一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统，包括燃烧器和炉膛、相变凝聚收水器、混合器、温湿调节器等。相变凝聚收水器内设有换热管、喷淋降温管排和迷宫式收水器。温湿调节器内部设有均流孔板、喷淋增湿管排和换热管。燃烧器及炉膛、对流受热面和相变凝聚收水器依次连接。混合器一路进口通过再循环风机与相变凝聚收水器连接，混合后的空气送入燃烧器，参与炉内燃烧。相变凝聚收水器的冷凝水通过高位储水箱收集，全部喷入温湿调节器中，用于加热和加湿空气。混合器和温湿调节器所回收的冷凝水用于冷却烟温。从而降低了助燃空气中的氧分压和炉膛内的烟气温度。本实用新型专利技术具有系统水耗低，进风湿度调节灵敏，燃气NOX减排效果显著的优点。

A low nitrogen combustion system of temperature humidity coupling gas boiler

【技术实现步骤摘要】
一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统
本技术涉及一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统，属于热电联产

技术介绍
能源结构调整是大气污染治理的重要手段，未来随着清洁能源比重的增加，天然气用量还将快速增加。天然气燃烧排放的主要大气污染物是NOx，因此，天然气低氮燃烧技术是我国规模化清洁利用天然气的重要技术保障。天然气作为一种清洁燃料广泛应用于工业生产及居民供热等领域。随着我国环保要求的日益严格，对燃气锅炉氮氧化物排放限制也越来越高，部分重点地区要求新建燃气锅炉氮氧化物排放量低于30mg/Nm3，这给低氮燃烧技术带来了极大的挑战。因此，研发更低排放水平的低氮燃烧技术不仅有利于实现现有燃气锅炉的稳定达标排放，同时还可以进一步降低NOX排放，对于实现PM2.5浓度进一步降低提供了保障。天然气主要成分为甲烷，含量一般在95-97％甚至更高，基本不含有燃料氮，在燃烧过程中主要以热力型和快速型NOx为主。热力型NOx是空气中的N2在高温下被O2氧化生成的NOx，约占NOx生成总量的90-95％，是天然气燃烧NOx控制的重要生成途径。稀释火焰的方法来降低烟气温度是目前应用较为广泛的低氮燃烧技术，如烟气再循环、空气加湿技术。再循环烟气的加入降低了助燃空气氧分压，从而降低了燃烧速率，炉内火焰温度也得到降低，热力型NOx的生成量得到有效的控制。然而，随着循环烟气量的增大，空气中的氧不断被稀释，同时由于空气流量的增加，导致燃烧器流场发生改变，易引起火焰燃烧的不稳定，或者导致火焰的过长，影响锅炉正常运行和安全。因此，如何解决烟气再循环率进一步提高时燃烧稳定性、冷凝水析出和锅炉效率等问题，是进一步降低天然气及其他气体燃料燃烧NOX排放的关键。空气加湿或向火焰区注水以降低燃烧区域温度可以起到抑制热力型NOx生成的作用，然而加湿技术由于水的来源及回收难题导致了该技术应用受到限制。如专利文献CN108613173A中，利用空气和烟气间气–气换热做为空气加热的热源，同时在换热器入口喷入锅炉回水，换热器出口加入再循环烟气。专利文献CN106500120A中，同样利用气气换热进行空气加热，并利用冷凝水来增湿空气，然而，上述方案中，气–气换热需要较大的温度端差导致烟气余热回收热量和冷凝水量较少，无法大幅提高空气中的湿度，以及庞大的换热器尺寸，均限制了该技术方案的利用，同时无法兼顾超低氮和燃烧稳定性间的矛盾问题。
技术实现思路
本技术旨在提供一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统。可稳定燃烧火焰，大幅度降低氮氧化物生成，并通过相变凝聚收水器深度回收烟气中的余热和水分，有效节约用水，提高锅炉效率。本技术通过以下技术方案实现：一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统，包括燃气锅炉、相变凝聚收水器、温湿调节器、混合器和送风机；所述燃气锅炉包括依次相连的炉膛和对流受热面；所述炉膛内部前端设置有燃烧器；所述相变凝聚收水器设置在所述对流受热面和所述温湿调节器之间，所述相变凝聚收水器和所述对流受热面之间分别设有烟风管路和换热工质管路相连；所述相变凝聚收水器与所述温湿调节器之间形成循环连接；所述温湿调节器与所述混合器相连；所述混合器与所述相变凝聚收水器和所述对流受热面之间的烟风管路通过烟气再循环风机相连，且所述混合器与所述燃烧器相连；所述温湿调节器、相变凝聚收水器和对流受热面之间设有换热工质管路相连；所述送风机连接在所述混合器与燃烧器之间或所述混合器与温湿调节器之间。上述技术方案中，所述相变凝聚收水器与所述温湿调节器之间设置有高位储水箱和高位水泵，所述温湿调节器和所述相变凝聚收水器之间的回路上设有低位储水箱和低位水泵。上述技术方案中，所述混合器包括进气管、出气管和设置在进气管与出气管之间的混合腔以及设置在混合腔上的再循环烟气入口管和凝结水管；所述凝结水管设置在混合腔底部，且所述凝结水管与所述低位储水箱连接。上述技术方案中，所述进气管、出气管与所述混合腔呈同轴设置的圆柱形，且所述混合腔直径为所述进气管直径的1.2～1.5倍；所述进气管与所述混合腔之间设有渐扩管连接；所述再循环烟气入口管从混合腔的侧面环向切入。上述技术方案中，所述混合腔外设有环形烟道，环形烟道上均匀分布有若干烟气喷口，所述烟气喷口连接所述环形烟道和所述混合腔。上述技术方案中，所述烟气喷口按设计流速50～60m/s设置。上述技术方案中，所述相变凝聚收水器内依次设有相变换热管、喷淋降温管排和迷宫式收水器；所述喷淋降温管排设置若干喷淋降温管，所述喷淋降温管倾斜布置，且所述喷淋降温管朝向所述相变换热管一侧设置有若干喷淋口，所述喷淋口喷射方向朝向所述相变换热管一侧且倾斜向上呈0～30°；所述迷宫式收水器设置在所述相变凝聚收水器出口，包括若干并列设置的V型或者工字型折流板。上述技术方案中，所述温湿调节器入口为渐扩段内，所述渐扩段内设有若干均流孔板；所述温湿调节器内还设有喷淋增湿管排和鳍片换热管；所述鳍片换热管靠近温湿调节器出口段设置，所述喷淋增湿管排朝向所述温湿调节器入口倾斜布置。本技术具有以下优点及有益效果：1)通过温湿调节器对空气进行加热，可防止冷空气与再循环烟气直接混合产生凝结水；2)再循环烟气的加入将燃烧器入口的助燃空气氧含量降低到18～20％，在降低了火焰燃烧速率同时，有效冷却炉内火焰温度，最终降低热力型NOx的生成；3)喷淋增湿的目的是在保证助燃空气氧含量的情况下，增大助燃空气中三原子气体含量，气体比热容增大，进一步降低燃烧火焰温度；4)温湿调节器、相变凝聚收水器均通过气液间接和直接换热，换热效率高，换热器结构紧凑；5)喷淋所用水直接来自于烟气冷凝水，节约用水，同时回收烟气中的水分，可消除烟囱中的白烟；6)通过增加空气中的湿度，降低空气中的氧分压，二者耦合作用下，在实现超超低氮燃烧(NOx排放低于15mg/Nm3(@3.5％))的同时，可以增加燃烧火焰的稳定性。附图说明图1为本技术所涉及的一种布置方式的温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统示意图。图2为本技术所涉及的另一种布置方式的温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统示意图。图3为本技术所涉及的相变凝聚收水器结构示意图。图4为本技术所涉及的温湿调节器结构示意图。图5为本技术所涉及的其中一种实施方式的混合器结构示意图。图6为本技术所涉及的另一种实施方式的混合器结构示意图：a)横截面示意图；b)结构示意图。图中：1–进风调节阀；2–炉膛；3–对流受热面；4–相变凝聚收水器；41–相变换热管；42–喷淋降温管排；43–迷宫式收水器；44–冷凝水收水口；5–烟气再循环调节阀；6–烟气再循环风机；7–温湿调节器；71–鳍片换热管；72–喷淋增湿管排；73–均流孔板；74–收水口；8–送风机；9–混合器；91–进气管；92–渐扩管；93–再循环烟气入口管；94–凝结水管；95–环形配风管；96–烟气喷口；97–混合腔；98–出气管；10–高位储水箱；11–高位水泵；12–低位储水箱；13–低位水泵；14–调节阀。具体实施方式下面结合附图对本技术的具体实施方式及工作过程作进一步的说明。本申请文件中的上、下、左、右、前和后等方位用语是基于附图所示的位置关系而建立的。附图不同，则相应的位置关系也有可能随之发生变化，故不能以此理解为对保护范围本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述低氮燃烧系统包括燃气锅炉、相变凝聚收水器(4)、温湿调节器(7)和混合器(9)；所述燃气锅炉包括依次相连的炉膛(2)和对流受热面(3)；所述炉膛(2)内部前端设置有燃烧器；所述相变凝聚收水器(4)设置在所述对流受热面(3)和所述温湿调节器(7)之间，所述相变凝聚收水器(4)和所述对流受热面(3)之间分别设有烟风管路和换热工质管路相连；所述相变凝聚收水器(4)与所述温湿调节器(7)之间形成循环连接；所述温湿调节器(7)与所述混合器(9)相连；所述混合器(9)与所述相变凝聚收水器(4)和所述对流受热面(3)之间的烟风管路通过烟气再循环风机(6)相连，且所述混合器(9)与所述燃烧器相连；所述温湿调节器(7)、相变凝聚收水器(4)和对流受热面(3)之间设有换热工质管路相连。

【技术特征摘要】
1.一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述低氮燃烧系统包括燃气锅炉、相变凝聚收水器(4)、温湿调节器(7)和混合器(9)；所述燃气锅炉包括依次相连的炉膛(2)和对流受热面(3)；所述炉膛(2)内部前端设置有燃烧器；所述相变凝聚收水器(4)设置在所述对流受热面(3)和所述温湿调节器(7)之间，所述相变凝聚收水器(4)和所述对流受热面(3)之间分别设有烟风管路和换热工质管路相连；所述相变凝聚收水器(4)与所述温湿调节器(7)之间形成循环连接；所述温湿调节器(7)与所述混合器(9)相连；所述混合器(9)与所述相变凝聚收水器(4)和所述对流受热面(3)之间的烟风管路通过烟气再循环风机(6)相连，且所述混合器(9)与所述燃烧器相连；所述温湿调节器(7)、相变凝聚收水器(4)和对流受热面(3)之间设有换热工质管路相连。2.根据权利要求1所述的一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述相变凝聚收水器(4)与所述温湿调节器(7)之间设置有高位储水箱(10)和高位水泵(11)，所述温湿调节器(7)和所述相变凝聚收水器(4)之间的回路上设有低位储水箱(12)和低位水泵(13)。3.根据权利要求2所述的一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述混合器(9)包括进气管(91)、出气管(98)和设置在进气管(91)与出气管(98)之间的混合腔(97)以及设置在混合腔(97)上的再循环烟气入口管(93)和凝结水管(94)；所述凝结水管(94)设置在混合腔(97)底部，且所述凝结水管(94)与所述低位储水箱(12)连接。4.根据权利要求3所述的一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：卓建坤，时宇，吴逸凡，秦明臣，孙芳芳，姚强，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：新型
国别省市：北京,11