CN111365727A - 小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及小型户用生物质锅炉烟气处理技术领域，尤其涉及小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，包括：烟气进管的下端通过本体的顶盖后进入本体的腔室中，且烟气进管固定在顶盖上，本体的底部设置有排污口。加湿喷管设置在烟气进管中。套管式换热器包括烟道与换热单元，烟气进管的下端口与所述烟道连通。填料设置在烟气进管和/或套管式换热器的周围。除尘喷管设置在本体腔室中且位于填料上方。翅片管换热器设置在本体腔室中且位于除尘喷管上方。烟气出管设置在顶盖上，出液口设置在套管式换热器下方的本体上。本发明不仅能够回收利用烟气显热和烟气中水蒸气的潜热，同时能够消除烟气中的烟尘颗粒物、二氧化硫及氮氧化物等有害物质。

Description

小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置
技术领域
本发明涉及小型户用生物质锅炉烟气处理技术领域，尤其涉及小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置。
背景技术
本发明背景技术中公开的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
高效开发利用生物质能源对减少温室气体排放和雾霾治理具有重要作用和现实意义。玉米秸、棉秆、木屑等农作物秸秆或林业剩余物经粉碎后，由颗粒机挤压加工成为直径6～10cm、长20～50cm的生物质颗粒燃料。生物质颗粒燃料因在物理和化学特性上与燃煤相似，可以较为便利地用于替代燃煤。近年来，在中国北方地区，随着限制煤炭消费行动的开展，生物质颗粒燃料锅炉采暖技术得到快速发展和应用，其烟气的余热回收和达标排放成为能源环境领域的研究热点。
在生物质直燃发电工程中，生物质锅炉容量较大，考虑到余热应用场合不同、设备投资经济性等因素，其烟气余热回收及脱硫脱硝方式较难在小容量的生物质锅炉系统中应用。小型户用生物质颗粒锅炉未处理烟气的排烟温度为130～150℃，烟气中含尘2000～3000mg/Nm3、二氧化硫50～100mg/Nm3、氮氧化物300～450mg/Nm3。
然而，本发明人发现：目前的小型户用生物质锅炉的烟气大多数没有经过余热回收和净化处理，而是直接排放入大气中，因排烟温度高导致的热损失占锅炉输入能量的10～15％，未净化烟气中烟尘、二氧化硫及氮氧化物的浓度高于能源行业标准(NB/T 34006-2011)的规定：烟气中烟尘≤50mg/Nm3、二氧化硫≤30mg/Nm3、氮氧化物≤150mg/Nm3的排放限值。
发明内容
针对上述的问题，本发明提出一种小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，该装置不仅能够回收利用烟气显热和烟气中水蒸气的潜热，同时能够消除烟气中的烟尘颗粒物、二氧化硫及氮氧化物等有害物质。为实现上述目的，本发明采用的技术手段为：
一种小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，包括：本体、顶盖，烟气进管，排污口，加湿喷管，套管式换热器，填料，除尘喷管，翅片管换热器，烟气出管和出液口。所述烟气进管的下端通过本体的顶盖后进入本体的腔室中，且烟气进管固定在顶盖上，本体的底部设置有排污口。所述加湿喷管设置在烟气进管中。所述套管式换热器包括烟道与换热单元，所述烟气进管的下端口与套管式换热器的烟道连通。所述填料设置在烟气进管和/或套管式换热器的周围。所述除尘喷管设置在本体腔室中且位于填料上方。所述翅片管换热器设置在本体腔室中且位于除尘喷管上方。所述烟气出管设置在顶盖上，所述出液口设置在套管式换热器下方的本体上。
进一步地，所述套管式换热器包括套管进水口、套管出水口、套管外壁和套管内壁。所述套管外壁和套管内壁之间形成密闭的空腔，并共同构成换热单元，所述套管进水口和套管出水口均设置在套管外壁上，以便于换热介质在空腔中的循环，所述套管内壁的内腔形成烟道，所述烟道与烟气进管同轴设置以便于烟气进管中的烟气通过套管式换热器进行热量回收。
进一步地，所述套管进水口设置在套管外壁的下方，套管出水口设置在套管外壁的上方，从而相对于向下流动的烟气形成逆向流动，提高换热效果。
可选地，所述填料包括陶瓷、塑料拉西环等中任意一种。所述填料和除尘喷管共同构成接触换热器。
进一步地，所述除尘喷管包括水管和喷嘴，均由不锈钢材料制成。可选地，所述喷嘴数量≥4个，且各喷嘴在沿水管的圆周均布。
进一步地，所述翅片管换热器包括翅片管进口、翅片管出口、基管和翅片。所述翅片管进口和翅片管出口均与基管连接且三者之间形成循环，所述翅片固定在基管上。
进一步地，所述基管为圆管，所述翅片为方形，翅片沿基管的周向均匀地分布。通过在除尘喷管上方的本体内设置翅片管换热器可以对烟气进一步冷却。可选地，所述基管和翅片均由不锈钢材料制成。
进一步地，所述翅片管进口、翅片管出口均与冷水箱连接，以便于保证烟气温度低于露点温度。
进一步地，所述出液口和加湿喷管连接，以便于本体底部的液体的循环利用。
进一步地，所述余热回收及净化装置还包括循环喷淋水泵、板式换热器、余热采暖循环水泵和散热器，所述出液口与循环喷淋水泵的进口连接，循环喷淋水泵的出口分为两路，一路与加湿喷管连接，另一路与板式换热器、除尘喷管依次连接。所述套管出水口、散热器、余热采暖循环水泵、板式换热器、套管进水口依次连接并形成循环管路。且来自余热采暖循环水泵的介质与来自循环喷淋水泵的介质在板式换热器中形成热交换。
进一步地，还包括生物质锅炉，位于本体外部的烟气进管的上端口与生物质锅炉的烟气出口连接，且两者的连接管路上设置有引风装置，以便于将生物质锅炉中的烟气引入烟气进管中进行处理。
与现有技术相比，本发明至少具有以下几方面的有益效果：
(1)本发明通过在烟气进管中设置加湿喷管，能够在对烟气进行余热回收前对烟气进行加湿，烟气含水量增加，从而使烟气的水露点温度因此得到提高，更有利于回收烟气中的汽化潜热和消除烟气中的二氧化硫、氮氧化物等有害物质。
(2)在生物质直燃发电工程中，生物质锅炉容量较大，考虑到余热应用场合不同、设备投资经济性等因素，其烟气余热回收及脱硫脱硝方式较难在小容量的生物质锅炉系统中应用。本发明装置中，烟气先通过套管式换热器，该换热器的主要目的为回收烟气中的热量加以利用。烟气再通过填料层，填料层的主要目的通过水和烟气大面积接触以去除掉烟气中的灰尘和二氧化硫，同时烟气会进一步降温。烟气再通过翅片管换热器，翅片管换热器的主要目的为保证烟气进一步降温冷却，使烟气温度低于露点温度，从而使烟气中的氮氧化物随着烟气冷凝液的析出而得以脱除。
(3)烟气经过本发明的装置后，生物质锅炉的热利用效率可以提高10～15％，烟气排放指标低于能源行业标准(NB/T 34006-2011)中规定的烟气中烟尘≤50mg/Nm3、二氧化硫≤30mg/Nm3、氮氧化物≤150mg/Nm3的排放限值。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明实施例中小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置的结构示意图。
图2为本发明实施例中套管式换热器的主视图。
图3为本发明实施例中套管式换热器的俯视图。
图4为本发明实施例中翅片管换热器的主视图。
图5为本发明实施例中翅片管换热器的俯视图。
图6为本发明实施例中小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置(虚线部分)与生物质锅炉连用时的结构示意图。
上述附图中标记分别代表：1-本体、2-顶盖，3-烟气进管，4-排污口，5-加湿喷管，6-套管式换热器、601-套管进水口、602-套管出水口、603-套管外壁、604-套管内壁、605-空腔、606-烟道，7-填料，8-除尘喷管，9-翅片管换热器、901-翅片管进口、902-翅片管出口、903-基管、904-翅片，10-烟气出管、11-出液口、12-循环喷淋水泵、13-板式换热器、14-余热采暖循环水泵、15-散热器、16-生物质锅炉。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件需要具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。
正如前文所述，目前的小型户用生物质锅炉的烟气大多数没有经过余热回收和净化处理，而是直接排放入大气中，因排烟温度高导致的热损失占锅炉输入能量的10～15％，未净化烟气中烟尘、二氧化硫及氮氧化物的浓度高于能源行业的规定。因此，本发明提出了一种小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置；现结合说明书附图和具体实施方式对本发明进一步说明。
参考图1，示例一种本发明的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，包括本体1、顶盖2，烟气进管3，排污口4，加湿喷管5，套管式换热器6，填料7，除尘喷管8，翅片管换热器9，烟气出管10和出液口11。
所述烟气进管3的下端通过本体1的顶盖2后进入本体1的腔室中，且烟气进管3固定在顶盖2上，本体1的底部设置有排污口4。所述加湿喷管5设置在烟气进管3中。所述烟气进管3的下端口与套管式换热器6的烟道连通且两者同轴设置。所述填料7设置在烟气进管3和/或套管式换热器6的周围。所述除尘喷管8设置在本体1腔室中且位于填料7上方。所述翅片管换热器9设置在本体1腔室中且位于除尘喷管8上方。所述烟气出管10设置在顶盖2上，所述出液口11设置在套管式换热器6下方的本体1上。
烟气进入烟气进管1后由烟气加湿喷管5喷洒水进行加湿，以提高烟气的水露点温度。然后烟气通过套管式换热器10将一部分热量传递给套管式换热器6内的换热介质(如水)。
被套管式换热器6进行第一次余热回收后，烟气从烟气进管1的下端口输出并折返上行，然后通过并在填料7内与除尘喷管8喷淋的水进行热量交换，烟气中的热量传递到循环喷淋水中，实现烟气的第二次余热回收，烟气的温度进一步降低。
烟气继续上行通过翅片管换热器9，烟气中的热量传递给冷水后产生温水，烟气中的热量进一步被回收，实现烟气的第三次余热回收，从而使烟气温度降至露点温度以下，烟气中的氮氧化物随着烟气冷凝液的析出而得以部分脱除，之后烟气通过烟气出管10排出。
烟气经过本实施例的余热回收及净化装置处理后，生物质锅炉的热利用效率可以提高10～15％，烟气排放指标低于能源行业标准(NB/T34006-2011)中规定烟气中烟尘≤50mg/Nm3、二氧化硫≤30mg/Nm3、氮氧化物≤150mg/Nm3的排放限值。
可以理解的是，在上述实施例的基础上，还可衍生出包括但不限于以下的技术方案，以解决不同技术问题，实现不同发明目的，具体示例如下：
进一步地，参考图2和3，在一些实施例中，所述套管式换热器6包括套管进水口601、套管出水口602、套管外壁603和套管内壁604。所述套管外壁603和套管内壁604之间形成密闭的空腔605，并共同构成换热单元。所述套管进水口601设置在套管外壁603的下方，套管出水口602设置在套管外壁603的上方，从而相对于向下流动的烟气形成逆向流动，提高换热效果。所述套管内壁604的内腔形成烟道606，以便于烟气进管3中的烟气通过套管式换热器进行热量回收。
进一步地，在另一些实施例中，所述填料7为塑料拉西环，所述填料7和除尘喷管8共同构成接触换热器。所述除尘喷管8包括水管和喷嘴，均由不锈钢材料制成，所述喷嘴数量为4个，且各喷嘴在沿水管的圆周均布。
进一步地，参考图4和5，在一些实施例中，所述翅片管换热器9包括翅片管进口901、翅片管出口902、基管903和翅片904。所述翅片管进口901和翅片管出口902均与基管903连接且三者之间形成循环，且所述翅片管进口901、翅片管出口902均与冷水箱连接，以便于保证翅片管换热器9中介质的温度满足烟气冷却需求。所述基管903为圆管，所述翅片904为正方形，厚度为0.5mm，翅片904沿基管903的周向均匀地分布；所述基管903和翅片904均由不锈钢材料制成。通过在除尘喷管8上方的本体内设置翅片管换热器9可以对烟气进一步冷却。
进一步地，在一些实施例中，所述出液口11和加湿喷管5连接，以便于本体1底部的液体的循环利用。
进一步地，参考图1-6，在一些实施例中，所述还包括循环喷淋水泵12、板式换热器13、余热采暖循环水泵14、散热器15和生物质锅炉16。所述出液口11与循环喷淋水泵12的进口连接，循环喷淋水泵12的出口分为两路，一路与加湿喷管5连接，另一路与板式换热器13、除尘喷管8依次连接。所述套管出水口602、散热器15、余热采暖循环水泵14、板式换热器13、套管进水口601依次连接并形成循环管路；且来自余热采暖循环水泵14的介质与来自循环喷淋水泵12的介质在板式换热器13中形成热交换。位于本体1外部的烟气进管3的上端口与生物质锅炉16的烟气出口连接，且两者的连接管路上设置有引风装置，以便于将生物质锅炉16中的烟气引入烟气进管3中进行处理。
生物质颗粒燃料在生物质锅炉16中燃烧后产生的烟气进入烟气进管经烟气加湿喷管加湿后，烟气含水量增加，烟气的水露点温度因此而得到提高，更有利于回收烟气中的汽化潜热。随后烟气继续下行经过套管式换热器，一部分热量传递给套管内的水。烟气自套管底部流出折返上行进入接触式换热器的填料中与向下的循环喷淋水逆流直接接触进行热量传递，填料大大增加了烟气和水的接触面积，提高了换热效率。与此同时，烟气中的灰尘由填料过滤脱除，烟气中的SO2与水反应得以脱除。随后，烟气经过翅片管换热器，烟气中的热量进一步被回收，烟气温度降至露点温度以下，烟气中的氮氧化物随着烟气冷凝液的析出而得以部分脱除。
进一步地，在本实施例的余热回收及利用装置中，所述循环喷淋水泵12将循环喷淋水从本体1底部的出液口11抽出后，循环喷淋水分成两路：一路循环喷淋水输送至烟气加湿喷管7中用于对烟气进行加湿以提高烟气的水露点温度；另一路循环喷淋水先是进入板式换热器13从而将热量传递给散热器15的回水后，再输送至除尘喷管8喷淋流经填料层7后落入本体1的底部，循环喷淋水完成一个工作循环。而散热器15的回水由余热采暖循环水泵14输送到板式换热器13中被循环喷淋水预加热后，进入所述套管式换热器6中被烟气进一步加热，然后进入散热器15中，而散热器15可以为家庭进行供暖。
综上，本发明通过套管式换热器、接触换热器和翅片管换热器的协同配合实现了烟气中显热和潜热的深度回收，同时去除了烟气中的烟尘、二氧化硫和氮氧化物等污染物。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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 (10)

1.小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，包括：
烟气进管，其下端通过本体的顶盖后进入本体的腔室中，且烟气进管固定在顶盖上，本体的底部设置有排污口；
加湿喷管，其设置在烟气进管中；
套管式换热器，包括烟道与换热单元，该烟道与烟气进管的下端口连通；
填料，其设置在烟气进管和/或套管式换热器的周围；
除尘喷管，其设置在本体的腔室中且位于填料上方；
翅片管换热器，其设置在本体腔室中且位于除尘喷管上方；
烟气出管，其设置在顶盖上；以及
设置在套管式换热器下方的本体上的出液口。
2.如权利要求1所述的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，所述套管式换热器包括：套管进水口、套管出水口、套管外壁和套管内壁；
所述套管外壁和套管内壁之间形成密闭的空腔，并共同构成换热单元；
所述套管进水口和套管出水口均设置在套管外壁上；
所述套管内壁的内腔形成烟道；优选地，所述烟道与烟气进管同轴设置。
3.如权利要求2所述的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，所述套管进水口设置在套管外壁的下方，套管出口设置在套管外壁的上方。
4.如权利要求1所述的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，所述除尘喷管包括水管和喷嘴；优选地，所述水管和喷嘴均由不锈钢材料制成；优选地，所述喷嘴数量≥4个，且各喷嘴在沿水管的圆周均布。
5.如权利要求1所述的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，所述翅片管换热器包括翅片管进口、翅片管出口、基管和翅片；所述翅片管进口和翅片管出口均与基管连接且三者之间形成循环，所述翅片固定在基管上。
6.如权利要求5所述的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，所述基管为圆管，所述翅片为方形，翅片沿基管的周向均匀地分布；优选地，所述基管和翅片均由不锈钢材料制成。
7.如权利要求1所述的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，所述翅片管进口、翅片管出口均与冷水箱连接；或者，所述出液口和加湿喷管连接。
8.如权利要求1所述的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，所述填料包括陶瓷、塑料拉西环中任意一种。
9.如权利要求1-8任一项所述的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，还包括循环喷淋水泵、板式换热器、余热采暖循环水泵和散热器；
所述出液口与循环喷淋水泵的进口连接，循环喷淋水泵的出口分为两路，一路与加湿喷管连接，另一路与板式换热器、除尘喷管依次连接；
所述套管出水口、散热器、余热采暖循环水泵、板式换热器、套管进水口依次连接并形成循环管路；且来自余热采暖循环水泵的介质与来自循环喷淋水泵的介质在板式换热器中形成热交换。
10.如权利要求1-8任一项所述的小型户用生物质锅炉烟气余热回收及净化装置，其特征在于，还包括生物质锅炉，位于本体外部的烟气进管的上端口与生物质锅炉的烟气出口连接，且两者的连接管路上设置有引风装置。
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