CN111207605A - 一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置及方法，将锅炉排烟温度降至水露点以下，提高了能源利用效率，节省了天然气消耗量，回收的余热还可作为外部热用户的热源，具有显著的经济效益；通过空气加湿与烟气再循环方式降低进入锅炉的助燃空气氧浓度，降低燃烧温度，达到了降低NOx排放浓度的目的。另外，烟气再循环可为助燃空气加湿过程提供更多热量，提高空气加湿量；由于将锅炉排烟温度降至水露点以下，致使烟气中大部分水蒸气冷凝，可以达到回收烟气中水蒸气的目的，减少了水耗，缓解了白色烟羽视觉污染。
Description
技术领域
本发明属于火力发电节能减排领域，具体涉及一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置及方法。
背景技术
天然气烟气中含有大量水蒸气，水蒸气汽化潜热量占天然气低位发热量的比例达到10％～11％，目前天然气的烟气潜热基本上都没有利用而直接排放到环境中。另外，烟气中水蒸气直接排入大气，既造成水量损失，又形成白色烟羽现象，造成景观污染。深度回收利用包括水蒸气凝结潜热在内的烟气余热，对节省能源和减少污染物排放都有重要意义。烟气余热深度利用技术是在尾部烟道增设的冷凝式换热器，烟气在换热器内与中介水高效换热，烟气迅速降温冷凝，脱除大部分水蒸气后，送入烟囱。与烟气换热的中介水升温后进入吸收式热泵放热，可实现了烟气低温余热向城市热网等热用户回收转移。
天然气在锅炉燃烧过程中的NOx生成浓度主要受温度影响，热力型NOx排放随温度升高呈指数上升。向锅炉助燃空气中注入水蒸气或水后，能降低燃烧过程中热力型NOx的生成。此外，天然气在锅炉燃烧过程中生成NOx还可采用烟气再循环技术降低，烟气再循环技术是抽取部分降温后的烟气，与进入锅炉的助燃空气混合送入燃烧系统，可以起到降低氧浓度和燃烧区域温度的作用，以达到减少热力型NOx生成量的目的。
但是，现有的烟气再循环技术中，存在减少热力型NOx生成量的效果不理想的缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置及方法，解决了现有技术中存在的不足。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，包括锅炉和余热回收塔，其中，锅炉上设置有天然气入口，所述锅炉上的烟气出口分别与余热回收塔的上塔和下塔连接；
所述余热回收塔的上塔上设置有排烟口；
所述余热回收塔的下塔上设置有高温加湿烟气出口，所述高温加湿烟气出口与锅炉的入口连接。
优选地，所述锅炉的出口和余热回收塔的上塔之间设置有第一引风机。
优选地，所述锅炉的出口和余热回收塔的下塔之间设置有第二引风机。
优选地，所述余热回收塔的上塔内腔中自上至下依次布置有上塔除雾器、上塔布液层、上塔填料层和上塔存液层，其中，所述余热回收塔的上塔上的排烟口布置在上塔除雾器的上方；所述上塔布液层上设置有中介水入口；所述上塔存液层上设置有中介水出口，所述中介水出口经过热泵与中介水入口连接。
优选地，所述余热回收塔的上塔上的烟气入口布置在上塔存液层和上塔填料层之间。
优选地，所述余热回收塔的上塔上还设置有第一溢流口，所述第一溢流口布置在上塔存液层的上方；所述上塔存液层的底部开设有中介水出口，所述中介水出口与余热回收塔的下塔连通。
优选地，所述余热回收塔的下塔的内腔中自上至下依次布置有下塔布液层、下塔填料层和下塔存液层；其中，所述余热回收塔的下塔上的高温加湿烟气出口布置在下塔布液层的上方；所述下塔布液层上设置有中介水入口，该中介水入口与余热回收塔的上塔连通；所述下塔存液层上设置有中介水出口，该中介水出口与余热回收塔的上塔连通；所述余热回收塔的下塔上的烟气入口和空气入口均布置在下塔存液层和下塔填料层之间。
优选地，所述余热回收塔的下塔上还设置有第二溢流口，所述第二溢流口布置在下塔存液层的上方。
一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的方法，基于所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，包括以下步骤：
天然气在锅炉内与加湿空气燃烧放热后，形成的锅炉烟气分为两路，第一路送入余热回收塔的上塔，与上塔内的低温中介水进行直接接触式传热传质过程，锅炉烟气降温减湿后，排入大气；
锅炉烟气的第二路和锅炉的助燃空气送入余热回收塔的下塔；助燃空气与部分锅炉烟气在余热回收塔的下塔内与高温中介水进行直接接触式传热传质过程，助燃空气升温加湿后，离开余热回收塔的下塔，送入锅炉。
优选地，从余热回收塔的上塔存液池流出的中介水一部分引入热泵中进行降温，之后送入上塔布液层；剩余部分进入余热回收塔的下塔，从下塔布液层喷淋至下塔填料层，与助燃空气和部分锅炉烟气进行直接接触式传热传质过程，中介水降温后落入下塔存液池；中介水从下塔存液池引出送入上塔布液层。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置及方法，通过空气加湿与烟气再循环方式降低进入锅炉的助燃空气氧浓度，降低燃烧温度，达到了降低NOx排放浓度的目的；另外，烟气再循环可为助燃空气加湿过程提供更多热量，提高空气加湿量；由于将锅炉排烟温度降至水露点以下，致使烟气中大部分水蒸气冷凝，可以达到回收烟气中水蒸气的目的，减少了水耗，缓解了白色烟羽视觉污染，同时，提高了能源利用效率，节省了天然气消耗量，回收的余热还可作为外部热用户的热源，具有显著的经济效益。
综上所述，将烟气余热深度回收过程与空气加湿、烟气再循环、排烟过程集成在一个设备内，设备结构紧凑，易于加工，且充分利用中介水高差实现重力布液，设备耗能少。
附图说明
图1是本发明涉及的装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，包括锅炉1、热泵2、余热回收塔3、上塔填料层4、上塔布液层5、上塔除雾器6、烟囱7、第一阀门8、第一水泵9、第一溢流口10、上塔存液池11、下塔填料层12、下塔布液层13、第二阀门14、第二水泵15、第二溢流口16、下塔存液池17、风道除雾器18、第一引风机19、第二引风机20、送风机21和风门22，其中，锅炉1上设置有天然气入口，所述锅炉1的烟气出口分别与第一引风机19和第二引风机20连接。
第一引风机19的出口连接余热回收塔3的上塔，所述余热回收塔3上塔的顶部设置有排烟口，所述排烟口与烟囱7连通。
所述余热回收塔3的上塔设置有中介水出口，所述中介水出口依次经过第一阀门8、第一水泵9与热泵2连接，所述热泵2的中介水出口与余热回收塔3上塔设置的中介水入口连接。
所述第二引风机20的出口经过风门22与余热回收塔的下塔连接。
所述余热回收塔3下塔上设置有空气入口；所述余热回收塔3的下塔上设置的高温加湿烟气出口经过风道除雾器18与锅炉1的入口连接。
所述余热回收塔3的下塔上设置有中介水出口，所述中介水出口依次经过第二阀门14和第二水泵15与余热回收塔3的上塔上的中介水入口连接。
所述余热回收塔的下塔上设置有中介水入口，所述中介水入口与余热回收塔3的上塔连接。
所述余热回收塔的上塔内腔中自上至下依次布置有上塔除雾器6、上塔布液层5、上塔填料层和上塔存液层11。
所述余热回收塔3的上塔上的排烟口布置在上塔除雾器6的上方。
所述余热回收塔3的上塔上的中介水入口布置在上塔布液层5上。
所述余热回收塔3的上塔上的中介水出口布置在上塔存液层11上。
所述余热回收塔3的上塔上的烟气入口布置在上塔存液层11和上塔填料层4之间。
所述余热回收塔3的上塔上还设置有第一溢流口10，所述第一溢流口10布置在上塔存液层11的上方。
所述上塔存液层11的底部开设有中介水出口，所述中介水出口与余热回收塔3的下塔连通。
所述余热回收塔3的下塔的内腔中自上至下依次布置有下塔布液层13、下塔填料层12和下塔存液层17。
所述余热回收塔3的下塔上的高温加湿烟气出口布置在下塔布液层的上方。
所述余热回收塔3的下塔上的中介水入口布置在下塔布液层13上；所述上塔存液层11底部的中介水出口与下塔布液层13相通。
所述余热回收塔3的下塔上的中介水出口布置在下塔存液层17上。
所述余热回收塔3的下塔上的烟气入口和空气入口均布置在下塔存液层17和下塔填料层12之间。
所述余热回收塔3的下塔上还设置有第二溢流口16，所述第二溢流口16布置在下塔存液层17的上方。
该系统的工作流程为：
天然气在锅炉1内与加湿空气燃烧放热后，形成的锅炉烟气分为两路，第一路由第一引风机19送入余热回收塔3上塔，依次经过上塔填料层4、上塔布液层5、上塔除雾器6后，与上塔布液层5喷出的低温中介水进行直接接触式传热传质过程，锅炉烟气降温减湿后，送入布置在余热回收设备上方的烟囱7，排入大气。
低温中介水从上塔布液层5喷淋至上塔填料层4，与锅炉烟气进行直接接触式传热传质过程，中介水升温后落入上塔存液池11。
中介水从上塔存液池11引出，经过第一阀门8与第一水泵9后，送入热泵2，中介水在热泵2降温后送入上塔布液层5。
上塔存液池11上方设置第一溢流口10。
锅炉烟气的第二路经过第二引风机20与风门22，送入余热回收塔3下塔；锅炉1的助燃空气经过送风机21，送入余热回收塔3下塔；助燃空气与部分锅炉烟气在余热回收塔3下塔内依次经过下塔填料层12、下塔布液层13，与下塔布液层13喷淋出的高温中介水进行直接接触式传热传质过程，助燃空气升温加湿后，离开余热回收塔3下塔，经过风道除雾器18后，送入锅炉1。
从余热回收塔3的上塔存液池11流出的中介水从下塔布液层13喷淋至下塔填料层12，与助燃空气和部分锅炉烟气进行直接接触式传热传质过程，中介水降温后落入下塔存液池17。
中介水从下塔存液池17引出，经过第二阀门14与第二水泵15，送入上塔布液层5。
下塔存液池17上方设置第二溢流口16。
Claims (10)
1.一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，其特征在于，包括锅炉(1)和余热回收塔(3)，其中，锅炉(1)上设置有天然气入口，所述锅炉(1)上的烟气出口分别与余热回收塔(3)的上塔和下塔连接；
所述余热回收塔(3)的上塔上设置有排烟口；
所述余热回收塔(3)的下塔上设置有高温加湿烟气出口，所述高温加湿烟气出口与锅炉(1)的入口连接。
2.根据权利要求1所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，其特征在于，所述锅炉(1)的出口和余热回收塔(3)的上塔之间设置有第一引风机(19)。
3.根据权利要求1所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，其特征在于，所述锅炉(1)的出口和余热回收塔(3)的下塔之间设置有第二引风机(20)。
4.根据权利要求1所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，其特征在于，所述余热回收塔(3)的上塔内腔中自上至下依次布置有上塔除雾器(6)、上塔布液层(5)、上塔填料层(4)和上塔存液层(11)，其中，所述余热回收塔(3)的上塔上的排烟口布置在上塔除雾器(6)的上方；所述上塔布液层(5)上设置有中介水入口；所述上塔存液层(11)上设置有中介水出口，所述中介水出口经过热泵(2)与中介水入口连接。
5.根据权利要求4所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，其特征在于，所述余热回收塔(3)的上塔上的烟气入口布置在上塔存液层(11)和上塔填料层(4)之间。
6.根据权利要求4所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，其特征在于，所述余热回收塔(3)的上塔上还设置有第一溢流口(10)，所述第一溢流口(10)布置在上塔存液层(11)的上方；所述上塔存液层(11)的底部开设有中介水出口，所述中介水出口与余热回收塔(3)的下塔连通。
7.根据权利要求1所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，其特征在于，所述余热回收塔(3)的下塔的内腔中自上至下依次布置有下塔布液层(13)、下塔填料层(12)和下塔存液层(17)；其中，所述余热回收塔(3)的下塔上的高温加湿烟气出口布置在下塔布液层(13)的上方；所述下塔布液层(13)上设置有中介水入口，该中介水入口与余热回收塔(3)的上塔连通；所述下塔存液层(17)上设置有中介水出口，该中介水出口与余热回收塔(3)的上塔连通；所述余热回收塔(3)的下塔上的烟气入口和空气入口均布置在下塔存液层(17)和下塔填料层(12)之间。
8.根据权利要求7所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，其特征在于，所述余热回收塔(3)的下塔上还设置有第二溢流口(16)，所述第二溢流口(16)布置在下塔存液层(17)的上方。
9.一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的方法，其特征在于，基于权利要求1-8中任一项所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的装置，包括以下步骤：
天然气在锅炉(1)内与加湿空气燃烧放热后，形成的锅炉烟气分为两路，第一路送入余热回收塔(3)的上塔，与上塔内的低温中介水进行直接接触式传热传质过程，锅炉烟气降温减湿后，排入大气；
锅炉烟气的第二路和锅炉(1)的助燃空气送入余热回收塔(3)的下塔；助燃空气与部分锅炉烟气在余热回收塔(3)的下塔内与高温中介水进行直接接触式传热传质过程，助燃空气升温加湿后，离开余热回收塔(3)的下塔，送入锅炉(1)。
10.根据权利要求9所述的一种实现锅炉烟气余热深度回收与空气加湿的方法，其特征在于，从余热回收塔(3)的上塔存液池(11)流出的中介水一部分引入热泵(2)中进行降温，之后送入上塔布液层(5)；剩余部分进入余热回收塔(3)的下塔，从下塔布液层(13)喷淋至下塔填料层(12)，与助燃空气和部分锅炉烟气进行直接接触式传热传质过程，中介水降温后落入下塔存液池(17)；中介水从下塔存液池(17)引出送入上塔布液层(5)。
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