CN105402751B - 燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统及该系统的调配方法 - Google Patents

燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统及该系统的调配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统及该系统的调配方法，该系统包括余热回收设备、气液分离罐、凝液回收箱、N2和CO2的分离提取系统、烟气干燥设备、储气设备及空气过滤器，用于气调仓储的气体温度为常温，而原始烟气的温度一般在90～250℃左右，中间有大量的温差需要消耗或利用，本发明先对烟气中的余热进行回收；接着对烟气进行气液分离，分离出的水蒸气凝液储存备用，大部分烟气进一步进行二氧化碳分离或干燥处理，并进入相应的储气设备存储，从而与空气配合用于储藏室内的仓储物品保鲜，使烟气得到有效利用，且无需设置单独的惰性气体产生设备，扩大了气调气体组分的调节范围，显著降低了气调仓储的运行成本。

Description

燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统及该系统的调 配方法
技术领域
本发明涉及燃气锅炉和燃气轮机烟气的再利用技术领域，具体指一种燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统，本发明还涉及该系统的调配方法。
背景技术
每年全世界范围内都会产生大量燃气锅炉和燃气轮机的烟气，这些烟气组成中的主要成分为N2、CO2、H2O、粉尘、SO2、NOx等，仍蕴含了大量的可利用资源，而现有技术中多是对烟气中的热量进行回收利用，烟气本身则需要经过处理后直接排放，这不仅增加了烟气处理成本，也造成了严重的资源浪费。
气调贮藏是调节气体成分贮藏的简称，指改变贮藏环境中的气体成分来贮藏产品的一种方法，综合冷藏和调节环境气体成分两方面技术。正常空气中氧含量为20.95％，氮气为78.09％，二氧化碳为0.03％，其他惰性气体0.93％，引起食品品质下降的食品自身生理生化过程和微生物作用过程，多数与氧和二氧化碳有关。因此，各种气调手段均以这两种气体作为调节对象，N2做为惰性气体起到填充剂作用。气调技术的核心是将食品周围的气体调节成与正常大气相比含有低氧浓度和高二氧化碳的气体，配合适当的温度条件，来延长食品的寿命。改变贮藏环境中的气体成分通常是增加N2和CO2浓度，降低O2浓度以及根据需求调节其气体成分浓度。
目前主要采用的气调方法主要有燃烧式气调法、吸附分离气调法及膜法富氮气调法，其中，燃烧式气调机原理是混合气体(库气+烃类液化气)在催化剂的作用下进行高温无焰燃烧，消耗氧气，达到降氧的目的，燃烧过程中产生的过多CO2经过活性炭吸附器除去。该方法需要消耗大量燃料，且燃烧过程中会产生过多CO2，不易控制烟气组分。吸附分离气调法是利用变压吸附制氮机进行氧氮吸附分离，从而实现排除氧气、补充氮气的方法，该方法的代表设备是碳分子筛制氮机，分子筛气调机是将库气经压缩机增压到0.6MPa，由冷冻干燥机冷却，进入油分离器后被引入吸附系统，该吸附系统中放置对O2和CO2具有高选择吸附性能的分子筛吸附剂，用变压吸附(PSA)工艺产生各种纯度的氮气置换库内气体。这种方法除去氧气的同时，可有效除去乙烯、乙醛、乙醇等有害成分，但是，需要将库气经压缩机增压到0.6MPa，再由冷冻干燥机冷却，能耗极大。膜法富氮气调法是利用膜的选择性渗透特点来分离具有不同渗透率特性的气体技术方法，现代膜分离主要用中空纤维技术，中空纤维膜制氮机是空气在一定温度和压力下，通过薄膜扩散原理，根据气体对膜的渗透系数不同，分离O2和CO2，产生N2供入库内。其核心组件是中空纤维膜组件，由耐压的钢制外壳和分离芯组成，分离芯由数千根中空纤维管组成，中空纤维膜的材料有聚砜、乙基纤维素、三醋酸纤维素、磺化聚砜以及聚硅氧烷—聚砜复合膜等。原料空气经过处理后从一端进入纤维管内，氧气从管内渗透到管外而在管间隙富集排出；氮气穿过纤维管从另一端排出。该方法也需要将空气压缩到1MPa之内，能耗较大，且设备的投入和运行费用比较高，导致气调贮藏的成本居高不下。
将燃气锅炉和燃气轮机的烟气应用于气调贮藏可有效利用能源、减少气调仓储成本，且该想法及具体设备在现有技术中并未披露。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种能使烟气得到有效利用、显著降低气调仓储成本的燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统。
本发明所要解决的另一个技术问题是针对现有技术的现状，提供一种上述系统的调配方法，该方法能将燃气锅炉和燃气轮机烟气经过转化应用于食物、鲜花、烟草、药材、文物等物品的保鲜，无需专门制备气调仓储系统的惰性气体，大大节约了食物保鲜成本，且使烟气得到了有效利用，降低了氮气等的排放量。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统，其特征在于：包括余热回收设备、气液分离罐、凝液回收箱、N2和CO2的分离提取系统、烟气干燥设备、储气设备及空气过滤器，所述余热回收设备具有供燃气锅炉和燃气轮机烟气输入的进气口，所述余热回收设备的出气口与气液分离罐的进气口连接，经所述气液分离罐分离出的凝液流入凝液回收箱备用，所述气液分离罐上设置有供多余烟气排出的排出口，所述气液分离罐的出气口分为两路并分别与N2和CO2的分离提取系统、烟气干燥设备的进气口连通，所述的储气设备包括空气储气设备、烟气储气设备、二氧化碳储气设备及氮气储气设备，经所述N2和CO2的分离提取系统后的二氧化碳输往二氧化碳储气设备存储，经所述N2和CO2的分离提取系统后的氮气输往氮气储气设备存储，经所述烟气干燥设备处理后的烟气输往烟气储气设备存储，所述空气过滤器具有供冷空气输入的进气口，所述空气过滤器的出气口与空气储气设备的进气口连接，所述储气设备的出气口分别与储藏室连通。
作为本发明的进一步改进，所述储气设备与各个储藏室之间的管道上分别设置有氧含量检测装置、二氧化碳含量检测装置及第一气体流量计，且所述空气储气设备、烟气储气设备、二氧化碳储气设备及氮气储气设备的输气管上分别设置有能调节相应气体流量大小的第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀及第四调节阀，上述第一调节阀用于氧含量检测装置信号反馈控制，上述第二调节阀及第四调节阀用于第一气体流量计信号反馈控制，第三调节阀用于二氧化碳含量检测信号反馈控制。
再改进，所述气液分离罐的输出管道上设置有第二气体流量计及能调节该管道上气体流量的第一调节风门，所述气液分离罐的排放管道出口设置有第二调节风门。
在上述方案中，所述气液分离罐的输出管道与N2和CO2的分离提取系统之间设置有第一增压风机，所述气液分离罐的输出管道与烟气干燥设备之间设置有第二增压风机。
作为优选，所述空气过滤器与空气储气设备之间设置有第三增压风机。
优选地，所述的余热回收设备至少包括有一级换热装置或二级换热装置。
优选地，所述烟气干燥设备为能调节烟气含水量的干燥机。
一种上述燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统的调配方法，其特征在于：
调节余热回收设备的热量回收量，使流出余热回收设备烟气温度略高于烟气的露点温度；
通过气液分离罐将烟气中的水蒸气分离出来，分离出的凝液回收至凝液回收箱备用，分离后的烟气自气液分离罐顶部流出，观察第二气体流量计，通过控制第一调节风门、第二调节风门控制回收烟气的烟气量；以满足不同储藏条件下所需惰性气体的烟气补充量，多余的烟气自排放管道出口排出；
分别在第一增压风机、第二增压风机的进气管道上设置第五、第六调节阀，并通过该第五、第六调节阀控制进入N2和CO2的分离提取系统、烟气干燥设备中的烟气流量比例，以满足各惰性气体的气量要求，同时，利用第一增压风机对进入N2和CO2的分离提取系统的烟气进行加压，压力满足本单元工艺和后续各系统用气的压力要求，利用第二增压风机对进入烟气干燥设备的烟气进行加压，压力满足本单元工艺和后续各系统用气的压力要求；
部分烟气经过N2和CO2的分离提取系统后将二氧化碳分离出来，这部分二氧化碳气体输往二氧化碳储气设备存储，剩余的气体为氮气，输往氮气储气设备存储；另一部分烟气为二氧化碳与氮气的混合气体，这部分气体经过烟气干燥设备干燥至含水量为-10％～10％的空气露点温度含水量，输往烟气储气设备存储；同时，冷空气经过空气过滤器过滤后通过第三增压风机加压至1～100KPa，输往空气储气设备存储；
观察第一气体流量计，根据氧含量检测装置、二氧化碳含量检测装置的参数控制各个支路的第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀及第四调节阀，调节各支路的参出气量和相应组分，以满足后续各用气储藏室的要求。
在上述方案中，通过控制第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀及第四调节阀使输入单个储藏室的混合气中氧气、二氧化碳、氮气的体积比为：(1～21):(1～100):(1～99)。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明提供了一种烟气回收利用的系统，由于用于气调仓储的气体温度为常温，而原始烟气的温度一般在90～250℃左右，因此，中间有大量温差需要消耗或利用，本发明设置了余热回收系统对烟气中的余热进行回收，回收的余热可用于加热锅炉给水、采暖供热介质、锅炉供风、装置用干燥介质、热泵循环介质等，提高了能源的利用率；接着对烟气进行气液分离，分离出的水蒸气凝液储存备用，大部分烟气进一步进行二氧化碳分离或干燥处理，并进入相应的储气设备存储，从而与空气配合用于储藏室内的物品保鲜，使烟气得到有效利用，扩大了传统惰性气体制取气体的组分调节范围，且无需设置单独的惰性气体产生设备，显著降低了气调仓储的运行成本；本发明的气调仓储方法直接将转化后的烟气用于气调仓储，有效利用了能源，节约了气调仓储的成本。同时将锅炉燃料燃烧后排出的二氧化碳气体回收利用，达到了较好的环保和社会效益。
附图说明
图1为本发明实施例的结构框图；
图2为图1的详细结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1、2所示，本发明实施例的燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统包括余热回收设备1、气液分离罐2、凝液回收箱9、N2和CO2的分离提取系统3、烟气干燥设备4、储气设备5及空气过滤器6，余热回收设备1具有供燃气锅炉和燃气轮机烟气100输入的进气口，余热回收设备1的出气口与气液分离罐2的进气口连通，经气液分离罐2分离出的水蒸气凝液流入凝液回收箱9备用，气液分离罐2上设置有供多余烟气排出的排出口21，气液分离罐2的出气口分为两路并分别与N2和CO2的分离提取系统3、烟气干燥设备4的进气口连通，储气设备5包括空气储气设备51、烟气储气设备52、二氧化碳储气设备53及氮气储气设备54，经N2和CO2的分离提取系统3后的二氧化碳输往二氧化碳储气设备53存储，经N2和CO2的分离提取系统3后的氮气输往氮气储气设备54存储，经烟气干燥设备4处理后的烟气输往烟气储气设备52存储，空气过滤器6具有供冷空气200输入的进气口，空气过滤器6的出气口与空气储气设备51的进气口连接，储气设备5的出气口分别与单个储藏室300连通。
储气设备5与储藏室300之间的管道上设置有氧含量检测装置101、二氧化碳含量检测装置102及第一气体流量计103，且空气储气设备51、烟气储气设备52、二氧化碳储气设备53及氮气储气设备54的输气管上分别设置有能调节相应气体流量大小的第一调节阀511、第二调节阀521、第三调节阀531及第四调节阀541。
气液分离罐2的输出管道上设置有第二气体流量计104及能调节该管道上气体流量的第一调节风门105，气液分离罐2与排出口21之间设置有第二调节风门106。气液分离罐2的输出管道与N2和CO2的分离提取系统3之间设置有第一增压风机107，气液分离罐2的输出管道与烟气干燥设备4之间设置有第二增压风机108。空气过滤器6与空气储气设备51之间设置有第三增压风机109。
在本实施例中，余热回收设备1为一级换热装置或二级换热装置；烟气干燥设备4为能调节烟气含水量的干燥机。
本实施例中燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统的调配方法为：
调节余热回收设备1的余热回收热量，使流出余热回收设备1的烟气温度略高于烟气的露点温度；
通过气液分离罐2将烟气中的水蒸气分离出来，分离出的凝液回收至凝液回收箱9备用，分离后的烟气自气液分离罐2顶部流出，观察第二气体流量计104，通过控制第一调节风门105、第二调节风门106的开度使第二气体流量计104的数值满足后续气调仓储气量的要求，多余的烟气自排出口21排出；
分别在第一增压风机107、第二增压风机108的进气管道上设置第五调节阀201、第六调节阀202，并通过该第五调节阀201、第六调节阀202控制进入N2和CO2的分离提取系统3、烟气干燥设备4中的烟气流量比可按照各个储气设备的备用储气量设定，同时，利用第一增压风机107对进入N2和CO2的分离提取系统3的烟气进行加压，压力满足本单元工艺和后续各系统用气的压力要求，利用第二增压风机108对进入烟气干燥设备4的烟气进行加压，压力满足本单元工艺和后续各系统用气的压力要求。
部分烟气经过N2和CO2的分离提取系统3后将二氧化碳分离出来，这部分二氧化碳气体输往二氧化碳储气设备53存储，剩余的气体为氮气，输往氮气储气设备54存储；另一部分烟气为二氧化碳与氮气的混合气体，这部分气体经过烟气干燥设备4干燥至含水量为-10％～10％的空气露点温度含水量，输往烟气储气设备52存储；同时，冷空气200经过空气过滤器6过滤后通过第三增压风机109加压至1～100KPa，输往空气储气设备51存储；
在每个调气支路，观察其第一气体流量计103，根据氧含量检测装置、二氧化碳含量检测装置的参数控制各个支路的第一调节阀511、第二调节阀521、第三调节阀531及第四调节阀541，使第一气体流量计103的数值、调节产出气量和相应组分满足后续各用气储藏室的要求，每个品种物料储藏室的对应一个调气支路，并使输入单个储藏室300的混合气中氧气、二氧化碳、氮气的体积比为：(1～21):(1～100):(1～99)，具体氧气、二氧化碳、氮气的体积比可根据不用仓储物品种类需求进行更加细致的控制调节。
在本实施例中，由于用于气调仓储的气体温度为常温，而原始烟气的温度一般在90～250℃左右，因此，中间有大量温差需要消耗或利用，本实施例设置了余热回收系统1对烟气中的余热进行回收，回收的余热可用于加热锅炉给水、采暖供热介质、锅炉供风、装置用干燥介质、热泵循环介质等，提高了能源的利用率；接着对烟气进行气液分离，分离出的水蒸气凝液储存备用，大部分烟气进一步进行二氧化碳分离或干燥处理，并进入相应的储气设备存储，从而与空气配合用于储藏室内的食物保鲜，使烟气得到有效利用，且无需设置单独的惰性气体产生设备，调配到各物品的保鲜用气体组分比例，显著降低了气调仓储的运行成本。

Claims (9)

1.一种燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统，其特征在于：包括余热回收设备、气液分离罐、凝液回收箱、N2和CO2的分离提取系统、烟气干燥设备、储气设备及空气过滤器，所述余热回收设备具有供燃气锅炉和燃气轮机烟气输入的进气口，所述余热回收设备的出气口与气液分离罐的进气口连接，经所述气液分离罐分离出的凝液流入凝液回收箱备用，所述气液分离罐上设置有供多余烟气排出的排出口，所述气液分离罐的出气口分为两路并分别与N2和CO2的分离提取系统、烟气干燥设备的进气口连通，所述的储气设备包括空气储气设备、烟气储气设备、二氧化碳储气设备及氮气储气设备，经所述N2和CO2的分离提取系统后的二氧化碳输往二氧化碳储气设备存储，经所述N2和CO2的分离提取系统后的氮气输往氮气储气设备存储，经所述烟气干燥设备处理后的烟气输往烟气储气设备存储，所述空气过滤器具有供冷空气输入的进气口，所述空气过滤器的出气口与空气储气设备的进气口连接，所述储气设备的出气口分别与储藏室连通。
2.根据权利要求1所述的燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统，其特征在于：所述储气设备与储藏室之间的管道上设置有氧含量检测装置、二氧化碳含量检测装置及第一气体流量计，且所述空气储气设备、烟气储气设备、二氧化碳储气设备及氮气储气设备的输气管上分别设置有能调节相应气体流量大小的第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀及第四调节阀。
3.根据权利要求2所述的燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统，其特征在于：所述气液分离罐的输出管道上设置有第二气体流量计及能调节该管道上气体流量的第一调节风门，所述气液分离罐与排出口之间设置有第二调节风门。
4.根据权利要求3所述的燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统，其特征在于：所述气液分离罐的输出管道与N2和CO2的分离提取系统之间设置有第一增压风机，所述气液分离罐的输出管道与烟气干燥设备之间设置有第二增压风机。
5.根据权利要求4所述的燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统，其特征在于：所述空气过滤器与空气储气设备之间设置有第三增压风机。
6.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统，其特征在于：所述的余热回收设备包括有一级换热装置或二级换热装置。
7.根据权利要求1～5中任一权利要求所述的燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统，其特征在于：所述烟气干燥设备为能调节烟气含水量的干燥机。
8.一种权利要求5所述燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统的调配方法，其特征在于：
调节余热回收设备的回收余热量，使流出余热回收设备烟气温度略高于烟气的露点温度；
通过气液分离罐将烟气中的水蒸气分离出来，分离出的凝液回收至凝液回收箱备用，分离后的烟气自气液分离罐顶部流出，观察第二气体流量计，通过控制第一调节风门、第二调节风门的开度使第二气体流量计的数值满足各气调仓储单元用气量的要求，多余的烟气自排出口排出；
分别在第一增压风机、第二增压风机的进气管道上设置第五、第六调节阀，并通过该第五、第六调节阀控制进入N2和CO2的分离提取系统、烟气干燥设备中的烟气流量比例，以满足各惰性气体的气量要求，同时，利用第一增压风机对进入N2和CO2的分离提取系统的烟气进行加压，压力满足本单元工艺和后续各系统用气的压力要求，利用第二增压风机对进入烟气干燥设备的烟气进行加压，压力满足本单元工艺和后续各系统用气的压力要求；
部分烟气经过N2和CO2的分离提取系统后将二氧化碳分离出来，这部分二氧化碳气体输往二氧化碳储气设备存储，剩余的气体为氮气，输往氮气储气设备存储；另一部分烟气为二氧化碳与氮气的混合气体，这部分气体经过烟气干燥设备干燥至含水量为-10℃～10℃的空气露点温度含水量，输往烟气储气设备存储；同时，冷空气经过空气过滤器过滤后通过第三增压风机加压至1～100KPa，输往空气储气设备存储；
在每个调气支路，观察其第一气体流量计，根据氧含量检测装置、二氧化碳含量检测装置的参数控制各个支路的第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀及第四调节阀，调节产出气量和相应组分，以满足后续各用气储藏室的要求。
9.根据权利要求8所述的燃气锅炉和燃气轮机烟气用于气调仓储的系统的调配方法，其特征在于：通过控制第一调节阀、第二调节阀、第三调节阀及第四调节阀使输入单个储藏室的混合气中氧气、二氧化碳、氮气的体积比为：(1～21):(1～100):(1～99)。
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