[发明专利]一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统及运行方法

说明书

本发明公开了一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统及运行方法，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。本发明具有系统水耗低，进风湿度调节灵敏，燃气NO_X减排效果显著的优点。

技术领域

本发明涉及一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统及运行方法，属于热电联产技术领域。

背景技术

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NO_x，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NO_X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NO_X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。

发明内容

本发明旨在提供一种温湿耦合燃气锅炉低氮燃烧系统及运行方法。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份，有效节约用水，提高锅炉效率。

本发明通过以下技术方案实现：