CN107559875B - 一种有效降低燃气炉氮氧化物排放的燃气方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有效降低燃气炉氮氧化物排放的燃气方法，所述方法为通过升温加湿***对进入燃烧***前的助燃空气进行加热加湿，将燃烧温度控制在只生成极少氮氧化物的门槛值以下；将燃烧后烟气通过余热回收***，对燃烧后烟气进行降温和洗涤。本发明对燃烧***要求较低，采用普通的耐高湿度的燃烧器结合本方法，就能达到有效降低氮氧化物排放的目的，节约了生产线改造成本；且升温加湿***和余热回收***的设置兼顾污染物排放控制和超高热效率两方面技术指标，因此本方法为清洁燃烧和低污染排放的综合性集成技术。

Description

一种有效降低燃气炉氮氧化物排放的燃气方法

技术领域

本发明涉及一种燃气的炉燃气方法，特别涉及一种通过对助燃空气加温加湿有效降低燃气炉氮氧化物排放的燃气方法。

背景技术

近年来，我国经济高速发展，大气污染问题愈加严峻，特征污染物的区域性大气环境问题日益突出。天然气是一种清洁能源，它的主要成分是甲烷，甲烷燃烧后生成二氧化碳和水，基本不存在颗粒和硫化物污染。但天然气若按传统方式燃烧，温度极高，会大量生成热力氮氧化物(NOx)随烟气排放到大气环境中。NOx的成分以NO和NO₂为主。NO在大气中可进一步被氧化成NO₂。NOx对环境和人身健康均有重大影响，它在大气环境中可形成硝酸和硝酸盐颗粒物，加速了区域性酸雨和土壤的酸化。此外，NOx也是形成光化学烟雾的罪魁祸首之一。

中国的NOx年排放量现已居世界首位。2015年北京市颁布了《锅炉大气污染物排放标准》(DB11/139-2015)，要求2017年4月1日前在用燃气炉的NOx排放由现行的150mg/m³降到80mg/m³以下，且强制性规定，2017年4月1日起凡新建燃气炉的NOx排放应低于30mg/m³。目前在用燃气炉NOx排放水平普遍在100～200mg/m³，故现存的几乎全部燃气炉都面临着做低氮排放改造的局面。NOx减排的市场需求之大将是难以想象的。

实现燃气炉低氮排放的技术途径主要有两条：燃烧后的烟气脱硝技术和燃烧中的低NOx生成控制技术。前者工艺过程复杂，成本相当高，后者技术含量高，成本较低。燃烧中的低氮生成控制也存在多种有一定效果的方法，如空气分级燃烧，烟气再循环技术等均属于成熟的技术，已经在各种工业炉的实际应用中被大量采用。然而，随着环境问题及限排指标的日益严格，有必要研发一种更为有效的降低燃气炉NOx排放的燃气方法。

发明内容

为了解决上述问题，本发明人进行了锐意研究，提供了一种有效降低燃气炉NOx排放的燃气方法，即通过升温加湿***对进入燃烧***前的助燃空气进行加热加湿，可便利地将燃烧温度控制在只生成极少NOx的门槛值以下，在源头把NOx的生成量控制在最低，从而完成了本发明。

本发明的目的在于提供一种有效降低燃气炉NOx排放的燃气方法，所述燃气方法包括通过升温加湿***对进入燃烧***前的助燃空气进行加热加湿处理；经处理后助燃空气进入燃烧***进行反应。所述升温加湿***包括炉前喷淋塔，所述助燃空气经进入炉前喷淋塔底部，与从炉前喷淋塔顶部喷淋下来的水逆向换热并加湿后，经炉前喷淋塔上部的空气出口流出，进入燃烧***。

通过本发明提供的一种有效降低燃气炉NOx排放的燃气方法，可以达到以下技术效果：

1、本发明对燃烧***要求较低，采用现有耐高湿度的燃烧器和本发明提供的减排方法，就能达到要求排放指标，节约了生产线改造成本；

2、设置了炉前喷淋塔进行以往所不曾有过的高强度加湿，以此来抑制炉内燃烧温度，从而达到从生成NOx的源头减排的目的，简单有效，这与以往广泛采用且已成熟的“分级燃烧”、“烟气再循环”等技术截然不同；

3、在燃烧***后设置换热器，以及采用炉后喷淋塔与烟气逆向直接接触换热并除湿，实现最终排烟温度达到接近环境温度，这导致燃烧***的热效率(以燃料的低位发热量计算时)可以接近甚至超过100％；

4、在燃烧***的前后各设置一座喷淋塔，两座喷淋塔的喷淋水通过两台循环泵在两喷淋塔之间构成闭合的流动循环，实现了热能和水资源的循环利用，节约了成本；

5、本方法为能够兼顾污染物排放控制和超高热效率两方面技术指标的先进燃气方案，是清洁燃烧及低污染排放的综合性集成技术。

附图说明

图1示出本发明一种优选实施方式中有效降低燃气炉NOx排放的燃气***示意图。

附图标号说明：

1-炉前喷淋塔；

2-喷淋器；

3-填料；

4-循环泵；

5-炉后喷淋塔；

6-喷淋器；

7-填料；

8-鼓风机；

9-燃烧器；

10-燃气炉本体；

11-换热器。

具体实施方式

下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。

本发明的目的是公开一种有效降低燃气炉氮氧化物排放的燃气方法，所述方法包括以下步骤：

1)通过升温加湿***对进入燃烧***前的助燃空气进行加热加湿；

2)经步骤1处理后的助燃空气进入燃烧***进行反应。

本发明中，所述升温加湿***包括炉前喷淋塔，所述助燃空气进入炉前喷淋塔底部，与从炉前喷淋塔顶部喷淋器中喷淋下来的水逆向换热并加湿，经炉前喷淋塔上部的空气出口流出，进入燃烧***；

在一种优选的实施方式中，所述助燃空气通过鼓风机送入炉前喷淋塔底部，以保证稳定的助燃空气流量。

在进一步优选的实施方式中，所述炉前喷淋塔中设有填料，填料固定位置可在炉前喷淋塔内上部、中部、下部或任意位置组合，用于增加水与助燃空气的接触面积。所述填料包括规整型填料和散装填料，所述填料为耐腐蚀和耐高温材质，优选为不锈钢、陶瓷和塑料中的一种或多种。

本发明中，炉前喷淋塔中喷淋水的温度为30℃～70℃，优选为40℃～60℃；加热加湿后助燃空气的温度为30℃～70℃，优选为散装40℃～60℃；湿度为水蒸气饱和或过饱和状态。天然气燃料***燃烧时生成NOx数量大小的关键性因素是燃烧温度。助燃空气未作处理时燃烧温度可达1800℃～1900℃，经过炉前喷淋塔加热加湿到饱和状态的助燃空气有助于把燃烧温度控制在只生成极少NOx的门槛值1400℃～1523℃以下。

本发明中，所述燃烧***包括燃烧器和燃气炉本体，燃气与送入燃烧器的助燃空气混合，并在燃气炉本体内燃烧。所述燃气炉本体中设排汽阀和排水阀，分别用于控制燃气炉本体内汽体含量及排出燃烧后产生的凝结水。

燃气与加温加湿的助燃空气混合燃烧后产生的烟气中仍含有少量的NOx，且炉前喷淋塔中持续性水输出及水的回收处理易造成生产成本的增加，为进一步降低烟气中NOx的含量和水的使用处理成本，同时回收烟气余热，所述降低燃气炉氮氧化物排放的燃气方法还包括将燃烧后烟气通过余热回收***，以对燃烧后烟气进行降温和洗涤。

余热回收***包括与燃气炉本体相连的换热器和与换热器相连的炉后喷淋塔，烟气通过换热器后进入炉后喷淋塔的下部，与从炉后喷淋塔顶部喷淋器中喷淋下来的水进行逆流换热并减湿后从炉后喷淋塔顶部排出。

所述换热器中换热管为光管或管外壁结合翅片结构的翅片管，优选为螺旋翅片管，此结构可使换热管外表面得以扩展，提高换热面积。换热器底部设有排水管路，将烟气冷却后产生的凝结水排出，优选排入炉后喷淋塔底部。

所述炉后喷淋塔中设有填料，填料固定位置可在炉后喷淋塔内上部、中部、下部或任意位置组合，用于增加水与烟气的接触面积。所述炉后喷淋塔中喷淋水的温度为30℃～50℃。炉后喷淋塔一方面使烟气通过与低温水直接接触换热，将烟气温度降低至接近环境温度，以确保整个燃烧***的热效率达到极高水平；另一方面，炉后喷淋塔的喷淋水还对烟气起到充分洗涤的作用。由于NOx和CO₂在水中具有一定的溶解度，可将塔底积累的酸性水集中处理并重复使用，而各种污染物不再向大气环境中排放。

炉前喷淋塔和炉后喷淋塔均通过填料以直接接触方式分别与空气和烟气进行逆流热质交换，传热传质效果极佳。表现为这种热质交换可以实现终端几乎“零温差”和相对湿度达到饱和，即在炉前喷淋塔中，加热后的空气达到与喷淋水很接近或几乎相同的温度，湿度达到相应温度下的饱和状态；同样在炉后喷淋塔中，烟气也被冷却到与喷淋水十分接近的温度，且排气湿度也为相应较低温度下的饱和状态。

本发明中，所述炉前喷淋塔底部和炉后喷淋塔底部设有储水罐，并在储水罐确定高度处设置溢流阀，优选地，所述储水罐内表面防腐处理，使储水罐的抗腐能力得到增强。炉前喷淋塔底部的储水罐通过管路与炉后喷淋塔顶部的喷淋器相连形成冷水管路，炉后喷淋塔顶部的喷淋器通过管路与前喷淋塔底部的储水罐相连形成热水管路，两管路中分别设置循环泵，使炉前喷淋塔和炉后喷淋塔的水路构成闭合循环***，加之燃气燃烧产生的水，故除了排污以外，炉前喷淋塔和炉后喷淋塔水循环***基本不消耗水资源。

本发明采用燃气***结合水—湿蒸汽的循环***，在原有燃烧器或低氮燃烧器降低氮排放的基础上，实现了更高水平的低氮排放指标；同时利用水与烟气通过填料进行直接接触的热质传递，并结合燃气炉尾部的余热回收换热器，实现了超高的热效率。

在一种优选的实施方式中，一种有效降低燃气炉NOx排放的燃气***如图1所示，炉前喷淋塔1内安装有喷淋器2和填料3，喷淋器2通过连接有循环泵4的管路连接至炉后喷淋塔5底部的储水罐。炉后喷淋塔5内同样安装有喷淋器6和填料7，喷淋器6通过连接有循环泵4的管路连接至炉前喷淋塔1底部的储水罐。鼓风机8设置在炉前喷淋塔1外侧底部，将助燃空气带入炉前喷淋塔1进行热水喷淋。经过热交换后的饱和湿空气从炉前喷淋塔1的上端经空气管道与燃烧器9相连，燃气与送入的助燃空气混合并在燃气炉本体10的燃烧室内燃烧，加热炉管，使管内介质达到设计的温度。燃气室中的烟气首先流经换热器11，所述换热器11为翅片管式烟道余热回收换热器，在此过程中烟气内所含的部分水蒸汽发生凝结，烟气的部分显热和水蒸气潜热得以初步回收。初步降温后的烟气通过烟气管道进入炉后喷淋塔5，与低温喷淋水接触换热并减湿，在此过程中同时具有对烟气进行洗涤的作用，进一步降低了向大气排放NOx和其他各种有害气体的数量。降温减湿后的烟气，最终以接近于环境温度的水平，通过炉后喷淋塔5的上方出口排放到大气中。

以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (13)

1.一种降低燃气炉氮氧化物排放的燃气方法，所述燃气炉包括燃烧***和升温加湿***，其特征在于，所述方法包括通过所述升温加湿***对进入燃烧***前的助燃空气进行加热加湿处理，经处理后的助燃空气进入燃烧***进行反应；

所述升温加湿***包括炉前喷淋塔；

所述助燃空气进入炉前喷淋塔底部，与从炉前喷淋塔顶部喷淋下来的水逆向换热并加湿，经炉前喷淋塔上部的空气出口流出，进入燃烧***；

所述炉前喷淋塔中设有填料，填料固定位置在炉前喷淋塔内上部、中部、下部或任意位置组合；

加热加湿后助燃空气的温度为30℃～70℃；湿度为水蒸气饱和或过饱和状态。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述助燃空气通过鼓风机送入炉前喷淋塔底部。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，炉前喷淋塔中喷淋水的温度为30℃～70℃；和/或

加热加湿后助燃空气的温度为40℃～60℃。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，炉前喷淋塔中喷淋水的温度为40℃～60℃。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述燃烧***包括燃烧器和燃气炉本体，燃气与送入燃烧器的助燃空气混合，并在燃气炉本体内燃烧；

所述燃气炉本体中设有排汽阀和排水阀。

6.根据权利要求1至4之一所述的方法，其特征在于，所述方法还包括将燃烧后烟气通过余热回收***，对烟气进行降温和洗涤。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，余热回收***包括换热器和与换热器相连的炉后喷淋塔，烟气通过换热器后进入炉后喷淋塔的下部，与从炉后喷淋塔顶部喷淋下来的水进行逆流换热并减湿后从炉后喷淋塔顶部排出。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述换热器中换热管为光管或管外壁结合翅片结构的翅片管；和/或

换热器底部设有排水管路，将烟气冷却后产生的凝结水排出。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，将烟气冷却后产生的凝结水排入炉后喷淋塔底部。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述炉后喷淋塔中设有填料，填料固定位置在炉后喷淋塔内上部、中部或下部或任意位置组合；和/或

所述炉后喷淋塔中喷淋水的温度为30℃～50℃。

11.根据权利要求7至10之一所述的方法，其特征在于，所述炉前喷淋塔底部和炉后喷淋塔底部设有储水罐，并在储水罐确定高度处设置溢流阀。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述储水罐内表面做防腐处理。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，炉前喷淋塔底部的储水罐通过管路与炉后喷淋塔顶部的喷淋器相连形成冷水管路，炉后喷淋塔顶部的喷淋器通过管路与炉前喷淋塔底部的储水罐相连形成热水管路，两管路中分别设置循环泵，使炉前喷淋塔和炉后喷淋塔的水路构成闭合循环***。