CN105423289B - 一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其包括主燃烧设备用于烟气外循环的回流烟道、吸入空气的新风道以及混合回流烟气、空气的混风器，混风器经过混合风道与主燃烧设备连接，其还包括对进入主燃烧设备的助燃风进行加热的预加热设备。本发明还涉及一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝方法。本发明解决了目前利用烟气外循环技术的燃烧系统普遍存在因烟气温度降低产生冷凝，造成主燃烧器和鼓风机潮湿或积水，带来电器短路、腐蚀等不良后果，对主燃烧器和鼓风机的正常工作造成影响，甚至损坏燃烧器的问题；确保燃烧设备及烟气外循环系统的运行稳定可靠。

Description

一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统和方法
技术领域
本发明涉及燃烧系统节能减排技术，具体是一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统和方法。
背景技术
随着我国对氮氧化物排放的标准日益严格，燃烧设备(锅炉、工业炉窑、燃气内燃机、燃气透平等，下同)的低氮燃烧技术以及控制氮氧化物技术迅速发展，目前主要采用的技术分为四大类：分级燃烧、烟气内循环、预混式燃烧、烟气外循环。其中，分级燃烧、烟气内循环、预混式燃烧都需要更换燃烧器，对于新上燃烧设备可以采用此类方法，但是对于目前数量庞大的在用燃烧设备，因为更换燃烧器的高昂成本以及由于燃烧设备本体结构的限制导致控制氮氧化物的效果不尽人意。因此，对于在用燃烧设备的降低氮氧化物一般采用烟气外循环方案，即将部分烟气从排烟道引回燃烧室，以降低燃烧室温度，从而减少排烟中热力型的氮氧化合物含量的方案。
由于烟气外循环方式需要将部分烟气回流与空气混合，高温烟气与冷空气混合后温度将大幅下降，产生冷凝。即使在烟气与空气混合产生冷凝的地方及时排出了冷凝水，但是，由于混合后的助燃风湿度依然是饱和的，在进入燃烧器前的管道中仍然会发生再次冷凝，因此，若不对混合后的助燃风进行除湿处理，必将造成主燃烧器和鼓风机内部潮湿、积水，带来电器短路、腐蚀等后果，对主燃烧器和鼓风机的正常工作造成影响，缩短燃烧器使用寿命，甚至会损坏燃烧器。
目前的烟气外循环降低氮氧化物含量的系统，都没有解决由于烟气冷凝，冷凝水被助燃风带入燃烧器，对燃烧器的正常工作及寿命造成巨大影响的问题。基于以上原因，现在的烟气外循环控制烟气氮氧化物含量的系统亟待改进，才能确保上述系统及燃烧设备安全稳定运行。
发明内容
本发明的目的在于提供一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统和方法，旨在解决目前利用烟气外循环技术的燃烧系统普遍存在因烟气温度降低产生冷凝的问题。
本发明的技术方案如下：
一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其包括主燃烧设备用于烟气外循环的回流烟道、吸入空气的新风道以及混合回流烟气、空气的混风器，混风器经过混合风道与主燃烧设备连接，其还包括对进入主燃烧设备的助燃风进行加热的预加热设备。
进一步的，所述预加热设备设置在回流烟道、新风道、混风器和混合风道上的一处或多处，在位于主燃烧设备的回流烟气引出口与预加热设备之间的一段回流烟道中设置有冷凝器，冷凝器具有向回流烟道外排水的结构。
进一步的，所述预加热设备是采用热介质间接加热的换热设备，所述热介质包括高温水、高温蒸汽和传热件中的一种或多种。
进一步的，所述预加热设备为采用高温火焰直接加热的燃烧设备，预加热设备包括具有烧嘴和进风口的预加热燃烧器及其所在的燃烧室，预加热燃烧器连接有燃料管道。
进一步的，所述混合风道上设置有预加热燃烧器，预加热设备的燃烧室的烟气出口端与混合风道连通，混风器连接在回流烟道与混合风道之间，回流烟道上设置有烟气回流量调节阀，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。
进一步的，所述混风器上设置有预加热燃烧器，预加热设备的燃烧室的烟气出口端位于混风器内，混风器连接在回流烟道与混合风道之间，回流烟道上设置有烟气回流量调节阀，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。
进一步的，所述回流烟道上设置有预加热燃烧器和烟气回流量调节阀，预加热设备的燃烧室的烟气出口端与回流烟道连通，混风器连接在回流烟道与混合风道之间，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。
进一步的，所述新风道上设置有预加热燃烧器，预加热设备的燃烧室的烟气出口端与新风道连通，混风器连接在回流烟道与混合风道之间，回流烟道上设置有烟气回流量调节阀，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。
更进一步的，预加热燃烧器为不具有鼓风机的大气式引射燃烧器或者为具有鼓风机的强制鼓风式燃烧器。
本发明还公开了一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝方法，其对回流烟气进行冷凝除水后，再对空气、回流烟气或两者混合后的助燃风进行加热，所述加热方式采取直接加热或间接加热，加热功率根据主燃烧设备的负荷和/或助燃风的温度进行实时自动调整，使进入主燃烧设备的助燃风温度高于水蒸汽的冷凝温度。
本发明的系统在现有利用烟气外循环技术来控制氮氧化物排放的主燃烧设备的基础上，增加预加热设备以对进入主燃烧设备的助燃风进行加热，解决因烟气回流遇冷后造成冷凝，造成主燃烧器和鼓风机潮湿或积水，带来电器短路、腐蚀等不良后果，对主燃烧器和鼓风机的正常工作造成影响，甚至损坏燃烧器的问题；确保燃烧设备及烟气外循环系统的运行稳定可靠。并在助燃风进行加热前，采用冷凝器对回流烟气进行冷凝除水，降低助燃风中水蒸汽的含量。
本发明的方法，通过回流烟气进行冷凝并对助燃风进行加热，并根据检测主燃烧器的负荷以及加热后的助燃风温度，控制加热功率，提升了助燃风的温度，降低助燃风中水蒸汽的饱和度，杜绝了助燃风发生冷凝的问题，保证烟气外循环系统在有效控制氮氧化物的同时，不影响燃烧器的稳定运行，不影响燃烧器的使用寿命，保护主燃烧器的运行安全。
附图说明
图1为本发明的预加热设备为强制鼓风型燃烧器时的结构示意图；
图2为本发明的预加热设备为大气式引射燃烧器时的结构示意图；
图3为本发明的预加热设备直接加热助燃风的示意图；
图4为本发明的换热设备间接加热助燃风的一种实施例的示意图；
图5为本发明的换热设备间接加热助燃风的另一种实施例的示意图；
图6为本发明的预加热设备在混合风道上的安装示意图；
图7为本发明的预加热设备在混风器上的安装示意图；
图8为本发明的预加热设备在回流烟道上的安装示意图；
图9为本发明的预加热设备在新风道上的安装示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其包括主燃烧设备用于烟气外循环的回流烟道4、吸入空气的新风道3以及混合回流烟气、空气的混风器2，混风器2经过混合风道5与主燃烧设备连接，在此基础上，本系统新增对进入主燃烧设备的助燃风进行加热的预加热设备1。助燃风由回流烟气与空气混合后形成，因而，可以对只对回流烟气加热，使混合后的助燃风达到相应温度；也可以是对从新风道3吸入的空气进行加热，使混合后的助燃风达到相应温度；还可以是直接加热混合风道5中的助燃风，这里都视为对最终的助燃风有加热，提高了助燃风的温度，避免助燃风中的水蒸汽冷凝。
所述预加热设备1设置在回流烟道4、新风道3、混风器2和混合风道5上的一处或多处，以选择不同的加热位置，甚至是同时在几个加热位置上进行加热，以使进入主燃烧设备的主燃烧器的助燃风的温度满足要求，既不发生冷凝，也不超温，保护燃烧器的安全稳定运行。为进一步杜绝助燃风发生冷凝，在位于主燃烧设备的回流烟气引出口与预加热设备1之间的一段回流烟道4中设置有冷凝器7，对回流烟气先进行冷凝除水，将冷凝水通过其排水结构排到回流烟道4外。
本发明的预加热设备对介质的加热方式有两种：一种是直接加热，如图3所示的燃烧设备；一种是间接加热，如图4和图5所示的换热设备15。
图3中，预加热设备1包括具有烧嘴和进风口的预加热燃烧器12及其所在的燃烧室11，预加热燃烧器12连接有燃料管道，预加热燃烧器12在燃烧室11中燃烧，燃烧的高温火焰及产生的高温烟气在主燃烧设备的混合室13处直接与待加热的空气、回流烟气或上述两者混合后的助燃风混合，达到提高待加热的空气、回流烟气或两者混合后的助燃风的温度的目的。预加热设备1的负荷通过燃料调节阀14调节，燃料调节阀14受主燃烧器6的负荷及进入主燃烧器6的助燃风的温度控制。
图4中，采用的是高温水、高温蒸汽一类的热介质进行换热。用于加热的高温水、高温蒸汽等经管道流经换热设备15与待加热的空气、回流烟气或上述两者混合后的助燃风进行热交换，达到提高待加热的空气、回流烟气或上述两者混合后的助燃风的温度的目的。并在高温水、高温蒸汽流经的管道上安装加热负荷调节阀8，加热负荷调节阀8受制于主燃烧器6的负荷及进入主燃烧器6的介质的温度。
图5中，采用将预加热燃烧器12所在的燃烧室11作为换热的传热件。预加热燃烧器12在燃烧室11中燃烧，燃烧的高温火焰及产生的高温烟气通过换热设备15与待加热的空气、回流烟气或上述两者混合后的助燃风混合，达到提高待加热的空气、回流烟气或上述两者混合后的助燃风的温度的目的。预加热燃烧器12的负荷通过燃料调节阀14调节，燃料调节阀14受控于主燃烧器6的负荷及进入主燃烧器6的介质的温度。
根据加热位置的不同共有四种方式：1、在混合风道5上加热混合后的助燃风；2、在混风器2内加热混合后的助燃风；3、在回流烟道4上加热回流烟气；4、在新风道3上加热进入混风器的空气。四种加热位置的最终效果都是为了提高进入主燃烧器6的助燃风的温度。
根据加热位置及介质的不同，有以下四种安装结构：
结构一：在混合风道5上加热，如图6所示。
所述混合风道5上设置有预加热燃烧器12，预加热设备1的燃烧室11的烟气出口端与混合风道5连通，混风器2连接在回流烟道4与混合风道5之间，回流烟道4上设置有烟气回流量调节阀，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。回流烟气在引出后先进入冷凝器7冷凝，在冷凝器7上设置有冷凝水的排水结构，冷凝后的回流烟气通过回流烟道4进入混风器2中，空气通过新风道3进入混风器2，回流烟气与空气在混风器2中混合、冷凝，冷凝水在混风器2中排出，混合后的助燃风在混合风道5中被预加热设备1加热，预加热设备1根据主燃烧器6的负荷以及进入主燃烧器6的助燃风的温度两个量调节加热功率，确保进入主燃烧器6的助燃风温度适中，即不发生冷凝损坏主燃烧器6，也不会因温度过高损坏主燃烧器6。
结构二：在混风器2中加热，如图7所示。
所述混风器2上设置有预加热燃烧器12，预加热设备1的燃烧室11的烟气出口端位于混风器2内，混风器1连接在回流烟道4与混合风道5之间，回流烟道4上设置有烟气回流量调节阀，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。回流烟气在引出后先进入冷凝器7冷凝，在冷凝器7上设置有冷凝水的排水结构，冷凝后的回流烟气通过回流烟道4进入混风器2中，空气通过新风道3进入混风器2，回流烟气与空气在混风器2中混合、冷凝，冷凝水在混风器2中排出，预加热设备1直接安装在混风器2内，在混风器2中将混合的助燃风加热，预加热设备1根据主燃烧器6的负荷以及进入主燃烧器6的助燃风的温度两个量调节加热功率，确保进入主燃烧器6的助燃风温度适中，即不发生冷凝损坏主燃烧器6，也不会因温度过高损坏主燃烧器6。
结构三：在回流烟道4上加热，如图8所示。
所述回流烟道4上设置有预加热燃烧器12和烟气回流量调节阀，预加热设备1的燃烧室11的烟气出口端与回流烟道4连通，混风器2连接在回流烟道4与混合风道5之间，新风道3连接在混风器2上，新风道3上设置有风量调节阀。回流烟气在引出后先进入冷凝器7冷凝，在冷凝器7上设置有冷凝水的排水结构，冷凝后的回流烟气进入混风器2前，经过预加热设备1加热后的回流烟气再进入混风器2中，空气通过新风道3进入混风器2，回流烟气与空气在混风器2中混合，混合后的助燃风进入主燃烧器6参与燃烧，预加热设备1根据主燃烧器6的负荷以及进入主燃烧器6的助燃风的温度两个量调节加热量，确保进入主燃烧器6的助燃风温度适中，即不发生冷凝损坏主燃烧器6，也不会因温度过高损坏主燃烧器6。
结构四：在新风道3上加热，如图9所示。
所述新风道3上设置有预加热燃烧器12，预加热设备1的燃烧室11的烟气出口端与新风道3连通，混风器2连接在回流烟道4与混合风道5之间，回流烟道4上设置有烟气回流量调节阀，新风道3连接在混风器2上，新风道3上设置有风量调节阀。回流烟气在引出后先进入冷凝器7冷凝，在冷凝器7上设置有冷凝水的排水结构，冷凝后的回流烟气通过回流烟道4进入混风器2中，空气在新风道3内先经过预加热设备进行加热，加热后的空气再进入混风器2，回流烟气与空气在混风器2中混合，混合后的助燃风进入主燃烧器6参与燃烧，预加热设备1根据主燃烧器6的负荷以及进入主燃烧器6的助燃风的温度两个量调节加热量，确保进入主燃烧器6的助燃风温度适中，即不发生冷凝损坏主燃烧器6，也不会因温度过高损坏主燃烧器6。
本发明的预加热设备1包括但不限于带鼓风机17的强制鼓风型燃烧器(图1)、不带鼓风机的大气式引射燃烧器(图2)等形式。图1中，预加热设备1的燃料管道上安装有燃料调节阀14，其鼓风机17的进风口安装有风门调节挡板16。图2中，预加热设备1的燃料管道上安装有燃料调节阀14，其进风口安装有风门调节挡板16。这些设置用于调节预加热设备1的负荷。
总之，针对不同的主燃烧设备类型以及不同的预加热设备类型，可以先对回流烟气进行冷凝，后选择直接加热或间接加热方式，也可以选择不同的加热位置，甚至是同时在几个加热位置上进行加热，以达到进入燃烧器的助燃风温度满足要求，既不发生冷凝，也不超温，保护燃烧器的安全稳定运行。
本发明还公开了一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝方法，其对进入主燃烧设备的助燃风进行直接或间接加热，加热功率根据主燃烧设备的负荷和/或助燃风的温度进行实时自动调整，使助燃风的温度高于水蒸汽的冷凝温度。主燃烧设备为锅炉、工业炉窑等设备，这些设备具有烟气外循环系统，用于控制烟气氮氧化物的含量。

Claims (9)

1.一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，包括主燃烧设备用于烟气外循环的回流烟道、吸入空气的新风道以及混合回流烟气、空气的混风器，混风器经过混合风道与主燃烧设备连接，其特征在于：还包括对进入主燃烧设备的助燃风进行加热的预加热设备；所述预加热设备设置在回流烟道、新风道、混风器和混合风道上的一处或多处，在位于主燃烧设备的回流烟气引出口与预加热设备之间的一段回流烟道中设置有冷凝器，冷凝器具有向回流烟道外排水的结构。
2.根据权利要求1所述的烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其特征在于：所述预加热设备是采用热介质间接加热的换热设备，所述热介质包括高温水、高温蒸汽和传热件中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其特征在于：所述预加热设备为采用高温火焰直接加热的燃烧设备，预加热设备包括具有烧嘴和进风口的预加热燃烧器及其所在的燃烧室，预加热燃烧器连接有燃料管道。
4.根据权利要求3中所述的烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其特征在于：所述混合风道上设置有预加热燃烧器，预加热设备的燃烧室的烟气出口端与混合风道连通，混风器连接在回流烟道与混合风道之间，回流烟道上设置有烟气回流量调节阀，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。
5.根据权利要求3所述的烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其特征在于：所述混风器上设置有预加热燃烧器，预加热设备的燃烧室的烟气出口端位于混风器内，混风器连接在回流烟道与混合风道之间，回流烟道上设置有烟气回流量调节阀，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。
6.根据权利要求3所述的烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其特征在于：所述回流烟道上设置有预加热燃烧器和烟气回流量调节阀，预加热设备的燃烧室的烟气出口端与回流烟道连通，混风器连接在回流烟道与混合风道之间，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。
7.根据权利要求3所述的烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其特征在于：所述新风道上设置有预加热燃烧器，预加热设备的燃烧室的烟气出口端与新风道连通，混风器连接在回流烟道与混合风道之间，回流烟道上设置有烟气回流量调节阀，新风道连接在混风器上，新风道上设置有风量调节阀。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的烟气外循环燃烧设备的防冷凝系统，其特征在于：预加热燃烧器为大气式引射燃烧器或者为强制鼓风式燃烧器。
9.一种烟气外循环燃烧设备的防冷凝方法，其特征在于：对回流烟气进行冷凝除水后，再对空气、回流烟气或两者混合后的助燃风进行加热，所述加热方式采取直接加热或间接加热，加热功率根据主燃烧设备的负荷和/或助燃风的温度进行实时自动调整，使进入主燃烧设备的助燃风温度高于水蒸汽的冷凝温度。
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