CN115507360A - 一种低氮排放浸没燃烧式气化器系统 - Google Patents

一种低氮排放浸没燃烧式气化器系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种低氮排放浸没燃烧式气化器系统，属于液化天然气气化技术领域和环保技术领域；设计一种燃烧器系统，通过挡板使一次和二次进气提前旋转，通过主旋流叶片及二级导向叶片形成均匀涡流，增加喷水装置以提高火焰区水分浓度，利用掺混系统及制氢系统，使用掺氢天然气作为燃料，能有效的降低NOx及CO排放。

Description

一种低氮排放浸没燃烧式气化器系统
技术领域
本发明涉及一种低氮排放浸没燃烧式气化器系统，属于液化天然气气化技术领域和环保技术领域。
背景技术
在化石燃料中对环境影响较小的天然气的需求在全球范围内不断增加。包括中国在内的天然气资源有限的国家通过管道或LNG油轮进口天然气，对外的依存度高，基本上只能通过进口来补气消费缺口。2025年，由于发展中国家的需求上升，预计全球对液化天然气简称(LNG)贸易的需求将翻一番。
浸没燃烧式气化器能将LNG气化为天然气简称(NG)，燃烧器燃烧过程中产生的烟气中含有空气污染物，包括一氧化氮和二氧化氮，通常被称为氮氧化物简称(NOx)，浸没燃烧式气化器作为燃烧器具有特殊的使用环境，不能轻易控制NOx和CO的排放。
针对上述问题，故本发明在燃烧器中安装了喷水装置、设计涡流结构并以混氢天然气为燃料以此减少NOx和CO的产生。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低氮排放浸没燃烧式气化器系统，从降低浸没燃烧式气化器NOx及CO排放出发，设计出挡板﹑隔板﹑主旋流叶片及二级导向叶片，利用以混氢天然气为燃料和配备喷水装置的燃烧器可实现NOx及CO低排放。
本发明主要解决以下问题：
(1)设计一种喷水装置，喷射流中的水滴在靠近扩散火焰的汽化平面上快速蒸发，喷雾中的水分蒸发有助于提高火焰区的水分浓度，增加喷水装置能有效的降低NOx及CO排放。
(2)利用掺混系统及制氢系统，使用混氢天然气为燃料，改变燃料组成降低NOx及CO排放。
(3)设计挡板，能使一次、二次进气预先形成旋流。
(4)设计主旋流叶片及二级导向叶片，通过主旋流叶片及二级导向叶片形成均匀涡流，涡流结构减弱了气流，稳定局部过量空气比，形成废气再循环区，促进了温和燃烧。
为了实现上述目的，本发明的技术方案如下。
一种低氮排放浸没燃烧式气化系统，其特征在于：包括燃烧器系统20和掺混系统24；
进一步的，所述燃烧器系统20包括分流阀201、喷水喷嘴202、隔板203、主旋流叶片204、二级导向叶片205、燃料喷嘴206、燃料管道207、燃料罐208、输水管道209、挡板210、内筒211和外筒212；
所述分流阀201置于燃烧器系统20入口中心，能够上下摇动调节，控制一次、二次进气量；所述喷水喷嘴202位于输水管道209底端，喷射速度为20L/h，向下喷水；所述隔板203水平设置在燃烧器系统20的中部且环绕在内筒210外侧，使一次、二次进气隔绝开，所述主旋流叶片204位于内筒211底部且位于二级导向叶片205的上方，所述燃料喷嘴206位于燃料罐208底端且均匀分布，所述燃料管道207连接到燃料罐208中间位置，所述输水管道209贯穿燃料罐208，所述挡板210竖直放置在内筒211外侧，且与隔板203垂直相交，通过布置挡板210，一次和二次空气提前旋转，并通过主旋流叶片204、二级导向叶片205形成均匀涡流。
进一步的，所述的掺混系统24包括温度、压力及流量传感器A241和温度、压力及流量传感器B242、调节控制装置A243、调节控制装置B244、PLC控制系统245、混合系统246、静态混合器247、整流器248、输送管道249；
所述静态混合器247采用SK型静态混合器701，个数为3个，旋转角度为120°，连续排列；所述整流器248由小型正六边形薄管801组合而成。
进一步的，所述的喷水喷嘴202采用雾化喷嘴。
进一步的，所述的主旋流叶片204共有16个倾斜角为45°的主旋流叶片。
进一步的，所述的二级导向叶片205共有18个倾斜角为45°的二级导向叶片。
进一步的，所述的燃料喷嘴206包括燃料喷嘴A901、燃料喷嘴B902、燃料喷嘴C903、燃料喷嘴D904、燃料喷嘴E905、燃料喷嘴F906；
所述燃料喷嘴A901、燃料喷嘴B902、燃料喷嘴C903、燃料喷嘴D904、燃料喷嘴E905、燃料喷嘴F906均采用燃烧器喷嘴；
进一步的，所述的燃料管道207包括燃料管道A907、燃料管道B908、燃料管道C909、燃料管道D910、环形管911、燃料进气总管912。
一种低氮排放浸没燃烧式气化系统，包括以下步骤：
S1：燃烧器系统20与轴流风机11相连，轴流风机11供给空气到燃烧器系统20入口，通过分流阀201进行一次、二次进气量分配，通过布置挡板210，一次和二次进气提前进行旋转，空气流入温度由轴流风机11压缩效果决定；
S2：喷水喷嘴202位于输水管道209底端，向下喷水，喷射速度为20L/h，掺氢天然气通过燃料进气总管912经环形管911由燃料管道A907、燃料管道B908、燃料管道C909、燃料管道D910输送至燃料罐208，再由燃料罐208底端燃料喷嘴A901、燃料喷嘴B902、燃料喷嘴C903、燃料喷嘴D904、燃料喷嘴E905、燃料喷嘴F906喷出燃料，喷出速率为10m3/h，一次进气向下流过时与喷出燃料、喷水喷嘴202喷出水雾混合，通过主旋流叶片204形成均匀涡流，二次进气则经二级导向叶片205整流后送入炉膛13；
S3：制氢系统25产出H2及浸没燃烧式气化器出口部分NG输送至掺混系统24,温度、压力及流量传感器A241和温度、压力及流量传感器B242收集信号至PLC控制系统245，调节控制装置A243、调节控制装置B244调节开口程度，混合后气体在静态混合器247、整流器248的作用下混合均匀，输送至燃料进气总管912，经由S2步骤后在炉膛13进行燃烧，炉膛13的中心因回旋流而呈现负压，形成向上流动的逆流区域，燃烧后的气体稀释了未燃烧的燃料和空气并促进了温和燃烧，抑制了NOx的产生；
S4：从炉膛13出来的烟气通过烟气散布管14上开出的圆孔排出，气液两相流向上腾涌横掠过初始半浸没的水平排列蛇形换热管束17并将其完全浸没，进行换热管束内LNG加热，使其升温气化，烟气与水经过热量、质量、动能的传递后在溢流堰16上方溢出分离，水由于重力回落到水浴集箱15内形成回流，烟气则由上部排烟管19排出；
S5：循环水泵12将水浴集箱15底部冷水供到水夹套21，冷却没有被水浴浸没部分的炉壁，由于水夹套21内冷却水流速较快，可以带走大量热量对炉膛13也起到冷却作用；
S6：设置pH测量计22，当发现水浴集箱内pH偏低时候，则需将碱液储罐18打开，调节水浴集箱内pH值。
该发明的有益效果在于：
(1)设计一种喷水装置，喷射流中的水滴在靠近扩散火焰的汽化平面上快速蒸发，喷雾中的水分蒸发有助于提高火焰区的水分浓度，增加喷水装置能有效的降低NOx及CO排放。
(2)利用掺混系统及制氢系统，使用混氢天然气为燃料，改变燃料组成降低NOx及CO排放。
(3)设计挡板，能使一次、二次进气预先形成旋流。
(4)设计主旋流叶片及二级导向叶片，通过主旋流叶片及二级导向叶片形成均匀涡流，涡流结构减弱了气流，稳定局部过量空气比，形成废气再循环区，促进了温和燃烧。
附图说明
图1是本发明实施例中浸没燃烧式气化系统结构示意图。
图2是本发明实施例中浸没燃烧式气化系统燃烧器结构示意图。
图3是本发明实施例中浸没燃烧式气化系统燃烧器内部结构正视图。
图4是本发明实施例中浸没燃烧式气化系统燃烧器内部结构仰视图。
图5是本发明实施例中喷嘴及燃料管示意图。
图6是本发明实施例中掺氢系统示意图。
图7是本发明实施例中SK型静态混合器示意图。
图8是本发明实施例中整流器示意图。
图9是本发明实施例中制氢系统示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便更好的理解本发明。
实施例
本实施例中，图1浸没燃烧式气化系统结构示意图，浸没燃烧式气化系统包括轴流风机11、循环水泵12、炉膛13、烟气散布管14、水浴集箱15、溢流堰16、换热集束17﹑碱液储罐18、排烟管19、燃烧器系统20、水夹套21、pH测量计22、温度计23、掺混系统24、制氢系统25、水泵26、水池27；
所述轴流风机11连接燃烧器的空气入口，所述循环水泵12将水浴集箱15底部与燃烧器的水夹套21相连接，所述烟气散布管14连接于燃烧器系统20且位于燃烧器系统20右侧，所述水浴集箱15的初始水位高度和溢流堰16高度之间比值在0.6到0.8之间，所述换热集束17位于烟气散布管14上方且位于溢流堰16之间，换热集束17为蛇形换热集束，所述碱液储罐18位于气化器之外，通过管道与水浴集箱相连接；所述排烟管19位于气化器顶部中间，所述燃烧器系统20与轴流风机11及烟气散布管14相连接，且置于箱体左侧，所述水夹套21位于炉膛13外侧，所述pH测量计22、温度计23均位于水浴集箱15右下角，所述掺混系统24与制氢系统25、燃烧器系统20及浸没燃烧式气化器NG出口相连，所述水池27为燃烧器系统20提供水源。
图2是浸没燃烧式气化系统燃烧器结构示意图、图3是本发明实施例中浸没燃烧式气化系统燃烧器内部结构正视图、图4是本发明实施例中浸没燃烧式气化系统燃烧器内部结构仰视图，浸没燃烧式气化系统燃烧器包括分流阀201、喷水喷嘴202、隔板203、主旋流叶片204、二级导向叶片205、燃料喷嘴206、燃料管道207、燃料罐208、输水管道209、挡板210、内筒211和外筒212；
所述分流阀201置于燃烧器系统20入口中心，能够上下摇动调节，控制一次、二次进气量；所述喷水喷嘴202位于输水管道209底端，喷射速度为20L/h，向下喷水，所述喷水喷嘴202采用雾化喷嘴；所述隔板203水平设置在燃烧器系统20的中部且环绕在内筒210外侧，使一次、二次进气隔绝开，所述主旋流叶片204位于内筒211底部且位于二级导向叶片205的上方，所述燃料喷嘴206位于燃料罐208底端且均匀分布，所述燃料管道207连接到燃料罐208中间位置，所述输水管道209贯穿燃料罐208，所述挡板210竖直放置在内筒211外侧，且与隔板203垂直相交，通过布置挡板210，一次和二次空气提前旋转，并通过主旋流叶片204、二级导向叶片205形成均匀涡流。
图5是喷嘴及燃料管示意图，包括燃料喷嘴A901、燃料喷嘴B902、燃料喷嘴C903、燃料喷嘴D904、燃料喷嘴E905、燃料喷嘴F906、燃料管道A907、燃料管道B908、燃料管道C909、燃料管道D910、环形管911、燃料进气总管912；
所述燃料喷嘴A901、燃料喷嘴B902、燃料喷嘴C903、燃料喷嘴D904、燃料喷嘴E905、燃料喷嘴F906均采用燃烧器喷嘴；燃料从燃料进气总管912进入环形管911再经由燃料管道A907、燃料管道B908、燃料管道C909、燃料管道D910进入燃料罐208，再经由燃料喷嘴A901、燃料喷嘴B902、燃料喷嘴C903、燃料喷嘴D904喷出燃料。
图6是掺氢系统示意图，图7是SK型静态混合器示意图，图8是整流器示意图，掺氢系统包括温度、压力及流量传感器A241和温度、压力及流量传感器B242、调节控制装置A243、调节控制装置B244、PLC控制系统245、混合系统246、静态混合器247、整流器248、输送管道249；
所述PLC控制系统245与温度、压力及流量传感器A241和温度、压力及流量传感器B242、调节控制装置A243、调节控制装置B244相连接，所述混合系统246与调节控制装置A243、调节控制装置B244及输送管道248相连接，PLC控制系统245接受温度、压力及流量传感器B242、调节控制装置A243、调节控制装置B244信号输入，进行调节控制装置A243、调节控制装置B244控制，所述静态混合器247采用SK型静态混合器701，个数为3个，旋转角度为120°，连续排列，所述整流器248由小型正六边形薄管801组合而成，混合气体经静态混合器247与整流器248后混合均匀。
图9是制氢系统示意图，制氢系统包括电解海水251、光催化海水252、光电化学海水分解253及储氢系统254；
所述电解海水251、光催化海水252、光电化学海水分解253三种制氢方式应根据当地情况选择其中一种或几种方法完成制氢，所述储氢系统254可以完成制出氢气的储存。
一种低氮排放浸没燃烧式气化器系统，包括以下步骤：
S1：燃烧器系统20与轴流风机11相连，轴流风机11供给空气到燃烧器系统20入口，通过分流阀201进行一次、二次进气量分配，通过布置挡板210，一次和二次进气提前进行旋转，空气流入温度由轴流风机11压缩效果决定；
S2：喷水喷嘴202位于输水管道209底端，向下喷水，喷射速度为20L/h，掺氢天然气通过燃料进气总管912经环形管911由燃料管道A907、燃料管道B908、燃料管道C909、燃料管道D910输送至燃料罐208，再由燃料罐208底端燃料喷嘴A901、燃料喷嘴B902、燃料喷嘴C903、燃料喷嘴D904、燃料喷嘴E905、燃料喷嘴F906喷出燃料，喷出速率为10m3/h，一次进气向下流过时与喷出燃料、喷水喷嘴202喷出水雾混合，通过主旋流叶片204形成均匀涡流，二次进气则经二级导向叶片205整流后送入炉膛13；
S3：制氢系统25产出H2及浸没燃烧式气化器出口部分NG输送至掺混系统24,温度、压力及流量传感器A241和温度、压力及流量传感器B242收集信号至PLC控制系统245，调节控制装置A243、调节控制装置B244调节开口程度，混合后气体在静态混合器247、整流器248的作用下混合均匀，输送至燃料进气总管912，经由S2步骤后在炉膛13进行燃烧，炉膛13的中心因回旋流而呈现负压，形成向上流动的逆流区域，燃烧后的气体稀释了未燃烧的燃料和空气并促进了温和燃烧，抑制了NOx的产生；
S4：从炉膛13出来的烟气通过烟气散布管14上开出的圆孔排出，气液两相流向上腾涌横掠过初始半浸没的水平排列蛇形换热管束17并将其完全浸没，进行换热管束内LNG加热，使其升温气化，烟气与水经过热量、质量、动能的传递后在溢流堰16上方溢出分离，水由于重力回落到水浴集箱15内形成回流，烟气则由上部排烟管19排出；
S5：循环水泵12将水浴集箱15底部冷水供到水夹套21，冷却没有被水浴浸没部分的炉壁，由于水夹套21内冷却水流速较快，可以带走大量热量对炉膛13也起到冷却作用；
S6：设置pH测量计22，当发现水浴集箱内pH偏低时候，则需将碱液储罐18打开，调节水浴集箱内pH值。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种低氮排放浸没燃烧式气化器系统，其特征在于：燃烧器系统(20)、掺混系统(24)。
2.根据权利要求1所述的燃烧器系统(20)，其特征在于：所述燃烧器系统(20)包括分流阀(201)、喷水喷嘴(202)、隔板(203)、主旋流叶片(204)、二级导向叶片(205)、燃料喷嘴(206)、燃料管道(207)、燃料罐(208)、输水管道(209)、挡板(210)、内筒(211)和外筒(212)；
所述分流阀(201)置于燃烧器系统(20)入口中心，能够上下摇动调节，控制一次、二次进气量，所述喷水喷嘴(202)位于输水管道(209)底端，喷射速度为20L/h，向下喷水，所述隔板(203)水平设置在燃烧器系统(20)的中部且环绕在内筒(210)外侧，使一次、二次进气隔绝开，所述主旋流叶片(204)位于内筒(211)底部且位于二级导向叶片(205)的上方，所述燃料喷嘴(206)位于燃料罐(208)底端且均匀分布，所述燃料管道(207)连接到燃料罐(208)中间位置，所述输水管道(209)贯穿燃料罐(208)，所述挡板(210)竖直放置在内筒(211)外侧，且与隔板(203)垂直相交，通过布置挡板(210)，一次和二次进气提前旋转，并通过主旋流叶片(204)、二级导向叶片(205)形成均匀涡流。
3.根据权利要求1所述的掺混系统(24)，其特征在于：包括温度、压力及流量传感器A(241)和温度、压力及流量传感器B(242)、调节控制装置A(243)、调节控制装置B(244)、PLC控制系统(245)、混合系统(246)、静态混合器(247)、整流器(248)、输送管道(249)；
所述静态混合器(247)采用SK型静态混合器(701)，个数为3个，旋转角度为120°，连续排列，所述整流器(248)由小型正六边形薄管(801)组合而成。
4.根据权利要求2所述的喷水喷嘴(202)其特征在于：采用雾化喷嘴。
5.根据权利要求2所述的主旋流叶片(204)、二级导向叶片(205)，其特征在于：所述主旋流叶片(204)共有16个倾斜角为45°的主旋流叶片，所述二级导向叶片(205)共有18个倾斜角为45°的二级导向叶片。
6.根据权利要求2所述的燃料喷嘴(206)其特征在于：包括燃料喷嘴A(901)、燃料喷嘴B(902)、燃料喷嘴C(903)、燃料喷嘴D(904)、燃料喷嘴E(905)、燃料喷嘴F(906)；
所述燃料喷嘴A(901)、燃料喷嘴B(902)、燃料喷嘴C(903)、燃料喷嘴D(904)、燃料喷嘴E(905)、燃料喷嘴F(906)均采用燃烧器喷嘴。
7.根据权利要求2所述的燃料管道(207)其特征在于：包括燃料管道A(907)、燃料管道B(908)、燃料管道C(909)、燃料管道D(910)、环形管(911)、燃料进气总管(912)。
8.一种低氮排放浸没燃烧式气化器系统，包括以下步骤：
S1：燃烧器系统(20)与轴流风机(11)相连，轴流风机(11)供给空气到燃烧器系统(20)入口，通过分流阀(201)进行一次、二次进气量分配，通过布置挡板(210)，一次和二次进气提前进行旋转，空气流入温度由轴流风机(11)压缩效果决定；
S2：喷水喷嘴(202)位于输水管道(209)底端，向下喷水，喷射速度为20L/h，掺氢天然气通过燃料进气总管(912)经环形管(911)由燃料管道A(907)、燃料管道B(908)、燃料管道C(909)、燃料管道D(910)输送至燃料罐(208)，再由燃料罐(208)底端燃料喷嘴A(901)、燃料喷嘴B(902)、燃料喷嘴C(903)、燃料喷嘴D(904)、燃料喷嘴E(905)、燃料喷嘴F(906)喷出燃料，喷出速率为10m3/h，一次进气向下流过时与喷出燃料、喷水喷嘴(202)喷出水雾混合，通过主旋流叶片(204)形成均匀涡流，二次进气则经二级导向叶片(205)整流后送入炉膛(13)；
S3：制氢系统(25)产出H2及浸没燃烧式气化器出口部分NG输送至掺混系统(24),温度、压力及流量传感器A(241)和温度、压力及流量传感器B(242)收集信号至PLC控制系统(245)，调节控制装置A(243)、调节控制装置B(244)调节开口程度，混合后气体在静态混合器(247)、整流器(248)的作用下混合均匀，输送至燃料进气总管(912)，经由S2步骤后在炉膛(13)进行燃烧，炉膛(13)的中心因回旋流而呈现负压，形成向上流动的逆流区域，燃烧后的气体稀释了未燃烧的燃料和空气并促进了温和燃烧，抑制了NOx的产生；
S4：从炉膛(13)出来的烟气通过烟气散布管(14)上开出的圆孔排出，气液两相流向上腾涌横掠过初始半浸没的水平排列蛇形换热管束(17)并将其完全浸没，进行换热管束内LNG加热，使其升温气化，烟气与水经过热量、质量、动能的传递后在溢流堰(16)上方溢出分离，水由于重力回落到水浴集箱(15)内形成回流，烟气则由上部排烟管(19)排出；
S5：循环水泵(12)将水浴集箱(15)底部冷水供到水夹套(21)，冷却没有被水浴浸没部分的炉壁，由于水夹套(21)内冷却水流速较快，可以带走大量热量对炉膛(13)也起到冷却作用；
S6：设置pH测量计(22)，当发现水浴集箱内pH偏低时候，则需将碱液储罐(18)打开，调节水浴集箱内pH值。
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