[發明專利]一種溫濕耦合燃氣鍋爐低氮燃燒系統及運行方法

在審

• 申請號: 201910012938.8
• 申請日: 2019-01-07
• 公開（公告）號: CN109579008A
• 公開（公告）日: 2019-04-05
• 發明（設計）人: 卓建坤;時宇;吳逸凡;秦明臣;孫芳芳;姚強
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: F23D14/02
• 分類號: F23D14/02;F23D14/62;F23J15/06;F28C3/08;F23L15/04
• 代理公司: 北京三聚陽光知識產權代理有限公司 11250
• 代理人: 張杰

本發明公開了一種溫濕耦合燃氣鍋爐低氮燃燒系統及運行方法，包括燃燒器和爐膛、相變凝聚收水器、混合器、溫濕調節器等。相變凝聚收水器內設有換熱管、噴淋降溫管排和迷宮式收水器。溫濕調節器內部設有均流孔板、噴淋增濕管排和換熱管。燃燒器及爐膛、對流受熱面和相變凝聚收水器依次連接。混合器一路進口通過再循環風機與相變凝聚收水器連接，混合后的空氣送入燃燒器，參與爐內燃燒。相變凝聚收水器的冷凝水通過高位儲水箱收集，全部噴入溫濕調節器中，用于加熱和加濕空氣。混合器和溫濕調節器所回收的冷凝水用于冷卻煙溫。從而降低了助燃空氣中的氧分壓和爐膛內的煙氣溫度。本發明具有系統水耗低，進風濕度調節靈敏，燃氣NO_X減排效果顯著的優點。

技術領域

本發明涉及一種溫濕耦合燃氣鍋爐低氮燃燒系統及運行方法，屬于熱電聯產技術領域。

背景技術

能源結構調整是大氣污染治理的重要手段，未來隨著清潔能源比重的增加，天然氣用量還將快速增加。天然氣燃燒排放的主要大氣污染物是NO_x，因此，天然氣低氮燃燒技術是我國規模化清潔利用天然氣的重要技術保障。天然氣作為一種清潔燃料廣泛應用于工業生產及居民供熱等領域。隨著我國環保要求的日益嚴格，對燃氣鍋爐氮氧化物排放限制也越來越高，部分重點地區要求新建燃氣鍋爐氮氧化物排放量低于30mg/Nm³，這給低氮燃燒技術帶來了極大的挑戰。

因此，研發更低排放水平的低氮燃燒技術不僅有利于實現現有燃氣鍋爐的穩定達標排放，同時還可以進一步降低NO_X排放，對于實現PM2.5濃度進一步降低提供了保障。

天然氣主要成分為甲烷，含量一般在95-97％甚至更高，基本不含有燃料氮，在燃燒過程中主要以熱力型和快速型NOx為主。熱力型NOx是空氣中的N₂在高溫下被O₂氧化生成的NOx，約占NOx生成總量的90-95％，是天然氣燃燒NOx控制的重要生成途徑。

稀釋火焰的方法來降低煙氣溫度是目前應用較為廣泛的低氮燃燒技術，如煙氣再循環、空氣加濕技術。再循環煙氣的加入降低了助燃空氣氧分壓，從而降低了燃燒速率，爐內火焰溫度也得到降低，熱力型NOx的生成量得到有效的控制。然而，隨著循環煙氣量的增大，空氣中的氧不斷被稀釋，同時由于空氣流量的增加，導致燃燒器流場發生改變，易引起火焰燃燒的不穩定，或者導致火焰的過長，影響鍋爐正常運行和安全。因此，如何解決煙氣再循環率進一步提高時燃燒穩定性、冷凝水析出和鍋爐效率等問題，是進一步降低天然氣及其他氣體燃料燃燒NO_X排放的關鍵。

空氣加濕或向火焰區注水以降低燃燒區域溫度可以起到抑制熱力型NOx生成的作用，然而加濕技術由于水的來源及回收難題導致了該技術應用受到限制。如專利文獻CN108613173A中，利用空氣和煙氣間氣–氣換熱做為空氣加熱的熱源，同時在換熱器入口噴入鍋爐回水，換熱器出口加入再循環煙氣。專利文獻CN106500120A中，同樣利用氣氣換熱進行空氣加熱，并利用冷凝水來增濕空氣，然而，上述方案中，氣–氣換熱需要較大的溫度端差導致煙氣余熱回收熱量和冷凝水量較少，無法大幅提高空氣中的濕度，以及龐大的換熱器尺寸，均限制了該技術方案的利用，同時無法兼顧超低氮和燃燒穩定性間的矛盾問題。

發明內容

本發明旨在提供一種溫濕耦合燃氣鍋爐低氮燃燒系統及運行方法。可穩定燃燒火焰，大幅度降低氮氧化物生成，并通過相變凝聚收水器深度回收煙氣中的余熱和水份，有效節約用水，提高鍋爐效率。

本發明通過以下技術方案實現：