本公開涉及一種低氮節(jié)能系統(tǒng)，具體地講，涉及一種預(yù)熱增濕低氮與煙氣深度余熱回收系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

天然氣作為一種清潔燃料越來越受到重視，但是其燃燒過程中產(chǎn)生的氮氧化物是大氣中的重要污染物，氮氧化物不僅形成酸雨，還會形成霧霾和光化學(xué)煙霧，對環(huán)境產(chǎn)生很大的危害。

天然氣燃燒過程中溫度為影響氮氧化物生成的主要因素，通過降低燃燒溫度，可以大大減少氮氧化物排放。煙氣再循環(huán)可以實現(xiàn)燃燒溫度的降低，通過將煙氣的燃燒產(chǎn)物加入到燃燒區(qū)域內(nèi)，降低了燃燒溫度，同時加入的煙氣降低了氧氣的分壓，這將減弱氧氣與氮氣生成熱力型NOx的過程，從而減少了NOx的生成。向火焰區(qū)注水以降低燃燒區(qū)域溫度同樣可以起到抑制NOx生成的作用，一是加入水蒸氣降低了最高火焰溫度，使得熱力型NO大大下降；二是在火焰峰值溫度相同的情況下，加入水蒸氣使得火焰中OH基團的濃度增加，盡管OH的濃度增加使得熱力型NO稍有增加，但是加濕導(dǎo)致了CH基濃度的下降，使得HCN與N組分的濃度大大降低，使得快速型NO大大減少。上述兩個原因使得燃燒過程的NO總的排放有所降低。其他技術(shù)包括分級燃燒(包括空氣分級、燃料分級)、貧燃預(yù)混燃燒、煙氣再循環(huán)、無焰燃燒、旋流燃燒等方式。

低氮燃燒技術(shù)在實際運行過程中會帶來一些問題，例如煙氣再循環(huán)量過大會產(chǎn)生燃燒不穩(wěn)定問題，如果運行過程中空氣溫度過低，會產(chǎn)生冷凝水。使用噴水等方式，使得煙氣中含濕量增加，增加了排煙熱損失，降低了鍋爐效率。

燃氣鍋爐煙氣中含濕量一般在15-18％，其蘊含的潛熱約為天然氣低位熱值的10-11％，是煙氣余熱利用技術(shù)發(fā)展的重要方向。當(dāng)煙氣溫度低于其露點溫度時(一般在55-57℃左右)，煙氣中開始釋放冷凝熱，由此開發(fā)了間壁式煙氣冷凝器。但由于此項技術(shù)采取了間接換熱，當(dāng)臨近冷凝器水側(cè)壁面的煙氣低于其露點溫度時，開始產(chǎn)生冷凝。間壁式煙氣冷凝器以系統(tǒng)回水作為低溫冷源進行煙氣余熱利用目前已被廣泛使用。由于間壁式冷凝器的熱回收效率較低，研究人員開發(fā)了吸收式直冷冷凝器，采用噴淋塔利用低溫循環(huán)水與煙氣直接接觸，該裝置可吸收90％以上的煙氣潛熱，但由于循環(huán)水溫度低，無法被有效利用，發(fā)展因而停滯。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對上述問題，本公開提出一種預(yù)熱增濕低氮與煙氣深度余熱回收系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以作為輔助設(shè)備與鍋爐聯(lián)用，不僅能大大降低氮氧化物排放，還能夠通過回收煙氣中的水蒸氣及其熱量，大大提高鍋爐效率。

一種預(yù)熱增濕低氮與煙氣深度余熱回收系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括預(yù)熱增濕裝置、燃燒裝置、深度余熱回收裝置、除霧裝置以及再循環(huán)裝置；其中：所述預(yù)熱增濕裝置利用熱水將進入其內(nèi)的第一混合氣進行預(yù)熱增濕得到第二混合氣和冷水，其氣體出口與燃燒裝置的氣體入口相連，其冷水出口通過冷水循環(huán)管道與深度余熱回收裝置的冷水入口相連；所述第一混合氣為空氣與再循環(huán)裝置送回的煙氣的混合氣；所述燃燒裝置將第二混合氣燃燒產(chǎn)生第三混合氣，其氣體出口與深度余熱回收裝置的氣體入口相連；所述深度余熱回收裝置將第三混合氣中的水冷凝，得到第四混合氣和熱水，其氣體出口與除霧裝置的氣體入口相連，其熱水出口通過熱水循環(huán)管道與預(yù)熱增濕裝置的熱水入口相連；所述除霧裝置將第三混合氣中的水冷凝，得到排放的煙氣和熱水，其氣體出口同時與外界、再循環(huán)裝置的入口相連，其熱水出口與熱水循環(huán)管道相連。

進一步地，所述系統(tǒng)還包括提供整個系統(tǒng)中煙氣循環(huán)壓力的增壓裝置，所述增壓裝置的氣體出口與預(yù)熱增濕裝置的氣體入口相連，或者所述增壓裝置位于所述預(yù)熱增濕裝置的氣體出口與燃燒裝置的入口之間。

進一步地，所述第二混合氣體的溫度在30-60℃之間，含濕量在10-15％之間。

進一步地，所述冷水循環(huán)管道由第一循環(huán)泵提供壓力；所述熱水循環(huán)管道由第二循環(huán)泵提供壓力。

進一步地，所述深度余熱回收裝置為N1個，N1為大于1的整數(shù)；其中：

第1個深度余熱回收裝置的氣體入口與燃燒裝置的氣體出口相連，第1個深度余熱回收裝置的熱水出口通過熱水循環(huán)管道與預(yù)熱增濕裝置的熱水入口相連；

第I個深度余熱回收裝置的氣體入口與第I-1個深度余熱回收裝置的氣體出口相連；第I個深度余熱回收裝置的氣體出口與第I+1個深度余熱回收裝置的氣體入口相連；第I個深度余熱水回收裝置的冷水入口與第I+1個深度余熱回收裝置的熱水出口相連；第I個深度余熱回收裝置的熱水出口與第I-1個深度余熱回收裝置的冷水入口相連；其中，I為整數(shù)，1＜I＜N1；

第N1個深度余熱回收裝置的氣體出口與除霧裝置的氣體入口相連；第N1個深度余熱回收裝置的冷水入口通過冷水循環(huán)管道與預(yù)熱增濕裝置的冷水出口相連。

進一步地，所述除霧裝置為N2個，N2為大于1的整數(shù)；其中：

第1個除霧裝置的氣體出口與第2個除霧裝置的氣體入口相連；

第J個除霧裝置的氣體出口與第J+1個除霧裝置的氣體入口相連；其中，J為整數(shù)，1＜J＜N2；

第N2個除霧裝置的氣體出口同時與外界、再循環(huán)裝置的氣體入口相連；每個除霧裝置的熱水出口均與熱水循環(huán)管道接通。

優(yōu)選地，所述再循環(huán)裝置包括循環(huán)風(fēng)機，所述循環(huán)風(fēng)機用于加速煙氣在管道中流動。

優(yōu)選地，所述深度余熱回收裝置為噴淋塔或填料塔。

優(yōu)選地，所述除霧裝置包括絲網(wǎng)式、平板式。

優(yōu)選地，所述增壓裝置包括風(fēng)機。

本公開系統(tǒng)具有下述有益效果：

(1)通過對空氣與再循環(huán)煙氣的增濕，可以降低氮氧化物的排放，達到同樣氮氧化物排放的情況下可以減少再循環(huán)煙氣的用量；

(2)通過對空氣與再循環(huán)煙氣的預(yù)熱，可以增加混合氣中的含濕量；

(3)再循環(huán)煙氣的加入使得爐膛內(nèi)的煙氣量增加，使得深度余熱回收裝置能吸收更多的熱量；

(4)深度余熱回收裝置的熱水與預(yù)熱增濕裝置的冷水完成循環(huán)，解決了低品位熱無法使用的問題。

(5)深度余熱回收裝置冷凝的水與除霧裝置回收的水補充設(shè)備消耗的水分，不需要另外補充水。

附圖說明

圖1本公開一個實施例中的預(yù)熱增濕低氮與煙氣深度余熱回收裝置示意圖；

圖中：1、風(fēng)機；2、預(yù)熱增濕裝置；3、燃燒頭；4、鍋爐5、深度余熱回收裝置；6、除霧器；7、第一循環(huán)泵；8、第二循環(huán)泵；9、循環(huán)風(fēng)機；10、冷水循環(huán)管道；11、熱水循環(huán)管道；q1、空氣；q2、低溫干燥低氧的混合氣；q3、高溫高含濕量低氧的混合氣；q4、燃燒后的煙氣；q5、高濕度低溫度的煙氣；q6、低溫干燥的煙氣；q7、排向大氣的煙氣；q8、再循環(huán)煙氣；w1、冷水；w2、熱水；w3、除霧器回收水；

圖2本公開一個實施例中的多個深度余熱回收裝置連接示意圖；

圖中：5-1、第一深度余熱回收裝置；5-2、第二深度余熱回收裝置；5-3、第三深度余熱回收裝置；w1、來自預(yù)熱增濕裝置的冷水；w2-1、熱水；w2-2、熱水；w2、去往預(yù)熱增濕裝置的熱水；q4、燃燒后的煙氣；q5-1、煙氣；q5-2、煙氣；q5、通往除霧裝置的煙氣；

圖3本公開一個實施例中的多個除霧器連接示意圖；

圖中：6-1、第一除霧裝置；6-2、第二除霧裝置；6-3、第三除霧裝置；q5、來自與其相連的深度余熱回收裝置的煙氣；q5-1、經(jīng)過第一除霧裝置的煙氣；q5-2、經(jīng)過第二除霧裝置的煙氣；q6、經(jīng)過第三除霧裝置煙氣；w3-1、第一除霧裝置回收水，w3-2第二除霧裝置回收水，w3-3第三除霧裝置回收水；11、熱水循環(huán)管道。

具體實施方式

在一個實施例中，揭示了一種預(yù)熱增濕低氮與煙氣深度余熱回收系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括預(yù)熱增濕裝置、燃燒裝置、深度余熱回收裝置、除霧裝置以及再循環(huán)裝置；其中：所述預(yù)熱增濕裝置利用熱水將進入其內(nèi)的第一混合氣進行預(yù)熱增濕得到第二混合氣和冷水，其氣體出口與燃燒裝置的氣體入口相連，其冷水出口與深度余熱回收裝置的冷水入口相連；所述第一混合氣為空氣與再循環(huán)裝置送回的煙氣的混合氣；所述燃燒裝置將第二混合氣燃燒產(chǎn)生第三混合氣，其氣體出口與深度余熱回收裝置的氣體入口相連；所述深度余熱回收裝置將第三混合氣中的水冷凝，得到第四混合氣和熱水，其氣體出口與除霧裝置的氣體入口相連，其熱水出口與預(yù)熱增濕裝置的熱水入口相連；所述除霧裝置將第三混合氣中的水冷凝，得到排放的煙氣和熱水，其氣體出口同時與外界、再循環(huán)裝置的入口相連，其熱水出口與熱水循環(huán)管道相連。

在這個實施例中，預(yù)熱增濕裝置通過對再循環(huán)煙氣的增濕，可以降低氮氧化物的排放，達到同樣氮氧化物排放的情況下可以減少再循環(huán)煙氣的用量，對空氣與再循環(huán)煙氣的預(yù)熱，可以增加混合氣中的含濕量。再循環(huán)裝置將部分煙氣循環(huán)回去，與空氣混合，增加了燃燒裝置中的煙氣量，使得深度余熱回收裝置能吸收更多的熱量。而深度余熱回收裝置的熱水與預(yù)熱增濕裝置中的冷水完成循環(huán)，解決了低品位熱無法使用的問題。同時，由于深度余熱回收裝置冷凝的水蒸氣與除霧裝置回收的水補充設(shè)備消耗的水分，不需要另外補充水。

在這個實施例中，第一混合氣是空氣與再循環(huán)煙氣的混合，該混合氣的特點是低氧濃度、干燥。第一混合氣進入預(yù)熱增濕裝置，在預(yù)熱增濕裝置內(nèi)部使用熱水進行傳熱傳質(zhì)完成預(yù)熱增濕過程，預(yù)熱后得到的第二混合氣溫度達到30-60℃，含濕量達到10-15％，具有高含濕量低氧濃度的特點。優(yōu)選地，所述深度余熱回收裝置為噴淋塔或填料塔，使得煙氣中大于90％的水進行冷凝，使得煙氣溫度降低至40-50℃，煙氣中的含濕量降低到2％以下。深度余熱回收裝置所使用的冷水為預(yù)熱增濕裝置產(chǎn)生的冷水，深度余熱回收裝置產(chǎn)生的熱水進入預(yù)熱增濕裝置。

第二混合氣通過燃燒裝置的燃燒頭進入爐膛，與天然氣在爐膛內(nèi)進行燃燒，達到降低燃燒溫度、降低氮氧化物排放的目的，這里的天然氣還可以是其它可燃燒氣體。燃燒過后的煙氣為第三混合氣，進入深度余熱回收裝置，通過噴淋等方式使煙氣中的水冷凝下來，煙氣變?yōu)楦邼穸鹊蜏囟鹊牡谒幕旌蠚?。第四混合氣通過除霧裝置變?yōu)楦稍锏蜏氐臒煔?，至此得到可以排放到外界大氣的煙氣。?yōu)選地，所述除霧裝置包括絲網(wǎng)式、平板式。

第四混合氣含有的氮氧化物已大大降低，為了進一步減少氮氧化物的排放，部分干燥低溫的煙氣進入再循環(huán)煙氣裝置入口，經(jīng)管道循環(huán)回空氣入口處，與空氣混合。優(yōu)選地，所述再循環(huán)裝置包括循環(huán)風(fēng)機，加速煙氣在管道中流動。為不影響燃燒，同時又減少氮氧化物的排放，優(yōu)選地，將除霧裝置后的干燥煙氣的5-15％送回風(fēng)機與空氣混合。

在一個實施例中，為了保持整個系統(tǒng)的壓力，以克服設(shè)備給煙氣帶來的阻力，所述系統(tǒng)還包括提供整個系統(tǒng)中煙氣循環(huán)壓力的增壓裝置，所述增壓裝置的氣體出口與預(yù)熱增濕裝置的氣體入口相連。在增壓裝置中的空氣入口處，空氣與再循環(huán)煙氣進行混合，得到第一混合氣。優(yōu)選地，所述增壓裝置包括風(fēng)機。

包括風(fēng)機的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，圖中：1、風(fēng)機；2、預(yù)熱增濕裝置；3、燃燒頭；4、鍋爐5、深度余熱回收裝置；6、除霧器；7、第一循環(huán)泵；8、第二循環(huán)泵；9、循環(huán)風(fēng)機；10、冷水循環(huán)管道；11、熱水循環(huán)管道；q1、空氣；q2、低溫干燥低氧的混合氣；q3、高溫高含濕量低氧的混合氣；q4、燃燒后的煙氣；q5、高濕度低溫度的煙氣；q6、低溫干燥的煙氣；q7、排向大氣的煙氣；q8、再循環(huán)煙氣；w1、冷水；w2、熱水；w3、除霧器回收水。

在另一個實施例中，所述預(yù)熱增濕裝置的氣體出口與燃燒裝置的入口之間有增壓裝置，所述增壓裝置用于提供整個系統(tǒng)中煙氣循環(huán)壓力。在這種系統(tǒng)結(jié)構(gòu)下，空氣與再循環(huán)煙氣在預(yù)熱增濕裝置的氣體入口處混合，得到第一混合氣。優(yōu)選地，所述增壓裝置包括風(fēng)機。

在一個實施例中，所述冷水循環(huán)管道由第一循環(huán)泵提供壓力；所述熱水循環(huán)管道由第二循環(huán)泵提供壓力。所述預(yù)熱增濕裝置產(chǎn)生的冷水經(jīng)第一循環(huán)泵進入深度余熱回收裝置；所述深度余熱回收裝置產(chǎn)生的熱水經(jīng)第二循環(huán)泵進入預(yù)熱增濕裝置。通過第一循環(huán)泵和第二循環(huán)泵的作用，有效促進預(yù)冷熱水在預(yù)熱增濕裝置和深度余熱回收裝置之間進行循環(huán)，解決了低品位熱無法使用的問題。

在一個實施例中，為更充分回收第三混合氣中的余熱與水蒸氣，所述深度余熱回收裝置為N1個，N1為大于1的整數(shù)；其中：

第1個深度余熱回收裝置的氣體入口與燃燒裝置的氣體出口相連，第1個深度余熱回收裝置的熱水出口通過熱水循環(huán)管道與預(yù)熱增濕裝置的熱水入口相連；

第I個深度余熱回收裝置的氣體入口與第I-1個深度余熱回收裝置的氣體出口相連；第I個深度余熱回收裝置的氣體出口與第I+1個深度余熱回收裝置的氣體入口相連；第I個深度余熱水回收裝置的冷水入口與第I+1個深度余熱回收裝置的熱水出口相連；第I個深度余熱回收裝置的熱水出口與第I-1個深度余熱回收裝置的冷水入口相連；其中，I為整數(shù)，1＜I＜N1；

第N1個深度余熱回收裝置的氣體出口與除霧裝置的氣體入口相連；第N1個深度余熱回收裝置的冷水入口通過冷水循環(huán)管道與預(yù)熱增濕裝置的冷水出口相連。

圖2示意了3個深度余熱回收裝置的連接圖。圖中：5-1、第一深度余熱回收裝置；5-2、第二深度余熱回收裝置；5-3、第三深度余熱回收裝置；w1、來自預(yù)熱增濕裝置的冷水；w2-1、經(jīng)過第三深度余熱回收裝置熱水；w2-2、經(jīng)過第二深度余熱回收裝置熱水；w2、去往預(yù)熱增濕裝置的熱水；q4、燃燒后的煙氣；q5-1、煙氣；q5-2、煙氣；q5、通往除霧裝置的煙氣；其中，經(jīng)過第三深度余熱回收裝置的熱水溫度小于第二深度余熱回收裝置的熱水溫度，第二深度余熱回收裝置的熱水溫度小于第一深度余熱回收裝置的熱水溫度，等等；而經(jīng)過第三深度余熱回收裝置的煙氣通往除霧裝置，其具有高濕度低溫度的特點。

在一個實施例中，為進一步干燥排放的煙氣，并回收煙氣中的水分，所述除霧裝置為N2個，N2為大于1的整數(shù)；其中：

第1個除霧裝置的氣體出口與第2個除霧裝置的氣體入口相連；

第J個除霧裝置的氣體出口與第J+1個除霧裝置的氣體入口相連；其中，J為整數(shù)，1＜J＜N2；

第N2個除霧裝置的氣體出口同時與外界、再循環(huán)裝置的氣體入口相連；每個除霧裝置的熱水出口與熱水循環(huán)管道相連。

圖3示意了3個除霧裝置的連接圖。圖中：6-1、第一除霧裝置；6-2、第二除霧裝置；6-3、第三除霧裝置；q5、來自與其相連的深度余熱回收裝置的煙氣；q5-1、經(jīng)過第一除霧裝置的煙氣；q5-2、經(jīng)過第二除霧裝置的煙氣；q6、經(jīng)過第三除霧裝置煙氣；w3-1、第一除霧裝置回收水，w3-2第二除霧裝置回收水，w3-3第三除霧裝置回收水；11、熱水循環(huán)管道。其中，與除霧裝置相連的深度余熱回收裝置的煙氣具有高濕度低溫度的特點，經(jīng)過多個除霧裝置處理后，變成低溫度低濕度的煙氣，煙氣在依次相連的多個除霧裝置中的濕度逐漸降低，經(jīng)過最后一個除霧裝置處理后的煙氣可以向大氣中排放，而多個除霧裝置從煙氣中回收的熱水，經(jīng)熱水循環(huán)管道流向余熱增濕裝置，進行循環(huán)利用。

以上對本公開進行了詳細介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本公開的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本公開的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員，依據(jù)本公開的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本公開的限制。