一种降低燃气锅炉NOx排放的方法与系统技术方案

本发明专利技术公开了一种降低燃气锅炉NOx排放的方法与系统，包括燃气锅炉、燃料加热加湿器和烟气洗涤器，燃料加热加湿器与烟气洗涤器相连接；燃料加热加湿器与燃气锅炉相连接；烟气洗涤器与燃气锅炉相连接，燃气锅炉产生的烟气经热利用后通入烟气洗涤器的底部，燃料加热加湿器包括设置在其顶部的热水雾化装置以及布置在热水雾化装置下方的上加热器、下加热器，燃料气加热加湿过程分为三步：燃料气的喷雾，形成气水混合物；气水混合物与热水换热升温同时混合物中的水蒸发；加湿以后的气体与热水换热升温，燃料气加热加湿过程在同一装置中实现，从而便于控制加入燃料的水量，避免燃料气出口水滴的携带，并可避免湿燃料在后续管道以及在燃烧器中的凝结。

【技术实现步骤摘要】
一种降低燃气锅炉NOx排放的方法与系统
本专利技术涉及燃气锅炉
，具体地说是一种降低燃气锅炉NOx排放的方法与系统。
技术介绍
燃气锅炉以天然气或者其他清洁燃料气为燃料产生蒸汽或者热水，广泛应用于工业蒸汽、居民供热等。随着我国环保要求越来越高，对燃气锅炉的NOx排放要求也越来越高。以北京为例，燃气锅炉NOx排放从2017年起，新建锅炉需低于30mg/Nm3。常规的锅炉燃烧器难以达到此标准，在采用预混燃烧，分级燃烧等低NOx燃烧技术的基础上，还必须采用如烟气再循环等技术辅助降低NOx排放。烟气再循环虽然能辅助降低NOx排放，但是其缺点也很明显：烟气循环风机增加电耗；大量的烟气循环影响燃烧稳定性；随着烟气循环量的增加，降NOx的效果会降低。需要寻找新的降低燃气锅炉NOx的方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种降低燃气锅炉NOx排放的方法与系统，可以降低NOx排放，同时不降低锅炉的效率。为达到上述目的，本专利技术的技术方案是：一种降低燃气锅炉NOx排放系统，包括燃气锅炉、燃料加热加湿器和烟气洗涤器，所述燃气锅炉包括空气供给管路和燃料气供给管路，所述燃料加热加湿器设置在燃气锅炉的燃料气供给管路上，所述燃气锅炉燃烧产生的烟气经过热利用后，经排烟管路通入所述烟气洗涤器的底部，其特征在于，所述燃料加热加湿器包括靠近其顶部设置的热水雾化装置以及布置在所述热水雾化装置下部并延伸至所述燃料加热加湿器底部的加热器，其中，所述加热器的底部设置进水口，顶部设置排水口；所述燃料加热加湿器的顶部设置燃料气供给口，且所述燃料气供给口设置在所述热水雾化装置的上方；所述燃气锅炉的热水供应管路上设置分流器，所述热水供应管路中的热水经分流器分流后，部分供应至所述热水雾化装置的进水口；所述加热器顶部排出的低温水供应至所述烟气洗涤器的顶部，所述烟气洗涤器底部排出的热水供应至所述加热器底部的进水口；燃料气进入所述燃料加热加湿器后，在所述燃料加热加湿器顶部与通过所述热水雾化装置的喷雾口喷入的雾化加湿水直接接触，形成燃料气与水雾的混合物，燃料气与水雾的混合物继续下行，被所述加热器中的热水间接加热以提高混合物的温度，在燃料气被加热的过程中，燃料气中的水雾蒸发，燃料气的湿度和温度同时提高，从所述燃料加热加湿器底部离开后送入所述燃气锅炉。优选地，所述燃气锅炉的空气供给管路上设有风机，空气在所述风机的驱动下通入所述燃气锅炉中。优选地，所述燃气锅炉为热水锅炉或蒸汽锅炉，包括锅炉给水管路以及热水供应管路，所述热水供应管路上设置分流器Ⅰ，所述热水供应管路中的热水经分流器Ⅰ分流后，一部分供应至热用户，另一部分供应至所述燃料加热加湿器。优选地，所述热水雾化装置的供水管路上设有水泵，所述燃气锅炉热水供应管路中的热水经分流器Ⅰ分流后，在所述水泵的驱动下供应至所述热水雾化装置的进水口。优选地，所述燃料加热加湿器中的加热器至少为两个，一个为设置上方的上段加热器，另一个为设置在所述上段加热器下方的下段加热器；并且，所述烟气洗涤器中的喷雾装置至少为两个，一个为设置在所述烟气洗涤器顶部的低温水喷雾装置，另一个为设置在所述烟气洗涤器中部的中温水喷雾装置。优选地，所述烟气洗涤器底部排出的热水经循环泵Ⅰ升压后供应至所述下段加热器底的进水口。优选地，所述下段加热器顶部排出的中温水经过分流器II分成两路，一路在循环泵Ⅱ的驱动下供应至所述烟气洗涤器中部的中温水喷雾装置，另一路在循环泵III的驱动下供应至所述上段加热器底部的进水口，所述上段加热器顶部排出的低温水在循环泵IV的驱动下供应至所述烟气洗涤器顶部的低温水喷雾装置。优选地，所述燃料加热加湿器的底部设置排水口，该排水口通过管路与所述热水雾化装置的进口连通，并且二者之间的连通管路上设置循环水泵，用以调节所述燃料加热加湿器内部的循环水量，并可保证所述上段加热器和下段加热器外表面的充分湿润，增加传热传质面积。根据本专利技术的另一方面，还提供了一种降低燃气锅炉NOx排放的方法，利用本专利技术的降低燃气锅炉NOx排放系统，其特征在于，燃料气进入所述燃料加热加湿器后，在其顶部与通过所述热水雾化装置的喷雾口喷入的雾化加湿水直接接触，形成燃料气与水雾的混合物，燃料气与水雾的混合物继续下行，依次被所述上加热器、下加热器中的热水间接加热以提高混合物的温度，在燃料气被加热的过程中，燃料气中的水雾蒸发，燃料气的湿度和温度同时提高，在所述燃料加热加湿器底部成为过热燃料气后离开以后送入所述燃气锅炉。本专利技术的技术原理是：通过提高燃料的湿度，即增加燃料中的水蒸气含量，实现降低NOx排放的目的。本专利技术提高燃料湿度的方法与原理是：先往燃料中喷入水，此时由于燃料温度较低，喷入的水主要以液态存在，只有少量的水可能蒸发到燃料中，燃料与水形成气液混合物；然后对燃料与水的气液混合物加热，混合物受热以后，液体水逐渐蒸发进入气相，使得燃料湿度温度提高，燃料中的水蒸气分压也逐步提高，直至燃料中的水完全蒸发，燃料与水的气液混合物完全转变为气相，再进一步加热，使得被加湿以后的燃料成为过热气体。燃料与水的混合物的蒸发过程是一个变温蒸发的过程，随着燃料湿度的提高，水蒸气分压提高，水的相变温度也逐步提高。该变温蒸发过程仅需较低温度的加热热源就可以实现。在专利技术中，提供燃料加湿所需的热量来自锅炉尾部排烟的余热回收。更进一步，本专利技术燃料加热加湿过程采用燃料气与水雾混合物下行的方法，在下行的过程中与换热器逆流换热，混合物下行过程中，混合物中的液滴在换热器表面形成水膜，加大传质的面积。气液混合物下行也使得如果水雾没有完全蒸发，也能够很容易在加热加湿器的底部被有效的分离，同时从燃料加热加湿器底部将湿燃料送至锅炉，可以大大缩短输送的距离，降低燃料气冷凝的风险。更进一步，本专利技术中燃料加热加湿器中布置的换热器分为上下两段，上段换热器温度底、水流量小，下段换热器温度高、水流量大。其原理在于，燃料在加热加湿过程中，随着燃料温度湿度的提高，燃料单位温升所需的吸热量也越大，这就要求燃料在高温段吸热量大，低温段吸热量小，为了有效的减小燃料加热加湿器的不可逆损失，本专利技术采用两段式加热器。同现有技术相比，本专利技术的降低燃气锅炉NOx排放的方法与系统，其技术特点主要在于：1)通过燃料的加湿，降低燃料的热值，来降低燃气锅炉的NOx排放。燃料加湿降NOx的效果要远好于空气的加湿或者烟气再循环。2)创新燃料加热加湿器，采用喷雾+间接换热+过热的方法，其优点在于：便于控制加入燃料的水量，避免燃料气出口水滴的携带；降燃料气的加湿和燃料气的过程一体化，必要的过热可以避免湿燃料在后续管道以及在燃烧器中的凝结。3)燃料加热加湿器中的间接换热器采用两段式换热，两段换热器的热水流量不同，高温段水流量大，低温段水流量低，以与燃料加热加湿过程的吸热曲线相匹配，降低燃料加热加湿过程的不可逆损失。4)燃料加湿加湿器采用气体从顶部进入、底部排出，热水从底部进入、顶部排出的逆流换热方式，燃料在顶部经过喷雾以后，汽水混合物中的部分雾滴在向下流动过程中部分在换热器表面形成水膜，加速气侧的传热传质；气液混合物向下流动，使得气液分离更容易，即使燃料气出口还有少量的雾滴没有完全蒸发，也很容易自然在底部与燃料气分离。5)燃料加热加湿实现了变温蒸发，其热源采用烟气尾部低温余本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种降低燃气锅炉NOx排放系统，包括燃气锅炉、燃料加热加湿器和烟气洗涤器，所述燃气锅炉包括空气供给管路和燃料气供给管路，所述燃料加热加湿器设置在燃气锅炉的燃料气供给管路上，所述燃气锅炉燃烧产生的烟气经过热利用后，经排烟管路通入所述烟气洗涤器的底部，其特征在于，所述燃料加热加湿器包括靠近其顶部设置的热水雾化装置以及布置在所述热水雾化装置下部并延伸至所述燃料加热加湿器底部的加热器，其中，所述加热器的底部设置进水口，顶部设置排水口；所述燃料加热加湿器的顶部设置燃料气供给口，且所述燃料气供给口设置在所述热水雾化装置的上方；所述燃气锅炉的热水供应管路上设置分流器，所述热水供应管路中的热水经分流器分流后，部分供应至所述热水雾化装置的进水口；所述加热器顶部排出的低温水供应至所述烟气洗涤器的顶部，所述烟气洗涤器底部排出的热水供应至所述加热器底部的进水口，燃料气进入所述燃料加热加湿器后，在所述燃料加热加湿器顶部与通过所述热水雾化装置的喷雾口喷入的雾化加湿水直接接触，形成燃料气与水雾的混合物，燃料气与水雾的混合物继续下行，被所述加热器中的热水间接加热以提高混合物的温度，在燃料气被加热的过程中，燃料气中的水雾蒸发，燃料气的湿度和温度同时提高，从所述燃料加热加湿器底部离开后送入所述燃气锅炉。...

【技术特征摘要】
1.一种降低燃气锅炉NOx排放系统，包括燃气锅炉、燃料加热加湿器和烟气洗涤器，所述燃气锅炉包括空气供给管路和燃料气供给管路，所述燃料加热加湿器设置在燃气锅炉的燃料气供给管路上，所述燃气锅炉燃烧产生的烟气经过热利用后，经排烟管路通入所述烟气洗涤器的底部，其特征在于，所述燃料加热加湿器包括靠近其顶部设置的热水雾化装置以及布置在所述热水雾化装置下部并延伸至所述燃料加热加湿器底部的加热器，其中，所述加热器的底部设置进水口，顶部设置排水口；所述燃料加热加湿器的顶部设置燃料气供给口，且所述燃料气供给口设置在所述热水雾化装置的上方；所述燃气锅炉的热水供应管路上设置分流器，所述热水供应管路中的热水经分流器分流后，部分供应至所述热水雾化装置的进水口；所述加热器顶部排出的低温水供应至所述烟气洗涤器的顶部，所述烟气洗涤器底部排出的热水供应至所述加热器底部的进水口，燃料气进入所述燃料加热加湿器后，在所述燃料加热加湿器顶部与通过所述热水雾化装置的喷雾口喷入的雾化加湿水直接接触，形成燃料气与水雾的混合物，燃料气与水雾的混合物继续下行，被所述加热器中的热水间接加热以提高混合物的温度，在燃料气被加热的过程中，燃料气中的水雾蒸发，燃料气的湿度和温度同时提高，从所述燃料加热加湿器底部离开后送入所述燃气锅炉。2.根据上述权利要求所述的降低燃气锅炉NOx排放系统，其特征在于，所述燃气锅炉的空气供给管路上设有风机，空气在所述风机的驱动下通入所述燃气锅炉中。3.根据上述权利要求所述的降低燃气锅炉NOx排放系统，其特征在于，所述燃气锅炉为热水锅炉或蒸汽锅炉，包括锅炉给水管路以及热水供应管路，所述热水供应管路上设置分流器Ⅰ，所述热水供应管路中的热水经所述分流器Ⅰ分流后，一部分供应至热用户，另一部分供应至所述燃料加热加湿器。4.根据上述权利要求所述的降低燃气锅炉NOx排放系统，其特征在于，所述热水雾化装置的供水管路上设有水泵，所述燃气锅炉热水供应管路中...

【专利技术属性】
技术研发人员：王波，肖云汉，张哲巅，路源，
申请(专利权)人：中国科学院工程热物理研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11