一种锅炉烟气余热深度回收装置的制作方法

本发明涉及一种锅炉烟气余热深度回收装置，特别是关于一种用于锅炉烟气余热回收、减少氮氧化物排放的锅炉烟气余热深度回收装置，属于能源技术领域。

背景技术：

天然气、油、生物质等燃料含有大量氢元素，锅炉燃烧产生大量水蒸气，如1m³天然气燃烧会产生1.55kg水蒸气，潜热量约为3600kJ，占天然气低位发热量的10％，但这部分热量往往随着烟气直接排到大气中，造成烟气余热的浪费。因此，若能将烟气温度降到露点以下并回收该部分潜热，对节省燃料消耗有重要作用，另一方面，锅炉燃烧产生的烟气中含有大量氮氧化物NO_x，会造成空气污染，所以，采取有效措施减少锅炉烟气的NO_x排放对社会的可持续发展有十分重要的意义。利用热网回水回收烟气余热是现有的一项成熟技术，但热网回水温度较高，无法深度回收烟气余热。空气预热器是另一项广泛应用的技术，利用低温环境空气通过间壁式换热器与烟气换热，但由于空气侧只有显热变化，烟气侧会有潜热变化，二者比热容不匹配，也无法深度回收烟气余热。这两种方法仅可使锅炉热效率提高3～5％，仍有大量烟气余热被浪费。

现有技术公开了一种回收利用燃气、燃油锅炉烟气中水蒸气潜热的供热装置，包括锅炉、冷凝热交换器、供热管和吸收式热泵，利用吸收式热泵制得冷水回收烟气余热，但间壁式冷凝热交换器金属换热面大，易被烟气冷凝水腐蚀。为对上述供热装置进行改进，现有技术公开了一种利用吸收式热泵回收烟气余热的集中供热系统，用烟气-水直接接触式换热器取代间壁式冷凝热交换器，解决了金属换热面腐蚀问题；现有技术公开了一种利用压缩式热泵实现锅炉余热深度回收的供热系统，通过三级换热逐级降低锅炉排烟温度，第一级间壁式换热器对高温烟气进行降温，避开烟气露点区域，第二级间壁式换热器采用树脂材料或热管，第三级换热器采用直接式与间壁式组合，从而实现烟气深度回收并解决金属换热面腐蚀问题，然而这两种方法都基于热泵设备，装置结构复杂、设备体积庞大且成本较高。现有技术公开了一种冷凝锅炉烟气余热回收装置，在冷凝锅炉烟气出口设置烟气填料换热塔与空气填料换热塔，锅炉烟气进入烟气填料换热塔降温减湿排出，空气经过空气填料换热塔升温加湿后进入燃烧器助燃，烟气填料换热塔的热水进入空气填料换热塔与空气换热后，返回烟气干燥器与烟气换热，空气加湿能提高锅炉烟气的露点，同时能降低燃烧温度，减少NO_x的形成，但是由于水蒸气的温度与对应的饱和蒸汽压非线性的物性，无法使空气温度和湿度显著提高，且排烟温度降低有限。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够显著提高空气温度和湿度以及能够显著降低排烟温度的锅炉烟气余热深度回收装置。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种锅炉烟气余热深度回收装置，其特征在于，该装置包括一锅炉、一汽水换热器、一水-水换热器和N级烟气-空气全热换热单元，每级所述烟气-空气全热换热单元均包括一烟气-水换热器和一空气-水换热器，其中，N≥2；所述锅炉烟气出口连接所述汽水换热器烟气进口，所述汽水换热器烟气出口连接第一级所述烟气-水换热器烟气进口，第一级所述烟气-水换热器烟气出口连接第二级所述烟气-水换热器烟气进口，以此类推，第N-1级所述烟气-水换热器烟气出口连接第N级所述烟气-水换热器烟气进口；第N级所述空气-水换热器空气出口连接第N-1级所述空气-水换热器空气进口，以此类推，第二级所述空气-水换热器空气出口连接第一级所述空气-水换热器空气进口，第一级所述空气-水换热器空气出口连接所述锅炉空气进口；所述汽水换热器的一出水口用于向外溢流，所述汽水换热器的另一出水口连接所述水-水换热器进水口，所述水-水换热器的一出水口连接所述汽水换热器进水口，所述水-水换热器的另一出水口连接所述锅炉的进水口，所述锅炉的出水口经热网连接所述水-水换热器回水进口；每级所述烟气-水换热器的一出水口均用于向外溢流，每级所述烟气-水换热器的另一出水口均连接相应所述空气-水换热器的进水口，每级所述空气-水换热器的出水口均连接相应所述烟气-水换热器的进水口。

优选地，N级所述烟气-空气全热换热单元采用每级所述烟气-空气全热换热单元的烟气-水换热器底部通过孔板固定连接相应所述空气-水换热器顶部，且每级所述空气-水换热器出水口连接相应所述烟气-水换热器入水口构成一体的结构。

一种锅炉烟气余热深度回收装置，其特征在于，该装置包括一锅炉、一汽水换热器、一水-水换热器、一烟气-水换热器和一空气-水换热器，所述烟气-水换热器内从下到上依次间隔设置N-1个布液器，相应地，所述空气-水换热器内从上到下依次间隔设置N-1个接水盘，每一所述接水盘出水口均相应连接每一所述布液器进水口，其中，N≥2；所述锅炉烟气出口连接所述汽水换热器烟气进口，所述汽水换热器烟气出口连接所述烟气-水换热器烟气进口；所述空气-水换热器空气出口连接所述锅炉空气进口；所述汽水换热器的一出水口用于向外溢流，所述汽水换热器的另一出水口连接所述水-水换热器进水口，所述水-水换热器的一出水口连接所述汽水换热器进水口，所述水-水换热器的另一出水口连接所述锅炉的进水口，所述锅炉的出水口经热网连接所述水-水换热器回水进口；所述烟气-水换热器的底部一出水口用于向外溢流，所述烟气-水换热器的底部另一出水口连接所述空气-水换热器的顶部进水口，所述空气-水换热器的底部出水口连接所述烟气-水换热器的顶部进水口。

优选地，所述汽水换热器、烟气-水换热器和空气-水换热器均采用叉流换热器、逆流换热器或顺流换热器。

优选地，所述汽水换热器采用直接接触式换热器或间接接触式换热器，当所述汽水换热器为直接接触式换热器时，采用通过喷淋机构布液的空腔结构换热器，或采用通过喷淋机构或淋盘机构布液的填料结构换热器。

优选地，所述烟气-水换热器和空气-水换热器均为气体与水的直接接触式换热器，均采用通过喷淋机构布液的空腔结构换热器，或采用通过喷淋机构或淋盘机构布液的填料结构换热器。

优选地，所述汽水换热器和烟气-水换热器的进水口均设置有用于加入脱硝药剂的加药口。

本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明通过N级烟气-空气全热换热单元或一设置有N-1个布液器的烟气-水换热器及一设置有N-1个接水盘的空气-水换热器，相对于已有的烟气余热回收装置，使温度品位相当的烟气与空气分别进行全热交换，通过调节各级全热换热单元的喷淋水量可使烟气出口的温度降到最低，空气出口的温度升到最高，达到流量匹配的状态，解决了水蒸气饱和线非线性等问题。2、本发明通过形成的烟气、空气和喷淋水的三股流体，当三股流体满足流量匹配的条件时，烟气与空气的全热交换效率显著提高，使本发明最终的排烟温度下降，最低能降到环境温度，将烟气余热全部回收。3、本发明通过空气-水换热器形成的环境空气全热交换通路，使空气的加湿程度升高，提高烟气露点温度，进而降低燃烧温度，使装置可以采用更高温度的冷源水回收烟气余热，解决冷源难寻的问题。4、本发明通过在汽水换热器和烟气-水换热器的进水口设置加药口，脱硝药剂可以通过该加药口加入喷淋水系统中，同时起到中和溶液酸性以及降低NO_x排放的效果，本发明可以广泛应用于锅炉烟气余热回收装置中。

附图说明

图1是本发明实施例1的整体结构示意图；

图2是本发明实施例1中N＝2的整体结构示意图；

图3是本发明N级烟气-空气全热换热单元的一种结构示意图；

图4是图3中N＝2的结构示意图；

图5是本发明实施例1烟气进出口和空气进出口管道连接示意图；

图6是图3结构中烟气进出口和空气进出口管道连接示意图；

图7是本发明本发明实施例2的整体结构示意图；

图8是本发明实施例2中N＝2的整体结构示意图；

图9是本发明实施例2烟气进出口和空气进出口管道连接示意图；

图10是本发明N级烟气-空气全热换热单元的管道连接示意图。

上述各附图中，表示烟气，表示空气，表示水。

具体实施方式

以下结合附图来对本发明进行详细的描绘。然而应当理解，附图的提供仅为了更好地理解本发明，它们不应该理解成对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅仅是用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

实施例1：

如图1所示，本发明的锅炉烟气余热深度回收装置包括一锅炉1、一汽水换热器2、一水-水换热器3、N级烟气-空气全热换热单元4、若干管道5、若干水泵6和若干溢流管7，每级烟气-空气全热换热单元4均包括一烟气-水换热器41和一空气-水换热器42，其中，N≥2。

本发明以两级烟气-空气全热换热单元4为实施例详细说明本发明的锅炉烟气余热深度回收装置：

如图2所示，本实施例的烟气-空气全热换热单元4包括一高温段烟气-空气全热换热单元4a和一低温段烟气-空气全热换热单元4b，其中，高温段烟气-空气全热换热单元4a包括第一烟气-水换热器41a和第一空气-水换热器42a，低温段烟气-空气全热换热单元4b包括第二烟气-水换热器41b和第二空气-水换热器42b。

锅炉1烟气出口通过管道5a连接汽水换热器2烟气进口，汽水换热器2烟气出口通过管道5b连接第一烟气-水换热器41a烟气进口，第一烟气-水换热器41a烟气出口通过管道5c连接第二烟气-水换热器41b烟气进口。锅炉1中的高温烟气依次通过汽水换热器2、第一烟气-水换热器41a和第二烟气-水换热器41b进行换热后经第二烟气-水换热器41b烟气出口排入环境大气，形成烟气全热交换通路。

第二空气-水换热器42b空气出口通过管道5d连接第一空气-水换热器42a空气进口，第一空气-水换热器42a空气出口通过管道5e连接锅炉1空气进口。环境空气依次通过第二空气-水换热器42b和第一空气-水换热器42a进行升温加湿后进入锅炉1内助燃，形成环境空气全热交换通路。

汽水换热器2一出水口连接一溢流管7，汽水换热器2另一出水口通过管道5f连接水-水换热器3进水口，水-水换热器3一出水口通过管道5g和水泵6a连接汽水换热器2进水口，水-水换热器3另一出水口通过管路5h连接锅炉1进水口，锅炉1出水口通过管道5i经热网(图中未示出)和管道5j连接水-水换热器3回水进口。汽水换热器2中的喷淋热水一路通过溢流管7排向外界，另一路进入水-水换热器3后将回收的烟气余热传递给热网回水后通过水-水换热器3返回汽水换热器2中与烟气直接接触换热，形成喷淋水循环通路。

第一烟气-水换热器41a一出水口连接一溢流管7，第一烟气-水换热器41a另一出水口通过管道5k和水泵6b连接第一空气-水换热器42a进水口，第一空气-水换热器42a出水口通过管道5l和水泵6c连接第一烟气-水换热器41a进水口。第一烟气-水换热器41a中的喷淋热水一路通过溢流管7排向外界，另一路进入第一空气-水换热器42a中与环境空气直接接触换热，降温后的喷淋水返回第一烟气-水换热器41a中与烟气直接接触换热，形成高温段烟气-空气全热换热单元的内循环通路。

第二烟气-水换热器41b一出水口连接一溢流管7，第二烟气-水换热器41b另一出水口通过管道5m和水泵6d连接第二空气-水换热器42b进水口，第二空气-水换热器42b出水口通过管道5n和水泵6e连接第二烟气-水换热器41b进水口。第二烟气-水换热器41b中的喷淋热水一路通过溢流管7排向外界，另一路进入第二空气-水换热器42b中与环境空气直接接触换热，降温后的喷淋水返回第二烟气-水换热器41b中与烟气直接接触换热，形成低温段烟气-空气全热换热单元的内循环通路。

如图3所示，N级烟气-空气全热换热单元4可以采用每级烟气-空气全热换热单元4的烟气-水换热器41底部均通过孔板固定连接相应空气-水换热器42顶部，且每级烟气-水换热器41入水口连接相应空气-水换热器42出水口构成一体的结构。如图4所示，本实施例以两级烟气-空气全热换热单元4为例进行详细说明，第一烟气-水换热器41a底部通过孔板固定连接第一空气-水换热器42a顶部，第二烟气-水换热器41b底部通过孔板固定连接第二空气-水换热器42b顶部。第一烟气-水换热器41a中的喷淋水与烟气直接接触换热，升温后的喷淋热水在重力作用下通过孔板直接流入第一空气-水换热器42a中与空气直接接触换热，降温后的喷淋水一路通过溢流管7排向外界，另一路通过水泵6f进入第一烟气-水换热器41a中继续与烟气直接接触换热。第二烟气-水换热器41b中的喷淋水与烟气直接接触换热，升温后的喷淋热水在重力作用下通过孔板直接流入第二空气-水换热器42b中与空气直接接触换热，降温后的喷淋水一路通过溢流管7排向外界，另一路通过水泵6e进入第二烟气-水换热器41b中继续与烟气直接接触换热。

如图5、图6所示，每一管道5p～5s均相应连接每级烟气-空气全热换热单元4的烟气进口、烟气出口、空气进口和空气出口。

实施例2：

如图7所示，本实施例与实施例1的结构基本相同，不同的是本实施例将实施例1的N级烟气-空气全热换热单元4替换成一烟气-水换热器41内从下到上依次间隔设置N-1个布液器8，相应地，一空气-水换热器42内从上到下依次间隔设置N-1个接水盘9，每一接水盘9出水口均相应连接每一布液器8进水口，烟气-水换热器41的底部出水口连接空气-水换热器42的顶部进水口，空气-水换热器42的底部出水口连接烟气-水换热器41的顶部进水口。

本发明以一布液器8和一接水盘9为实施例详细说明本发明的锅炉烟气余热深度回收装置：

如图8所示，烟气-水换热器41下方固定设置一布液器8，空气-水换热器42上方固定设置一接水盘9，接水盘9出水口通过管道5o连接布液器8进水口，且管道5o上可以设置水泵，布液器8将烟气-水换热器41分割成上下两级烟气-水换热单元，接水盘9将空气-水换热器42分割成上下两级空气-水换热单元，烟气-水换热器41的底部出水口通过管道5t和水泵6g连接空气-水换热器42的进水口，空气-水换热器42的底部出水口通过管道5u和水泵6h连接烟气-水换热器41的顶部进水口。

锅炉1中的高温烟气通过汽水换热器2进入烟气-水换热器41下方烟气进口与下级烟气-水换热单元的喷淋水进行换热，降温后的烟气向上通过布液器8继续与上级烟气-水换热单元的喷淋水进行换热，最终降温后的烟气通过烟气-水换热器41上方烟气出口排入环境大气，形成烟气全热交换通路。

环境空气通过空气-水换热器42下方空气进口进入空气-水换热器42与下级空气-水换热单元的喷淋水进行换热，升温加湿后的环境空气向上通过接水盘9继续与上级空气-水换热单元的喷淋水进行换热，最终升温加湿后的环境空气进入锅炉1内助燃，形成环境空气全热交换通路。

下级烟气-水换热单元的喷淋热水一路通过溢流管7排向外界，另一路进入上级空气-水换热单元中与环境空气直接接触换热，降温后的喷淋水一路通过管道5o流到布液器8与上级烟气-水换热单元的喷淋水汇合后与烟气进行换热，另一路经接水盘9继续向下与下级空气-水换热单元的环境空气进行换热，最终降温后的喷淋水返回上级烟气-水换热单元与烟气继续进行换热，形成喷淋水内循环通路。

如图9所示，管道5p～5s相应连接烟气-水换热器41的烟气进口和烟气出口以及空气-水换热器42的空气进口和空气出口。

如图10所示，本发明的N级烟气-空气全热换热单元4可以采用如图5、图6和图9所示的N级烟气-水换热器41与N级空气-水换热器42分体、N级烟气-水换热器41与N级空气-水换热器42构成一体或一设置有N-1个布液器8的烟气-水换热器41与一设置有N-1个接水盘9的空气-水换热器42的三种形式进行排列组合，其中，图5、图6和图9中的每一管道5p～5s均相应连接图10中的管道5p～5s。

上述实施例中，汽水换热器2、烟气-水换热器41和空气-水换热器42均可以采用叉流换热器、逆流换热器或顺流换热器。

上述实施例中，汽水换热器2可以采用直接接触式换热器或间接接触式换热器。当汽水换热器2为直接接触式换热器时，可以采用通过喷淋机构布液的空腔结构换热器，或可以采用通过喷淋机构或淋盘机构布液的填料结构换热器。

上述实施例中，烟气-水换热器41和空气-水换热器42均为气体与水的直接接触式换热器，均可以采用通过喷淋机构布液的空腔结构换热器，或可以采用通过喷淋机构或淋盘机构布液的填料结构换热器。

上述实施例中，汽水换热器2和烟气-水换热器41的进水口均可以设置有用于加入脱硝药剂的加药口。

上述各实施例仅用于说明本发明，其中各部件的结构、连接方式和制作工艺等都是可以有所变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的等同变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。