一种无烟气再循环的水蒸气载热循环式低氮燃烧快装锅炉

本技术涉及一种无烟气再循环的水蒸气载热循环式低氮燃烧快装锅炉，属于锅炉清洁燃烧与余热供热。

背景技术：

1、燃气锅炉的排烟含有较多氮氧化物（nox），其nox的来源包括：燃料燃烧过程中产生的nox，和入炉空气所含nox，通常后者接近于零，而燃烧产生的nox通常分为如下三类：其一是热力型nox，即在高温时由n2与o2直接化合而成，其中燃烧区温度达到1500℃时开始产生、并随温度升高而快速生成no，但温度低于1400℃时则很少生成，同时含氧量的降低可更好地控制no及其转化为nox；其二是瞬时型nox，即碳氢化合物燃烧时产生的chi自由基会与n2生成hcn，再与o2反应生成no，但因反应条件问题瞬时型nox的生成量较小；其三是燃料型nox，即入炉燃料中所含化合n在燃烧中与o2反应生成nox，在天然气中含量趋近于零。因此，对应燃气锅炉，其烟气中的nox主要来源是热力型nox。因此，为降低烟气nox含量，就需要采取措施降低燃烧区的燃烧温度和含氧量。为达到国家或地方政策部门制定的有关烟气排放标准规定的指标（目前通常为50mg/nm³、或30mg/nm³等），目前燃气锅炉通常采用烟气再循环方式，通过部分烟气与锅炉助燃风进行混合，以降低助燃风的氧气含量，以降低炉内燃烧区的含氧量，并控制燃烧温度，来大幅降低和控制炉膛出口处的烟气中的nox含量。但烟气再循环存在的问题包括：增加了烟气再循环管路、风机等设备设施，增大了系统结构的复杂性、降低了输出热量、增加了烟气侧阻力及电耗、增加了运行费用；送风机增加了进风的体积流量及电耗、加快腐蚀；增加了燃烧器的控制点及故障点；因冬季环境空气温度变化范围很大（例如波动范围可能达到10～20℃或更高），进一步增加了燃烧器的控制难度及安全稳定运行问题等。

2、同时，燃气锅炉排烟中含有大量的水蒸气，其大量潜热及显热均随排烟白白散失了。为深度回收此类高湿烟气余热，目前常用的余热利用方式包括：间壁式低低温省煤器或节能器，基于吸收式热泵换热的烟气冷凝热回收装置等，但前者存在腐蚀问题、换热材料造价高等问题，后者存在吸收式热泵需要大量驱动热源、造价高导致投资回收期往往较长等问题。

3、清华大学开发的“基于水蒸气载热循环的烟气余热回收”系列化技术，包括“一种烟塔合一的锅炉排烟全热回收与烟气消白装置”（2017206805342）等，采用从烟气低温段回收余热加热低温余热水、并用于对锅炉进风加温加湿从而提高排烟含湿量及其露点温度、再从烟气高温段回收余热用于加热热网回水等低温余热水的方式，实现了将排烟温度大幅降低到20～30℃并全面回收其显热和潜热的目的，并可因助燃风加湿降低了含氧量，具有一定的抑制炉内燃烧中nox的生成量的效果，但是因加湿量有限，其难以单独实现对nox的达标控制。

4、另外，烟囱所含大量水蒸气等导致明显的白雾现象，也被认为属重要的污染问题，因此需要做深度净化、乃至实现烟气污染物的近零排放，并实现实质性的“消白”治理。

技术实现思路

1、本实用新型的目的和任务是，针对上述锅炉采用烟气再循环控制nox所存在的问题，及排烟中含有大量水蒸气余热的状况，采用水蒸气载热循环式烟气余热回收的优化技术路线，并将主要余热回收设备部件均布置到烟气余热回收一体化机组内，可实现提取含有大量水蒸气的锅炉排烟的余热以用于加热热网水和锅炉进风，并有效控制助燃风含氧量及控制nox生成量以达到nox排放标准。

2、本实用新型的具体描述是：一种无烟气再循环的水蒸气载热循环式低氮燃烧快装锅炉，由锅炉本体101和配套的高温排烟nox检测仪102、送风机103、烟气余热回收一体化机组104和连接管道组成，其特征在于，锅炉本体101的炉内排烟e的高温出烟口与烟气余热回收一体化机组104的中上部的烟气喷淋换热器7的进烟口相连，两者之间的高湿烟气f的排烟管道上不设置节能器，而是设置有高温排烟nox检测仪102，烟气余热回收一体化机组104的中下部的全热空预器1的出风口经送风机103与锅炉本体101的助燃风进口相连，该三者之间的连接风管上不设置烟气再循环的烟气接入管，所述的烟气余热回收一体化机组104采用竖向整体式结构，其下部为撬装机组106，中上部为烟风喷淋塔105，其中烟风喷淋塔105由全热空预器1和烟气喷淋换热器7组成，两者之间由烟气喷淋换热器7的烟气塔底水池4的底部的风烟隔板3完全隔开，烟气塔底水池4的上部为高温换热段5，高温换热段5的侧向进烟口与高湿烟气f相通，高温换热段5的上部设置有中温喷淋装置6，中温喷淋装置6的上部与低温换热段8相通，低温换热段8的上部设置有低温喷淋装置9，低温喷淋装置9的上部设置有烟气湿度调节装置10，烟气湿度调节装置10的上部与烟气出口段11相通，烟气出口段11的出烟口处的净化烟气q与大气相通，所述的全热空预器1的空气塔底水池16的上部为空气加热加湿段17，空气加热加湿段17的进风口与环境空气a相通，空气加热加湿段17的上部设置有空气喷淋装置19，空气喷淋装置19的上部与高温加湿段20相通，高温加湿段20的上部设置有空气高温喷淋装置21，高温喷淋装置21的上部设置有空气湿度调节装置22，空气湿度调节装置22的上部与空气出口段23相通，空气出口段23的出口处的可调加湿空气c，经过送风机103与锅炉本体101的锅炉进风d的进口相通，所述的烟气塔底水池4的高温余热水出口与高温出水管段24的进口相连，高温出水管段24的出口分别经高温水循环泵14与热网水预热板换12的加热侧进口相连、经高温调湿电动阀2与空气高温喷淋装置21的进水口相连，热网水预热板换12的加热侧出口分别与中温喷淋装置6、经空气喷淋电动阀18与空气喷淋装置19的进水口相连，所述的空气塔底水池16的出水口与低温余热水泵15的进水口相连，低温余热水泵15的出水口与低温喷淋装置9的进口相连，热网水预热板换12的被加热侧进口与热网回水来水g相通，热网水预热板换12的被加热侧出口与热网回水退水h相通。

3、高温水循环泵14进口段还与水质调节装置13及其水质调节剂k的进口相通。

4、高温换热段5、低温换热段8、空气加热加湿段17、高温加湿段20为烟气或空气与喷淋水组成竖向布置的逆流换热结构，其中内部采用空段或填料结构。

5、中温喷淋装置6、低温喷淋装置9、空气喷淋装置19和空气高温喷淋装置21采用单层槽盘式布水结构或由n层喷淋结构组成的布水结构，其中n大于等于1。

6、撬装机组106采用整体式撬装结构，其内部集成了热网水预热板换12、水质调节装置13、高温水循环泵14、低温余热水泵15及其之间的连接管与管件，并设置于一个整体外壳内。

7、高温调湿电动阀2的执行机构与高温排烟nox检测仪102的输出接口通过监控系统相通。

8、本实用新型可作为清华大学与北京清大天工能源技术研究所联合开发的多项创新性锅炉排烟深度冷凝热回收技术方式及系列化专利，创新性地实现了在不采用烟气节能器、烟气再循环低氮燃烧设施的情况下，将高温烟气（90～160℃级）实现深度热回收的同时，利用中温余热水对助燃风进行加热加湿以实现烟气低温段余热转化为高温段余热、利用一部分高温余热水对助燃风二次加湿以实现显著降低助燃风含氧量、降低燃烧区温度及含氧量并控制nox生成量的目的，并可将全部烟气余热回收设备及辅助热泵均集成到一个一体化的烟气余热回收机组中，从而大幅度节省的设备系统安装空间及占地，节省现场安装施工的工作量、施工周期及其费用，可广泛适用于燃气锅炉供热系统，实现节能环保一体化的综合技术及经济效益。