CN114893789A - 一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统和方法，系统设置两级吸收器，冷凝器和一级吸收器中换热器均浇筑铸铝均热块。烟气依次流经烟气‑电智能加热器，发生器、蒸发器换热后排入大气；甲醇依次流过一级吸收器，冷凝器、烟气‑电智能加热器均匀气化送入炉膛。所述方法基于上述系统使甲醇锅炉尾部高温烟气依次与甲醇、溴化锂溶液和工质水换热，温度逐级降至30℃，深度回收的烟气余热梯级利用于气化甲醇燃料至130℃和加热锅炉补水。本发明可将烟气温度降至30℃，实现了锅炉尾部烟气全热回收，烟气余热将甲醇气化送入炉膛。与现有雾化燃烧技术相比，燃烧热效率和燃尽率更高，耗电量更低，提高了甲醇锅炉运行的经济性。

Description

一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统和方法

技术领域

本发明属于甲醇锅炉领域，特别涉及一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统和方法。

背景技术

作为一种新型绿色环保的甲醇锅炉必将受到人们更多的青睐。然而，目前甲醇锅炉普遍排烟温度偏高，导致烟气中大量显热和潜热未被回收利用，造成严重的能源浪费。而且现有大功率甲醇锅炉多采用空压机或者高压燃料泵雾化燃烧，燃烧效率和燃尽率低，且耗电成本高。相比而言，将甲醇预先气化送入炉膛燃烧效率更高，单位产热燃料消耗量和耗电量大幅降低，大大提高了锅炉运行的经济性

因此，有必要发明一种既能实现烟气全热回收又能实现液体甲醇燃料经济稳定气化的适用于大功率甲醇锅炉的系统和方法，拓展甲醇燃料的应用范围，为甲醇在工业锅炉领域的普及应用奠定基础。

发明内容

本发明的目的在于提供一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统和方法，其利用了一种新型吸收式热泵系统，并改进了冷凝器和吸收器中换热器的结构，实现了甲醇锅炉尾部烟气的全热回收，并用烟气余热稳定均匀气化甲醇，提高了甲醇锅炉运行的经济性。

为达到上述目的，本发明采用如下的技术方案来实现：

一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统，包括新型吸收式热泵系统、甲醇锅炉尾部烟气全热回收系统、液体甲醇燃料均匀气化系统；

新型吸收式热泵系统包括发生器、一级吸收器、蒸发器、冷凝器、二级吸收器、溶液热交换器、溶液泵、溶液阀、溴化锂浓溶液配量泵、膨胀阀、冷剂蒸汽配量泵和蒸汽压缩泵；发生器过热蒸汽出口连接蒸汽压缩泵入口，蒸汽压缩泵出口连接冷凝器过热蒸汽入口，冷凝器热泵工质水出口连接膨胀阀入口，膨胀阀出口连接蒸发器热泵工质水入口，蒸发器热泵工质水出口分别连接一级吸收器和冷剂蒸汽配量泵入口，冷剂蒸汽配量泵出口连接二级吸收器工质水入口，一级吸收器和二级吸收器溴化锂稀溶液出口连接溶液泵入口，溶液泵出口连接溶液热交换器稀溶液入口，溶液热交换器稀溶液出口连接发生器溴化锂稀溶液入口；发生器溴化锂浓溶液出口连接溶液热交换器浓溶液入口，溶液热交换器浓溶液出口连接溶液阀入口，溶液阀出口连接一级吸收器和溴化锂浓溶液配量泵入口，溴化锂浓溶液配量泵出口连接二级吸收器溴化锂浓溶液入口，进行溶液循环交换；

甲醇锅炉尾部烟气全热回收系统包括发生器、蒸发器、烟气-电智能控制加热器、排水器和甲醇锅炉出口烟气；甲醇锅炉出口烟气连接烟气-电智能控制加热器烟气入口，烟气-电智能控制加热器的烟气出口与发生器烟气入口连接，发生器的烟气出口与蒸发器烟气入口连接，蒸发器烟气出口与大气连接，蒸发器冷凝水出口连接排水器入口；

液体甲醇燃料均匀气化系统包括一级吸收器、冷凝器、烟气-电智能控制加热器、液体甲醇的储液罐、过滤器和给料泵；储液罐出口连接过滤器入口，过滤器出口和给料泵入口连接，给料泵出口与一级吸收器入口连接，一级吸收器液体甲醇出口与冷凝器甲醇入口连接，冷凝器气体甲醇出口与烟气-电智能控制加热器气体甲醇入口连接，烟气-电智能控制加热器气体燃料出口与甲醇燃烧器相连。

本发明进一步的改进在于，排水器出口连接凝结水泵入口，凝结水泵(15)出口连接水净化器入口，水净化器出口连接锅炉补水入口。

本发明进一步的改进在于，还包括液体测温计、气体测温计a、气体测温计b、气体测温计c和集中控制器；

液体测温计连接一级吸收器甲醇出口，气体测温计a连接冷凝器甲醇出口；气体测温计b连接烟气-电智能加热器甲醇入口，气体测温计c连接靠近甲醇燃烧器的管道；集中控制器连接烟气-电智能加热器。

一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的方法，该方法基于所述的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统，包括如下步骤：

发生器中的溴化锂稀溶液被烟气加热浓缩，稀溶液变成浓溶液分两路进入一级吸收器和二级吸收器；一级吸收器和二级吸收器中浓溶液释放吸收热分别加热甲醇和热网补水，浓溶液变成稀溶液进入发生器；发生器中生成的过热蒸汽经蒸汽压缩泵升压后进入冷凝器中，在冷凝器中与甲醇换热，降温变成热泵工质水经膨胀阀降压后进入蒸发器中；随后在蒸发器中被烟气加热后变成冷剂蒸汽分别进入一级吸收器、二级吸收器稀释溴化锂浓溶液而放出热量；

甲醇锅炉出口烟气先进入烟气-电智能加热器，加热甲醇气体烟温降低；随后进入发生器加热溴化锂浓溶液，烟气温度进一步降低；最后烟气进入蒸发器，被热泵工质水冷却，烟气温度降至30℃，实现甲醇锅炉烟气的全热回收；

给料泵输送液体甲醇先进入一级吸收器被溴化锂浓溶液释放的吸收热加热升温；然后进入冷凝器被发生器产生的过热蒸汽加热气化；最后气化后的甲醇进入烟气-电智能换热器被烟气或者电加热升温至130℃。

本发明进一步的改进在于，气化过程中液体测温计、气体测温计a、气体测温计b和气体测温计c实时在线测量甲醇温度、反馈给集中控制器，若甲醇温度过低，烟气-电智能加热器启动，调整电功率加热甲醇气化。

本发明进一步的改进在于，甲醇锅炉满负荷运行时，一级吸收器和二级吸收器的溴化锂稀溶液质量之比为1:10；低负荷运行时，集中控制器控制溴化锂稀溶液配量泵和冷剂蒸汽配量泵增加流入二级吸收器的溴化锂稀溶液和冷剂蒸汽。

本发明进一步的改进在于，一级吸收器、冷凝器和烟气-电智能加热器中甲醇流经的不锈钢换热管外有铸铝均热块，使甲醇气化均匀，燃烧稳定性高。

本发明进一步的改进在于，排水器收集的烟气冷凝水经水净化器软化后送入锅炉补水，锅炉补水进入二级吸收器被吸收热加热升温后送入热水回水。

本发明至少具有如下有益的技术效果：

本发明提供的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统，主要包括新型吸收式热泵系统、甲醇锅炉尾部烟气全热回收系统、液体甲醇燃料均匀气化系统；将传统吸收式热泵系统做了如下改进，设置有两级吸收器，回收烟气余热分别用于气化甲醇燃料和加热锅炉补水，其中冷凝器和吸收器中换热器外均浇筑有铸铝均热块，确保甲醇燃料的均匀气化。同时，两级吸收器均配备有相应的配量，锅炉负荷调节时可以实现燃料气化量的同步调节。

本发明提供的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的方法，该系统工作时，烟气依次流过烟气-电智能加热器，发生器、蒸发器温度可降至30℃；甲醇依次流过一级吸收器，冷凝器、烟气-电智能加热器利用烟气余热均匀气化至130℃送入炉膛燃烧。

综上所述，本发明提供的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统和方法不仅实现了烟气全热回收，而且有效解决了现有大功率甲醇锅炉多采用空压机或者高压燃料泵雾化燃烧，导致燃烧效率、燃尽率低及耗电成本高的问题，对甲醇锅炉安全经济运行具有重要意义。

附图说明

图1为本发明的结构原理图。

附图标记说明：

1为发生器，2为一级吸收器，3为蒸发器，4为冷凝器，5为二级吸收器，6为烟气-电智能加热器，7为溶液热交换器，8为溶液泵，9为溶液阀，10为溴化锂浓溶液配量泵，11为膨胀阀，12为冷剂蒸汽配量泵，13为蒸汽压缩泵，14为排水器，15为凝结水泵，16为水净化器，17为储液罐，18为过滤器，19为给料泵，20为液体测温计，21为气体测温计a，22为气体测温计b，23为集中控制器，24为气体测温计c，25为甲醇燃烧器，26为甲醇锅炉出口烟气。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的详细说明

如图1所示，一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统，包括用于新型吸收式热泵系统、甲醇锅炉尾部烟气全热回收系统和液体甲醇燃料均匀气化系统。

新型吸收式热泵系统包括发生器1、一级吸收器2、蒸发器3、冷凝器4、二级吸收器5、溶液热交换器7、溶液泵8、溶液阀9、溴化锂浓溶液配量泵10、膨胀阀11、冷剂蒸汽配量泵12、蒸汽压缩泵13。其中，发生器1过热蒸汽出口连接蒸汽压缩泵13，蒸汽压缩泵13出口连接冷凝器4过热蒸汽入口，冷凝器4热泵工质水出口连接膨胀阀11，膨胀阀11出口连接蒸发器3热泵工质水入口，蒸发器3热泵工质水出口分别连接一级吸收器2和冷剂蒸汽配量泵12，冷剂蒸汽配量泵12连接二级吸收器5工质水入口，一级吸收器2和二级吸收器5溴化锂稀溶液出口连接溶液泵8，溶液泵8出口连接溶液热交换器7稀溶液入口，溶液热交换器7稀溶液出口连接发生器1溴化锂稀溶液入口；发生器1溴化锂浓溶液出口连接溶液热交换器7浓溶液入口，溶液热交换器7浓溶液出口连接溶液阀9，溶液阀9出口连接一级吸收器2和溴化锂浓溶液配量泵10，溴化锂浓溶液配量泵10连接二级吸收器5溴化锂浓溶液入口，进行溶液循环交换。

甲醇锅炉尾部烟气全热回收系统包括发生器1、蒸发器3、烟气-电智能控制加热器6、排水器14、甲醇锅炉出口烟气26。其中，甲醇锅炉出口烟气26连接烟气-电智能控制加热器6烟气入口，烟气-电智能控制加热器6的烟气出口与发生器1烟气入口连接，发生器1的烟气出口与蒸发器3烟气入口连接，蒸发器3烟气出口与大气连接，蒸发器3冷凝水出口连接排水器14，排水器14出口连接凝结水泵15入口，凝结水泵15出口连接水净化器16入口，水净化器16出口连接锅炉补水入口。

液体甲醇燃料均匀气化系统包括一级吸收器2、冷凝器4、烟气-电智能控制加热器6、液体甲醇的储液罐17、过滤器18、给料泵19。其中，储液罐17出口连接过滤器18，过滤器18出口和给料泵19连接，给料泵19出口与一级吸收器2连接，一级吸收器2液体甲醇出口与冷凝器4甲醇入口连接，冷凝器4气体甲醇出口与烟气-电智能控制加热器6气体甲醇入口连接，烟气-电智能控制加热器6气体燃料出口与甲醇燃烧器25相连。

如图1所示，本发明一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的方法，包括如下步骤：

甲醇锅炉初启动时，系统中仅烟气-电智能加热器6运行，20℃(视环境而定)液体甲醇采用电加热气化升温至130℃送入甲醇燃烧器25。

锅炉稳定运行时，发生器1中的溴化锂稀溶液被烟气加热浓缩，稀溶液变成浓溶液分两路进入一级吸收器2、二级吸收器5；一级吸收器2和二级吸收器5中浓溶液释放吸收热分别加热甲醇和回水，浓溶液变成稀溶液进入发生器1；发生器1中生成的过热蒸汽经蒸汽压缩泵13升压后进入冷凝器4中，在冷凝器4中与甲醇换热，降温变成热泵工质水经膨胀阀11降压后进入蒸发器3中；随后在蒸发器3中被烟气加热后变成冷剂蒸汽分别进入一级吸收器2、二级吸收器5稀释溴化锂浓溶液而放出热量。甲醇锅炉满负荷运行时，一级吸收器2和二级吸收器5的溴化锂稀溶液质量之比约为1:10；低负荷运行时，集中控制器23控制溴化锂稀溶液配量泵10和冷剂蒸汽配量泵12适当增加流入二级吸收器5的溴化锂稀溶液和冷剂蒸汽。

150℃的甲醇锅炉出口烟气26先进入烟气-电智能加热器6，加热甲醇气体烟温降低至135℃；随后进入发生器1加热溴化锂浓溶液，烟气温度进一步降低至80℃左右；最后烟气进入蒸发器3，被热泵工质水冷却，烟气温度降至30℃，实现甲醇锅炉烟气的全热回收。

给料泵19输送20℃(视环境温度而定)液体甲醇先进入一级吸收器2被吸收热加热升温至60℃左右；然后进入冷凝器4被发生器1产生的过热蒸汽加热气化至70℃左右；最后气化后的甲醇进入烟气-电智能换热器6被烟气或者电加热升温至130℃左右。

系统运行时液体测温计20、气体测温计a 21、气体测温计b 22和气体测温计c 24在线测量甲醇温度，实时反馈给集中控制器23。如若甲醇温度过低，烟气-电智能加热器6启动调整电功率辅助加热甲醇至130℃左右，防止输送过程中甲醇气体液化。

安装在蒸发器3上的排水器14收集烟气中的大量冷凝水，烟气从150℃左右降至30℃，凝结水率可达80％。软化后并入锅炉补水进入二级吸收器5加热至70℃左右送入热网。

以装机容量为2.8MW的甲醇热水锅炉为例，本发明每小时可回收烟气余热1409MJ，用于气化甲醇和加热锅炉补水。一个采暖季，与甲醇电气化相比预计可节约电费288万元。此外，可回收凝结水量为1319m³。

应理解，该实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外，还应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域的技术人员可以对本发明做出各种改动或修改，然而，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统，其特征在于，包括新型吸收式热泵系统、甲醇锅炉尾部烟气全热回收系统、液体甲醇燃料均匀气化系统；

新型吸收式热泵系统包括发生器(1)、一级吸收器(2)、蒸发器(3)、冷凝器(4)、二级吸收器(5)、溶液热交换器(7)、溶液泵(8)、溶液阀(9)、溴化锂浓溶液配量泵(10)、膨胀阀(11)、冷剂蒸汽配量泵(12)和蒸汽压缩泵(13)；发生器(1)过热蒸汽出口连接蒸汽压缩泵(13)入口，蒸汽压缩泵(13)出口连接冷凝器(4)过热蒸汽入口，冷凝器(4)热泵工质水出口连接膨胀阀(11)入口，膨胀阀(11)出口连接蒸发器(3)热泵工质水入口，蒸发器(3)热泵工质水出口分别连接一级吸收器(2)和冷剂蒸汽配量泵(12)入口，冷剂蒸汽配量泵(12)出口连接二级吸收器(5)工质水入口，一级吸收器(2)和二级吸收器(5)溴化锂稀溶液出口连接溶液泵(8)入口，溶液泵(8)出口连接溶液热交换器(7)稀溶液入口，溶液热交换器(7)稀溶液出口连接发生器(1)溴化锂稀溶液入口；发生器(1)溴化锂浓溶液出口连接溶液热交换器(7)浓溶液入口，溶液热交换器(7)浓溶液出口连接溶液阀(9)入口，溶液阀(9)出口连接一级吸收器(2)和溴化锂浓溶液配量泵(10)入口，溴化锂浓溶液配量泵(10)出口连接二级吸收器(5)溴化锂浓溶液入口，进行溶液循环交换；

甲醇锅炉尾部烟气全热回收系统包括发生器(1)、蒸发器(3)、烟气-电智能控制加热器(6)、排水器(14)和甲醇锅炉出口烟气(26)；甲醇锅炉出口烟气(26)连接烟气-电智能控制加热器(6)烟气入口，烟气-电智能控制加热器(6)的烟气出口与发生器(1)烟气入口连接，发生器(1)的烟气出口与蒸发器(3)烟气入口连接，蒸发器(3)烟气出口与大气连接，蒸发器(3)冷凝水出口连接排水器(14)入口；

液体甲醇燃料均匀气化系统包括一级吸收器(2)、冷凝器(4)、烟气-电智能控制加热器(6)、液体甲醇的储液罐(17)、过滤器(18)和给料泵(19)；储液罐(17)出口连接过滤器(18)入口，过滤器(18)出口和给料泵(19)入口连接，给料泵(19)出口与一级吸收器(2)入口连接，一级吸收器(2)液体甲醇出口与冷凝器(4)甲醇入口连接，冷凝器(4)气体甲醇出口与烟气-电智能控制加热器(6)气体甲醇入口连接，烟气-电智能控制加热器(6)气体燃料出口与甲醇燃烧器(25)相连。

2.根据权利要求1所述的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统，其特征在于，排水器(14)出口连接凝结水泵(15)入口，凝结水泵(15)出口连接水净化器(16)入口，水净化器(16)出口连接锅炉补水入口。

3.根据权利要求2所述的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统，其特征在于，还包括液体测温计(20)、气体测温计a(21)、气体测温计b(22)、气体测温计c(24)和集中控制器(23)；

液体测温计(20)连接一级吸收器(2)甲醇出口，气体测温计a(21)连接冷凝器(4)甲醇出口；气体测温计b(22)连接烟气-电智能加热器(6)甲醇入口，气体测温计c(24)连接靠近甲醇燃烧器(25)的管道；集中控制器(23)连接烟气-电智能加热器(6)。

4.一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的方法，其特征在于，该方法基于权利要求3所述的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的系统，包括如下步骤：

发生器(1)中的溴化锂稀溶液被烟气加热浓缩，稀溶液变成浓溶液分两路进入一级吸收器(2)和二级吸收器(5)；一级吸收器(2)和二级吸收器(5)中浓溶液释放吸收热分别加热甲醇和热网补水，浓溶液变成稀溶液进入发生器(1)；发生器(1)中生成的过热蒸汽经蒸汽压缩泵(13)升压后进入冷凝器(4)中，在冷凝器(4)中与甲醇换热，降温变成热泵工质水经膨胀阀(11)降压后进入蒸发器(3)中；随后在蒸发器(3)中被烟气加热后变成冷剂蒸汽分别进入一级吸收器(2)、二级吸收器(5)稀释溴化锂浓溶液而放出热量；

甲醇锅炉出口烟气(19)先进入烟气-电智能加热器(6)，加热甲醇气体烟温降低；随后进入发生器(1)加热溴化锂浓溶液，烟气温度进一步降低；最后烟气进入蒸发器(3)，被热泵工质水冷却，烟气温度降至30℃，实现甲醇锅炉烟气的全热回收；

给料泵(19)输送液体甲醇先进入一级吸收器(2)被溴化锂浓溶液释放的吸收热加热升温；然后进入冷凝器(4)被发生器(1)产生的过热蒸汽加热气化；最后气化后的甲醇进入烟气-电智能换热器被烟气或者电加热升温至130℃。

5.根据权利要求4所述的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的方法，其特征在于，气化过程中液体测温计(20)、气体测温计a(21)、气体测温计b(22)和气体测温计c(24)实时在线测量甲醇温度、反馈给集中控制器(23)，若甲醇温度过低，烟气-电智能加热器(6)启动，调整电功率加热甲醇气化。

6.根据权利要求4所述的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的方法，其特征在于，甲醇锅炉满负荷运行时，一级吸收器(2)和二级吸收器(5)的溴化锂稀溶液质量之比为1:10；低负荷运行时，集中控制器(23)控制溴化锂稀溶液配量泵(10)和冷剂蒸汽配量泵(12)增加流入二级吸收器(5)的溴化锂稀溶液和冷剂蒸汽。

7.根据权利要求4所述的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的方法，其特征在于，一级吸收器(2)、冷凝器(4)和烟气-电智能加热器(6)中甲醇流经的不锈钢换热管外有铸铝均热块，使甲醇气化均匀，燃烧稳定性高。

8.根据权利要求4所述的一种甲醇锅炉烟气全热回收及燃料全气化的方法，其特征在于，排水器(14)收集的烟气冷凝水经水净化器(16)软化后送入锅炉补水，锅炉补水进入二级吸收器(5)被吸收热加热升温后送入热水回水。

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