NO。实际上热力型的NOx并不是直接按方程式(1)和(2)生成的，而是通过不分支链反应(O+N2<＝>N+NO)的形式进行的，即氮分子不能直接分解成氮原子，这一反应机理称为捷里多维奇机理。热力型NOx的生成速度和温度的关系遵从阿累尼乌斯定律，即随温度增加，NOx的生成速度按指数规律迅速增加。在燃烧温度低于1500℃时，几乎观测不到NO的生成反应，只有温度大于1500℃时，NO的生成反应才开始明显。燃料型NOx的生成机理燃料中的氮化合物经热分解和氧化反应而生成的NO，称为燃料型NOx。快速型NOx的生成机理碳氢化合物燃料在燃烧时，由于燃料过浓，在反应区附近会快速生成NOx。影响热力型NOx生成的原因主要有三个：1燃烧温度，2在燃烧区域的氧化浓度，3燃烧气体在高温区域的滞留时间。随着燃烧温度的上升，NOx的生成量呈数量级上升；随着过量空气系数增大亦即氧气浓度增加时，NOx的生成量急剧上升；随着燃烧气体在高温区域的滞留时间增加，NOx的生成量随之增加。燃料型NOx的生成量与燃料中所含氮化合物的多少有直接关系。同时与燃烧时的火焰浓度、氧气浓度等因素有关。通过对NOx生成原因的分析，本专利申请采用选择合适的过量空气系数、确定合适的空气预热温度来改变锅炉的运行工况，同时将水通过燃烧器喷入炉膛，水吸收潜热蒸发而导致火焰温度下降，起到抑制NOx生成的作用。技术实现要素：本实用新型在燃气锅炉中，采用烟气、空气在烟气喷淋交换塔、空气喷淋交换塔与冷凝水直接喷淋交换的设计，能够充分回收烟气的余热，提高锅炉的热效率，同时降低锅炉炉膛的燃烧温度，抑制NOx的生成，减少NOx的排放，本法实用新型具体技术方案为：一种湿法低氮高效燃烧系统，包括烟风处理系统、冷凝处理及回收系统、测量单元系统，所述烟风处理系统包括燃烧机配套鼓风机、空气喷淋交换塔、燃气锅炉、烟气冷凝换热器和烟气喷淋交换塔，上述设备通过烟风管路依次相连，所述冷凝处理及回收系统包括空气喷淋交换塔、PAVE再热换热器、加热空气冷凝水循环泵、烟气喷淋交换塔和冷却烟气冷凝水循环泵，其中，所述空气喷淋交换塔和烟气喷淋交换塔通过水管道连接，所述PAVE再热换热器和加热空气冷凝水循环泵设置在所述烟气喷淋交换塔至所述空气喷淋交换塔流向的水管道上，所述冷却烟气冷凝水循环泵设置在所述空气喷淋交换塔至所述烟气喷淋交换塔流向的水管道上，所述测量单元系统包括多个测量元件，所述测量元件设置在各设备需要进行测量的部位上；进一步的，所述测量单元系统的测量元件，包括燃烧机配套鼓风机的冷空气温度测量元件、空气喷淋交换塔的出口空气温度测量元件、燃气锅炉出烟口排烟温度测量元件、燃气锅炉排烟含氧量测量元件、烟气冷凝换热器出口烟温测量元件、烟气冷凝换热器出口排烟压力测量元件、烟气喷淋交换塔烟囱排烟温度测量元件、燃气锅炉回水温度测量元件、燃气锅炉供水温度测量元件、烟气冷凝换热器进水温度测量元件、烟气冷凝换热器出水温度测量元件、烟气喷淋交换塔进水温度测量元件、烟气喷淋交换塔冷凝水出水温度测量元件、空气喷淋交换塔冷凝水进水温度测量元件、燃气锅炉排烟NOx的含量测量元件、空气喷淋交换塔冷凝水液位测量元件、烟气喷淋交换塔冷凝水液位测量元件；进一步的，所述空气喷淋交换塔和所述烟气喷淋交换塔塔内以鲍尔环作为填料，采用自由堆放方式，在鲍尔环环壁上开八层长方形小窗，小窗叶片在环中心相搭，上下面层窗位置相互交搭；进一步的，在所述燃气锅炉的供回水管路之间还设置一台锅炉混水泵；优选的，本系统所用设备采用耐腐蚀的不锈钢材料；附图说明图1为本实用新型PAVE系统的结构示意图；图中：燃烧机配套鼓风机的冷空气温度测量元件1，空气喷淋交换塔的出口空气温度测量元件2，燃气锅炉出烟口排烟温度测量元件3，燃气锅炉排烟含氧量测量元件4，烟气冷凝换热器出口烟温测量元件5，烟气冷凝换热器出口排烟压力测量元件6，烟气喷淋交换塔烟囱排烟温度测量元件7，燃气锅炉回水温度测量元件8，燃气锅炉供水温度测量元件9，烟气冷凝换热器进水温度测量元件10，烟气冷凝换热器出水温度测量元件11，烟气喷淋交换塔进水温度测量元件12，烟气喷淋交换塔冷凝水出水温度测量元件13，空气喷淋交换塔冷凝水进水温度测量元件14，燃气锅炉排烟NOx的含量测量元件15，空气喷淋交换塔冷凝水液位测量元件16，烟气喷淋交换塔冷凝水液位测量元件17，空气喷淋交换塔18，燃气锅炉19，烟气冷凝换热器20，烟气喷淋交换塔21，加热空气冷凝水循环泵22，冷却烟气冷凝水循环泵23，PAVE再热换热器24，燃烧机配套鼓风机25，混水泵26。具体实施方式为使本实用新型要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。如图1所示，本实用新型主要设备包括空气喷淋交换塔(18)、燃气锅炉(19)、烟气冷凝换热器(20)、烟气喷淋交换塔(21)、加热空气冷凝水循环泵(22)、冷却烟气冷凝水循环泵(23)、PAVE再热换热器(24)、燃烧机配套鼓风机(25)，主要设备通过烟风管路及水管道连接，设置压力、温度、烟气氧含量等测量元件。由于燃烧助燃空气为约100%湿度，燃烧后烟气中所含水蒸气比干空气助燃高，所回收的烟气余热更多，所需的烟气冷凝器换热面积更大，烟气冷凝器装置体积相对大一些。烟气冷凝水呈弱酸性，烟气冷凝器、烟气喷淋交换塔、空气喷淋交换塔、PAVE再热换热器、冷凝水循环泵、锅炉及其连接的烟道和水路管道要求采用耐腐蚀的不锈钢材料。烟气喷淋交换塔、空气喷淋交换塔塔内以鲍尔环作为填料，采用自由堆放方式。在进行传质和传热时，液体自塔顶均匀下流，沿填料呈膜状流动，气体则由塔底上升通过填料时与液膜接触，进行热质交换。鲍尔环环壁上开八层长方形小窗，小窗叶片在环中心相搭，上下面层窗位置相互交搭。环壁开孔使得气、液体的分布性能得到较大的改善，尤其是环的内表面积能够得以充分利用。鲍尔环填料在喷淋交换塔具有如下特点：(1)传质传热能力强；(2)堆积空隙率达到94～95％，不易堵塞，不易造成造沫夹带，有利于变工况操作，气体量加大后，不易带水；(3)压降小；(4)用水量少。本实用新型PAVE系统的烟风系统流程为：冷空气由燃烧机主风机送至空气喷淋交换塔，升温至60℃、100%湿度后与燃气混合燃烧，产生的130℃～180℃烟气经锅炉尾部烟气冷凝器换热至80℃后，进入烟气喷淋交换塔降温至40℃从烟囱排放。本实用新型PAVE系统设置水系统流程：为保证湿燃烧系统锅炉安全，防止在锅炉内产生冷凝水对锅炉的腐蚀，锅炉的供回水管路之间设置锅炉混水泵(26)一台，保证锅炉回水温度≥72℃。系统中燃烧机、烟气冷凝器会产生冷凝水，冷凝水由管路分别引入空气喷淋交换塔及烟气喷淋交换塔，用于低温空气与高温烟气换热。烟气换热器中的高温冷凝水(约70℃)由加热空气冷凝水循环泵输送至空气喷淋交换塔与冷空气换热，换热后的空气喷淋交换塔的低温水再由冷却烟气冷凝水循环泵输送至烟气喷淋交换塔与高温烟气换热。为保证锅炉回水温度≥72℃，通过锅炉回水温度给出控制信号控制混水泵(26)的运行频率改变混水量，以保证锅炉回水水温。设置压力、温度、烟气氧含量、烟气NOx含量等测量元件，鼓风机的冷空气温度测量元件(1)、空气喷淋交换塔(18)的出口空气温度测量元件(2)、燃气锅炉(19)出烟口排烟温度测量元件(3)、燃气锅炉(19)排烟含氧量测量元件(4)、烟气冷凝换热器(20)出口烟温测量元件(5)、烟气冷凝换热器(20)出口排烟压力测量元件(6)、烟气喷淋交换塔(21)烟囱排烟温度测量元件(7)、燃气锅炉(19)回水温度测量元件(8)、燃气锅炉(19)供水温度测量元件(9)、烟气冷凝换热器(20)进水温度测量元件(10)、烟气冷凝换热器(20)出水温度测量元件(11)、烟气喷淋交换塔(21)进水温度测量元件(12)、烟气喷淋交换塔(21)冷凝水出水温度测量元件(13)、空气喷淋交换塔(18)冷凝水进水温度测量元件(14)、燃气锅炉(19)排烟NOx的含量测量元件(15)、空气喷淋交换塔(18)冷凝水液位测量元件(16)、烟气喷淋交换塔(21)冷凝水液位测量元件(17)。这些测量元件将所测量的压力、温度、烟气氧含量、烟气NOx含量等数据，发送给PAVE控制系统，控制空气喷淋交换塔的出口空气温度，要求达到60℃、100%湿度，再热换热器进口调节阀正常时关闭，如空气喷淋交换塔的出口空气温度低于60℃并且加热空气冷凝水循环泵在运行，启动再热换热器进口调节阀，给出空气喷淋交换塔的出口空气温度目标值为60℃，用温度变送器反馈值为过程值，调节再热换热器进口调节阀开度，确保空气喷淋交换塔的出口空气温度在60℃，从而实现锅炉排烟温度≤40℃，氮氧化物排放≤30mg的目的。实施例：以首都师范大学科德学院燃气锅炉房项目为实例进行改造实施。科德学院项目锅炉房设计规模为2台5.6MW燃气热水锅炉，供热能力为11.2MW。供热方式为间接供热，一次侧供回水温度为95/70℃，设计压力为1.0MPa，二次侧供回水温度为70/50℃，设计压力为1.0MPa。一台5.6MW燃气热水锅炉采用常规冷凝式锅炉，烟气冷凝器安装在一次侧；另一台采用PAVE技术，烟气冷凝器安装在二次侧。对常规冷凝式锅炉和采用PAVE技术的冷凝式锅炉的效率进行对比说明锅炉热效率的提高。常规冷凝式锅炉：燃气计量G1，锅炉供回水管路上的热量计计量总的供热量Q1，锅炉效率：η1＝Q1/(C×G1)；采用PAVE技术的冷凝式锅炉：燃气计量G2，锅炉供回水管路上的热量计量Q3，安装在二次侧的烟气冷凝器回收的热量Q4，再加热换热器的热量Q5，那么锅炉实际供热量Q2＝Q3+Q4－Q5，锅炉效率：η2＝(Q3+Q4-Q5)/(C×G2)。式中C为燃气热值。同时，对常规冷凝式锅炉和采用PAVE技术的冷凝式锅炉排烟中NOx的含量进行测量分析，对比说明NOx的降低。经过实际测试，常规冷凝式锅炉和采用PAVE技术的冷凝式锅炉的效率及NOx的含量结果对比如下：名称锅炉效率氮氧化物排放浓度常规冷凝式锅炉92.34％79mg/m3采用PAVE技术的冷凝式锅炉105.2％24mg/m3测试结果显示，采用本实用新型的冷凝式锅炉的效率显著提高，而且NOx明显低于常规冷凝式锅炉。以上所述是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本
技术领域：
的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。当前第1页1 2 3