CN101398181A - 燃油燃气锅炉烟气余热回收方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种燃油燃气锅炉烟气余热回收方法及系统，该方法包括：在高温烟气进入余热回收装置的主筒体之前，在高温烟气入口管座内通过喷嘴对高温烟气进行预喷淋冷却；使经过预喷淋冷却的高温烟气沿着主筒体的切线方向进入主筒体并在主筒体内旋转向上流动；在主筒体中上部通过喷嘴由上而下对旋转上升的高温烟气进行主喷淋冷却；高温烟气与喷淋水雾逆向接触换热后从主筒体上部流出主筒体。本发明采用预喷淋冷却，使得高温烟气在通过烟气进口时，与喷淋冷却水雾进行直接接触混合换热，一方面可以降低除雾装置的负担，另一方面可以降低主筒体的热质交换的负担，使得主筒体的体积可以更小，结构更加紧凑。

Description

燃油燃气锅炉烟气余热回收方法及系统

技术领域

本发明是关于一种余热回收方法及系统，特别是关于一种燃油燃气锅炉的烟气余热回收方法及系统。

背景技术

常规燃油燃气烟气中含有大量的水蒸气，燃油锅炉烟气中水蒸气的容积份额大约为13％，燃气锅炉烟气中水蒸气的容积份额达19％，由于锅炉排烟温度约160～240℃左右，甚至更高，故烟气中的水蒸气均以气态形式随烟气排出，水蒸气的凝结潜热不能有效利用，因此烟气中水蒸气所携带的热量是锅炉排烟热损失的主要部分。以某种天然气为例，其高位发热值Q_gw＝39.08MJ/Nm³，低位发热值Q_dw＝35.16MJ/Nm³，两者相差为3.92MJ/Nm³，即燃烧1Nm³天然气产生的水蒸气要带走热量为3920KJ。由此可知，燃烧1m³天然气产生的水蒸气所带走的热量约占天然气高位热值的10％以上，这部分的排烟热损失非常大，所以有必要对烟气余热进行回收利用。

现有燃油燃气锅炉尾部受热面大都采用间壁式换热，但不管是管壁式或热管式烟气余热回收装置都不能有效回收水蒸气的凝结潜热。而现有的气-液直接接触混合式换热燃油燃气锅炉烟气余热回收系统水蒸气冷凝率低，系统阻力大而不能在燃油燃气锅炉上采用。

如中国专利第01249156.X号所揭示的一种燃气(油)装置接触式冷凝器，其包括外壳、烟气进口、烟气出口、冷却水进口、热水出口，烟气进口在下方，烟气出口在上方，冷却水进口在上方，热水出口在下方，在冷却水进口下面设置布液器，布液器的下面设有填料层，烟气进口设在填料层的下面。然而，这种燃气(油)装置接触式冷凝器的烟气的流动阻力较大并且冷却水的颗粒也较大，因此冷却水和高温烟气不能够充分接触换热。

此外，本领域技术人员研发出了一种喷雾式的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统，其包括内部设有换热空间的主筒体以及延伸设置在换热空间内的给水雾化装置，其中，给水雾化装置包括设置在换热空间内的四个或四个以上的雾化喷嘴。雾化喷嘴可以使充分雾化的一次换热水的雾化颗粒与高温烟气逆向直接接触换热，充分回收高温烟气中的水蒸汽凝结潜热，大大提高换热效率，然而，由于高温烟气中的显热与潜热需要同时在换热空间内被一次换热水的雾化颗粒吸收，因此，这种装置的工作负荷较大，整个装置的结构也需做得很大，并且，换热效率也难以充分提高。

因此，提供一种高效的燃油燃气锅炉烟气余热回收方法及系统成为了业界需要解决的问题。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种能够有效回收水蒸气凝结潜热的燃油燃气锅炉烟气余热回收方法。

本发明的另一个目的在于提供一种采用本发明方法的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统。

本发明的一种方案是：提供一种燃油燃气锅炉烟气余热回收方法，包括：(一)、在高温烟气进入余热回收装置的主筒体之前，在高温烟气入口管座内通过喷嘴对高温烟气进行预喷淋冷却；(二)、使经过预喷淋冷却的高温烟气沿着主筒体的切线方向进入主筒体并在主筒体内旋转向上流动；(三)、在主筒体中上部通过喷嘴由上而下对旋转上升的高温烟气进行主喷淋冷却；(四)、高温烟气与喷淋水雾逆向接触换热后从主筒体上部流出主筒体。

其中，预喷淋冷却是在高温烟气入口管座内沿高温烟气入口管座的径向对高温烟气由上至下进行半包围式喷淋。主喷淋冷却是通过在主筒体的一个或一个以上的横截面上呈网格状分布的喷嘴由上至下进行分布式喷淋。

为保证烟气与喷淋水的充分热质交换，必须控制在主筒体内的质量流速，优选地，本发明烟气在主筒体内的质量流速为0.5～5.0kg/(m²·s)，更优选的，烟气在主筒体内的质量流速为1.0～3.0kg/(m²·s)。比如，采用1.5kg/(m²·s)、2.0kg/(m²·s)或者2.5kg/(m²·s)。

本发明的另一种技术方案是：提供一种燃油燃气锅炉烟气余热回收系统，包括内部设有换热空间的主筒体以及至少部分延伸设置在换热空间内的主喷淋装置，主筒体进一步包括设于一端的出水管座、设于另一端的低温烟气出口以及设于出水管座与低温烟气出口之间的高温烟气进口管座，主喷淋装置设于高温烟气进口管座与低温烟气出口之间，其中，燃油燃气锅炉烟气余热回收系统进一步包括设置在高温烟气进口管座处的预喷淋装置，预喷淋装置包括至少一个开口设置在高温烟气进口管座内部的预冷喷嘴。

其中，分水管可以设置在高温烟气进口管座外壁上、内壁上或者内置在高温烟气进口管座的管壁中。当分水管设置外壁上或者内置在管壁中时，高温烟气进口管座可以设置供预冷喷嘴穿过的通孔。当分水管设置在高温烟气进口管座内部时，高温烟气进口管座可以设置供分水管穿过的通孔。

其中，高温烟气进口管座设置在主筒体的切向方向。烟气由主筒体切线方向进入主筒体，可使得烟气在主筒体内形成旋转向上流动，大大延长烟气在主筒体内的停留时间，更加有利于烟气与喷雾之间的热质交换。可供选择的，烟气也可以由主筒体径线方向进入。

其中，预喷淋装置可以紧贴烟气进口烟道上部安装。根据燃油燃气锅炉容量的大小以及处理烟气量的不同，可设置1～3层预喷淋装置，每层喷淋装置上布置2～12个小型喷嘴。高温烟气在通过烟气进口时，与喷淋冷却水雾进行直接接触混合换热，可实现对高温烟气进行预冷却目的，这样一方面可以降低除雾装置的负担，另一方面可以降低主筒体的热质交换的负担，使得主筒体的体积可以更小，结构更加紧凑。

优选地，预喷淋装置包括至少一条分水管，分水管包括至少一段轮廓与高温烟气进口管座的横截面形状相对应的弧形部分，预冷喷嘴设置在弧形部分。比如，预喷淋装置包括间隔设置在高温烟气进口管座的两个或者两个以上的横截面上的两条或者两条以上的分水管，分水管的弧形部分间隔设置三个或三个以上的预冷喷嘴。

更优选地，分水管的弧形部分为半圆形，三个或三个以上的预冷喷嘴等间隔设置在弧形部分，每个预冷喷嘴的开口均朝向半圆形的弧形部分的圆心。

可选择地，预喷淋装置包括平行设置的三条或者三条以上的形状相同的分水管，各条分水管在对应位置上设置相同数量的预冷喷嘴。还可选择地，各条分水管的预冷喷嘴的数量可以不同，并且可以相互错开一定角度。

此外，高温烟气进口管座可以是非圆形，而预喷淋装置的分水管的形状将与高温烟气进口管座的轮廓相对应。

优选地，主喷淋装置包括设置在换热空间内的至少一个喷淋层，每个喷淋层包括一条分配母管以及两条或两条以上的与分配母管连通的分配支管，每条分配支管上分别设有至少一个雾化喷嘴。比如，每条分配母管分别与六条或六条以上的分配支管连通，每条分配支管上分别设有两个或两个以上的雾化喷嘴。更优选地，分配支管对称设置在分配母管两侧，与分配母管连通的全部雾化喷嘴呈网格状布置在主筒体的横截面上。

可选择地，主喷淋装置包括间隔设置主筒体的两个或两个以上的横截面上的喷淋层。

优选地，燃油燃气锅炉烟气余热回收系统进一步包括至少一个安装于主筒体外部的外置换热器，外置换热器设有喷淋水进口以及喷淋水出口，喷淋水进口经由冷却水管道、循环水泵、过滤器、控制阀与主筒体的出水管座连通，喷淋水出口经由冷却水配水管与主喷淋装置的分配母管连通。更优选地，燃油燃气锅炉烟气余热回收系统进一步包括设置在主喷淋装置与低温烟气出口之间的至少一层除雾装置。

其中，外置换热器为水-水换热，可以是板式换热器、管式换热器或其他形式换热器，外置换热器有软化水进出口和喷淋水进出口四个端口，下部通过连接水管、循环水泵、过滤器、控制阀等设备与节能装置主筒体相连，上部通过连接水管与喷淋装置相通，使得整个节能系统成为一个闭式的循环系统。

其中，高温烟气经过预喷淋装置预冷却后，进入节能系统主筒体内，与主喷淋装置喷淋的雾化冷却水逆向流动，烟气与水直接接触混合换热，大大强化了高温烟气与冷水之间的传热与传质。烟气在主筒体内由下而上，冷却水由上而下逆向流动，可有效吸收高温烟气的显热，同时能将烟气中的水蒸气冷凝，并有效吸收水蒸气的冷凝潜热，而且还能将烟气中的SO₂，SO₃和NO_x溶解在冷却水中，取得良好的环保效益。

根据燃油燃气锅炉容量以及处理烟气量的不同，在节能系统主筒体内设置若干喷淋层，每个喷淋层为带连接支管的母管和喷嘴组成的网状结构，每个连接支管上安装若干喷嘴，喷嘴的作用是将冷却水雾化，喷入烟气中。主喷淋装置喷嘴布置成均匀覆盖节能系统主筒体的横截面，使喷淋水与烟气充分接触，烟气与主喷淋装置喷淋的水雾进行充分的热质交换后，烟气中必然带有水份，须经除雾装置脱水，以防止对尾部烟道的腐蚀，烟气经除雾器脱水后，由烟气出口排出。

进一步的，除雾装置布置于主筒体顶部最后一个喷淋层的上部。根据处理烟气量的不同，除雾装置可以是若干层折流板除雾器或钢丝网除雾器的组合，更加优选的，除雾装置为两层折流板除雾器的组合，烟气流经除雾器时，液滴由于惯性作用，留在除雾器挡板上。

从喷淋装置喷淋下来的冷却水充分吸收了烟气的显热和潜热后，水温升高，并在自重的作用下流到节能装置主筒体底部，由于烟气中酸性气体的存在，被加热后的冷却水不能直接作为原燃油燃气锅炉的给水，为充分利用加热后冷却水的热量，在主筒体外部设置一外置换热器，同时在主筒体上设置有液位控制装置和自动补水装置。

加热后的冷却水在循环水泵的作用下，由主筒体出水管座先后进入控制阀门和过滤器，再进入外置换热器冷却水进水端，在外置换热器内将低温软化水加热释放出热量后，从外置换热器冷却水出水端经水管进入喷淋装置。低温软化水在吸收了高温冷却水热量后，由外置换热器软化水出水端引入用热终端，比如，原燃油燃气锅炉给水管座。

为防止散热，在节能装置主筒体和冷却水管外表面敷设有保温材料，为方面节能系统的检修，在主筒体上安装有检修孔和排污管座。

本发明的有益效果是：一、采用预喷淋冷却，使得高温烟气在通过烟气进口时，与喷淋冷却水雾进行直接接触混合换热，可实现对高温烟气进行预冷却目的，这样一方面可以降低除雾装置的负担，另一方面可以降低主筒体的热质交换的负担，使得主筒体的体积可以更小，结构更加紧凑；二、高温烟气进口管座设置在主筒体的切向方向，可使得烟气在主筒体内形成旋转向上流动，大大延长烟气在主筒体内的停留时间，更加有利于烟气与喷雾之间的热质交换；三、烟气在主筒体内由下而上，冷却水由上而下逆向流动，可有效吸收高温烟气的显热，同时能将烟气中的水蒸气冷凝，并有效吸收水蒸气的冷凝潜热，而且还能将烟气中的SO₂，SO₃和NO_x溶解在冷却水中，取得良好的环保效益；四、主喷淋装置喷嘴布置成网格状，均匀覆盖节能系统主筒体的横截面，使喷淋水与烟气充分接触，提高了换热效率；五、采用高性能的陶瓷型外置换热器，大大提高了换热效率，并且，换热器与主筒体分离，既可以减小整个装置的体积又便于维修和更换。

以下结合附图和实施例，来进一步说明本发明，但本发明不局限于这些实施例，任何在本发明基本精神上的改进或替代，仍属于本发明权利要求书中所要求保护的范围。

附图说明

图1是本发明的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统的示意图。

图2是本发明的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统的预喷淋装置的示意图。

图3是本发明的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统的主喷淋装置的示意图。

具体实施方式

实施例1

本发明的燃油燃气锅炉烟气余热回收方法包括以下步骤：

首次，在高温烟气进入余热回收装置的主筒体之前，在高温烟气入口管座内通过喷嘴对高温烟气进行预喷淋冷却。其中，预喷淋冷却是在高温烟气入口管座内沿高温烟气入口管座的径向对高温烟气由上至下进行半包围式喷淋。

然后，使经过预喷淋冷却的高温烟气沿着主筒体的切线方向进入主筒体并在主筒体内旋转向上流动。可以将烟气在主筒体内的停留时间延长到2秒左右，更加有利于烟气与喷雾之间的热质交换。

接着，在主筒体中上部通过喷嘴由上而下对旋转上升的高温烟气进行主喷淋冷却。其中，主喷淋冷却是通过在主筒体的一个或一个以上的横截面上呈网格状分布的喷嘴由上至下进行分布式喷淋。

最后，高温烟气与喷淋水雾逆向接触换热后从主筒体上部流出主筒体。为保证烟气与喷淋水的充分热质交换，高温烟气在主筒体内的质量流速控制在1.5kg/(m²·s)左右。

对应地，请参照图1，本发明的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统包括主筒体1、主喷淋装置3、预喷淋装置4、除雾装置5、液位控制和自动补水装置11、控制阀门12、过滤器13、循环水泵14、以及外置换热器15。

主筒体1设有高温烟气进口管座2、低温烟气出口6、检修孔7、排污管座8、支座9、出水管座10。

其中，高温烟气进口管座2沿着主筒体1的切线方向设置。紧贴高温烟气进口管座2上部间隔安装两级预喷淋装置4。如图2所示，每层预喷淋装置4包括分水管41和四个预冷喷嘴42，分水管41包括一段轮廓与高温烟气进口管座2的横截面形状相对应的弧形部分，预冷喷嘴42等间隔设置在该弧形部分。

其中，在主筒体2内部的换热空间中设置两层主喷淋装置3和一级除雾装置5。如图3所示，主喷淋装置3包括分配母管31、分配支管32和雾化喷嘴33。每层主喷淋装置3的全部雾化喷嘴33形成一种网格状布置。

除雾装置5设置在最上一层主喷淋装置和低温烟气出口6之间，排污管座8设置在主筒体1底部。除雾装置5为两层折流板构成的除雾器。

外置换热器15设有软化水进口153、软化水出口154、喷淋水进口151以及喷淋水出口152四个端口。喷淋水进口151通过冷却水管道17、循环水泵14、过滤器13、控制阀12与主筒体的出水管座10相连通，喷淋水出口152通过冷却水配水管16与主喷淋装置3相通，使得整个节能系统成为一个闭式的循环系统。

本发明的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统的工作原理为：燃油燃气锅炉尾部烟道的烟气从高温烟气进口管座2切线方向进入主筒体1时，被布置在高温烟气进口2内的预喷淋装置4喷淋的冷却水预冷却，高温烟气切线进入主筒体1后形成旋转向上流动，与主喷淋装置3喷淋的雾化冷却水逆向流动，烟气与水直接接触混合换热，大大强化了高温烟气与冷水之间的传热与传质。高温烟气的显热和烟气中的水蒸气凝结潜热被冷却水充分吸收，烟气与冷却水充分换热后，再经过除雾装置5脱水，从低温烟气出口6进入锅炉尾部烟道。

循环水泵14、过滤器13、控制阀门12、出水管座10、主喷淋装置3、外置换热器15以及冷却水配水管16和冷却水管道17构成一个闭式的循环水路。加热后的冷却水在循环水泵14的作用下，由主筒体出水管座10先后进入控制阀门12和过滤器13，再进入外置换热器15的冷却水进水口151，在外置换热器15内将低温软化水加热释放出热量后，从外置换热器15的冷却水出水口152经冷却水配水管16进入主喷淋装置3以及预喷淋装置4。低温软化水从外置换热器15的软化水进水口153在吸收了高温冷却水热量后，由外置换热器15的软化水出水口154引入用热终端。

实施例2

作为本发明的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：

高温烟气在主筒体内的质量流速控制在2.0kg/(m²·s)左右。

在主筒体2内部的换热空间中设置三层主喷淋装置3，每层主喷淋装置3的喷嘴相互错开，从而使水雾最大面积地覆盖该换热空间。

预喷淋装置4包括平行设置的三条形状相同的分水管41，分水管设置在高温烟气进口管座2外壁上，预冷喷嘴42的开口通过高温烟气进口管座2上设置的通孔延伸到高温烟气进口管座2内部。

实施例3

作为本发明的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：

高温烟气在主筒体内的质量流速控制在2.5kg/(m²·s)左右。

主喷淋装置3的分配母管31、分配支管32和雾化喷嘴33由三个间隔分布在换热空间内的淋浴式喷头取代。该淋浴式喷头分别与冷却水配水管16连通。

除雾装置5为三层钢丝网构成的除雾器。

采用单独的水泵向预喷淋装置4提供冷却水。

实施例4

作为本发明的另一种方案，其它部分与实施例1相同，不同之处在于：

高温烟气在主筒体内的质量流速控制在3.0kg/(m²·s)左右。

燃油燃气锅炉烟气余热回收系统不设置外置换热器、循环水泵、过滤器、控制阀以及相关管道。

采用水泵将自来水或者经过冷却的水源直接输送到主喷淋装置3以及预喷淋装置4。被加热后的冷却水从主筒体1的出水管座10直接流向用热终端或者经过其他装置处理后流向用热终端。

Claims (10)

1、一种燃油燃气锅炉烟气余热回收方法，包括：

(一)、在高温烟气进入余热回收装置的主筒体之前，在高温烟气入口管座内通过喷嘴对所述高温烟气进行预喷淋冷却；

(二)、使经过预喷淋冷却的所述高温烟气沿着所述主筒体的切线方向进入所述主筒体并在所述主筒体内旋转向上流动；

(三)、在所述主筒体中上部通过喷嘴由上而下对所述旋转上升的高温烟气进行主喷淋冷却；

(四)、所述高温烟气与喷淋水雾逆向接触换热后从所述主筒体上部流出所述主筒体。

2、如权利要求1所述的燃油燃气锅炉烟气余热回收方法，其特征在于，所述预喷淋冷却是在所述高温烟气入口管座内沿所述高温烟气入口管座的径向对所述高温烟气由上至下进行半包围式喷淋。

3、如权利要求1所述的燃油燃气锅炉烟气余热回收方法，其特征在于，所述主喷淋冷却是通过在所述主筒体的一个或一个以上的横截面上呈网格状分布的喷嘴由上至下进行分布式喷淋。

4、如权利要求1～3之一所述的燃油燃气锅炉烟气余热回收方法，其特征在于，所述高温烟气在所述主筒体内的质量流速控制在0.5～5.0kg/(m²·s)。

5、一种采用权利要求1～4之一的方法的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统，包括内部设有换热空间的主筒体以及至少部分延伸设置在所述换热空间内的主喷淋装置，所述主筒体进一步包括设于一端的出水管座、设于另一端的低温烟气出口以及设于所述出水管座与所述低温烟气出口之间的高温烟气进口管座，所述主喷淋装置设于所述高温烟气进口管座与所述低温烟气出口之间，其特征在于，所述燃油燃气锅炉烟气余热回收系统进一步包括设置在所述高温烟气进口管座处的预喷淋装置，所述预喷淋装置包括至少一个开口设置在所述高温烟气进口管座内部的预冷喷嘴。

6、如权利要求5所述的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述预喷淋装置包括至少一条分水管，所述分水管包括至少一段轮廓与所述高温烟气进口管座的横截面形状相对应的弧形部分，所述预冷喷嘴设置在所述弧形部分。

7、如权利要求5所述的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述分水管设置在所述高温烟气进口管座外壁上、内壁上或者内置在所述高温烟气进口管座的管壁中，所述高温烟气进口管座设置在所述主筒体的切向方向。

8、如权利要求5～7之一所述的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述主喷淋装置包括设置在所述换热空间内的至少一个喷淋层，每个所述喷淋层包括一条分配母管以及两条或两条以上的与所述分配母管连通的分配支管，所述每条分配支管上分别设有至少一个雾化喷嘴。

9、如权利要求8所述的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述分配支管对称设置在所述分配母管两侧，与所述分配母管连通的全部所述雾化喷嘴呈网格状布置在所述主筒体的横截面上。

10、如权利要求8所述的燃油燃气锅炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述燃油燃气锅炉烟气余热回收系统进一步包括设置在所述主喷淋装置与所述低温烟气出口之间的至少一层除雾装置、以及至少一个安装于所述主筒体外部的外置换热器，所述外置换热器设有喷淋水进口以及喷淋水出口，所述喷淋水进口经由循环水泵、过滤器、控制阀与所述主筒体的所述出水管座连通，所述喷淋水出口经由冷却水配水管与所述主喷淋装置的所述分配母管连通。

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