CN101435575B - 蓄热式燃烧选择性催化还原烟气脱硝的天然气锅炉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种可有效降低天然气锅炉金属消耗且实现烟气脱除氮氧化物的蓄热式燃烧选择性催化还原烟气脱硝的天然气锅炉系统，包括锅炉本体、内置在锅炉本体内的U型管燃烧室、分别对称地与U型管燃烧室两端连接的两个交替工作的二级蓄热式天然气燃烧器，二级蓄热式天然气燃烧器分别通过四通阀与天然气燃烧用空气和燃烧后烟气连通；在二级蓄热式天然气燃烧器内设置有第一级蓄热体、蓄热催化体和第二级蓄热体，在第一级蓄热体和蓄热催化体之间设置有还原剂喷头，还原剂喷头与还原剂控制阀相连，还原剂控制阀与四通阀进行连锁控制，当二级蓄热式天然气燃烧器内流过烟气时，还原剂喷头喷射，当流过空气时其关闭。
Description
技术领域
本发明涉及一种蓄热式燃烧选择性催化还原烟气脱硝的天然气锅炉系统，属于热工设备，天然气锅炉领域。
背景技术
目前，各类天然气锅炉一般采用烟火管或水管锅炉，金属消耗大，为了降低排烟温度，常用的天然气热水锅炉布置了大量的对流受热面吸收烟气热量，由于天然气具有较高的氢含量，因此燃烧产物中含有大量水蒸气，当使用大量对流受热面时，如果排烟温度过低，不仅消耗大量金属耗材，同时容易引起天然气锅炉的尾部烟气凝结，导致腐蚀出现。此外，天然气做为清洁燃料，与煤炭比较，其燃烧产物中二氧化硫和粉尘很少，但是氮氧化物依然是浓度较高，如果排烟温度较低，其烟气脱除氮氧化物十分困难。蓄热式燃烧在应用低热值煤气燃料时效果较好，但是应用于天然气燃料时，烟气中氮氧化物的降低成为重要课题
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提供一种蓄热式燃烧选择性催化还原烟气脱硝的天然气锅炉系统，其能够有效降低天然气锅炉金属消耗，同时实现烟气脱除氮氧化物。
本发明的目的通过以下技术方案来实现。
本发明所涉及的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统，包括锅炉本体、U型管燃烧室、两个交替工作的二级蓄热式天然气燃烧器，其中，所述U型管燃烧室内置在所述锅炉本体内，两个所述二级蓄热式天然气燃烧器分别对称地与所述U型管燃烧室的两端连接，所述二级蓄热式天然气燃烧器分别通过四通阀与天然气燃烧用空气和燃烧后烟气连通；在所述二级蓄热式天然气燃烧器内设置有第一级蓄热体、蓄热催化体和第二级蓄热体，在所述第一级蓄热体和所述蓄热催化体之间设置有还原剂喷头，所述还原剂喷头与还原剂控制阀相连，所述还原剂控制阀与所述四通阀进行连锁控制，当所述二级蓄热式天然气燃烧器内流过烟气时，所述还原剂喷头在所述蓄热催化体前喷射还原剂以使离开所述第一级蓄热体的烟气与所述还原剂混合，当所述二级蓄热式天然气燃烧器内流过空气时，所述还原剂喷头关闭，不喷射所述还原剂。
在上述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中，所述二级蓄热式天然气燃烧器是两级陶瓷蓄热换热器，所述蓄热催化体被设置为催化剂烧结在多孔陶瓷蓄热体上，提供还原需要的催化剂，同时参加蓄热换热，当混合后的烟气进入所述蓄热催化体后，实现烟气中氮氧化物的还原。
在上述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中，所述蓄热催化体设置有一个或者两个。
在上述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中，所述锅炉本体为容积式圆柱型金属受压锅筒。
在上述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中，所述第一 级蓄热体和所述第二级蓄热体，与所述蓄热催化体是整体结构或者是分体结构。
在上述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中，所述天然气锅炉包括热水锅炉和蒸汽锅炉。
在上述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中，所述U型管燃烧室为光管或波纹管结构。
在上述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中，所述还原剂喷头通过还原剂管道与所述还原剂控制阀相连。
在上述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中，空气和烟气通过引风机提供动力流动。
根据本发明，U型管燃烧室流出的烟气通过二级蓄热式天然气燃烧器的两级陶瓷蓄热换热器的第一级蓄热体，烟气温度降低到350℃-400℃，离开第一级蓄热体的烟气与还原剂喷头射出的还原剂氨水混和，然后进入蓄热催化体，实现烟气中氮氧化物的还原，经过还原的烟气进入二级蓄热换热器的第二级蓄热体，将烟气温度降低到200℃以下，烟气通过四通阀排向烟道。本发明的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中的蓄热催化体布置在二级蓄热式天然气燃烧器之中，和燃烧器构成一体化设备，本发明采用一体化控制系统，燃烧器、四通阀、还原剂控制阀采用统一的控制系统，采用本发明，蓄热式燃烧天然气锅炉的氮氧化物排放可以减少60％以上。
附图说明
当结合附图考虑时，通过参照下面的详细描述，能够更完整更好地理解本发明以及容易得知其中许多伴随的优点，但此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定，其中：
图1是本发明的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统的系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对发明进一步说明。
图1给出了本发明的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统的系统示意图，如图1所示，1为锅炉本体，2为U型管燃烧室，3为二级蓄热式天然气燃烧器的第一级蓄热体，4为二级蓄热式天然气燃烧器的第二级蓄热体，5为四通阀，6为空气管，7为烟道，8为还原剂控制阀，9为还原剂喷头，10为还原剂管道，11为蓄热催化体，12为锅炉给水管，13为锅炉出水管或出汽管。
如图1所示，本发明的蓄热式燃烧选择性催化还原烟气脱硝的天然气锅炉系统包括锅炉本体1、U型管燃烧室2、两个交替工作的二级蓄热式天然气燃烧器，U型管燃烧室2内置在所述锅炉本体1内，两个二级蓄热式天然气燃烧器分别对称地与U型管燃烧室2的两端连接，分别通过四通阀5与天然气燃烧用空气和燃烧后烟气连通；在二级蓄热式天然气燃烧器内设置有第一级蓄热体3、蓄热催化体11和第二级蓄热体4，在第一级蓄热体3和蓄热催化体11之间设置有还原剂喷头9，还原剂喷头9与还原剂控制阀8相连，还原剂控制阀8与四通阀5进行连锁控制，当二级蓄热式天然气燃烧器内流过烟气时，设置在第一级蓄热 体3和蓄热催化体11之间的位于蓄热催化体11前的还原剂喷头9喷射还原剂以使离开第一级蓄热体3的烟气与还原剂混合，当二级蓄热式天然气燃烧器内流过空气时，还原剂喷头9关闭，不喷射还原剂。
上述的二级蓄热式天然气燃烧器内的蓄热催化体11可以布置一个或两个，图1示出了蓄热催化体11设置有一个地情况。蓄热催化体11被设置为催化剂烧结在多孔陶瓷蓄热体上，提供还原需要的催化剂，同时参加蓄热换热，当混合后的烟气进入蓄热催化体11后，实现烟气中氮氧化物的还原。其中，还原剂优选为氨水，但本发明并不限于此。
第一级蓄热体3和所述第二级蓄热体4，与所述蓄热催化体11可以是整体结构，也可以是分体结构。
此外，天然气锅炉包括热水锅炉和蒸汽锅炉，锅筒优选为圆筒型金属受压容器外壳，锅炉本体1包括与锅炉本体1的锅筒相连的锅炉给水管12和锅炉出水或出蒸汽管13。在锅筒内布置的U型管燃烧室2为光管或波纹管结构；二级蓄热式天然气燃烧器为两级陶瓷蓄热换热器，分别通过四通阀5与锅炉燃烧用空气管6和烟道7连通使燃烧后烟气通过；锅炉烟风系统由连接烟道7的引风机将空气引入燃烧系统和烟气引出燃烧系统。
在本实施例中，四通阀5的两个通道通过控制分别与二级蓄热式天然气燃烧器的空气和烟气入口相连，另两个通道分别连接排烟的烟道和空气送风管。
下面对本发明的工作原理进行说明。
本发明的工作原理是这样的，锅炉本体的两个交替工作的二级蓄热式天然气燃烧器分别设在U型管燃烧室的两端，二级蓄热式天然气燃烧器与连接空气 和烟气通道的四通阀连接，在两级蓄热体之间布置有蓄热催化体，第一级蓄热体和蓄热催化体之间布置有还原剂喷头，室温空气通过四通阀进入一个二级蓄热式天然气燃烧器的第二级蓄热体，然后进入蓄热催化体，再进入第一级蓄热体，空气沿途被加热到接近U型管燃烧室内温度，通过旋流板，高温空气高速旋转射入U型管燃烧室内，与天然气混合燃烧，高速旋流形成涡旋，卷吸烟气回流，降低燃烧区域氧气含量，导致低氧燃烧，减少氮氧化物生成，作为燃烧产物的烟气通过U型管燃烧室另一端的二级蓄热式天然气燃烧器的两级陶瓷蓄热换热器的第一级蓄热体，烟气与第一级蓄热体换热，加热第一级蓄热体，烟气温度降低到350℃-400℃，离开第一级蓄热体的烟气与还原剂喷头射出的还原剂(一般为氨水)混和，然后进入蓄热催化体，实现烟气中氮氧化物的还原，经过还原的烟气进入二级蓄热换热器的第二级蓄热体，加热第二级蓄热体，将烟气温度降低到200℃以下，烟气通过四通阀排向烟道。四通阀按设定的频率工作，对空气、烟气和天然气系统进行切换，同时切换天然气供气系统，停止一侧二级蓄热式天然气燃烧器，启动另一侧二级蓄热式天然气燃烧器，两个二级蓄热式天然气燃烧器分别被烟气加热蓄热和加热空气放热。空气和烟气通过引风机提供动力流动。两个二级蓄热式天然气燃烧器中布置的蓄热催化体前的还原剂喷头与还原剂控制阀相连，还原剂控制阀与四通阀连锁控制，当二级蓄热式天然气燃烧器内流过烟气时，蓄热催化体前的还原剂喷头喷射还原剂，当二级蓄热式天然气燃烧器内流过空气时，蓄热催化体前的还原剂喷头关闭，不喷射还原剂。这样通过四通阀和还原剂控制阀的控制，锅炉本体的两个交替工作的二级蓄热式天然气燃烧器交替做为燃烧器和烟气加热器工作。
根据本发明，U型管燃烧室流出的烟气通过二级蓄热式天然气燃烧器的两级陶瓷蓄热换热器的第一级蓄热体，烟气温度降低到350℃-400℃，离开第一级蓄 热体的烟气与还原剂喷头射出的还原剂氨水混和，然后进入蓄热催化体，实现烟气中氮氧化物的还原，经过还原的烟气进入二级蓄热换热器的第二级蓄热体，将烟气温度降低到200℃以下，烟气通过四通阀排向烟道。本发明的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统中的蓄热催化体布置在二级蓄热式天然气燃烧器之中，和燃烧器构成一体化设备，本发明采用一体化控制系统，燃烧器、四通阀、还原剂控制阀采用统一的控制系统，采用本发明，蓄热式燃烧天然气锅炉的氮氧化物排放可以减少60％以上。
本发明的保护范围并不限定于上述实施例，只要没有脱离本发明的主旨范围对于本领域技术人来说可以有各种的变形，各种变型例均在本发明的保护范围内。
Claims (8)
1.一种蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统，包括锅炉本体(1)、U型管燃烧室(2)、两个交替工作的二级蓄热式天然气燃烧器，其特征是：所述U型管燃烧室(2)内置在所述锅炉本体(1)内，两个所述二级蓄热式天然气燃烧器分别对称地与所述U型管燃烧室(2)的两端连接，所述二级蓄热式天然气燃烧器分别通过四通阀(5)与天然气燃烧用空气和燃烧后烟气连通；在所述二级蓄热式天然气燃烧器内设置有顺序相连的第一级蓄热体(3)、蓄热催化体(11)和第二级蓄热体(4)，在所述第一级蓄热体(3)和所述蓄热催化体(11)之间设置有还原剂喷头(9)，所述还原剂喷头(9)与还原剂控制阀(8)相连，所述还原剂控制阀(8)与所述四通阀(5)进行连锁控制，当所述二级蓄热式天然气燃烧器内流过烟气时，所述还原剂喷头(9)在所述蓄热催化体(11)前喷射还原剂以使离开所述第一级蓄热体(3)的烟气与所述还原剂混合，还原剂为氨水，当所述二级蓄热式天然气燃烧器内流过空气时，所述还原剂喷头(9)关闭，不喷射所述还原剂；所述二级蓄热式天然气燃烧器是两级陶瓷蓄热换热器，所述蓄热催化体(11)被设置为催化剂烧结在多孔陶瓷蓄热体上，提供还原需要的催化剂，同时参加蓄热换热，烟气通过第一级蓄热体后的温度降低到350℃-400℃，当混合后的烟气进入所述蓄热催化体(11)后，实现烟气中氮氧化物的还原。
2.根据权利要求1所述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统，其特征是：所述蓄热催化体设置有一个或者两个。
3.根据权利要求2所述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统，其特征是：所述锅炉本体(1)为容积式圆柱型金属受压锅筒。
4.根据权利要求2所述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统，其特征是：所述第一级蓄热体(3)和所述第二级蓄热体(4)，与所述蓄热催化体(11)是整体结构或者是分体结构。
5.根据权利要求1所述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统，其特征是：所述二级蓄热式天然气燃烧器应用于热水锅炉和蒸汽锅炉。
6.根据权利要求2所述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统，其特征是：所述U型管燃烧室(2)为光管或波纹管结构。
7.根据权利要求2所述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统，其特征是：所述还原剂喷头(9)通过还原剂管道(10)与所述还原剂控制阀(8)相连。
8.根据权利要求2所述的蓄热式燃烧选择性催化还原脱硝的天然气锅炉系统，其特征是：空气和烟气通过引风机提供动力流动。
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