CN107559864B - 一种有效提高燃气炉热效率的燃气方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高燃气炉热效率的燃气方法，所述方法为将燃烧系统中产生的烟气通入换热器和炉后喷淋塔进行降温减湿后排放，实现最终排烟温度达到接近环境温度及燃烧热效率接近甚至超过100％。本发明对燃烧系统要求较低，采用普通的耐高湿度的燃烧器结合本方法，就能达到有效提高热效率的目的；进一步设置与炉后喷淋塔形成闭合循环的炉前喷淋塔对助燃空气加温加湿，在提高热效率的基础上降低了氮氧化物的排放，实现了热能和水资源的循环利用，节约了生产成本。

Description

一种有效提高燃气炉热效率的燃气方法

技术领域

本发明涉及一种燃烧炉燃气方法，特别涉及一种通过对燃烧后的烟气降温减湿有效提高燃气炉热效率的燃气方法。

背景技术

天然气是一种清洁能源，它的主要成分是甲烷，甲烷燃烧后生成二氧化碳和水，基本不存在颗粒和硫化物污染。天然气若按传统方式燃烧，一方面，会大量生成的热力氮氧化物(NOx)随烟气排放到大气环境中；另一方面，烟气中大量热量未能有效回收，造成热量浪费及较低的热效率。据对深圳320台天然气燃气工业炉进行的测试，平均热效率仅约为85％。这离国家规定的最低水平尚有约5％的差距，与发达国家相比至少有10％以上距离。若上述测试炉的热效率全部达到国家最低限定值，全年就可节省天然气约900万m³，减少CO₂排放约900万m³，减少NOx排放198万m³。

燃气炉提高热效率的传统途径是用烟气把助燃空气预热到尽可能高的温度进炉燃烧，此方法在提高热效率的同时存在以下缺陷：首先，这会导致空气预热器体积庞大，费用增高；其次，烟气预热空气只能够把烟气排放温度降到100℃上下，再低经济性不允许(即使使用了烟气-水换热器来回收烟气余热，一般也只可把烟气温度降到55-60℃)；最后，高温空气进炉燃烧将导致燃烧温度进一步提高，使热力NOx的生成量急速增加。

因此，随着环境问题及现有余热回收方法的缺陷，亟需一种更为有效的提高燃气炉热效率的燃气方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种能够有效提高燃气炉热效率的燃气方法，即先将燃气燃烧后产生的烟气通过余热回收换热器，再经过炉后喷淋塔对烟气进行进一步降温减湿，可便利地将烟气降低到接近环境的温度，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供一种提高燃气炉热效率的燃气方法，所述燃气方法包括助燃空气与燃气在燃烧系统中进行燃烧反应；将燃烧后产生的烟气通入余热回收系统进行降温减湿后排放。所述余热回收系统包括换热器和炉后喷淋塔，烟气通过换热器后进入炉后喷淋塔的下部，与从炉后喷淋塔顶部喷淋下来的水进行逆流换热并减湿后从炉后喷淋塔顶部排出。

通过本发明提供的一种提高燃气炉热效率的燃气方法，可以达到以下技术效果：

1、本发明对燃烧系统要求较低，采用原有的燃烧器和本发明提供的余热回收方法，即可有效提高热效率，节约了生产和设备改造成本；

2、在燃烧系统后设置换热器，以及采用炉后喷淋塔与烟气逆向直接接触换热并除湿，实现最终排烟温度达到接近环境温度，这导致燃烧系统的热效率(以燃料的低位发热量计算时)可以接近甚至超过100％；

3、在燃烧系统的前后各设置一座喷淋塔，两座喷淋塔的喷淋水通过两台循环泵在两喷淋塔之间构成闭合的流动循环，实现了热能和水资源的循环利用，节约了成本；

4、本方法在提高热效率的同时降低了污染物排放，是清洁燃烧及低污染排放的综合性集成技术。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式中超高热效率燃气系统示意图。

附图标号说明：

1-炉后喷淋塔；

2-喷淋器；

3-填料；

4-循环泵；

5-炉前喷淋塔；

6-喷淋器；

7-填料；

8-鼓风机；

9-燃烧器；

10-燃气炉本体；

11-换热器。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明的目的是公开一种提高燃气炉热效率的燃气方法，所述方法包括以下步骤：

1)助燃空气与燃气在燃烧系统中进行燃烧反应；

2)将燃烧系统中产生的烟气通入余热回收系统进行降温减湿后排放。

本发明中，所述燃烧系统包括燃烧器和燃气炉本体，燃气与送入燃烧器的助燃空气混合，并在燃气炉本体内燃烧。所述燃气炉本体中设排汽阀和排水阀，分别用于控制燃气炉本体内汽体含量及排出燃烧后产生的凝结水。

本发明中，所述余热回收系统包括连接在燃气炉尾部的换热器和与换热器相连的炉后喷淋塔，烟气通过换热器后进入炉后喷淋塔的下部，与从炉后喷淋塔顶部喷淋器中喷淋下来的水进行逆流换热并减湿后从炉后喷淋塔顶部排出。

所述换热器中换热管为光管或管外壁结合翅片结构的翅片管，优选为螺旋翅片管，此结构可使换热管外表面得以扩展，提高换热面积。换热器底部设有排水管路，将烟气冷却后产生的凝结水排出，优选排入炉后喷淋塔底部。

所述炉后喷淋塔中设有填料，填料固定位置可在炉后喷淋塔内上部、中部、下部或任意位置组合，用于增加水与烟气的接触面积。所述填料包括规整型填料和散装填料，所述填料为耐腐蚀材质，优选为不锈钢、陶瓷和塑料中的一种或多种。

所述炉后喷淋塔中喷淋水的温度为30℃～50℃。炉后喷淋塔一方面使烟气通过与低温水直接接触换热，将烟气温度降低至接近环境温度，以确保整个燃烧系统的热效率达到极高水平；另一方面，炉后喷淋塔的喷淋水还对烟气起到充分洗涤的作用。由于NOx和CO₂在水中具有一定的溶解度，可将塔底积累的酸性水集中处理并重复使用，而各种污染物不再向大气环境中排放。

炉后喷淋塔中持续性水输出及水的回收处理可能导致生产成本的增加，且传统的天然气燃烧方法产生的尾气中含有大量NOx，为降低水的使用和回收成本，同时减少NOx的排放，所述提高燃气炉热效率的燃气方法还包括设置与余热回收系统连通的升温加湿系统，通过升温加湿系统对进入燃烧系统前的助燃空气进行加热加湿处理。

本发明中，所述升温加湿系统包括炉前喷淋塔，所述助燃空气进入炉前喷淋塔底部，与从炉前喷淋塔顶部喷淋器中喷淋下来的水逆向换热并加湿，经炉前喷淋塔上部的空气出口流出进入燃烧系统；

在一种优选的实施方式中，所述助燃空气通过鼓风机送入炉前喷淋塔底部，以保证稳定的助燃空气流量。

在进一步优选的实施方式中，所述炉前喷淋塔中设有填料，填料固定位置可在炉前喷淋塔内上部、中部或下部或任意位置组合，用于增加水与助燃空气的接触面积。

本发明中，炉前喷淋塔中喷淋水的温度为30℃～70℃，优选为40℃～60℃；加热加湿后助燃空气的温度为30℃～70℃，优选为40℃～60℃；湿度为水蒸气饱和或过饱和状态。天然气燃料系统燃烧时生成NOx数量大小的关键性因素是燃烧温度。助燃空气未作处理时燃烧温度可达1800℃～1900℃，经过炉前喷淋塔加热加湿到饱和状态的助燃空气有助于把燃烧温度控制在只生成极少NOx的门槛值1400℃～1523℃以下。

本发明中，所述炉前喷淋塔底部和炉后喷淋塔底部设有储水罐，并在储水罐确定高度处设置溢流阀，优选地，所述储水罐内表面防腐处理，使储水罐抗腐蚀能力得到增强。炉前喷淋塔底部的储水罐通过管路与炉后喷淋塔顶部的喷淋器相连形成冷水管路，炉后喷淋塔顶部的喷淋器通过管路与前喷淋塔底部的储水罐相连形成热水管路，两管路中分别设置循环泵，使炉前喷淋塔和炉后喷淋塔的水路构成闭合循环系统，加之燃气燃烧产生的水，故除了排污以外，炉前喷淋塔和炉后喷淋塔水循环系统基本不消耗水资源。

炉前喷淋塔和炉后喷淋塔均通过填料以直接接触方式分别与空气和烟气进行逆流热质交换，传热传质效果极佳。表现为这种热质交换可以实现终端几乎“零温差”和相对湿度达到饱和，即在炉前喷淋塔中，加热后的空气达到与喷淋水很接近或几乎相同的温度，湿度达到相应温度下的饱和状态；同样在炉后喷淋塔中，烟气也被冷却到与喷淋水十分接近的温度，且排气湿度也为相应较低温度下的饱和状态。

本发明采用燃气系统结合水—湿蒸汽的循环系统，利用炉后喷淋塔中水与烟气通过填料进行直接接触的热质传递，并结合燃气炉尾部的余热回收换热器，实现了超高的热效率；且通过与炉后喷淋塔相连的炉前喷淋塔，在原有燃烧器或低氮燃烧器降低氮排放的基础上，实现了更高水平的低氮排放指标。

在一种优选的实施方式中，一种超高热效率燃气系统如图1所示，炉后喷淋塔1内安装有喷淋器2和填料3，喷淋器2通过连接有循环泵4的管路连接至炉前喷淋塔5底部的储水罐。炉前喷淋塔5内安装有喷淋器6和填料7，喷淋器6通过连接有循环泵4的管路连接至炉后喷淋塔1底部的储水罐。鼓风机8设置在炉前喷淋塔5外侧底部，将助燃空气带入炉前喷淋塔5进行热水喷淋。经过热交换后的饱和湿空气从炉前喷淋塔5的上端经空气管道与燃烧器9相连，燃料天然气与送入的助燃空气混合并在燃气炉本体10的燃烧室内燃烧，加热炉管，使管内介质达到设定要求的温度。燃气室中的烟气首先流经换热器11，所述换热器11为螺旋翅片管式烟道余热回收换热器，在此过程中烟气内所含的部分水蒸汽发生凝结，烟气的部分显热和水蒸气潜热得以初步回收。初步降温后的烟气通过烟气管道进入炉后喷淋塔1的下部，与低温喷淋水接触换热并减湿，在此过程中同时具有对烟气进行洗涤的作用，进一步降低了向大气排放NOx和其他各种有害气体的数量。降温减湿后的烟气，最终以接近于环境温度的水平，通过炉后喷淋塔1的上方出口排放到大气中。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种提高燃气炉热效率的燃气方法，所述燃气炉包括燃烧系统和余热回收系统，其特征在于，所述方法包括助燃空气与燃气在燃烧系统中进行燃烧反应，将燃烧后产生的烟气通入余热回收系统进行降温减湿后排放；

所述余热回收系统包括换热器和炉后喷淋塔，烟气通过换热器后进入炉后喷淋塔的下部，与从炉后喷淋塔顶部喷淋下来的水进行逆流换热并减湿后从炉后喷淋塔顶部排出；

所述炉后喷淋塔中喷淋水的温度为30℃～50℃；

所述方法还包括设置与余热回收系统连通的升温加湿系统，通过升温加湿系统对进入燃烧系统前的助燃空气进行加热加湿处理；

所述升温加湿系统包括炉前喷淋塔；两座喷淋塔的喷淋水通过两台循环泵在两喷淋塔之间构成闭合的流动循环。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧系统包括燃烧器和燃气炉本体，燃气与送入燃烧器的助燃空气混合，并在燃气炉本体内燃烧；和/或

所述燃气炉本体中设有排汽阀和排水阀。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，排出后的烟气进入吸收池，所述吸收池中含有碱性吸收物。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述换热器中换热管为光管或管外壁结合翅片结构的翅片管；

换热器底部设有排水管路，将烟气冷却后产生的凝结水排出。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，将烟气冷却后产生的凝结水排入炉后喷淋塔底部。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炉后喷淋塔中设有填料，填料固定位置在炉后喷淋塔内上部、中部或下部或任意位置组合。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述助燃空气进入炉前喷淋塔底部，与从炉前喷淋塔顶部喷淋器中喷淋下来的水逆向换热并加湿，经炉前喷淋塔上部的空气出口流出。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述炉前喷淋塔中设有填料，填料固定位置在炉前喷淋塔内上部、中部、下部或任意位置组合；

炉前喷淋塔中喷淋水的温度为30℃～70℃；

加热加湿后助燃空气的温度为30℃～70℃；湿度为水蒸气饱和或过饱和状态。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，炉前喷淋塔中喷淋水的温度为40℃～60℃；

加热加湿后助燃空气的温度为40℃～60℃。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述炉前喷淋塔底部和炉后喷淋塔底部设有储水罐，并在储水罐确定高度处设置溢流阀。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述储水罐内表面做防腐处理。

12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，炉前喷淋塔底部的储水罐通过管路与炉后喷淋塔顶部的喷淋器相连形成冷水管路，炉后喷淋塔顶部的喷淋器通过管路与炉前喷淋塔底部的储水罐相连形成热水管路，两管路中分别设置循环泵，使炉前喷淋塔和炉后喷淋塔的水路构成闭合循环系统。