空气加湿型烟气冷凝余热回收与NO_X净化系统实验研究

发布时间：2020-11-09 00:43

　　 天然气锅炉的热效率约为90%,其排烟余热约占燃料热值的10~12%,若将高温烟气直接排出,会浪费大量能源。常规天然气锅炉排烟中NO_X含量普遍高于北京市《锅炉大气污染物排放标准》,污染物排放超标。因此天然气锅炉的烟气冷凝潜热回收与低NO_X排放研究具有重大工程应用价值。天然气锅炉排烟的露点温度与换热介质的温差是决定烟气冷凝余热回收装置热回收效果的关键参数。本文从增大换热温差思路出发,提出利用直接接触式气-水换热器预热加湿空气,降温除湿烟气,从而回收烟气冷凝余热。直接接触式气-水换热器解决了空气与烟气间接换热时比热容不匹配的问题,使低温空气成为烟气余热回收系统中除热网回水外另一低温冷源,从而降低换热介质温度。高温高含湿量的空气通入锅炉燃烧室燃烧,燃烧后的锅炉烟气比正常情况下含有更多的水蒸气,从而提升烟气的露点温度。因此预热加湿空气可双向增大换热温差提高烟气冷凝余热回收效果。此外高含湿量的空气能改变锅炉燃烧室内的温度场和烟气组分的浓度场,从而降低NO_X的产生。该方法够达到节能,减排的双重效果。为研究预热加湿空气对烟气冷凝余热回收与降低NO_X的应用效果,本文以一台58kW天然气锅炉为烟气源,搭建空气加湿型烟气冷凝余热回收与NO_X净化系统(单塔系统),并为该系统设计了利用热网回水与空气的双冷源运行模式。但采用该模式的单塔系统NO_X减排效果受热网回水温度制约,因此优化设计了仅利用空气的单冷源运行模式。实验研究不同运行模式下液气比、热网回水温度、空气含湿量、锅炉负荷率等因素对系统热回收性能与NO_X减排效果的影响。实验结果表明:采用双冷源运行模式的单塔系统在90%与50%负荷率,过量空气系数1.2,三种典型热网回水温度工况条件下均能有效地回收烟气冷凝余热;单塔系统在锅炉90%负荷率、45℃热网回水温度时热回收性能最好,此时系统总供热效率可提升12.16%,排烟温度降至51.52℃;双冷源运行模式下单塔系统在90%负荷率、55℃热网回水温度时可将排烟中的NO_X含量自88 mg/m~3降至30mg/m~3左右。采用单冷源运行模式的单塔系统在90%与50%负荷率,过量空气系数1.2工况条件下可回收烟气冷凝余热,但热回收效果比双冷源模式略差,单塔系统在锅炉90%负荷率时热回收性能最好,此时系统总供热效率可提升10.27%,排烟温度降至60.18℃;但单冷源运行模式下单塔系统在90%与50%负荷率工况条件下能将排烟中的NO_X含量自88 mg/m~3降至30mg/m~3以下,单冷源运行模式下单塔系统在90%负荷率时可将排烟中NO_X含量降至22.48 mg/m~3。本文研究的预热加湿空气技术可协同处理烟气冷凝余热回收与烟气氮氧化物减排问题,该技术对提高锅炉供热效率和降低NO_X排放具有重要的应用价值。
【学位单位】：北京建筑大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：X701
【部分图文】：

图 1-2 空气分级燃烧的原理图Figure 1-2 Schematic diagram of air stagedcombustion图 1-3 燃料分级燃烧原理图Figure 1-3 Schematic diagram of fuel stagedcombustion③ 预混燃烧技术预混燃烧技术是在燃料燃烧前，预先将天然气和适量的空气混合好，预混燃烧可著减少 NOx 排放[32]。Zhao 等[33]对预混圆柱形燃烧器进行了数值和实验研究以优化出口位置和喷嘴直径的几何参数，实验结果表明混合室中的天然气-空气混合浓度匀性随着喷射器出口距离的增加而增加，当喷嘴出口位置为-3.0mm，喷嘴直径不小.6mm 且空气系数不小于 1.4 时，NOX和 CO 的排放分别小于 20ppm 和 50ppm。为了预混燃烧效果一些学者致力于研究燃烧系统的几何参数。Zhang 等[34]通过优化导流何参数，提高气体混合系统出口均匀性，应用导流板后不同喷射器的流量均匀性和混合分别提高了 1.9％和 2.2％。Lee 等[35]研究了孔径和圆柱形多孔预混燃烧器的布果表明，在 0％O2条件下 NOX排放量小于 40ppm，CO 排放量小于 30ppm。Panwar 等估了预混式工业燃烧器与旋流叶片混合空气和气体的性能，实验结果表明 125 Nm3 NOX和 CO 的排放要低于 75 Nm3/h 和 100 Nm3/h 处。

图 1-2 空气分级燃烧的原理图Figure 1-2 Schematic diagram of air stagedcombustion图 1-3 燃料分级燃烧原理图Figure 1-3 Schematic diagram of fuel stagedcombustion③ 预混燃烧技术预混燃烧技术是在燃料燃烧前，预先将天然气和适量的空气混合好，预混燃烧可著减少 NOx 排放[32]。Zhao 等[33]对预混圆柱形燃烧器进行了数值和实验研究以优化出口位置和喷嘴直径的几何参数，实验结果表明混合室中的天然气-空气混合浓度匀性随着喷射器出口距离的增加而增加，当喷嘴出口位置为-3.0mm，喷嘴直径不小.6mm 且空气系数不小于 1.4 时，NOX和 CO 的排放分别小于 20ppm 和 50ppm。为了预混燃烧效果一些学者致力于研究燃烧系统的几何参数。Zhang 等[34]通过优化导流何参数，提高气体混合系统出口均匀性，应用导流板后不同喷射器的流量均匀性和混合分别提高了 1.9％和 2.2％。Lee 等[35]研究了孔径和圆柱形多孔预混燃烧器的布果表明，在 0％O2条件下 NOX排放量小于 40ppm，CO 排放量小于 30ppm。Panwar 等估了预混式工业燃烧器与旋流叶片混合空气和气体的性能，实验结果表明 125 Nm3 NOX和 CO 的排放要低于 75 Nm3/h 和 100 Nm3/h 处。

第 1 章 绪论术既可以单独使用，也可以和其他低 NOX燃烧技术一起使用。和数值研究了烟气再循环比，锅炉负荷率对全预混燃烧系统及燃烧器表面上的火焰的影响。实验结果表明，当开启烟气和 CO 浓度降低，锅炉热效率增加。烟气再循环技术虽然可显排放且改造工程简单，但是由于引入再循环烟气导致燃烧机空气混合产生冷凝水影响运行。
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本文编号：2875612