[发明专利]喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置，特别是其是用于天然气锅炉的一种喷淋烟气余热回收及脱硝一体化装置。

背景技术

天然气锅炉的效率已经可以达到90％左右，但是由于天然气的价格昂贵(大约是轻油的1.5倍、煤的5倍)，所以如何进一步提高天然气锅炉效率仍然非常重要，而现有的锅炉设计技术中降低排烟热损失是提高锅炉效率的主要因素，所以如何回收烟气余热中的显热和潜热是进一步提升燃气锅炉效率的关键。对于现有空塔喷雾与烟气直接接触式换热的烟气回收的装置的换热设备，采用将冷却水喷成细小的雾珠，细小的雾珠在空塔(或者称为换热器)与烟气直接接触式换热，其特点是将冷却水喷成细小的雾珠在空塔中慢慢的落下，通常喷成雾状的雾珠大约50μm到1mm以下，雾珠还需要5-10秒钟的慢速降落接触换热时间，雾珠过大和接触换热时间不足则换热效果较差，这样就造成如下几个主要方面不足：(1)冷却水喷成微细雾珠在空塔中慢速的落下，则塔内烟气的直接接触式换热的流动阻力降比较大，通常有400-800Pa，有些甚至大于1000Pa，从而造成烟气抽风机或者鼓风机的电功耗过大；(2)冷却水需要喷成细小的雾珠，水泵需要比较大的压头，因为仅喷雾通常至少需要0.1MPa的压力差来驱动(一般为0.2-0.3MPa的喷雾效果较好)，这就造成水泵的电功耗过大；(3)喷雾的雾珠过小则容易雾珠外带，从而造成环境污染和烟道腐蚀等，喷雾的雾珠过大则换热效果较差，考虑喷雾的不均匀性和负荷变化造成空塔内流场的不均匀性，通常采用较大的喷雾流量以改善上述问题，但也同时带来了喷雾水泵功耗显著增加的问题，以及喷雾冷却水的出水温度较低而造成余热能利用效率较低的问题；(4)空塔喷雾与烟气直接接触式换热的塔内烟气流场很不均匀，特别是负荷偏离设计较大时更为明显，在某些情况在塔内可能出现严重的烟气偏流和回流，这就造成系统余热能利用的不稳定性和效率显著下降等问题。对于烟气与冷媒间壁式换热的烟气回收的装置的换热设备，采用换热管或者热管作为换热元件，烟气与冷媒(一般为水)是分隔开的(不直接接触)，由于烟气的对流换热系数比较小，通常采用翅片增加换热面积而强化换热，而烟气中含有大量的灰尘和腐蚀性物质以及烟气在降温过程有大量的冷凝水，从而造成翅片腐蚀严重、堵塞和结垢，不仅换热效果差而且设备寿命比较短，为了缓解上述问题也有不采用翅片而采用光管的，但设备体积庞大而且投资显著增加，该类结构的低温烟气回收的装置的换热设备的水阻和烟气流阻也都很大，也就是水泵和风机的电功耗都比较大，节能效益受高电耗的影响比较明显。

此外，天然气燃烧后的烟气中所含的氮氧化物和硫氧化物对大气有污染，尽管按现有标准规范单个锅炉的氮氧化物是达标排放，但是随着燃气锅炉的数量增加，其排放到空中的氮氧化物的总量也在增加，将对特定区域的大气质量产生一定的影响，很有可能在将来某些地域需要提高烟气排放标准；同时，由于燃气锅炉烟气中氮氧化物的含量相对较低，增加常规的脱硝设备的投资和运行费相对较高，因此需要开发低投入，低运行费用，高效率的燃气锅炉烟气脱硝装置。

中国专利201210156824.9公开了一种具有脱硝和集水功能的燃气锅炉(直燃机)烟气余热回收装置，该发明专利技术可在回收烟气余热的同时也能去除烟气的部分氮氧化物，但是由于该装置采用在余热回收装置内烟气先经板式换热器间壁换热再经喷淋或者喷雾吸收烟气中氮氧化物然后再与热泵蒸发器间壁换热的“一级换热+吸收+二级换热”方式，这样一方面烟气在喷淋或者喷雾吸收氮氧化物的过程后的温度显著降低，造成烟气的部分余热未被利用而被浪费，而且空塔的喷淋或者喷雾吸收氮氧化物和硫氧化物的效果较差造成烟气中的大量的酸性物质进入后续的热泵蒸发器可能使热泵蒸发器出现比较严重的腐蚀等问题。

中国专利200910238452.2提出了一种热泵型燃气锅炉余热回收机组，采用两级烟气-循环水间壁换热器(烟气-水换热器和烟气冷凝换热器)，如果采用翅片管换热器则容易造成翅片腐蚀严重、堵塞和结垢，如果采用光管换热器则设备庞大而且投资显著增加，无论是采用翅片管还是光管的换热器，其水阻和烟气流阻也都很大，水泵和风机的电功耗都比较大。

中国专利201110282736.4公开了一种燃气锅炉烟气余热全热回收装置，该实用新型专利技术可在回收烟气余热的同时可去除烟气中部分氮氧化物，主要是二氧化氮，但是难以去除烟气中含量较大的一氧化氮；此外设置的混合降温器明显增加了系统的传热能力的损失，也明显降低了余热利用效率。