CN106678852A - 一种燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其包括：燃气采暖锅炉，其具有烟气出口、热水出口、进气口以及回水入口；供暖系统，其具有与热水出口连接的第一进水口、以及与第一进水口连通的第一出水口；空气预热器，其具有与烟气出口连接的第一进烟口、与第一进烟口连通的第一出烟口、空气入口、以及与空气入口连通并与进气口连接的空气出口；第一水冷换热器，其具有与第一出水口连接的第二进水口、与第一进水口连通并与回水入口连接的第二出水口、与第一出烟口连接的第二进烟口、以及与第二进烟口连通的第二出烟口；烟气脱硝装置，其与第二出烟口连接。本发明能对锅炉产生的烟气潜热进行回收，并对烟气中的氮氧化物进行分离处理。

Description

一种燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统
技术领域
本发明涉及锅炉烟气处理技术领域，尤其是一种燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统。
背景技术
目前，燃气锅炉广泛用于城镇供热和工业，具有安全系数高、采暖效率高的优点。城镇供热燃气采暖锅炉的出口排烟温度高，水蒸气含量大，可利用的余热巨大，回收烟气余热(主要是潜热)对提高锅炉燃烧效率、节省能耗有着巨大的意义。
另外，燃气采暖锅炉的尾气排放会造成空气中氮氧化物(NOX)浓度增加，引起光化学污染和酸雨等环境问题，因此对锅炉尾气进行烟气净化处理十分必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，以对锅炉产生的烟气的潜热进行回收，并对烟气中的氮氧化物进行分离处理。
为达到上述目的，本发明提出一种燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其包括：燃气采暖锅炉，其具有供烟气排出的烟气出口、供热水排出的热水出口、供天然气和空气进入的进气口以及回水入口；供暖系统，其具有与热水出口连接的第一进水口、以及与第一进水口连通以供回水流出的第一出水口；空气预热器，其具有与烟气出口连接的第一进烟口、与第一进烟口连通的第一出烟口、供空气进入的空气入口、以及与空气入口连通并与进气口连接的空气出口；第一水冷换热器，其具有与第一出水口连接的第二进水口、与第一进水口连通并与回水入口连接的第二出水口、与第一出烟口连接的第二进烟口、以及与第二进烟口连通以供与回水换热后的烟气排出的第二出烟口；烟气脱硝装置，其与第二出烟口连接。
如上所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其中，燃气采暖锅炉还具有补水入口，燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括：第二水冷换热器，其连接在第一水冷换热器与烟气脱硝装置之间，第二水冷换热器具有供补充水进入的第三进水口、与第三进水口连通并与补水入口连接的第三出水口、与第二出烟口连接的第三进烟口、以及与第三进烟口连通以供与补充水换热后的烟气排出的第三出烟口，第三出烟口与烟气脱硝装置连接。
如上所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其中，第一水冷换热器和第二水冷换热器位于同一个换热器壳体内。
如上所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其中，燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括：烟气干燥装置，其连接在第二水冷换热器与烟气脱硝装置之间，且包括与第三出烟口连接的烟气除雾器、与烟气脱硝装置连接的吸附干燥器、以及连接在烟气除雾器与吸附干燥器之间的增压风机。
如上所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其中，燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括：后冷却器，其连接在烟气干燥装置与烟气脱硝装置之间，后冷却器具有供补充水进入的第四进水口、与第四进水口连通并与第三进水口连接的第四出水口、与吸附干燥器连接的第四进烟口、以及与第四进烟口连通以供与补充水换热后的烟气排出的第四出烟口，第四出烟口与烟气脱硝装置连接。
如上所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其中，燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括第一烟气分析器和第二烟气分析器，烟气脱硝装置具有供烟气进入的第五进烟口、以及供脱硝后的烟气排出的第五出烟口，第一烟气分析器设于第五进烟口处，第二烟气分析器设于第五出烟口处。
如上所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其中，烟气脱硝装置为NOX吸附器，且NOX吸附器为移动床反应器。
如上所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其中，NOX吸附器内装填13X型分子筛，且NOX吸附器与分子筛再生装置连接。
如上所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其中，吸附干燥器为移动床反应器。
如上所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其中，吸附干燥器内装填4A型分子筛或5A型分子筛，且吸附干燥器与分子筛脱水再生装置连接。
本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统的特点和优点是：
1、本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，采用空气预热器预热空气，采用第一水冷换热器回收烟气潜热，采用烟气脱硝装置实现烟气中氮氧化物的分离处理，能有效提高锅炉燃烧效率，减少锅炉燃料消耗量，减少污染物排放；
2、本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，采用两级水冷换热器对烟气潜热进行回收，能进一步提高烟气潜热利用率，降低能耗，提高能量利用效率；
3、本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，利用物理吸附方法，采用移动床反应器吸附烟气中的氮氧化物，对烟气中氮氧化物的吸附率达90％以上，吸附效率高，投资成本低；
4、本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，结构紧凑，占地面积小，使用安全、高效，自动化程度高，非常适用于数量众多、容量小、负荷变化大的城镇燃气采暖锅炉的烟气处理。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统的示意图；
图2是本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统的工作流程示意图。
主要元件标号说明：
1燃气采暖锅炉
101烟气出口 102热水出口
103进气口 104回水入口
105补水入口
2供暖系统 3空气预热器
4空气送风机 5第一水冷换热器
6第二水冷换热器 7烟气除雾器
8增压风机 9吸附干燥器
10后冷却器 11第一烟气分析器
12第二烟气分析器 13 NOX吸附器
Q1天然气 Q2空气
W锅炉补水
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
如图1所示，本发明提出一种燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，用于对燃气采暖锅炉产生的烟气进行烟气潜热回收和烟气净化处理，也可称为燃天然气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，该系统包括燃气采暖锅炉1、供暖系统2、空气预热器3、第一水冷换热器5和烟气脱硝装置，燃气采暖锅炉1具有供烟气排出的烟气出口101、供热水排出的热水出口102、供天然气和空气进入的进气口103以及回水入口104，从烟气出口101排出的高温烟气的温度一般为150℃-200℃，高温烟气的流量一般为500Nm3/h-1000Nm3/h；供暖系统2用于向采暖用户供暖，其具有与热水出口102连接的第一进水口、以及供采暖回水流出的第一出水口，供暖系统2可以为任何形式的城市供暖系统；
空气预热器3用于利用燃气采暖锅炉1产生的高温烟气对空气预热，其具有与烟气出口101连接以供烟气进入的第一进烟口、与第一进烟口连通的第一出烟口、供空气进入的空气入口、以及与空气入口连通并与进气口连接的空气出口，空气从空气入口进入空气预热器3内被烟气预热，经预热的空气从空气出口排出后，在进气口103与天然气Q1混合，并与天然气Q1一同进入燃气采暖锅炉1内燃烧；
第一水冷换热器5用于使高温烟气与回水换热，也可称为高温水冷换热器，其具有与第一出水口连接以供回水流入的第二进水口、与第二进水口连通并与回水入口104连接的第二出水口、与第一出烟口连接的第二进烟口、以及与第二进烟口连通以供与回水换热后的烟气排出的第二出烟口，供暖系统2的采暖回水从第二进水口流入第一水冷换热器5，被流经第一水冷换热器5的高温烟气加热，经加热的回水从第二出水口流出，并经由回水入口104流入燃气采暖锅炉1内，高温烟气与回水换热后的温度冷却至约90℃，将回水的温度从60℃加热至约80℃，根据需要，可将一部分采暖回水通入第一水冷换热器5进行加热，将另一部分采暖回水直接从回水入口104通入锅炉内；
烟气脱硝装置与第二出烟口连接，用于对烟气进行脱硝处理，将烟气净化后排到大气中。
本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，采用空气预热器3对空气预热，采用第一水冷换热器5回收烟气潜热，通过依次连通的热水出口102、第一进水口、第一出水口、第二进水口、第二出水口、以及回水入口104，实现水循环，通过依次连通的烟气出口101、第一进烟口、第一出烟口、第二进烟口、以及第二出烟口，实现烟气与空气、以及烟气与回水的换热，采用烟气脱硝装置实现烟气氮氧化物的分离处理，能有效提高锅炉燃烧效率，减少锅炉燃料消耗量，减少污染物排放。
进一步，燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括空气送风机4，空气送风机4与空气预热器3的空气入口连接，用于向空气预热器3输送空气Q2。
再如图1所示，在一个优选的实施例中，燃气采暖锅炉1还具有补水入口105，燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括连接在第一水冷换热器5与烟气脱硝装置之间的第二水冷换热器6，第二水冷换热器6用于使烟气与补充水换热，也可称为低温水冷换热器，其具有供补充水进入的第三进水口、与第三进水口连通并与补水入口105连接的第三出水口、与第二出烟口连接的第三进烟口、以及与第三进烟口连通并与烟气脱硝装置连接的第三出烟口，也就是，第三进水口、第三出水口、以及补水入口105依次连通，第二出烟口、第三进烟口、以及第三出烟口依次连通，实现锅炉补水、以及烟气与补充水的换热，烟气从第一水冷换热器5流出后经由第三进烟口进入第二水冷换热器6，在第二水冷换热器6内与补充水换热，加热补充水，之后经由第三出烟口排出，并进入烟气脱硝装置，烟气与补充水换热后的温度降至约40℃，将补充水的温度从25℃加热至约30℃。
本实施例中，采用第一水冷换热器5和第二水冷换热器6构成的两级换热器对烟气进行潜热回收，能大大提高烟气余热利用率。
进一步，第一水冷换热器5和第二水冷换热器6位于同一个换热器壳体内，以减少热量损失。
进一步，第一水冷换热器5和第二水冷换热器6均为翅片式换热器，但本发明并不以此为限，也可以采用其它换热器。
如图1所示，在一个具体实施例中，燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括连接在第二水冷换热器6与烟气脱硝装置之间的烟气干燥装置，烟气干燥装置用于对烟气进行干燥处理，其包括与第三出烟口连接的烟气除雾器7、与烟气脱硝装置连接的吸附干燥器9、以及连接在烟气除雾器7与吸附干燥器9之间的增压风机8。由于烟气经两级换热器回收余热后降温较多，会出现大量气态水凝结，雾状烟气含液态水量约为80g/m3，因此需采用烟气除雾器7对烟气除雾，经除雾后的烟气含水量降至低于150mg/m3，烟气除雾器7下方可设置接水装置，除雾产生的水向下流入接水装置，烟气除雾器7例如为机械除雾器，但也可以为其它除雾装置，经除雾后的烟气由增压风机8送至吸附干燥器9内脱水。
进一步，吸附干燥器9为移动床反应器，用于除去烟气中的微量水，将烟气脱水至痕量，此时烟气的温度约为50℃。
更进一步，移动床反应器内装填沸石分子筛，例如4A型分子筛或5A型分子筛，且移动床反应器与分子筛脱水再生装置(或称为分子筛脱水复活装置)连接，经复活的分子筛再加入移动床反应器内，实现连续反应。其中的分子筛脱水再生装置可采用现有的分子筛脱水再生装置。
进一步，燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括连接在烟气干燥装置与烟气脱硝装置之间的后冷却器10，后冷却器10用于对烟气进行冷却，且具有供补充水(锅炉补水W)进入的第四进水口、与第三进水口连接的第四出水口、与吸附干燥器9连接的第四进烟口、以及与第四进烟口连通以供与补充水换热后的烟气排出的第四出烟口，第四出烟口与烟气脱硝装置连接，其中，第四进水口、第四出水口、第三进水口、第三出水口、以及补水入口105依次连通，补充水从第四进水口流入后冷却器10，对流经后冷却器10的烟气进行冷却，将烟气冷却至约40℃，之后从第四出水口流出，并经由第三进水口流入第二水冷换热器6，对流经第二水冷换热器6的烟气进行冷却，然后从第三出水口流出，并经由补水入口105流入燃气采暖锅炉1内，实现锅炉补水。
在另一个具体实施例中，烟气脱硝装置为NOX吸附器13，且NOX吸附器13为移动床反应器，用于吸附烟气中的氮氧化物，经过吸附，烟气中的氮氧化物的含量从200mg/Nm3脱除至30mg/Nm3，氮氧化物的脱出率达85％，达到烟气排放要求。
进一步，移动床反应器内装填沸石分子筛，例如13X型分子筛，且移动床反应器与分子筛再生装置(或称为分子筛复活装置)连接，经复活的分子筛再加入移动床反应器内，实现连续反应。其中的分子筛再生装置可采用现有的分子筛再生装置。
进一步，燃气采暖锅炉1烟气潜热回收与处理系统还包括第一烟气分析器11和第二烟气分析器12，烟气脱硝装置具有供烟气进入的第五进烟口、以及供脱硝后的烟气排出的第五出烟口，第一烟气分析器11设于第五进烟口处，第二烟气分析器12设于第五出烟口处。通过设置第一烟气分析器11和第二烟气分析器12，可以分析脱硝处理前后烟气含量变化、检测烟气温度、监测排放烟气的组分，但本发明并不以此为限，现场也可以采用其它烟气检测手段，只要达到监测烟气变化和排放的目的即可。
本发明中，燃气采暖锅炉1、供暖系统2、空气预热器3、空气送风机4、第一水冷换热器5、第二水冷换热器6、烟气除雾器7、增压风机8、吸附干燥器9、后冷却器10、第一烟气分析器11、第二烟气分析器12和NOX吸附器13的具体结构均为现有技术，故不赘述。
如图2所示，本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统的工作流程是：
a、经空气送风机送至空气预热器的空气被锅炉的尾气(烟气)加热，经加热的空气与天然气混合进入锅炉燃烧，并产生含氮氧化物的高温烟气；
b、含氮氧化物的高温烟气经由两级冷凝换热器回收潜热后，送至烟气除雾器；
c、经除雾的烟气通过增压风机通入吸附干燥器进一步除水；
d、进一步除水的烟气经由后冷却器回收余热后，通入NOX吸附器进行氮氧化物吸附后排空。
本发明的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，具有以下优点：
(1)是一套针对燃天然气供暖锅炉开发的烟气处理系统，适用于各种工况下的供暖锅炉，对于城市环境治理具有重大促进意义；
(2)采用物理吸附的方法，对烟气中氮氧化物吸附平均效率达到90％以上，处理效果好、投资成本低；
(3)耦合了余热利用系统，降低能耗，提高了能量利用效率；
(4)系统结构紧凑，占地小，在保障高效烟气氮氧化物处理的前提下提高能量利用效率，经济环保；
(5)安全性高，不采用额外的氨液系统，消除氨液爆炸隐患；
(6)自动化程度高，能够实现连续操作。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。

Claims (10)

1.一种燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统包括：
燃气采暖锅炉，其具有供烟气排出的烟气出口、供热水排出的热水出口、供天然气和空气进入的进气口以及回水入口；
供暖系统，其具有与所述热水出口连接的第一进水口、以及与所述第一进水口连通以供回水流出的第一出水口；
空气预热器，其具有与所述烟气出口连接的第一进烟口、与所述第一进烟口连通的第一出烟口、供空气进入的空气入口、以及与所述空气入口连通并与所述进气口连接的空气出口；
第一水冷换热器，其具有与所述第一出水口连接的第二进水口、与所述第一进水口连通并与所述回水入口连接的第二出水口、与所述第一出烟口连接的第二进烟口、以及与所述第二进烟口连通以供与回水换热后的烟气排出的第二出烟口；
烟气脱硝装置，其与所述第二出烟口连接。
2.如权利要求1所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述燃气采暖锅炉还具有补水入口，所述燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括：
第二水冷换热器，其连接在所述第一水冷换热器与所述烟气脱硝装置之间，且具有供补充水进入的第三进水口、与所述第三进水口连通并与所述补水入口连接的第三出水口、与所述第二出烟口连接的第三进烟口、以及与所述第三进烟口连通以供与补充水换热后的烟气排出的第三出烟口，所述第三出烟口与所述烟气脱硝装置连接。
3.如权利要求2所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述第一水冷换热器和所述第二水冷换热器位于同一个换热器壳体内。
4.如权利要求2所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括：
烟气干燥装置，其连接在所述第二水冷换热器与所述烟气脱硝装置之间，且包括与所述第三出烟口连接的烟气除雾器、与所述烟气脱硝装置连接的吸附干燥器、以及连接在所述烟气除雾器与所述吸附干燥器之间的增压风机。
5.如权利要求4所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括：
后冷却器，其连接在所述烟气干燥装置与所述烟气脱硝装置之间，且具有供补充水进入的第四进水口、与所述第四进水口连通并与所述第三进水口连接的第四出水口、与所述吸附干燥器连接的第四进烟口、以及与所述第四进烟口连通以供与补充水换热后的烟气排出的第四出烟口，所述第四出烟口与所述烟气脱硝装置连接。
6.如权利要求1所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统还包括第一烟气分析器和第二烟气分析器，所述烟气脱硝装置具有供烟气进入的第五进烟口、以及供脱硝后的烟气排出的第五出烟口，所述第一烟气分析器设于所述第五进烟口处，所述第二烟气分析器设于所述第五出烟口处。
7.如权利要求1至6任一项所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述烟气脱硝装置为NOX吸附器，且所述NOX吸附器为移动床反应器。
8.如权利要求7所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述NOX吸附器内装填13X型分子筛，且所述NOX吸附器与分子筛再生装置连接。
9.如权利要求4或5所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述吸附干燥器为移动床反应器。
10.如权利要求9所述的燃气采暖锅炉烟气潜热回收与处理系统，其特征在于，所述吸附干燥器内装填4A型分子筛或5A型分子筛，且所述吸附干燥器与分子筛脱水再生装置连接。
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