CN213983536U - 一种天然气锅炉综合利用系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种天然气锅炉综合利用系统，燃气燃烧器设置于天然气锅炉的入口，节能器、除水装置和烟道隔绝门依次设置于天然气锅炉的烟气出口管道上，烟气出口管道与烟筒连通；除氧器与节能器连接，节能器的出水管与天然气锅炉连接；烟道的一端与烟气出口管道连通，连通点位于除水装置与烟道隔绝门之间的位置；烟道的一端分为两路并分别与CO₂储罐和CO₂与O₂混合箱连接，送风机设置于烟道上；CO₂与O₂混合箱上连接有O₂管道，CO₂与O₂混合箱通过CO₂与O₂管道与燃气燃烧器连接，燃气燃烧器还连接有天然气管道。本实用新型具有系统简单、排放量极低，投资小、燃烧生成产物能综合利用的特点，为以后工业锅炉的环保高效及综合利用发展提供了一种思路。

Description

一种天然气锅炉综合利用系统

技术领域

本实用新型属于工业锅炉领域，涉及一种天然气锅炉综合利用系统。

背景技术

NOx是影响大气环境质量的一个重要污染因素，国内外对NOx的危害、燃煤发电燃烧过程中NOx的产生机理以及NOx技术的降低等都进行了充分的研究。氮氧化物气体的反应会形成臭氧，臭氧是烟气和酸雨的主要组成部分，也是形成细颗粒的主要组成部分，对人体健康都有损害。

目前CO₂减排主要是从空气中进行分离，此项技术成本高，推广应用前景低。

由于天然气锅炉在运行过程中会产生大量的NOx和CO₂，因此如何减少因天然气锅炉对NOx和CO₂的排放量是本领域技术人员亟待解决的技术问题。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的问题，本实用新型的目的在于提供了一种天然气锅炉综合利用系统，本实用新型能够大幅降低天然气锅炉对NOx和CO₂的排放量，同时该系统具有结构简单、排放量极低以及燃烧生成产物能综合利用的特点，为以后工业锅炉的发展提供了一种思路。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案如下：

一种天然气锅炉综合利用系统，包括燃气燃烧器、天然气锅炉、节能器、除水装置、烟道隔绝门、烟筒、烟道、除氧器、送风机、CO₂储罐和CO₂与O₂混合箱，燃气燃烧器设置于天然气锅炉的入口，节能器、除水装置和烟道隔绝门依次设置于天然气锅炉的烟气出口管道上，天然气锅炉的烟气出口管道与烟筒连通；除氧器与节能器连接，节能器的出水管与天然气锅炉连接；烟道的一端与天然气锅炉的烟气出口管道连通，连通点位于除水装置与烟道隔绝门之间的位置；烟道的一端分为两路并分别与CO₂储罐和CO₂与O₂混合箱连接，送风机设置于烟道上；CO₂与O₂混合箱上连接有O₂管道，CO₂与O₂混合箱通过CO₂与O₂管道与燃气燃烧器连接，燃气燃烧器还连接有天然气管道。

优选的，节能器包括一级节能器和二级节能器，一级节能器和二级节能器依次设置于天然气锅炉的烟气出口管道上；锅炉的给水管经过二级节能器出口与除氧器入口相连，除氧器出口与一级节能器入口相连，一级节能器出口与锅炉入口相连通。

优选的，除水装置包括冷凝排水装置和收水装置，冷凝排水装置和收水装置依次设置于天然气锅炉的烟气出口管道上。

优选的，CO₂储罐与烟道连通的这一路管路上设有CO₂调节阀和CO₂关断阀。

优选的，O₂管道上设有O₂调节门和O₂关断门。

优选的，CO₂与O₂管道上设有燃烧器入口风门。

优选的，烟道还设有CO₂收集口，CO₂收集口位于送风机的下风向。

本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型天然气锅炉综合利用系统中，通过设置烟道、CO₂储罐和CO₂与O₂混合箱，烟道的一端分为两路并分别与CO₂储罐和CO₂与O₂混合箱连接，因此，当燃气锅炉需要启动时，通过将CO₂与O₂混合并将形成的混合气通过燃气燃烧器与天然气在天然气锅炉内混合燃烧，就能实现天然气在天然气锅炉内的燃烧，燃烧产生的热量用来加天然气热锅炉内受热面工质，被加热的高温高压工质用来发电或对外供气。该过程中未引入N₂，避免了NOx的产生和排放。通过设置节能器能够降低烟气温度，使得烟气温度降低至水露点以下，这样便于燃烧产生的水的排出，防止水气掺入后续的CO₂循环利用中；将除氧器与节能器相连，能够将节能器换热时的能量用于加热除氧器出口的除氧水，被加热的除氧水进入锅炉作为工质吸热，同时还能够加热除氧器进口的非除氧水，提高进入除氧器的水温，减少除氧器耗气量。由于天然气锅炉启动时，在启动阶段，会由于燃烧不完全产生的含有CO气体的烟气，该部分烟气不能用于后期烟气的循环利用，因此本实用新型在天然气锅炉的烟气出口管道上设置烟道隔绝门，天然气锅炉的烟气出口管道与烟筒连通，天然气锅炉启动时，通过烟道隔绝门能够将含有CO气体的烟气排出，并且在CO气体的烟气排出完全后，将烟道隔绝门关闭，使得烟气在系统内部进行循环。从上述可以看出，本实用新型天然气锅炉综合利用系统能够大幅降低天然气锅炉对NOx和CO₂的排放量，同时该系统具有结构简单、排放量极低以及燃烧生成产物能综合利用的特点，为以后工业锅炉的发展提供了一种思路。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

其中，1为天然气管道、2为天然气调节门、3为燃烧器入口风门、4为燃气燃烧器、5为天然气锅炉、6为一级节能器、7为二级节能器、8为冷凝排水装置、9为收水装置、10为烟道隔绝门、11为烟筒、12为烟道、13为除氧器入口调门、14为除氧器、15为送风机、16为CO₂储罐、17为CO₂调节门、18为CO₂关断门、19为O₂调节门、20为O₂关断门、21为CO₂与O₂混合箱、22为氧气管道、23为CO₂与O₂管道、24为CO₂收集口、25为天然气关断门。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步详细描述：

参照图1，本实用新型天然气锅炉综合利用系统，包括燃气燃烧器4、天然气锅炉5、节能器、除水装置、烟道隔绝门10、烟筒11、烟道12、除氧器14、送风机15、CO₂储罐16和CO₂与O₂混合箱21，燃气燃烧器4设置于天然气锅炉5的入口，节能器、除水装置和烟道隔绝门10依次设置于天然气锅炉5的烟气出口管道上，天然气锅炉5的烟气出口管道与烟筒11连通；除氧器14与节能器连接，节能器的出水管与天然气锅炉5连接；烟道12的一端与天然气锅炉5的烟气出口管道连通，连通点位于除水装置与烟道隔绝门10之间的位置；烟道12的一端分为两路并分别与CO₂储罐16和CO₂与O₂混合箱21连接，送风机15设置于烟道12上；CO₂与O₂混合箱21上连接有O₂管道22，CO₂与O₂混合箱21通过CO₂与O₂管道23与燃气燃烧器4连接，燃气燃烧器4还连接有天然气管道。

作为本实用新型优选的实施方案，节能器包括一级节能器6和二级节能器7，一级节能器6和二级节能器7依次设置于天然气锅炉5的烟气出口管道上；锅炉的给水管经过二级节能器7出口与除氧器14入口相连，除氧器14出口与一级节能器6入口相连，一级节能器6出口与锅炉入口相连通。

作为本实用新型优选的实施方案，除水装置包括冷凝排水装置8和收水装置9，冷凝排水装置8和收水装置9依次设置于天然气锅炉5的烟气出口管道上。

作为本实用新型优选的实施方案，CO₂储罐16与烟道12连通的这一路管路上设有CO₂调节阀17和CO₂关断阀18。

作为本实用新型优选的实施方案，O₂管道22上设有O₂调节门19和O₂关断门20。

作为本实用新型优选的实施方案， CO₂与O₂管道23上设有燃烧器入口风门3。

作为本实用新型优选的实施方案，烟道12还设有CO₂收集口，CO₂收集口24位于送风机15的下风向。

本实用新型如上所述天然气锅炉综合利用系统的工作方法，包括如下过程：

当天然气锅炉5需要启动时，通过CO₂储罐16和O₂管道22分别向CO₂与O₂混合箱21内通入CO₂和O₂，使CO₂与O₂混合箱21内充分混合并使O₂达到预设浓度；CO₂与O₂混合箱21内的CO₂与O₂的混合气通过燃气燃烧器4与天然气在天然气锅炉5内混合燃烧，燃烧形成的高温烟气用来加热天然气锅炉5内受热面工质，被加热的高温高压工质用来发电或对外供气；经过天然气锅炉5炉膛换热的低温烟气首先经过节能器、加热除氧器14出口的除氧水以及除氧器14进口的非除氧水，被加热的除氧水进入天然气锅炉5作为工质吸热；经过节能器的超低温烟气，温度低于水露点，再经过除水装置进行排放和吸收超低温烟气中的水、得到CO₂，得到的CO₂经过烟道12和送风机15送入CO₂与O₂混合箱21，进行循环使用；

天然气锅炉5启动时，启动阶段由于燃烧不完全产生的含有CO气体的烟气经过烟道隔绝门10和烟筒11并排出，由于该部分烟气量很少，经过烟筒11排入大气即可；

当CO₂储罐16提供的CO₂量保证一个循环所需量后，燃气锅炉5产生的CO₂能够满足内循环使用，CO₂储罐16停止提供CO₂，关闭烟道隔绝门10。

作为本实用新型优选的实施方案，节能器包括一级节能器6和二级节能器7，一级节能器6和二级节能器7依次设置于天然气锅炉5的烟气出口管道上；锅炉的给水管经过二级节能器7出口与除氧器14入口相连，除氧器14出口与一级节能器6入口相连，一级节能器6出口与锅炉入口相连通；

经过天然气锅炉5炉膛换热的低温烟气首先经过节能器、加热除氧器14出口的除氧水以及除氧器14进口的非除氧水时：

经过天然气锅炉5炉膛换热的低温烟气首先经过第一级节能器6，加热除氧器14出口的除氧水，被加热的除氧水进入锅炉作为工质吸热；后经过第二级节能器7，加热除氧器14进口的非除氧水，提高进入除氧器14的水温，经过第二级节能器7的超低温烟气，温度低于水露点。

作为本实用新型优选的实施方案，烟道12还设有CO₂收集口，CO₂收集口位于送风机15的下风向，CO₂收集口上连接有CO₂收集装置；

当燃气锅炉5产生的CO₂能够满足内循环使用后，烟道12内多余的烟气通过CO₂收集口24进行回收存储或者排出后进行掩埋。

如图1所示，本实施例天然气锅炉综合利用系统包括4燃气燃烧器、天然气锅炉5、一级节能器6、二级节能器7、冷凝排水装置8、收水装置9、除氧器14、送风机15、CO₂储罐16和CO₂与O₂混合箱21。天然气锅炉5的烟气出口管道上沿烟气流动方向依次布置一级节能器6、二级节能器7、冷凝排水装置8、收水装置9和烟道隔绝门10，天然气锅炉5的烟气出口管道的末端和烟筒11连通，天然气锅炉5的烟气出口管道上在收水装置9和烟道隔绝门10之间与烟道12的入口连通，烟道12的出口分为两路，这两路分别与CO₂储罐16的出口以及CO₂与O₂混合箱21的入口相连通，送风机15设置在烟道12处，烟道12在送风机15的下风向设有CO₂收集口24。CO₂与O₂混合箱21的出口与燃烧器入口风门3相连通。锅炉给水管道经过二级节能器7的出口与除氧器14的入口相连通，除氧器14的出口与一级节能器6的入口相连，一级节能器6的出口与天然气锅炉5的换热介质入口相连通。O₂管道22的出口经O₂调节阀19、O₂关断阀20与CO₂与O₂混合箱21的入口相连通，CO₂储罐16的出口经CO₂调节阀17、CO₂关断阀18与CO₂与O₂混合箱21的入口相连通。CO₂与O₂混合箱21的出口通过燃烧器入口风门13入口与天然气锅炉5炉膛入口相连通。天然气管道1经天然气调节门2和天然气关断门25与燃气燃烧器4的天然气入口连接。

本发实施例天然气锅炉综合利用系统的运行方法，包括以下过程：

当燃气锅炉需要启动时，打开CO₂储罐16，CO₂通过CO₂调节阀17及CO₂关断阀18进入CO₂与O₂混合箱21内，通过O₂调节阀19和O₂关断阀12，氧气管道22内的O₂进入CO₂与O₂混合箱21内，在CO₂与O₂混合箱21内，CO₂与O₂进行充分混合后，混合气中，要保证O₂在19%左右。CO₂与O₂的混合气通过燃气燃烧器4与天然气（30KPa以上）在天然气锅炉5内混合燃烧，形成的高温烟气（1500℃）用来加热锅炉内受热面工质，被加热的高温高压工质用来发电或对外供气。经过炉膛换热的低温烟气（约150℃）先经过第一级节能器6（碳钢材质），能够加热除氧器14出口的除氧水（100℃），被加热的除氧水进入天然气锅炉5并作为工质吸热；经第一级节能器6后的烟气（约100℃）后经过第二级节能器7（不锈钢材质），加热除氧器14进口的非除氧水（20℃），提高非除氧水进入除氧器14的水温，减少除氧器14的耗气量。经过第二级节能器7的超低温烟气（40-50℃），温度已低于水露点，再经过冷凝排水装置8，对烟气中大部分的水进行冷凝回收，烟气再经过收水装置9将烟气中的水去除，剩余烟气的成分是CO₂，CO₂作为不可燃气体再经过烟道12以及送风机15进入CO₂与O₂混合箱21，与O₂混合后再进入炉膛参与循环。烟道12多余的CO₂可直接通过CO₂收集口24排出后进行储存、出售或掩埋。

Claims (7)

1.一种天然气锅炉综合利用系统，其特征在于，包括燃气燃烧器（4）、天然气锅炉（5）、节能器、除水装置、烟道隔绝门（10）、烟筒（11）、烟道（12）、除氧器（14）、送风机（15）、CO₂储罐（16）和CO₂与O₂混合箱（21），燃气燃烧器（4）设置于天然气锅炉（5）的入口，节能器、除水装置和烟道隔绝门（10）依次设置于天然气锅炉（5）的烟气出口管道上，天然气锅炉（5）的烟气出口管道与烟筒（11）连通；除氧器（14）与节能器连接，节能器的出水管与天然气锅炉（5）连接；烟道（12）的一端与天然气锅炉（5）的烟气出口管道连通，连通点位于除水装置与烟道隔绝门（10）之间的位置；烟道（12）的一端分为两路并分别与CO₂储罐（16）和CO₂与O₂混合箱（21）连接，送风机（15）设置于烟道（12）上；CO₂与O₂混合箱（21）上连接有O₂管道（22），CO₂与O₂混合箱（21）通过CO₂与O₂管道（23）与燃气燃烧器（4）连接，燃气燃烧器（4）还连接有天然气管道。

2.根据权利要求1所述的一种天然气锅炉综合利用系统，其特征在于，节能器包括一级节能器（6）和二级节能器（7），一级节能器（6）和二级节能器（7）依次设置于天然气锅炉（5）的烟气出口管道上；锅炉的给水管经过二级节能器（7）出口与除氧器（14）入口相连，除氧器（14）出口与一级节能器（6）入口相连，一级节能器（6）出口与锅炉入口相连通。

3.根据权利要求1所述的一种天然气锅炉综合利用系统，其特征在于，除水装置包括冷凝排水装置（8）和收水装置（9），冷凝排水装置（8）和收水装置（9）依次设置于天然气锅炉（5）的烟气出口管道上。

4.根据权利要求1所述的一种天然气锅炉综合利用系统，其特征在于，CO₂储罐（16）与烟道（12）连通的这一路管路上设有CO₂调节阀（17）和CO₂关断阀（18）。

5.根据权利要求1所述的一种天然气锅炉综合利用系统，其特征在于，O₂管道（22）上设有O₂调节门（19）和O₂关断门（20）。

6.根据权利要求1所述的一种天然气锅炉综合利用系统，其特征在于， CO₂与O₂管道（23）上设有燃烧器入口风门（3）。

7.根据权利要求1所述的一种天然气锅炉综合利用系统，其特征在于，烟道（12）还设有CO₂收集口，CO₂收集口（24）位于送风机（15）的下风向。

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