CN105546821A - 一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置 - Google Patents

一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置，包括固定架、气水换热器、气气换热器、进气装置、空气容纳腔和冷凝水收集装置，固定架固定在靠近供热系统装置的地面上，气水换热器、气气换热器、进气装置依次固定在固定架上，冷凝水收集装置与进气装置通过管路连接在一起；外界空气从进气装置中进入依次流经气气换热器、空气容纳腔后进入空气供应装置；排烟装置通过管路与气水换热器相连通，锅炉中排出的烟气先后进入气水换热器和气气换热器后排入大气中。本发明有效改善空气质量，使物料燃烧更为充分，充分利用燃气燃烧带来的化学能，从而有效降低水蒸气及氮氧化物的排放，节能环保。

Description

一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置
技术领域
本发明涉及供热行业的燃气锅炉和工业领域的燃气锅炉，属建筑供暖行业应用范畴，尤其涉及一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置。
背景技术
燃气锅炉湿烟气中的冷凝及氮氧化物NOx的生成是一个复杂的传热传质过程，既不同于含不凝气体的蒸汽冷凝，也不同于含微量水蒸气的空气中水蒸气的冷凝。对于天然气，主要成分是甲烷(CH4)，属于高氢燃料，在理论空气量下，烟气中水蒸气容积量高过20％，每标立方米天然气燃烧后的烟气中水蒸气质量约为1.55kg左右，携带约3640KJ的热量，如果不将湿烟气中水蒸气的气化潜热加以利用，天然气的11％的高位发热值也随湿烟气排入环境中，导致宝贵的能源严重浪费。此外，凝结水还可以吸收部分氮氧化物。氮氧化物生成与空气过剩系数有关，低氧燃烧、优化助燃空气与燃气的比例调节，提高燃烧效率，还能降低氮氧化物NOx的生成，减少污染物排放。
冬季民生供暖是不可避免的社会现象，供暖带来的空气污染现象也日趋严重，如何治理这些“雾霾”，改善空气质量，使物料燃烧更为充分，充分利用天然气的化学能，从而降低水蒸气及氮氧化物的排放是非常迫切而重要的一个问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种针对燃气锅炉供暖系统的减雾减霾热能回收装置，该装置可以有效改善空气质量，使物料燃烧更为充分，充分利用天然气的化学能，从而降低水蒸气及氮氧化物的排放。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置，该回收装置安装在锅炉的供热系统装置上，所述供热系统装置包括排烟装置、空气供应装置和供水回流装置，该回收装置包括固定架、气水换热器、气气换热器、进气装置、空气容纳腔和冷凝水收集装置，
所述固定架固定在靠近所述供热系统装置的地面上，所述气水换热器、气气换热器、进气装置依次固定在所述固定架上，所述冷凝水收集装置与所述进气装置通过管路连接在一起；所述气水换热器上设有水流通道和气流通道，所述气气换热器上设有烟气通道和空气通道；所述气流通道和所述烟气通道相通，所述进气装置与所述空气通道相连通；所述供水回流装置与所述气水换热器中的水流通道相连通；所述空气容纳腔安装在所述空气供应装置的空气入口处，所述进气装置和所述空气容纳腔通过管路相连通，外界空气从进气装置中进入依次流经气气换热器、空气容纳腔后进入空气供应装置；所述排烟装置通过管路与所述气水换热器相连通，锅炉中排出的烟气先后进入所述气水换热器和所述气气换热器后排入大气中。
本发明的有益效果是：有效改善空气质量，使物料燃烧更为充分，充分利用天然气的化学能，从而降低水蒸气及氮氧化物的排放。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进：
进一步，所述排烟装置包括第一烟管道和排烟管，所述第一烟管道的下端安装在所述锅炉的顶部，所述第一烟管道的上端与所述排烟管相连通，所述第一烟管道上安装有用于控制排烟量的第一烟气蝶阀；所述排烟管竖直设置地面上，所述排烟管顶端设有排烟口；
所述空气供应装置包括燃烧机和第二进气管道，所述燃烧机安装在所述锅炉侧面下部，所述第二进气管道一端与所述燃烧机相连通，其另一端伸出室外暴露在空气中形成空气入口，所述第二进气管道上靠近所述空气入口处安装有锅炉鼓风机；
所述供水回流装置包括提供回流水的第一供水管、第二供水管和用于送出回流水的第三供水管，所述气水换热器的所述水流通道上设有水流通道入口和水流通道出口，所述第一供水管与所述水流通道入口相连接，所述第二供水管一端与所述水流通道出口相连接，其另一端与所述锅炉相连接；所述第三供水管的一端安装在所述锅炉的侧壁上。
进一步，所述第一烟管道和所述气水换热器通过第二烟道管相连通，所述气水换热器的所述气流通道上设有气流通道入口和气流通道出口，所述第二烟道管一端安装在所述气流通道入口上，另一端安装在所述第一烟气蝶阀和所述锅炉之间的所述第一烟管道上；所述第二烟道管靠近所述气水换热器的一端上安装有烟气引风机，其另一端安装有第二烟气蝶阀；所述气流通道出口与所述烟气通道相连通。
进一步，所述气气换热器和所述排烟管之间通过第三烟道管相连通，所述烟气通道上设有烟气通道入口和烟气通道出口，所述烟气通道入口与所述气流通道出口相连通，所述第三烟道管一端安装在所述烟气通道出口上，另一端安装在所述排烟管上。
进一步，所述进气装置内部中空，其侧面上部设有进气口，所述进气装置侧面下部通过第一进气管道与所述空气容纳腔相连通，所述第一进气管道靠近所述进气装置处安装有空气引风机；所述气气换热器的所述空气通道上设有空气通道入口和空气通道出口，所述进气口与所述空气通道入口相连通。
进一步，所述固定架包括支座和操作平台，所述支座固定在靠近所述供热系统装置的地面上，所述气水换热器、所述气气换热器和所述进气装置自上而下依次固定在所述支座上，所述操作平台为竖直设置的扶梯，所述操作平台安装在所述支座的侧壁上。
采用上述进一步方案的有益效果是:
(1)利用低温的空气及低温的采暖回水、降低排烟温度，一般排烟温度每降15℃，约提锅炉效率1％，节约天然气耗量，锅炉节能率≥5.2％。
(2)利用低温的空气降低锅炉排烟中湿蒸汽对空排放量，一般1立方米CH4燃烧生成1.55KG水蒸汽或3640KJ潜热，减少排烟中废水蒸汽(雾)50％，减少大气上空“丰富水汽”源。
(3)冷凝水利用，用于系统补水。
(4)利用低氧燃烧，废气回流混烧，降低炉膛燃烧温度，抑制氧化物的生成，减少70％的氮氧化合物，即雾霾的主要成分，广泛应用可有效减轻大气雾霾现象，综合利用了能源，环保节能。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明作用原理示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、燃烧机，2、锅炉，3、第一烟气蝶阀，4、第二烟管道，5、第二供水管，6、空气引风机，7、锅炉鼓风机，8、操作平台，9、气水换热器9，10、支座，11、气气换热器，12、冷凝水收集装置，13、第三烟管道，14、进气口，15、排烟管，16、烟气引风机，17、第一供水管，18、进气装置，19、空气容纳腔，20、冷凝管道，21、第一烟管道，22、第二烟气蝶阀，23、墙壁，24、进氧口，25、第二进气管道，26、第一进气管道，27、第三供水管。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所示，一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置，该回收装置安装在锅炉2的供热系统装置上，所述供热系统装置包括排烟装置、空气供应装置和供水回流装置，该回收装置包括固定架、气水换热器9、气气换热器11、进气装置18、空气容纳腔19和冷凝水收集装置12，
所述固定架固定在靠近所述供热系统装置的地面上，所述气水换热器9、气气换热器11、进气装置18依次固定在所述固定架上，所述冷凝水收集装置12与所述进气装置18通过管路连接在一起；所述气水换热器9上设有水流通道和气流通道，所述气气换热器11上设有烟气通道和空气通道；所述气流通道和所述烟气通道相通，所述进气装置18与所述空气通道相连通；所述供水回流装置与所述气水换热器9中的水流通道相连通；所述空气容纳腔19安装在所述空气供应装置的空气入口24处，所述进气装置18和所述空气容纳腔19通过管路相连通，外界空气从进气装置18中进入依次流经气气换热器11、空气容纳腔19后进入空气供应装置；所述排烟装置通过管路与所述气水换热器9相连通，锅炉2中排出的烟气先后进入所述气水换热器9和所述气气换热器11后排入大气中。
所述排烟装置包括第一烟管道21和排烟管15，所述第一烟管道21的下端安装在所述锅炉2的顶部，所述第一烟管道21的上端与所述排烟管15相连通，所述第一烟管道21上安装有用于控制排烟量的第一烟气蝶阀3；所述排烟管15竖直设置地面上，所述排烟管15顶端设有排烟口；
所述空气供应装置包括燃烧机1和第二进气管道25，所述燃烧机1安装在所述锅炉2侧面下部，所述第二进气管道25一端与所述燃烧机1相连通，其另一端伸出室外暴露在空气中形成空气入口24，所述第二进气管道25上靠近所述空气入口24处安装有锅炉鼓风机7；
所述供水回流装置包括提供回流水的第一供水管17、第二供水管5和用于送出回流水的第三供水管27，所述气水换热器9的所述水流通道上设有水流通道入口和水流通道出口，所述第一供水管17与所述水流通道入口相连接，所述第二供水管5一端与所述水流通道出口相连接，其另一端与所述锅炉2相连接；所述第三供水管27的一端安装在所述锅炉2的侧壁上。
所述第一烟管道21和所述气水换热器9通过第二烟道管4相连通，所述气水换热器9的所述气流通道上设有气流通道入口和气流通道出口，所述第二烟道管4一端安装在所述气流通道入口上，另一端安装在所述第一烟气蝶阀3和所述锅炉2之间的所述第一烟管道21上；所述第二烟道管4靠近所述气水换热器9的一端上安装有烟气引风机16，其另一端安装有第二烟气蝶阀22；所述气流通道出口与所述烟气通道相连通。
所述气气换热器11和所述排烟管15之间通过第三烟道管13相连通，所述烟气通道上设有烟气通道入口和烟气通道出口，所述烟气通道入口与所述气流通道出口相连通，所述第三烟道管13一端安装在所述烟气通道出口上，另一端安装在所述排烟管15上。
所述进气装置18内部中空，其侧面上部设有进气口14，所述进气装置18侧面下部通过第一进气管道26与所述空气容纳腔19相连通，所述第一进气管道26靠近所述进气装置18处安装有空气引风机6；所述气气换热器11的所述空气通道上设有空气通道入口和空气通道出口，所述进气口14与所述空气通道入口相连通。
所述固定架包括支座10和操作平台8，所述支座10固定在靠近所述供热系统装置的地面上，所述气水换热器9、所述气气换热器11和所述进气装置18自上而下依次固定在所述支座10上，所述操作平台8为竖直设置的扶梯，所述操作平台8安装在所述支座10的侧壁上。
本发明的技术原理：燃气锅炉湿烟气中的冷凝及氮氧化物NOx的生成是一个复杂的传热传质过程，既不同于含不凝气体的蒸汽冷凝，也不同于含微量水蒸气的空气中水蒸气的冷凝。对于天然气，主要成分是甲烷(CH4)，属于高氢燃料，在理论空气量下，烟气中水蒸气容积量高过20％，每标立方米天然气燃烧后的烟气中水蒸气质量约为1.55kg左右，携带约3640KJ的热量，如果不将湿烟气中水蒸气的气化潜热加以利用，天然气的11％的高位发热值也随湿烟气排入环境中，导致宝贵的能源严重浪费。此外，凝结水还可以吸收部分氮氧化物。
氮氧化物生成与空气过剩系数有关，低氧燃烧、优化助燃空气与燃气的比例调节，提高燃烧效率，还能降低氮氧化物NOx的生成，减少污染物排放。在这原理的指导下，结合各类燃气锅炉系统的实际情况，原则上采取如下设计研究步骤：
第一步，利用供暖系统的低温(60摄氏度以下)回水，降低排烟温度，吸收烟气中的显热；
第二步，利用部分回水及低温冷空气，降低排烟温度，至40摄氏度左右，吸收烟气中的部分显热及冷凝潜热(即天然气的高位发热值)；
第三步，在锅炉排烟出口处，增设氧化锆测点，随时调整烟气中O2含量，降低氮氧化物NOx排放量及其它参数。
该技术为独创技术，是一种先进的节能降耗、环保装置。使用该技术可直接安装在锅炉排烟装置处，可以在不需要消耗更多的能源的前提下，达到预期的效果；也适用于工业领域中的燃气锅炉，前景广阔，节能和环保效益显著。
本发明的工作原理和工作过程：如图2所示，在不安装本发明回收装置时，燃料燃烧产生的废气通过第一烟管道21进入排烟管15直接排进大气，在图中t1代表了直接排放的烟气走向，直接排放的废气中仍有一部分热量，这样既污染空气会不利于热量的完全利用；安装本发明回收装置后，第一烟气蝶阀3关闭，废气无法直接进入排烟管15，而是通过第二烟管道4依次进入气水换热器9、气气换热器11中，再通过第三烟管道13进入排烟管15，从排烟口排出，图2中t2代表了此时烟气的走向，这样的设计使废气的热量保留在了气水换热器9、气气换热器11中；
图2中K代表了新鲜空气的流动方向，新鲜空气通过进气装置18的进气口14进入，通过空气通道入口进入气气换热器11中，并从空气通道出口流出重新回到进气装置18中，将新鲜空气在气气换热器11中吸收了废气的部分热量，温度有所提高，空气引风机6工作将加热过的新鲜空气引导进入空气收纳腔19备用，燃烧机1工作时，锅炉鼓风机7引导空气收纳腔19中的空气通过第二进气管道25进入燃烧机1以供燃烧，这样的设计使外界的冷空气经过加热，能源利用效率提高，节能环保；
图2中T2代表了回流水的走向，来自第一供水管17的回流水经过气水换热器9加热后，通过第二供水管5进入锅炉2中进行充分加热，充分加热后的回流水通过第三供水管27进入供暖系统中，这样的设计不仅利用了废气的热能，也降低了加热回流水消耗的能源，充分利用能源，环保清洁；
图2中冷凝水收集装置12将进气装置中残留的冷凝水收集起来以重复利用，节约水能源。
下面通过相关测试实验来对本发明作进一步的解释说明：
1.检验项目：锅炉烟气中NOX排放浓度；
燃烧设备名称：燃天然气热水锅炉(10#炉)，投运日期为2015年；
燃烧设备型号(编号)：WNS14-1.6/130/70/Q(13)，烟囱高度为25m；
检验依据：HJ/T57-2000《固定污染源排气中二氧化硫的测定定电位电解法》；《空气和废气监测分析方法(第四版增补版)》；
检验仪器：德国MRUGmBH(013877)
检验工况：减雾减霾热能回收装置正常运行，燃烧设备运行负荷80％；
测验结果如下图所示：
序号 测试项目 单位 测算结果 数据来源
1 测点烟气温度 ℃ 43 测试
2 烟气含氧量 ％ 2.5 测试
3 过剩空气系数α’ / 1.1 计算
4 实测氮氧化物排放浓度 mg/m3 48 计算
5 折算氮氧化物排放浓度 mg/m3 44 计算
试验结果分析：烟气余热得到了很好的利用，排放的氮氧化物浓度符合标准并优于同行业规定标准。
2.检验项目：锅炉节能改造实际效果；
燃烧设备名称：燃天然气热水锅炉(10#炉)，投运日期为2015年；
燃烧设备型号(编号)：WNS14-1.6/130/70/-YQ；
试验目的：对比测试锅炉节能减排改造前后热工性能，验证该锅炉节能改造实际效果；
实验说明：
(1)本次实验参照GB/T10180-2003《工业锅炉热工性能实验规程》进行，用正反平衡法测定锅炉热效率，测试结果以正平衡效率和反平面效率平均值为准。
(2)设备在80％的复合状态下，对比测试10#锅炉安装减雾减霾热能回收装置前后锅炉运行效率。
实验数据如下图所示：
试验数据综合表
试验结果汇总表
试验结果分析：(1)根据GB/T10180-2003《工业锅炉热工性能实验规程》第7.4.e条，对“燃油、燃气锅炉出水温度与额定温度相差-25℃效率数值下降1％。”之规定，该锅炉改前实际热效率92.91％，改后实际热效率96.63％，即通过安装减雾减霾热能回收装置，燃烧设备的热效率有了明显的提高；
(2)在80％的负荷状态下，该锅炉改造后热效率提高了3.72个百分点，节能率为4％，即通过安装减雾减霾热能回收装置，燃烧设备的节能率远远超过现有安装前的水平。
3.检验项目：锅炉经济运行提供定量分析数据；
燃烧设备名称：燃天然气热水锅炉(10#炉)，投运日期为2012年；
燃烧设备型号(编号)：WNS14-1.6/130/70/-Y(Q)；
试验目的：提供该锅炉热工性能检测报告，为该锅炉经济运行提供定量分析数据；
试验依据：GB/T10180-2003《工业锅炉热工性能实验规程》；
DB11/T180-2010《工业锅炉系统能效检测与评定》；
试验说明：
(1)本次实验参照GB/T10180-2003《工业锅炉热工性能实验规程》进行，用正反平衡法测定锅炉热效率，测试结果以正平衡效率和反平面效率平均值为准。
(2)设备在锅炉房中进行。
实验数据如下图所示：
试验结果汇总表
试验结果分析：(1)对照DB11/T180-2010《工业锅炉系统能效检测与评定》中判定指标，测试结果如下：
项目 单位 测试结果 对照指标
热效率η ％ 93.27 ≥91
排烟温度tpy ℃ 72.70 ＜160
空气系数α 1.20 ＜1.2
一氧化碳含量CO′ ％ 0.001 ≤0.02
(2)根据GB/T180-2010《工业锅炉热工性能实验规程》第7.4.e条，对“燃油、燃气锅炉出水温度与额定温度相差-25℃效率数值下降1％。”之规定，该锅炉在100％符合下锅炉实际效率为93.27％，高于对照指标；即通过安装减雾减霾热能回收装置，燃烧设备的热效率有了明显的提高；
(2)根据测试结果，锅炉热效率、排烟温度、一氧化碳含量均符合标准规定，甚至优于行业规定标准，即通过安装减雾减霾热能回收装置，燃烧设备的各项指标远远超过现有安装前的水平。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置，该回收装置安装在锅炉(2)的供热系统装置上，所述供热系统装置包括排烟装置、空气供应装置和供水回流装置，其特征在于，该回收装置包括固定架、气水换热器(9)、气气换热器(11)、进气装置(18)、空气容纳腔(19)和冷凝水收集装置(12)，
所述固定架固定在靠近所述供热系统装置的地面上，所述气水换热器(9)、气气换热器(11)、进气装置(18)依次固定在所述固定架上，所述冷凝水收集装置(12)与所述进气装置(18)通过管路连接在一起；所述气水换热器(9)上设有水流通道和气流通道，所述气气换热器(11)上设有烟气通道和空气通道；所述气流通道和所述烟气通道相通，所述进气装置(18)与所述空气通道相连通；所述供水回流装置与所述气水换热器(9)中的水流通道相连通；所述空气容纳腔(19)安装在所述空气供应装置的空气入口(24)处，所述进气装置(18)和所述空气容纳腔(19)通过管路相连通，外界空气从进气装置(18)中进入依次流经气气换热器(11)、空气容纳腔(19)后进入空气供应装置；所述排烟装置通过管路与所述气水换热器(9)相连通，所述锅炉(2)中排出的烟气先后进入所述气水换热器(9)和所述气气换热器(11)后排入大气中。
2.根据权利要求1所述一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置，其特征在于，所述排烟装置包括第一烟管道(21)和排烟管(15)，所述第一烟管道(21)的下端安装在所述锅炉(2)的顶部，所述第一烟管道(21)的上端与所述排烟管(15)相连通，所述第一烟管道(21)上安装有用于控制排烟量的第一烟气蝶阀(3)；所述排烟管(15)竖直设置地面上，所述排烟管(15)顶端设有排烟口；
所述空气供应装置包括燃烧机(1)和第二进气管道(25)，所述燃烧机(1)安装在所述锅炉(2)侧面下部，所述第二进气管道(25)一端与所述燃烧机(1)相连通，其另一端伸出室外暴露在空气中形成空气入口(24)，所述第二进气管道(25)上靠近所述空气入口(24)处安装有锅炉鼓风机(7)；
所述供水回流装置包括提供回流水的第一供水管(17)、第二供水管(5)和用于送出回流水的第三供水管(27)，所述气水换热器(9)的所述水流通道上设有水流通道入口和水流通道出口，所述第一供水管(17)与所述水流通道入口相连接，所述第二供水管(5)一端与所述水流通道出口相连接，其另一端与所述锅炉(2)相连接；所述第三供水管(27)的一端安装在所述锅炉(2)的侧壁上。
3.根据权利要求2所述一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置，其特征在于，所述第一烟管道(21)和所述气水换热器(9)通过第二烟道管(4)相连通，所述气水换热器(9)的所述气流通道上设有气流通道入口和气流通道出口，所述第二烟道管(4)一端安装在所述气流通道入口上，另一端安装在所述第一烟气蝶阀(3)和所述锅炉(2)之间的所述第一烟管道(21)上；所述第二烟道管(4)靠近所述气水换热器(9)的一端上安装有烟气引风机(16)，其另一端安装有第二烟气蝶阀(22)；所述气流通道出口与所述烟气通道相连通。
4.根据权利要求3所述一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置，其特征在于，所述气气换热器(11)和所述排烟管(15)之间通过第三烟道管(13)相连通，所述烟气通道上设有烟气通道入口和烟气通道出口，所述烟气通道入口与所述气流通道出口相连通，所述第三烟道管(13)一端安装在所述烟气通道出口上，另一端安装在所述排烟管(15)上。
5.根据权利要求4所述一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置，其特征在于，所述进气装置(18)内部中空，其侧面上部设有进气口(14)，所述进气装置(18)侧面下部通过第一进气管道(26)与所述空气容纳腔(19)相连通，所述第一进气管道(26)靠近所述进气装置(18)处安装有空气引风机(6)；所述气气换热器(11)的所述空气通道上设有空气通道入口和空气通道出口，所述进气口(14)与所述空气通道入口相连通。
6.根据权利要求1至5任一项所述一种燃气锅炉减雾减霾热能回收装置，其特征在于，所述固定架包括支座(10)和操作平台(8)，所述支座(10)固定在靠近所述供热系统装置的地面上，所述气水换热器(9)、所述气气换热器(11)和所述进气装置(18)自上而下依次固定在所述支座(10)上，所述操作平台(8)为竖直设置的扶梯，所述操作平台(8)安装在所述支座(10)一侧。
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