CN217929241U - 天然气锅炉供热系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于能源技术领域，为了解决现有技术中烟气余热深度回收和抑制氮氧化物生成之间，存在这顾此失彼的问题；本实用新型提供一种天然气锅炉供热系统，包括：两段式直接接触空气加湿预热填料塔、多流股冷凝式烟气间接换热器、冷凝液回收装置、锅炉本体和一次网水‑二次网水板式换热器、以及附属管道、分流器、混合器、水泵、风机。该天然气锅炉供热系统能够在提高锅炉供热效率的同时实现低氮排放。

Description

天然气锅炉供热系统

技术领域

本实用新型涉及能源技术领域，尤其涉及一种天然气锅炉供热系统，更具体地，涉及一种能够提高锅炉供热效率与降低燃烧氮氧化物的天然气锅炉供热系统。

背景技术

供热效率和污染物排放是评价天然气锅炉供热系统先进性的两大指标，回收锅炉排烟余热是提高系统供热效率的重要手段。早期采用在尾部烟道设置烟冷器的余热回收技术，但只能回收烟气显热、节能效果不明显。由于天然气燃烧产物水蒸气含量较高，水蒸气冷凝放热才是排烟余热的主要携带者，只有对该其加以高效回收，才能使供热效率达到较高水平。目前主要有以下途径：①利用热泵制取低温冷水，将烟气冷却至露点以下；②烟气与循环水直接接触进行热质交换，再以循环水为介质，将回收热量传递给热用户端；③通过助燃空气加湿，提高烟气露点，从而可使用温度较高的冷源使烟气冷凝，并回收更多水蒸气潜热。

现有技术存在一种利用各类热泵提取烟气余热、加热热网或余热利用系统回水的技术。热泵制备低温冷水，将锅炉烟气降至20～30℃、实现余热深度回收；烟气与冷水的热交换可采用间壁式换热器或直接接触式换热器；热泵可采用直燃机、烟气源热泵、水源热泵等。

虽然现有技术也在节能方面取得了进步，但是有些解决方案，虽然改进了节能效果，但不具备削减燃烧氮氧化物生成的功能，虽然水对烟气的喷淋可在一定程度上降低排烟中氮氧化物浓度，但减排效果有限。此外，吸收式热泵结构复杂、投资成本和占用安装空间较大。

例如，现有技术中，利用换热器实现“烟气-水”换热，并以水为介质将回收的热量传递给热用户端的技术，虽然投资较低，但喷淋水温受到热网或余热利用系统回水温度限制，当回水温度较高时，难以将烟气降至较低温度，只能回收部分潜热，对效率提升作用有限。该技术也是仅对锅炉尾部烟气进行处理、降氮效果有限。

再例如，现有技术中，“湿法烟气余热回收技术”能回收水蒸气潜热，利用湿空气燃烧从源头削减氮氧化物排放。但也存在不能同时兼顾高效节能和氮氧化物减排、烟气回收塔低温段喷淋水温度受热网水温度限制，不利于烟气排烟温度降低等问题。

实用新型内容

本实用新型的发明人在实现本实用新型的过程中发现：烟气余热深度回收和抑制氮氧化物生成，在现有技术的解决方案中，存在这顾此失彼的问题；不能很好地同时优化锅炉供热效率与降低燃烧的氮氧化物两个指标；为此，本实用新型提供一种天然气锅炉供热系统，能够在提高锅炉供热效率的同时实现低氮排放。

本实用新型提供一种天然气锅炉供热系统，其特征在于，包括：

天然气锅炉，所述包括湿空气燃烧器；

分别与所述天然气锅炉连接的板式换热器，锅炉余热回收系统；

所述板式换热器与所述天然气锅炉之间设置有一次网给水泵，所述板式换热器与用户端之间还设置有二次网给水泵；

所述锅炉余热回收系统包括直接接触式助燃空气加湿预热装置和烟气余热回收装置，所述直接接触式助燃空气加湿预热装置包括所述空气加湿预热塔高温段、所述空气加湿预热塔低温段，以及所述高温加湿预热器件、所述低温加湿预热器件；

所述空气加湿预热塔低温段的外侧连接有空气加湿预热塔低温段喷淋水泵，所述低温段喷淋水泵利用室外冷空气为冷源；并且所述空气加湿预热塔低温段喷淋水泵将来自天然气锅炉的用户端反馈的回水输入至所述空气加湿预热塔低温段；

所述室外冷空气经过所述空气加湿预热塔低温段与来自天然气锅炉的用户端反馈的回水进行热源回收、空气加湿的低温预热处理之后，再经过所述空气加湿预热塔高温段，对所述空气加湿高温预热；经过空气加湿高温预热后形成助燃湿空气，供应至所述湿空气燃烧器；

所述锅炉余热回收系统处理后的回水，再次循环供给至所述板式换热器。

可选地，所述用户端还连接有二次网回水分流器和低温段喷淋水泵，将二次热网回水引入所述空气加湿预热塔低温段直接接触换热，得到低温冷水。

可选地，所述烟气余热回收装置为间接式烟气余热回收装置，所述间接式烟气余热回收装置包括冷凝式烟气换热器，所述冷凝式烟气换热器分别接收所述空气加湿预热塔高温段、所述空气加湿预热塔低温段输出的排水；所述天然气锅炉的锅炉排烟，至少部分输入至所述冷凝式烟气换热器，进行烟气余热回收。

可选地，所述烟气余热回收装置为间接式烟气余热回收装置，所述间接式烟气余热回收装置包括冷凝式烟气换热器，所述空气加湿预热塔低温段喷淋水泵将来自天然气锅炉的用户端反馈的回水输入至所述冷凝式烟气换热器。

可选地，所述冷凝式烟气换热器将烟气余热回水处理后的热水，输入至所述板式换热器。

可选地，用户端反馈的回水输入至所述冷凝式烟气换热器后，再将经过热量吸收后的水输入至所述空气加湿预热塔低温段。

可选地，所述锅炉余热回收系统还包括将冷却烟气排出的引风机和烟囱。

可选地，所述空气加湿预热塔高温段与所述空气加湿预热塔低温段之间设置有隔板，并且所述空气加湿预热塔高温段与所述空气加湿预热塔低温段外侧连接有级间风机，在低温段加湿预热的温度和含湿量较低的湿空气经过级间风机，沿管道进入高温段底部继续提高温度和含湿量。

可选地，所述空气加湿预热塔高温段外侧还设置有除雾器，所述空气加湿高温预热后，经过所述除雾器之后，再供应至所述湿空气燃烧器。

可选地，包括所述空气加湿预热塔高温段与所述空气加湿预热塔低温段的空气加湿预热塔，采用填料塔；填料层设置在烟气入口和喷淋水入口之间，填料层由塑料鲍尔环平铺形成，填料层从上至下连通喷淋水入口和空气入口，空气和热水在填料层中直接接触换热，增加了气液两相停留时间。

采用本实用新型提供的上述技术方案，通过回收锅炉排烟余热、助燃空气加湿、回收用户端反馈的回水措施，达到提高锅炉供热效率；而且通过两级空气湿度处理，提高供应至所述湿空气燃烧器的助燃湿空气，降低燃烧的氮氧化物生成，并且还能实现节水效果。

实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书变得显而易见，或者通过实施本实用新型的技术方案而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构和/或流程来实现和获得。

附图说明

附图1为本实用新型实施例提供一种天然气锅炉供热系统的结构示意图。

附图标记

1：天然气锅炉；2：湿空气燃烧器；3：鼓风机；4：板式换热器；5：二次网给水泵；6：3#混合器；7：二次网回水分流器；8：一次网给水泵；9：用户端；10：空气加湿预热塔低温段喷淋水泵；11：引风机；12：风机；13：空气加湿预热塔高温段；14：空气塔高温段填料层；15：空气塔高温段喷嘴；16：空气塔高温段接水盘；17：隔板；18：级间风机；19：除雾器；20：空气加湿预热塔低温段；21：冷凝式烟气换热器；22：空气塔高温段喷淋水泵；23：1#混合器；24：冷凝水分流器；25：2#混合器；26：溢流口；27：引风机；28：烟囱；29：加药装置；A1：天然气；A2：室外冷空气；A3：烟气；A5：锅炉排烟；B1：冷水入口；B2：冷水入口；C1：热水出口；C2：热水出口；W1：空气塔低温段喷淋水；W2：空气塔低温段排水；W3：空气塔高温段喷淋水；W4：空气塔高温段排水；W5：系统排水。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本实用新型的实施方式，借此对本实用新型如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，这些具体的说明只是让本领域普通技术人员更加容易、清晰理解本实用新型，而非对本实用新型的限定性解释；并且只要不构成冲突，本实用新型中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本实用新型的保护范围之内。

下面通过附图和具体实施例，对本实用新型的技术方案进行详细描述：

在烟气余热深度回收和抑制氮氧化物生成的实际应用中，现有技术的解决方案中，存在这顾此失彼的问题；不能很好地同时优化锅炉供热效率与降低燃烧的氮氧化物两个指标；为此，本实用新型提供过一种天然气锅炉供热系统，该天然气锅炉供热系统能够同时满足高效、低氮两个指标；而且在优化锅炉供热效率的同时让降低燃烧的氮氧化物的指标也能满足要求。

为此，本实用新型的目的是提供一种天然气锅炉高效低氮供热系统，该系统通过深度回收锅炉排烟余热、助燃空气加湿、回收冷凝水等措施，达到提高锅炉供热效率、降低燃烧的氮氧化物生成及节水效果。

具体地，如图1所示，本实施例提供一种天然气锅炉供热系统，该系统包括：

天然气锅炉1，包括湿空气燃烧器2；

分别与天然气锅炉2连接的板式换热器4，锅炉余热回收系统；

板式换热器4与天然气锅炉1之间设置有一次网给水泵8，板式换热器4与用户端9之间还设置有二次网给水泵5；其中，本实施例中一次网、二次网仅仅是为了说明水循环路径，并非对其进行限制；而且，本领域技术人员应当知晓，二者也可以进行互换。

锅炉余热回收系统包括直接接触式助燃空气加湿预热装置和烟气余热回收装置，直接接触式助燃空气加湿预热装置包括空气加湿预热塔高温段13、空气加湿预热塔低温段20，以及高温加湿预热器件、低温加湿预热器件；

空气加湿预热塔低温段的外侧连接有空气加湿预热塔低温段喷淋水泵10，空气加湿预热塔低温段喷淋水泵10利用室外冷空气A2为冷源；并且空气加湿预热塔低温段喷淋水泵12将来自天然气锅炉1的用户端9反馈的回水输入至空气加湿预热塔低温段20；

室外冷空气经过空气加湿预热塔低温段20与来自天然气锅炉的用户端反馈9的回水进行热源回收、空气加湿的低温预热处理之后，再经过空气加湿预热塔高温段13，对空气加湿高温预热；经过空气加湿高温预热后形成助燃湿空气，供应至湿空气燃烧器2；

锅炉余热回收系统处理后的回水，再次循环供给至板式换热器4。

可选地，用户端9还连接有二次网回水分流器7和低温段喷淋水泵5，将二次热网回水引入空气加湿预热塔低温段13直接接触换热，得到低温冷水。

可选地，烟气余热回收装置为间接式烟气余热回收装置，间接式烟气余热回收装置包括冷凝式烟气换热器21，冷凝式烟气换热器21分别接收空气加湿预热塔高温段13、空气加湿预热塔低温段20输出的排水；天然气锅炉1的锅炉排烟，至少部分输入至冷凝式烟气换热器21，进行烟气余热回收。

可选地，冷凝式烟气换热器21将烟气余热回水处理后的热水，输入至板式换热器4。

可选地，锅炉余热回收系统还包括将冷却烟气排出的引风机27和烟囱43。

可选地，空气加湿预热塔高温段13与空气加湿预热塔低温段20之间设置有隔板17，并且空气加湿预热塔高温段13与空气加湿预热塔低温段20外侧连接有级间风机18，在低温段加湿预热的温度和含湿量较低的湿空气经过级间风机18，沿管道进入高温段底部继续提高温度和含湿量。

可选地，空气加湿预热塔高温段外侧13还设置有除雾器19，空气加湿高温预热后，经过除雾器19之后，再供应至湿空气燃烧器2。

可选地，包括空气加湿预热塔高温段与空气加湿预热塔低温段的空气加湿预热塔，采用填料塔；填料层设置在烟气入口和喷淋水入口之间，填料层由塑料鲍尔环平铺形成，填料层从上至下连通喷淋水入口和空气入口，空气和热水在填料层中直接接触换热，增加了气液两相停留时间。

采用上述技术方案，通过回收锅炉排烟余热、助燃空气加湿、回收用户端反馈的回水措施，达到提高锅炉供热效率；而且通过两级空气湿度处理，提高供应至湿空气燃烧器的助燃湿空气，降低燃烧的氮氧化物生成，并且还能实现节水效果。

本实施例提供的具体实施方式不限于上述，例如：

(1)冷凝式“烟气-加湿水”间接换热器，可采用“烟气-循环水”直接接触和“循环水-加湿水”间接换热替代，即循环水首先与烟气直接接触，然后再放热给加湿水。该种方式可以减少冷凝液回收的加药处理量，但系统设备和换热环节增多。

(2)回收的冷凝液，与空气塔塔底排水混合即可发生在进冷凝式烟气换热器前，也可发生在出冷凝式烟气换热器后。

可选地，烟气余热回收装置为间接式烟气余热回收装置，间接式烟气余热回收装置包括冷凝式烟气换热器，空气加湿预热塔低温段喷淋水泵将来自天然气锅炉的用户端反馈的回水输入至冷凝式烟气换热器。

可选地，用户端9反馈的回水输入至冷凝式烟气换热器后，再将经过热量吸收后的水输入至空气加湿预热塔低温段。

(3)锅炉排烟既可以全部进入冷凝式烟气换热器，也可部分循环回锅炉，部分进入冷凝式烟气换热器，可根据不同负荷进行调节。

(4)空气加湿预热塔的填料可采用不锈钢等材质和其它适宜类型的填料。

(5)冷凝式烟气换热器可采用管壳式、热管等其它适宜类型。

为了使本领域普通技术人员更容易理解本实施例，下面结合图1和具体的参数，对本实施例提供的优选技术方案进一步展开说明：

与已有公开技术不同，本实施例提供的技术方案，将空气加湿预热过程分为低温段和高温段。低温段空气温度较低，因此利用温度较低的二次网回水对室外冷空气进行加湿和预热，并将热网回水冷却至较低温度，进入烟气余热回收部分低温段作为烟气冷凝放热的冷源，将烟气最终降至20～30℃，达到深度回收烟气余热的目的，同时热网回水在烟气余热回收部分吸收烟气热量、温度升高，即以热网回水作为中间介质，通过“空气-热网水”、“热网水-烟气”换热过程，将空气冷量传递给烟气，但又避免了烟气与空气直接换热的传热系数低、换热面大的问题。空气加湿预热过程的低温段出口空气温度和含湿量仍较低，因此设置高温段，采用温度更高的喷淋水继续对湿空气加湿加热，使其达到可高效抑制氮氧化物生成的含湿量。高温段塔底水温较高，与回收的冷凝液混合后，也送入烟气余热回收部分，加热后返回空气加湿预热塔的高温段，采用循环利用的方式可减少能量和补水消耗。

高效低氮供热系统由锅炉本体、一次网-二次网换热部分、锅炉排烟余热回收部分组成。锅炉排烟余热回收部分又包括：直接接触式助燃空气加湿预热部分、间接式烟气余热回收部分及连接管路。

锅炉本体用于加热一次网回水。与常规燃气锅炉不同，本实施例采用饱和湿空气燃烧，有利于降低氮氧化物排放，但空气含湿量过高又不利于燃烧稳定性、且会导致CO等排放升高，因此本系统燃烧器进口的饱和湿空气温度为60℃、含湿量116g/Nm³，即可控制氮氧化物排放低于30mg/m³，又保证燃烧稳定性、CO等污染物排放较低。由于助燃空气含湿量提高，烟气水蒸气含量提高，露点温度由55～60℃提高到70℃～80℃，更易被冷凝、且回收更多的水蒸气潜热。

锅炉本体设置有燃料、助燃湿空气入口及烟气出口。燃料入口与天然气净化装置连接。助燃湿空气入口与直接接触式助燃空气加湿预热部分相连，之间设风机和除雾器。锅炉排烟自烟道排出，与间接式烟气余热回收部分连接，之间设置引风机。锅炉本体设置进水口和出水口，分别与板式换热器一次网侧的出水口和进水口相连。

一次网-二次网换热部分利用一次网供水加热二次网回水。由板式换热器、3#混合器、二次网回水分流器组成。板式换热器分为一次网侧(热流股)和二次网侧(冷流股)，分别设置进、出水口。一次网水出入口分别与锅炉相连，之间设置水泵。二次网水入口与3#混合器相连，二次网水出口与用户相连，之间设置水泵。为用户供热后的二次网水回水，经二次网回水分流器分为两部分，一部分与3#混合器入口相连，一部分经过加药装置与空气加湿预热塔低温段喷淋水入口相连，之间设置水泵。3#混合器分别与二次网回水分流器出口和2#混合器出口相连。

直接接触式助燃空气加湿预热部分包括：空气加湿预热塔、级间风机、除雾器、冷凝液回收装置。空气加湿预热塔是该部分的主体，包括填料，喷嘴、接水盘、隔板及水管。为同时满足烟气余热深度回收对低温冷源的需求和助燃空气加湿预热对较高温度喷淋水的要求，该塔分为高温、低温两段，中间设置隔板，高温段底部和低温段顶部以管道相连，之间设置级间风机，在低温段加湿预热的温度和含湿量较低的湿空气经过级间风机，沿管道进入高温段底部继续提高温度和含湿量。空气加湿预热塔采用填料塔。填料层设置在烟气入口和喷淋水入口之间，填料层由塑料鲍尔环平铺形成。填料层从上至下连通喷淋水入口和空气入口，空气和热水在填料层中直接接触换热，增加了气液两相停留时间，提高了换热效率，同时可避免了空塔气液两相在直接接触时形成的涡流紊流对操作稳定性的影响，及引起的塔体振动，增加塔寿命和安全性。

空气加湿预热塔的低温段用于室外冷空气加湿预热，同时以空气为冷源，得到低温冷水，用于在锅炉排烟余热回收部分中将烟气冷却至20～30℃。室外冷空气经过滤，进塔入口设置在空气加湿预热塔低温段的底部。湿空气出口设置空气加湿预热塔低温段的顶部，并通过级间风机和管道与空气加湿预热塔高温段空气入口相连。空气加湿预热塔低温段喷淋水入口，设置在空气加湿预热塔低温段的顶部，为在低温段塔底得到低温冷水，因此低温段顶部喷淋水温度和流量不宜过高，采用二次网回水，即空气加湿预热塔低温段喷淋水入口经管道，与二次网回水分流器出口相连，温度为50℃。喷淋水经填料与空气传热传质后，自接水盘下部的水管排出，排水出口设置在空气加湿预热塔低温段底部，与冷凝式烟气换热器底部的冷水入口B1相连。

空气加湿预热塔的高温段用于将低温段得到的湿空气进一步加湿预热，达到燃烧器规定的含湿量，从而抑制燃烧的热力NOX生成。来自低温段的湿空气入口设在空气加湿预热塔高温段底部。湿空气出口设置空气加湿预热塔高温段顶部，并通过除雾器和鼓风机与锅炉助燃湿空气入口相连。高温段喷淋水在空气加湿预热塔高温段、冷凝式烟气换热器之间循环使用，即：高温段喷淋水入口设置在高温段顶部，与冷凝式烟气换热器热水出口C1相连。高温喷淋水出口设在高温段底部，与1#混合器入口连接。

烟气余热回收部分采用两级烟气-水的间接式换热，最终将锅炉排烟降至20～30℃，高效回收烟气的显热和水蒸气潜热，并提供空气加湿预热所需的高温喷淋水、以及加热二次网回水。该部分包括：冷凝式烟气换热器、混合器、冷水和热水进出水口。冷凝式烟气换热器采用板式等换热结构、不锈钢材质。上部设置烟气入口，经风机和锅炉烟道相连，下部设置烟气出口，经风机与烟囱相连。底部设置冷凝液收集池和溢流口。冷凝式烟气换热器中，烟气和待加热水逆流换热，分别设置两个冷水入口和出口，按能量梯级利用的原则，自下向上依次布置冷水B1入口、B2入口及热水C1出口、C2出口。B1冷水入口与空气加湿预热塔低温段冷水出口相连；B2冷水入口与1#混合器出口相连；C1热水出口与空气加湿预热塔高温段喷淋水进口相连；C2热水出口通过管道和2#混合器连接。

1#混合器入口分别与空气加湿预热塔高温段喷淋水出口、冷凝水分流器出口相连，出口与冷凝式烟气换热器冷水B2入口连接。2#混合器入口分别连接冷凝式烟气换热器C2热水出口、冷凝水分流器出口，2#混合器出口与3#混合器入口相连。

冷凝液回收部分用于回收冷凝式烟气换热器底部的冷凝液，并按物流平衡要求，作为空气加湿预热塔喷淋水的补水，即实现了冷凝水回收利用，也可回收其余热。该部分包括冷凝液收集池、溢流口、分流器及加药装置。冷凝液收集池和溢流口设置在冷凝式烟气换热器底部，分流器设置在管道上，分流器的入口通过管道与溢流口出口相连，出口通过管道、加药装置分别与1#、2#混合器相连。

因此，采用本实施例提供的上述供热系统。系统余热可以实现：回收率10％以上、氮氧化物排放低于30mg/Nm³，可同时实现深度回收锅炉排烟余热、高效抑制天然气燃烧的氮氧化物生成、回收冷凝水及其余热等多重目标。主要设备包括：两段式直接接触空气加湿预热填料塔、多流股冷凝式烟气间接换热器、冷凝液回收装置、锅炉本体和一次网水-二次网水板式换热器、以及附属管道、分流器、混合器、水泵、风机等。

下面结合具体的每个模块的原理，详细说明上述回收率的实现过程：

(1)以室外冷空气为冷源，与二次热网回水在填料塔中直接接触换热，得到15～20℃低温冷水，在冷凝式烟气换热器中将烟气降至20～30℃，系统余热回收率达到10％以上，而不必采用热泵制取低温冷源，从而简化系统、降低投资。

(2)采用两段空气加湿预热填料塔，根据湿空气温度变化范围，分别采用二次网回水、循环热水为喷淋水，将室外冷空气逐级加热至60℃、含湿量达到116g/Nm³。锅炉排烟露点温度提高到70℃以上。

(3)按照温度对口、能量梯级利用原则，构成两个水循环回路：回路①：高温段喷淋热水(循环水)-空气塔高温段-塔底排水-冷凝式烟气换热器B2-C1段-高温段喷淋热水(循环水)；回路②：二次网回水(低温段喷淋热水)-空气塔低温段-塔底排水-冷凝式烟气换热器B1-C2段-板式换热器-用户-二次网回水。因此避免了已有“水蒸气泵系统”难以同时满足高效回收余热和抑制氮氧化物排放等多重目标的问题，且由于分为两个循环回路，便于灵活调节运行参数。

(4)天然气锅炉采用湿空气燃烧，助燃空气温度达到60℃、含湿量116g/Nm³，控制锅炉氮氧化物排放低于30mg/m³，又保证燃烧稳定性、CO等污染物排放较低。

(5)冷凝式烟气余热回收采用烟气-水间接式换热，由于烟气和水不直接接触，可防止烟气中的杂质对二次网水质污染。

(6)对烟气的冷凝液进行回收，不仅可降低补给水消耗、也利用了冷凝液余热。

(7)空气加湿预热塔采用填料层，增加了气液两相接触时间，提高了直接接触换热效率，既避免了空塔气液两相在塔内接触换热时形成的涡流、紊流对操作稳定性的影响，又避免了由此引起的塔体振动，从而增加塔的使用寿命，增强塔的安全性。

如图1所示，本实施例提供的天然气锅炉高效低氮供热系统由天然气锅炉1、湿空气燃烧器2、锅炉鼓风机3、一次网-二次网板式换热器4、一次网给水泵8、二次网给水泵5、锅炉排烟余热回收部分组成。锅炉排烟余热回收部分又包括：直接接触式助燃空气加湿预热部分、间接式烟气余热回收部分及连接管路。直接接触式助燃空气加湿预热部分包括：空气加湿预热塔、级间风机12、除雾器19、冷凝液回收装置。空气加湿预热塔分高温段13和低温段20，中间设置隔板17。高温段包括填料14，喷嘴15、接水盘16、及水管。低温段构成类似。高温段底部和低温段顶部以管道相连，之间设置级间风机18。锅炉排烟余热回收部分包括冷凝式烟气换热器21、1#混合器23、冷水进口B1和B2、热水出口C1和C2、冷凝水溢流口26。空气加湿预热塔采用填料塔，填料层由塑料鲍尔环平铺形成。填料层从上至下连通喷淋水入口和空气入口。冷凝式烟气换热器采用板式换热结构，不锈钢材质。该实施案例可达到供热效率103.5％，余热回收率10.24％，氮氧化物排放低于30mg/m³。

天然气A1和助燃湿空气送入天然气锅炉燃烧器2，燃烧放热将70℃的一次网回水加热至95℃，

锅炉排烟A5温度120℃，经引风机11和烟道进入冷凝式烟气换热器21。取冬季室外空气A2平均温度0.54℃、相对含湿量60％，经鼓风机12后进入空气加湿预热塔低温段20下部，向上流动，自二次网的回水W1温度50℃，进入空气加湿预热塔低温段20上部，经喷嘴向下流动，与空气在填料中直接接触，出口空气温度达到46℃，水蒸气含量提高至7.6％，含湿量达到51.19g/kg，同时得到温度20℃的冷水，作为冷凝式烟气换热器21的冷源。低温段加湿后的空气进入空气加湿预热塔高温段13，冷水W2进入冷凝式烟气换热器21的B1冷水入口，烟气被冷却至30℃，经风机27和烟囱28，排烟A3排出系统。

B1入口的冷水沿换热器和烟气逆流换热，被烟气加热后，经冷凝式烟气换热器21的C2热水出口排出，部分冷凝液经加药装置29与其经2#混合器混合、再与50℃的二次网回水在3#混合器混合后，进入板式热交换器4，被一次网热水加热至70℃，为用户端9供热；在空气加湿预热塔高温段，来自空气加湿预热塔低温段的湿空气与65℃喷淋水W3直接接触进行热质交换，温度达到60℃、含湿量达到116g/Nm³后，进入锅炉燃烧器2。高温段塔底喷淋水W4温度为46℃，与来自冷凝液分流器24的冷凝液在1#混合器混合后，进入冷凝式烟气换热器21的B2冷水入口，被烟气加热至65℃，自冷凝式烟气换热器21的C1热水出口、空气塔高温段喷淋水泵22，返回空气加湿预热塔高温段13。

锅炉1的排烟A5经引风机11和烟道，进入冷凝式烟气换热器21，烟气加热加湿水W2和W4后，最终降温至30℃，放出大部分潜热和显热后，经风机27和烟囱28，排烟A3排出系统。烟气降温同时析出冷凝水，温度59.7℃，经溢流口26和冷凝水分流器24分为三部分：一部分与空气加湿预热塔高温段13底部排水W4混合，然后进入冷凝式烟气换热器21的B2热水进口。一部分与冷凝式烟气换热器21的C2出口的热水混合。最后一部分W5根据系统物质平衡要求，排出系统。

二次网供水达到70℃后，给用户端9供热，温度降至50℃，经二次网回水分流器7分为两部分，大部分进入一次网-二次网板式换热器4，被一次网水加热至70℃，小部分W1用于空气的加湿预热，经水泵10，进入空气加湿预热塔低温段顶部，作为低温段喷淋水。

因此，采用本实施例提供的上述技术方案，具有以下技术效果：

(1)按照温度对口、能量梯级利用的原则，分别以热网水和循环水为介质，构成两组“空气-水-烟气”循环，同时提供低温冷水和较高温度和含湿量的湿空气，解决了余热深度回收和抑制氮氧化物生成的矛盾，达到系统余热回收率10％以上、锅炉氮氧化物排放低于30mg/m³。

(2)以室外冷空气为冷源，与二次热网回水在填料塔中直接接触换热，得到低温冷水，而不需要制造低温冷源，有效降低了系统的复杂程度和设备投资。

(3)助燃空气含湿量较高，烟气露点温度达到70℃以上，因此利用温度较高的冷却水即可实现烟气冷凝放热。

(4)两组“空气-水-烟气”循环参数可以根据运行要求分别调节，系统运行更灵活。

(5)系统的烟气冷凝液回收，不仅降低了补给水消耗，也利用了冷凝水余热。

(6)除了消耗天然气以及水泵、风机耗电，不需要消耗额外电能、热能，因此结构简单，易于集成。

最后需要说明的是，上述说明仅是本实用新型的最佳实施例而已，并非对本实用新型做任何形式上的限制。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，都可利用上述揭示的做法和技术内容对本实用新型技术方案做出许多可能的变动和简单的替换等，这些都属于本实用新型技术方案保护的范围。

Claims (10)

1.一种天然气锅炉供热系统，其特征在于，包括：

天然气锅炉，包括湿空气燃烧器；

分别与所述天然气锅炉连接的板式换热器，锅炉余热回收系统；

所述板式换热器与所述天然气锅炉之间设置有一次网给水泵，所述板式换热器与用户端之间还设置有二次网给水泵；

所述锅炉余热回收系统包括直接接触式助燃空气加湿预热装置和烟气余热回收装置，所述直接接触式助燃空气加湿预热装置包括空气加湿预热塔高温段、空气加湿预热塔低温段，以及高温加湿预热器件、低温加湿预热器件；

所述空气加湿预热塔低温段的外侧连接有空气加湿预热塔低温段喷淋水泵，所述低温段喷淋水泵利用室外冷空气为冷源；并且所述空气加湿预热塔低温段喷淋水泵将来自天然气锅炉的用户端反馈的回水输入至所述空气加湿预热塔低温段；

所述室外冷空气经过所述空气加湿预热塔低温段与来自天然气锅炉的用户端反馈的回水进行热源回收、空气加湿的低温预热处理之后，再经过所述空气加湿预热塔高温段，对空气加湿高温预热；经过空气加湿高温预热后形成助燃湿空气，供应至所述湿空气燃烧器；

所述锅炉余热回收系统处理后的回水，再次循环供给至所述板式换热器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述用户端还连接有二次网回水分流器和低温段喷淋水泵，将二次热网回水引入所述空气加湿预热塔低温段直接接触换热，得到低温冷水。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟气余热回收装置为间接式烟气余热回收装置，所述间接式烟气余热回收装置包括冷凝式烟气换热器，所述冷凝式烟气换热器分别接收所述空气加湿预热塔高温段、所述空气加湿预热塔低温段输出的排水；所述天然气锅炉的锅炉排烟，至少部分输入至所述冷凝式烟气换热器，进行烟气余热回收。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述烟气余热回收装置为间接式烟气余热回收装置，所述间接式烟气余热回收装置包括冷凝式烟气换热器，所述空气加湿预热塔低温段喷淋水泵将来自天然气锅炉的用户端反馈的回水输入至所述冷凝式烟气换热器。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述冷凝式烟气换热器将烟气余热回水处理后的热水，输入至所述板式换热器。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，用户端反馈的回水输入至冷凝式烟气换热器后，再将经过热量吸收后的水输入至所述空气加湿预热塔低温段。

7.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锅炉余热回收系统还包括将冷却烟气排出的引风机和烟囱。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气加湿预热塔高温段与所述空气加湿预热塔低温段之间设置有隔板，并且所述空气加湿预热塔高温段与所述空气加湿预热塔低温段外侧连接有级间风机，在低温段加湿预热的温度和含湿量较低的湿空气经过级间风机，沿管道进入高温段底部继续提高温度和含湿量。

9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述空气加湿预热塔高温段外侧还设置有除雾器，所述空气加湿高温预热后，经过所述除雾器之后，再供应至所述湿空气燃烧器。

10.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，包括所述空气加湿预热塔高温段与所述空气加湿预热塔低温段的空气加湿预热塔，采用填料塔；填料层设置在烟气入口和喷淋水入口之间，填料层由塑料鲍尔环平铺形成，填料层从上至下连通喷淋水入口和空气入口，空气和热水在填料层中直接接触换热，增加了气液两相停留时间。

Images