一种冷凝式天然气热水锅炉的烟气深度余热梯级回收系统的制作方法

1.本实用新型属于锅炉节能环保技术领域，具体涉及一种冷凝式天然气热水锅炉的烟气深度余热梯级回收系统。


背景技术：

2.天然气作为清洁的化石燃料之一，二氧化碳排放量比煤炭低近50%。2021年8月，国家能源局等多部门发布的《中国天然气发展报告（2021）》提出，天然气是清洁低碳的化石能源，将在全球能源绿色低碳转型中发挥重要作用。气电、气热调峰作为构建新能源为主体的新型能源体系的重要组成部分，是助力能源碳达峰、碳中和的重要实现途径之一。
3.燃气供热锅炉是城市一次能源消费的主体之一，将在未来的集中式供热布局中发挥重要的补充和调峰作用。与此同时，现有燃气锅炉的余热回收改造和新上燃气锅炉的配套建设将成为近期的一大热点。
4.燃气热水锅炉排烟温度通常在100-200℃之间，烟气中含有大量水蒸气，蕴含着数量可观的汽化潜热，其数值约为燃气低位发热量的10-12%。天然气锅炉烟气的露点温度一般在55-58℃，若将烟温降至露点温度以下，即可回收烟气中的显热和潜热，提高锅炉热效率。目前，普遍应用的冷凝式燃气热水锅炉是以热网回水作为冷凝式换热器的冷却介质，但热网回水温度较高，且冷热流体间存在5℃以上的换热端差，致使大部分的水蒸气仍以白烟的形式散发到大气中，造成了能量损失和视觉污染。
5.冷凝器后的烟气温度可降至60℃以下，若回收此处的余热，需要采用更高效的气-水直接换热制取余热水。余热水有两种使用途径：一是通过热泵汲取热量加热热网回水或者锅炉给水，但热泵投资较大，需要消耗高品质能量驱动，经济性不高；二是通过换热器以间壁换热的方式直接与热网回水换热，但余热水和热网回水之间需要有足够大的温差。
6.天然气锅炉烟气较为洁净，二氧化硫、粉尘无需处理即可达到超低排放标准，氮氧化物是唯一需要控制的污染物。目前，燃气锅炉低氮燃烧技术主要有分级燃烧、预混燃烧、烟气再循环和无焰燃烧等，其中，分级燃烧和预混燃烧都是降低燃烧温度控制热力型nox生成量；无焰燃烧是水冷壁紧靠火焰，锅炉出水温度有限定；烟气再循环是助燃风中引入一部分原烟气，其中co2和水蒸气是不燃物质，降低助燃风含氧量和火焰温度，应用更为普遍。燃气轮机也有水蒸气掺烧的相关研究：水蒸气高温下参与反应，提高燃烧速率；水蒸气比热容高于n2，增强对流和辐射换热，是除低氮燃烧之外的其他增益效果。


技术实现要素：

7.本实用新型的目的在于提供一种冷凝式天然气热水锅炉的烟气深度余热梯级回收系统，对冷凝器后的烟气余热深度回收，烟温降至20℃以下，完全消除白色烟羽；助燃风加湿引入的水蒸气，有一定的低氮效果，可替代一部分再循环烟气，减少鼓风机出力；热泵可视锅炉负荷调节出力甚至全关，板式换热器可保证余热回收下限，提高系统随热负荷调整的灵活性。
8.本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：一种冷凝式天然气热水锅炉的烟气深度余热梯级回收系统，由锅炉本体、鼓风机、省煤器、冷凝器、热网循环泵、烟气余热回收塔、布水装置、板式换热器、离心式热泵、全热空预器、填料层、凝结水溢流调节阀、空气过热器、水质调节装置和相应管道组成；
9.所述锅炉本体的尾部连接有省煤器，省煤器与冷凝器连接，冷凝器与烟气余热回收塔连接，省煤器连接有再循环烟道，再循环烟道的一端与鼓风机相连通，余热空预器连接有空气过热器，空气过热器通过阻燃风道与鼓风机连接，烟气余热回收塔连接有水质调节装置，烟气余热回收塔中部与下部均与板式换热器连接，形成循环回路，烟气余热回收塔上部与离心式热泵连接，离心式热泵与全热空预器连接，烟气余热回收塔与板式换热器之间与全热空预器连接，全热空预器右端处连接有凝结水溢流调节阀，板式换热器、离心式热泵相对一侧下端通过进水管连接，热网回水管与进水管连接，板式换热器、离心式热泵相对一侧上端通过出水管连接，出水管与热网循环泵连接，热网循环泵与省煤器、冷凝器连接，省煤器、冷凝器下端与锅炉出水管连接，锅炉出水管与空气过热器连接，空气过热器通过凝结水排空管与热网循环泵连接。
10.进一步，所述全热空预器内部设置有填料层。
11.进一步，所述全热空预器内部的烟道处设有有导流板。
12.进一步，所述烟气余热回收塔内部设置有布水装置。
13.进一步，所述全热空预器采用逆流气-水换热，采用琳洒布水 填料的方式，将全热空预器上端差控制在2℃之内。
14.本实用新型具有以下有益效果：本实用新型对冷凝器后的烟气余热深度回收，烟温降至20℃以下，完全消除白色烟羽；助燃风加湿引入的水蒸气，有一定的低氮效果，可替代一部分再循环烟气，减少鼓风机出力；热泵可视锅炉负荷调节出力甚至全关，板式换热器可保证余热回收下限，提高系统随热负荷调整的灵活性。
附图说明
15.图1为本实用新型的整体结构示意图；
16.图2是导流板15的结构示意图。
17.其中：1、锅炉本体，2、鼓风机，3.省煤器，4、冷凝器，5、热网水循环泵，6、烟气余热回收塔，7、布水装置，8、板式换热器，9、离心式热泵，10、全热空预器，11、填料层、12、凝结水溢流调节阀，13、空气过热器，14、水质调节装置，15、导流板。
具体实施方式
18.现在结合附图对本实用新型作进一步详细的说明。
19.如图1、2所示，一种冷凝式天然气热水锅炉的烟气深度余热梯级回收系统，由锅炉本体1、鼓风机2、省煤器3、冷凝器4、热网循环泵5、烟气余热回收塔6、布水装置7、板式换热器8、离心式热泵9、全热空预器10、填料层11、凝结水溢流调节阀12、空气过热器13、水质调节装置14和相应管道组成；
20.所述锅炉本体1的尾部连接有省煤器3，省煤器3与冷凝器4连接，冷凝器4与烟气余热回收塔6连接，省煤器3连接有再循环烟道，再循环烟道的一端与鼓风机2相连通，余热空
预器10连接有空气过热器13，空气过热器13通过阻燃风道与鼓风机2连接，烟气余热回收塔6连接有水质调节装置14，烟气余热回收塔6中部与下部均与板式换热器8连接，形成循环回路，烟气余热回收塔6上部与离心式热泵9连接，离心式热泵9与全热空预器10连接，烟气余热回收塔6与板式换热器8之间与全热空预器10连接，全热空预器10右端处连接有凝结水溢流调节阀12，板式换热器8、离心式热泵9相对一侧下端通过进水管连接，热网回水管与进水管连接，板式换热器8、离心式热泵9相对一侧上端通过出水管连接，出水管与热网循环泵5连接，热网循环泵5与省煤器3、冷凝器4连接，省煤器3、冷凝器4下端与锅炉出水管连接，锅炉出水管与空气过热器13连接，空气过热器13通过凝结水排空管与热网循环泵5连接。
21.所述全热空预器10内部设置有填料层11。
22.所述全热空预器10内部的烟道处设有有导流板15。
23.所述烟气余热回收塔6内部设置有布水装置7。
24.所述全热空预器采用逆流气-水换热，采用琳洒布水 填料的方式，将全热空预器上端差控制在2℃之内。
25.锅炉本体1、鼓风机2、省煤器3、冷凝器4、热网水循环泵5保持原状，冷凝器4后的烟气流经烟气余热回收塔6排放至烟囱，低温余热水经布水装置7、填料层11与烟气换热，高温余热水经水质调节装置14处理后，依次经过板式换热器8、全热空预器10、离心式热泵9换热降温，凝水经凝结水溢流调节阀12排放。助燃风进入全热空预器10加热加湿成为湿饱和空气，流经空气过热器13过热5-7℃送至鼓风机入口。导流板15将烟道横向三等分，减小烟气入口对流阻力。
26.空预器为列管式间壁换热器。因空气比热较低，烟气降温效果有限，由全热空预器替代，加热加湿助燃风，预热空气的同时，引入的水蒸气具有一定的低氮燃烧效果。全热空预器采用逆流气-水换热，采用琳洒布水 填料的方式，将全热空预器上端差控制在2℃之内。经全热空预器加热加湿后的湿空气，相对湿度大约为95%，由于存在不可避免的壁面冷凝，之后串联的空气过热器底部需设置凝结水排空管，空气过热器热源来自锅炉出水，冷却后返回热网循环泵前汇合后重新进入锅炉。返回至烟囱排放。原烟囱外侧包裹烟气余热回收塔，节省占地面积，烟气与余热回收塔的连接口内置导流板（见图二），减小烟气直吹烟囱的压头损失和涡流区的范围，减小烟气余热回收塔的整体阻力。烟气余热回收塔内置两级换热，上层采用琳洒布水 填料，其上端差控制在2℃之内，最大程度降低烟温；下层喷淋采用填料（≤100℃）或雾化喷淋（＞100℃）视入口烟气温度而定，例如冷凝器被旁路时烟温可达150℃，此时换热方式应选定为雾化喷淋。烟气余热回收塔制得的余热水，由水质调节装置调节水质，主要对象为烟道中的铁锈和累计的so2。去除可溶盐和so2的高温余热水全部进入板式换热器与部分热网回水换热，换热后的中温余热水一部分进入余热回收塔的下层换热，另一部分进入全热空预器加热加湿助燃风，换热后的次低温余热水进入热泵机组被汲取热量加热热网回水，获得16℃左右的低温余热水，进入余热回收塔的上层换热，可将烟温降至20℃以下。锅炉负荷较低时，烟气中的余热量不足，此时可停止热泵做功，蒸发器和冷凝器只作为流体的通流管道，次低温余热水直接进入余热回收塔的上层换热，提高余热系统的经济性。烟气中的凝水可视水质直接补入热网回水或作为原水使用，凝结水溢流调节阀与余热回收塔塔底液位保持联动。
27.对冷凝器后的烟气采用气-水换热的方式制取余热水，烟气中的热量转移到介质
水中。高温段直接加热热网回水；中温段加热加湿助燃风，提高烟气能级，替代部分再循环烟气；低温段通过热泵回收热量加热热网回水，获得低温冷源，可将烟气降至20℃以下，实现深度的余热梯级回收利用。
28.本实用新型不局限于上述实施方式，任何人应得知在本实用新型的启示下作出的结构变化，凡是与本实用新型具有相同或相近的技术方案，均落入本实用新型的保护范围之内。
29.本实用新型未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。