CN220250058U - 一种掺氨天然气锅炉 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种掺氨天然气锅炉，包括壳体、排烟管和炉膛，壳体套设在炉膛的外部，炉膛的一端形成有烟气出口，且炉膛内靠近烟气出口的一处设置有对流受热面，排烟管套设在烟气出口，还包括天然气进气管、氨气进气管、排汽口、脱硝组件和预加热组件；天然气进气管与氨气进气管相连通，并与炉膛远离对流受热面的一端相连通；排汽口与烟气出口同侧设置；脱硝组件包括脱硝装置，脱硝装置上形成有供氨气进入的氨气入口；脱硝装置的一端与排烟管相连通；预加热组件设置在氨气进气管的外周；通过脱硝组件的设置，使得锅炉产生的烟气以对环境无污染的气体排出，降低对环境的污染；同时通过预加热组件的设置，使得氨气在进入炉膛时接近着火点，更易被点燃。

Description

一种掺氨天然气锅炉

技术领域

本公开涉及能量转换设备技术领域，具体涉及一种掺氨天然气锅炉。

背景技术

锅炉是一种能量转换器，它是利用燃料燃烧释放的热能或其他热能将工质水或其他流体加热到一定参数的设备。

锅炉分“锅”和“炉”两部分。“锅”是容纳水和蒸汽的受压部件，对水进行加热、汽化和汽水分离，“炉”是进行燃料燃烧或其他热能放热的场所，有燃烧设备和燃烧室炉膛及放热烟道等。锅与炉两者进行着热量转换过程，放热和吸热的分界面称为受热面；

CN217111533U公开了一种氨氢混合天然气燃烧锅炉试验平台，包括天然气储罐、氢气储罐、液氨储罐和液氨加热系统，天然气储罐与燃气锅炉上安装的多组分气体燃烧器连接，氢气储罐与燃气锅炉上安装的多组分气体燃烧器连接且连接管路上设有氢气流量调节阀，液氨储罐连接有氨水泵，氨水泵出口与液氨加热系统连接，液氨加热系统能够将液氨加热为预设温度的氨气，液氨加热系统的出口与多组分气体燃烧器连接且连接管路上设有氨气主流量调节阀；

上述专利通过两级氨气换热器可使液氨气化并升温，易于燃烧；通过设置节能器降低烟气温度，使得烟气温度降低至水露点温度以下，充分利用烟气中水蒸汽的汽化潜热，提高锅炉整体效率；但是，上述专利仍存在以下缺陷：

其一，氨气在锅炉中无法实现完全燃烧，即氨气燃烧会有副反应，副反应的产物是氮氧化物，现有专利未对氮氧化物进行有效处理，氮氧化物过量排放至空气中，会导致酸雨等危害；

其二，由于氨气的着火点较高，直接进入炉膛较难点燃。

实用新型内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本公开目的在于提供一种掺氨天然气锅炉，以解决现有技术中对锅炉燃烧后烟气含有氮氧化物的空气污染问题。

本公开所述的一种掺氨天然气锅炉包括壳体、排烟管和炉膛，所述壳体套设在所述炉膛的外部，所述炉膛的一端形成有烟气出口，且所述炉膛内靠近所述烟气出口的一处设置有对流受热面，所述排烟管套设于烟气出口处，其特征在于，所述掺氨天然气锅炉还包括：天然气进气管、氨气进气管、排汽口、脱硝组件和预加热组件；

所述天然气进气管与所述氨气进气管相连通，并与所述炉膛远离所述对流受热面的一处相连通；

所述排汽口与所述烟气出口同侧设置；

所述脱硝组件包括脱硝装置，所述脱硝装置上形成有供氨气进入的氨气入口；所述脱硝装置的一端与所述排烟管相连通；

所述预加热组件设置在所述氨气进气管的外周。

优选地，所述的掺氨天然气锅炉还包括冷凝套管，所述冷凝套管的内径与所述排烟管的外径相适配，所述冷凝套管套设在所述排烟管外周，且所述冷凝套管外周靠近所述烟气出口的一处形成有进水口，远离所述烟气出口的一处形成有出水口。

优选地，所述的预加热组件包括太阳能加热器和激光加热器，所述太阳能加热器和所述激光加热器对称设置在所述氨气进气管的径向两侧。

优选地，所述的掺氨天然气锅炉还包括温度监测组件，所述温度监测组件包括温度监测器和控制器，所述温度监测器设置在所述氨气进气管内，用于监测所述氨气进气管内的管内温度；所述控制器分别与所述温度监测器、所述预加热组件信号连接。

优选地，所述的掺氨天然气锅炉还包括蒸汽发电机，所述蒸汽发电机与所述排汽口连通，并与所述激光加热器电连接。

优选地，所述的掺氨天然气锅炉还包括换热器和回水管；

所述换热器包括烟气通道和冷却水通道；

所述烟气通道的一端与所述脱硝装置连通，另一端为排烟口；

所述冷却水通道的一端为入水口，所述入水口接入外界水源，另一端与所述回水管的一端相连通；

所述回水管的另一端与所述壳体的中部相连通；所述冷凝套管的出水口与所述回水管相连通。

优选地，所述的掺氨天然气锅炉还包括流量调节阀，所述流量调节阀有两个，分别设置在所述天然气进气管和所述氨气进气管远离所述壳体的一端。

优选地，所述的掺氨天然气锅炉还包括排水口和排水阀，所述排水口设置在所述壳体的下部，所述排水阀设置在所述排水口处。

优选地，所述的掺氨天然气锅炉还包括储水箱，所述储水箱与所述排水口相连通。

本公开所述的一种掺氨天然气锅炉，其优点在于：

通过在排烟管后设置脱硝组件的设置，降低掺氨天然气燃烧后的烟气氮氧化物含量，以更加环保的形式排出，降低对环境的污染；

并且由于预加热组件的设置，可以在氨气混合天然气之前预加热氨气，使得氨气在进入炉膛时接近着火点，更易被点燃。

附图说明

图1是本公开所述一种掺氨天然气锅炉的结构示意图；

图2是本公开所述掺氨天然气锅炉的另一种结构示意图。

附图标记说明：1-壳体，2-排烟管，3-炉膛，4-对流受热面，5-天然气进气管，6-氨气进气管，7-排汽口，8-脱硝装置，81-氨气入口，9-冷凝套管，91-进水口，92-出水口，10-太阳能加热器，11-激光加热器，12-蒸汽发电机，13-换热器，131-入水口，132-排烟口，14-回水管，15-排水口，16-储水箱。

具体实施方式

如图1所示，本公开所述的一种掺氨天然气锅炉，包括壳体1、排烟管2和炉膛3，壳体1套设在炉膛3外部，炉膛3一端有烟气出口，且炉膛3内靠近烟气出口的一处设置有对流受热面4，排烟管2套设在烟气出口处，上述是现有锅炉的基本结构，本公开所述的掺氨天然气锅炉还包括天然气进气管5、氨气进气管6、排汽口7、脱硝组件和预加热组件；

天然气进气管5和氨气进气管6相连通，并且与炉膛3相连通，天然气进气管5、氨气进气管6与炉膛3连通的位置远离对流受热面4的一处，例如图1中，烟气出口在顶部、对流受热面4靠近烟气出口设置，则天然气进气管5、氨气进气管6可以设置在壳体1的底部，也可以设置在壳体1的下部；若锅炉为横置锅炉也是同理，即进气与烟气出口相距较远，进气管位置的设置可以设置在端部也可以设置在旁侧；

脱硝组件包括脱硝装置8，脱硝装置8的一端与排烟管2相连通且脱硝装置8上形成有供氨气进入的氨气入口81；

预加热组件设置在氨气进气管6的外周，作用是为氨气进行预加热，使得氨气进入炉膛3时接近着火点，进而更容易被点燃。

进一步的，脱硝装置8优选为低温脱硝装置，低温脱硝装置中低温脱硝剂的反应温度一般是在100～150℃，为了降低进入低温脱硝装置的烟气温度，在排烟管2的外部套设冷凝套管9，冷凝套管9类似于化学实验中的冷凝管，套管的内径与排烟管2的外径相适配使得套管内部与排烟管2的外部贴合；冷凝套管9的外周靠近烟气出口的一处形成有进水口91，在远离烟气出口的一处形成有出水口92，进水口91接自来水或者接中水，出水口92可以接到下水道或者其他水处理设备；

通过冷凝套管9的设置，使得从烟气出口排出的烟气，在排烟管2处进行初步降温，避免进入脱硝装置8的温度过高，影响脱硝效率。

进一步的，由于氨气的着火点较高，在正常情况下较难点燃，这也是目前较少以纯氨气作为燃料，而是掺入天然气、氢气等较易燃的燃料的原因，为了使氨气进入炉膛3内时接近着火点，预加热组件包括太阳能集热器和激光加热器11，太阳能加热器10和激光加热器11设置在靠近天然气进气管5和氨气进气管6连通处的一处，太阳能加热器10依靠太阳能集热板提供电能，激光加热器11依靠普通的电源或者发电机进行供电；激光加热器11的原理，利用热辐射加热的原理对氨气进气管6加热，再通过热传递对氨气进行加热；

在进行预加热时，可选择使用太阳能加热器10进行加热或者使用激光加热器11进行加热，由于太阳能加热器10的太阳能集热板通常是在晴天的天气下产电较多，在阴雨天气则产电较少，因此可以根据天气情况选择相应的加热器；

通过预加热组件的设置，在氨气与天然气混合前对氨气进行预加热，使得氨气进入炉膛3内的温度接近着火点，进而降低点燃难度。

进一步的，由于增加预加热组件，对氨气进行预加热，为了避免过度加热导致氨气在进气管内被点燃，增设温度监测组件，温度监测组件包括温度监测器和控制器，温度监测器可采用常规的温度传感器，其设置在氨气进气管6内，监测经过温度监测器的氨气的温度；控制器分别与温度监测器、预加热组件信号连接，控制器接收温度监测器传输的信号，判断是否超出预设的加热温度，若超过预设的加热温度则控制预加热组件，使预加热组件降低加热功率或者关闭，控制器可以选用常规的PLC控制器等，该控制过程；

通过温度监测组件的设置，避免预加热组件过度加热氨气进气管6内的氨气进而降低氨气在进气管内被点燃的风险，同时由于温度监测组件的设置，可以控制预加热组件的加热功率，进而在保证预加热效果的同时，降低能耗。

进一步的，锅炉作为能量转化设备，将燃料燃烧产生的热转化为水蒸发的蒸汽能，为了合理地利用蒸汽能，增设蒸汽发电机12，蒸汽发电机12将蒸汽能转化为电能，蒸汽发电机12与激光加热器11电连接，作为激光加热器11的电源供电，同时，蒸汽发电机12除了供给激光加热器11电能外还可以外接其他电器，多余的电能也不浪费；

通过蒸汽发电机12的设置，将蒸汽能转化为电能，作为激光加热器11的电源供电，同时也作为其他电器的电源进行供电，合理地使用电能。

进一步的，烟气经过脱硝装置8进行脱硝处理后，烟气中的氮氧化物含量降低，但是温度仍然在100℃左右，烟气的热量也可以利用；

因此，增设换热器13和回水管14；换热器13内包括有烟气通道和冷却水通道，烟气通道的一端与脱硝装置8相连通，另一端为排烟口132；

冷却水通道的一端为入水口131，另一端与回水管14连通；为了保证进入入水口131的水和进入冷凝套管9的水的水质相近，综合处理难度较小，入水口131接入与冷凝套管9相同水源的水，若冷凝套管9接入自来水，则换热器13也接入自来水；若冷凝套管9接入中水，则换热器13也接入中水；

为了使烟气与自来水或者中水充分进行换热，烟气通道的排烟口132设置在冷却水通道与回水管14的连通处的同侧；

回水管14的另一端与壳体1的中部相连通；

经过低温脱硝装置8的烟气通过烟气通道进入换热器13，同时自来水或者中水从入水口131进入冷却水通道，烟气与自来水或者中水进行热交换，使得冷却水通道内的自来水或者中水升温，再进入回水管14，回水管14将自来水或者中水输送至壳体1内，由于这部分水经过换热已经升温，因此在壳体1内蒸发所需的能量小于直接接入的自来水或者中水蒸发所需的能量，实现能量的有效利用；

同时，冷凝套管9的出水口92也可以通过一条水管与回水管14相连通，如图1、图2所示，水管与回水管14的连通位置优选为靠近换热器13的一段且该水管的最低点不应低于回水管14，以避免由于水流速较低而导致部分水停滞于水管中，滋生细菌；由于冷凝套管9中的自来水或者中水与烟气换热，降低了烟气的温度进而自来水或者中水的温度上升，与回水管14相连通即可把这部分自来水或者中水输送至壳体1内进行蒸发，一方面可以实现水资源的重复利用，另一方面也实现了能量的有效利用。

进一步的，当锅炉准备停止运行时，需要停止氨气和天然气的输入，因此在氨气进气管6和天然气进气管5上各设置一个流量调节阀，流量调节阀设置的位置在氨气进气管6和天然气进气管5原理壳体1的一端，即接近气源的一端，设置在接近气源的一端可以降低水锤效应发生的概率，保护氨气进气管6和天然气进气管5。

进一步的，当锅炉停止运行时，壳体1内会留存未完全蒸发的水以及在壳体1内壁上的冷凝水珠，若长时间未清理，则容易滋长细菌；为了避免上述问题，在壳体1的下部设置排水口15，并在排水口15处设置排水阀，排水阀在日常锅炉运行时保持排水口15是关闭的状态，保证壳体1内与炉膛3的正常换热；而当锅炉停止运行时，可以打开排水阀直接将壳体1内的水排出，也可以接水泵将水泵出；

通过排水口15和排水阀的设计，避免锅炉停止运行时壳体1内的水长时间未清理而滋长细菌。

进一步的，锅炉停止运行时，排出的水仍然可以利用，因此增设储水箱16，储水箱16通过耐高温水管与排水口15相连通，耐高温水管与排水口15可拆卸连接，即使水位太低无法主动排水时，也可以将水管拆开使用接上水泵继续排水，储水箱16可以蓄水，需要使用时可以直接从储水箱16取用。

进一步的，为了降低在冷凝后的水在水管中输送时的热量消耗，以及降低水在经过回水管14进入壳体前的热量消耗，在出水口92所接水管的外周和回水管14的外周包覆一层保温材料，该保温材料可以选择聚氨酯等常用的保温材料，也可以直接使用相应保温材料制作的水管进行连通；同时，储水箱16优选为保温水箱，以使关闭锅炉后从壳体内排出的水，进入储水箱16内时热量散失较慢，满足热水需求。

在本公开的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本公开和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开保护范围的限制。

对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本公开权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种掺氨天然气锅炉，包括壳体(1)、排烟管(2)和炉膛(3)，所述壳体(1)套设在所述炉膛(3)的外部，所述炉膛(3)的一端形成有烟气出口，且所述炉膛(3)内靠近所述烟气出口的一处设置有对流受热面(4)，所述排烟管(2)套设于烟气出口处，其特征在于，所述掺氨天然气锅炉还包括：天然气进气管(5)、氨气进气管(6)、排汽口(7)、脱硝组件和预加热组件；

所述天然气进气管(5)与所述氨气进气管(6)相连通，并与所述炉膛(3)远离所述对流受热面(4)的一处相连通；

所述排汽口(7)与所述烟气出口同侧设置；

所述脱硝组件包括脱硝装置(8)，所述脱硝装置(8)上形成有供氨气进入的氨气入口(81)；所述脱硝装置(8)的一端与所述排烟管(2)相连通；

所述预加热组件设置在所述氨气进气管(6)的外周。

2.根据权利要求1所述掺氨天然气锅炉，其特征在于，还包括冷凝套管(9)，所述冷凝套管的内径与所述排烟管(2)的外径相适配，所述冷凝套管(9)套设在所述排烟管(2)外周，且所述冷凝套管(9)外周靠近所述烟气出口的一处形成有进水口(91)，远离所述烟气出口的一处形成有出水口(92)。

3.根据权利要求2所述掺氨天然气锅炉，其特征在于，所述预加热组件包括太阳能加热器(10)和激光加热器(11)，所述太阳能加热器(10)和所述激光加热器(11)对称设置在所述氨气进气管(6)的径向两侧。

4.根据权利要求3所述掺氨天然气锅炉，其特征在于，还包括温度监测组件，所述温度监测组件包括温度监测器和控制器，所述温度监测器设置在所述氨气进气管(6)内，用于监测所述氨气进气管(6)内的管内温度；所述控制器分别与所述温度监测器、所述预加热组件信号连接。

5.根据权利要求3所述掺氨天然气锅炉，其特征在于，还包括蒸汽发电机(12)，所述蒸汽发电机(12)与所述排汽口(7)连通，并与所述激光加热器(11)电连接。

6.根据权利要求5所述掺氨天然气锅炉，其特征在于，还包括换热器(13)和回水管(14)；

所述换热器(13)包括烟气通道和冷却水通道；

所述烟气通道的一端与所述脱硝装置(8)连通，另一端为排烟口(132)；

所述冷却水通道的一端为入水口(131)，所述入水口(131)接入外界水源，另一端与所述回水管(14)的一端相连通；

所述回水管(14)的另一端与所述壳体(1)的中部相连通；所述冷凝套管(9)的出水口(92)与所述回水管(14)相连通。

7.根据权利要求6所述掺氨天然气锅炉，其特征在于，还包括流量调节阀，所述流量调节阀有两个，分别设置在所述天然气进气管(5)和所述氨气进气管(6)远离所述壳体(1)的一端。

8.根据权利要求7所述掺氨天然气锅炉，其特征在于，还包括排水口(15)和排水阀，所述排水口(15)设置在所述壳体(1)的下部，所述排水阀设置在所述排水口(15)处。

9.根据权利要求8所述掺氨天然气锅炉，其特征在于，还包括储水箱(16)，所述储水箱(16)与所述排水口(15)相连通。