本發明涉及基于水蒸氣載熱循環的鍋爐排煙熱濕直接回收方法及裝置，屬于鍋爐供熱和能源利用技術領域。
背景技術：
采用燃煤、天然氣等燃料燃燒制熱的鍋爐排煙中含有大量的水蒸氣，因此傳統鍋爐的排煙溫度通常達80～160℃左右，煙氣中的大量潛熱及顯熱均白白散失了。為回收煙氣余熱，目前常用的余熱回收的方式及其特點如下。
（一）直接式顯熱回收：最為簡單常用的方式，煙氣余熱用于預熱鍋爐進風、鍋爐回水或者供熱回水等，煙氣處于顯熱換熱區，鍋爐效率一般最高在90%～93%左右，但煙氣對空氣只加熱不加濕，煙氣排放溫度高，含濕量大，余熱回收量有限。
（二）冷凝式鍋爐熱回收裝置：排煙溫度可降低至約50℃，煙氣余熱用于預熱鍋爐進風、鍋爐回水或者供熱回水等，煙氣處于冷凝換熱區，鍋爐效率提高可達3%～6%左右，總的鍋爐效率最高可達93～98%左右，系統的效率受到供熱回水的影響大，如回水溫度提高則必然導致排煙溫度提高，而且煙溫進一步降低有困難。
（三）基于吸收式熱泵換熱的煙氣冷凝熱回收裝置：吸收式熱泵系統的效率高，排煙溫度可降低至20～30℃，煙氣處于深度冷凝換熱區，鍋爐效率提高可達8%～13%左右，總的鍋爐效率最高可達98～105%左右，系統的效率基本不受供熱回水的影響。但是吸收式熱泵的結構較復雜，造價較高，運行維護成本較大，因此需要綜合考慮其技術經濟性，特別是對燃煤鍋爐而言其經濟性相對較差。
因此，上述各類鍋爐排煙余熱利用方式均有各自的優缺點，特別是其固有的缺點反映在技術可實施性、性價比等問題上，往往限制了其大規模采用。
另外，鍋爐排煙因含有大量水蒸氣，即使是已經實現了超低排放標準，但其煙囪出口往往存在“白煙”現象，特別是在冬季，因大量水汽與冷空氣迅速大量凝結成水，表現為更顯著地“白煙”現象，不少地方存在周邊群眾對該類污染提出異議的現象，因此要求鍋爐煙囪“消白”已經成為許多城市的環保政策要求。
技術實現要素：
本發明的目的和任務是，針對上述鍋爐排煙進行余熱回收及消白中存在的節能和環保問題，采用基于水蒸氣載熱循環的鍋爐排煙熱濕直接回收方法，實現鍋爐排煙熱濕直接回收和煙囪排煙消白。
本發明的具體描述是：基于水蒸氣載熱循環的鍋爐排煙熱濕直接回收方法及裝置，基于水蒸氣載熱循環的鍋爐排煙熱濕直接回收方法及裝置，以排煙所含水蒸氣作為載熱工質先后歷經如下多種先后繼起的工質形態：排煙所含水蒸氣、中介循環水中的凝結水、鍋爐進風所含水蒸氣、爐膛燃燒混合氣中的水蒸氣、排煙高溫段余熱回收換熱凝結水、凝結水經處理后作為補水再次進入載熱循環流程，實現鍋爐排煙熱濕直接回收和煙囪排煙消白，該系統包括如下三個以水為載熱工質的熱濕循環轉移模塊：排煙低溫段中介循環水模塊3、鍋爐進風加熱加濕模塊10和排煙高溫段余熱回收模塊12，以及相互之間的連接管路與管件，其中排煙低溫段中介循環水模塊3由中介循環水在噴淋室4內通過噴淋方式將鍋爐低溫段排煙進口煙氣f的溫度降低到趨近大氣溫度并以“消白”排煙o的形式排放到大氣中，并吸收排煙余熱及凝結水；升溫后的中介循環水及所吸收的凝結水由余熱循環泵15送入到鍋爐進風加熱加濕模塊10直接對鍋爐進風c進行噴淋加熱加濕后，高濕進風b通過鍋爐1的原進風管道送入爐膛，從而將排煙凝結水以水蒸氣形式攜帶并經歷爐膛內燃燒過程轉移到爐內排煙a中；已經顯著提高了含濕量的爐內排煙a則通過排煙高溫段余熱回收模塊12與被加熱水回水換熱，并釋放出余熱及終端凝結水w；降溫減濕后的鍋爐低溫段排煙進口煙氣f再次進入排煙低溫段中介循環水模塊3的噴淋室4并進行下一個基于水蒸氣載熱循環的煙氣余熱回收流程。
基于水蒸氣載熱循環的鍋爐排煙熱濕直接回收方法的裝置包括如下三個熱濕循環轉移模塊：排煙低溫段中介循環水模塊3、鍋爐進風加熱加濕模塊10和排煙高溫段余熱回收模塊12，以及相互之間的連接管路與管件，其中排煙低溫段中介循環水模塊3由噴淋室4、水處理裝置14、余熱循環泵15、以及相互之間的連接管路與管件組成，其中噴淋室4由上部的進水末端裝置6、中部的直接接觸式熱濕交換段5、底部的余熱水池13組成，進水末端裝置6的上部設置有擋水板7，擋水板7的上部與排出段煙囪8相通，余熱水池13的上部進水口與調質補水g的進水管相連，余熱水池13的下部出水口與水處理裝置14和余熱循環泵15的進口相連，余熱循環泵15的出口與鍋爐進風加熱加濕模塊10的進水口相連，鍋爐進風加熱加濕模塊10的出水口經回水泵9與進水末端裝置6的進水口相連，鍋爐進風加熱加濕模塊10的進風口與鍋爐進風c的進風管相通，鍋爐進風加熱加濕模塊10的出風口與鍋爐1的原進風管道相通，鍋爐1的爐內排煙a的出風口經原超低排放裝置組件2和引風機11后與排煙高溫段余熱回收模塊12的進風口相連，排煙高溫段余熱回收模塊12的出風口與噴淋室4的進風口相連，排煙高溫段余熱回收模塊12的被加熱側進水口與被加熱水進水e相通，排煙高溫段余熱回收模塊12的被加熱側出水口與被加熱水出水d相通，排煙高溫段余熱回收模塊12的凝結水出口與終端凝結水w的出水管相連。
噴淋室4為空氣和噴淋水組成豎向或橫向布置的逆流換熱結構，其中內部設置填料，也可不設置填料而采用空段結構。此時噴淋室4與排出段煙囪8及其之間的連接部分組成一體式的煙塔合一的噴淋塔結構。
噴淋室4也可為空氣和噴淋水組成豎向或橫向布置的交叉流或順流結構。此時噴淋室4與排出段煙囪8的布置關系可為一體式或分體式的組合結構。
排煙高溫段余熱回收模塊12設置在引風機11的下游，也可設置在引風機11的上游。
噴淋室4既可以是單級噴淋結構，也可以是n級噴淋結構或n個串聯的噴淋室組成，其中n>1。
鍋爐進風加熱加濕模塊10既可以是單級噴淋結構，也可以是n級噴淋結構或n個串聯的噴淋室組成，其中n>1，其中內部設置填料，也可不設置填料而采用空段結構。
排煙高溫段余熱回收模塊12既可以是間壁式換熱器結構，也可以是由n級噴淋結構組成的噴淋室和采用間壁式換熱器的水水熱交換器組成的復合式余熱回收組件，其中n>=1，其中內部設置填料，也可不設置填料而采用空段結構。
余熱水池13的補水g和水處理裝置14的處理水h的水質以滿足余熱水池13的出水水質要求而定，其水源來源包括經處理后的終端凝結水w。
余熱循環泵（15）的出口管和回水泵（9）的出口管之間設置旁通管。
終端凝結水w則經過水處理后以補水g的形式回到系統中循環。
本發明實現了全新的鍋爐排煙余熱回收新機制，通過將煙氣余熱回收與鍋爐燃燒——排煙系統的流程相結合，以排煙水蒸氣或其凝結水作為載熱工質，構成了具有創新性的余熱利用型鍋爐燃燒及排煙換熱流程，實現了最大幅度的回收利用鍋爐排煙余熱。對于天然氣鍋爐系統通常可提高過濾效率10～13%，總的鍋爐效率最高可達98～105%左右。對于燃煤鍋爐則通常可提高過濾效率8%～9%，例如如煤粉爐的原有鍋爐熱效率通常可達90～93%，則通過該項新技術的應用，可將采暖期的鍋爐運行效率提高到98%～101%左右，實現供熱燃煤鍋爐領域的跨越式的技術進步。
另外，本技術方式還可達到鍋爐排煙的消白效果。
附圖說明
圖1是本發明的系統示意圖。
圖1中各部件編號與名稱如下。
鍋爐1、超低排放裝置組件2、排煙低溫段中介循環水模塊3、噴淋室4、直接接觸式熱濕交換段5、進水末端裝置6、擋水板7、排出段煙囪8、回水泵9、鍋爐進風加熱加濕模塊10、引風機11、排煙高溫段余熱回收模塊12、余熱水池13、水處理裝置14、余熱循環泵15、爐內排煙a、高濕進風b、鍋爐進風c、被加熱水出水d、被加熱水進水e、鍋爐低溫段排煙進口煙氣f、補水g、處理水h、“消白”排煙o、終端凝結水w。
具體實施方式
圖1是本發明的系統示意圖。
本發明的具體實施例如下：基于水蒸氣載熱循環的鍋爐排煙熱濕直接回收方法及裝置，系統包括如下三個以水為載熱工質的熱濕循環轉移模塊：排煙低溫段中介循環水模塊3、鍋爐進風加熱加濕模塊10和排煙高溫段余熱回收模塊12，以及相互之間的連接管路與管件，其中排煙低溫段中介循環水模塊3由中介循環水在噴淋室4內通過噴淋方式將鍋爐低溫段排煙進口煙氣f的溫度降低到趨近大氣溫度并以“消白”排煙o的形式排放到大氣中，并吸收排煙余熱及凝結水；升溫后的中介循環水及所吸收的凝結水由余熱循環泵15送入到鍋爐進風加熱加濕模塊10直接對鍋爐進風c進行噴淋加熱加濕后，高濕進風b通過鍋爐1的原進風管道送入爐膛，從而將排煙凝結水以水蒸氣形式攜帶并經歷爐膛內燃燒過程轉移到爐內排煙a中；已經顯著提高了含濕量的爐內排煙a則通過排煙高溫段余熱回收模塊12與被加熱水回水換熱，并釋放出余熱及終端凝結水w，其中終端凝結水w則經過水處理后以補水g的形式回到系統中循環；降溫減濕后的鍋爐低溫段排煙進口煙氣f再次進入排煙低溫段中介循環水模塊3的噴淋室4并進行下一個基于水蒸氣載熱循環的煙氣余熱回收流程。
基于水蒸氣載熱循環的鍋爐排煙熱濕直接回收方法的裝置包括如下三個熱濕循環轉移模塊：排煙低溫段中介循環水模塊3、鍋爐進風加熱加濕模塊10和排煙高溫段余熱回收模塊12，以及相互之間的連接管路與管件，其中排煙低溫段中介循環水模塊3由噴淋室4、水處理裝置14、余熱循環泵15、以及相互之間的連接管路與管件組成，其中噴淋室4由上部的進水末端裝置6、中部的直接接觸式熱濕交換段5、底部的余熱水池13組成，進水末端裝置6的上部設置有擋水板7，擋水板7的上部與排出段煙囪8相通，余熱水池13的上部進水口與調質補水g的進水管相連，余熱水池13的下部出水口與水處理裝置14和余熱循環泵15的進口相連，余熱循環泵15的出口與鍋爐進風加熱加濕模塊10的進水口相連，鍋爐進風加熱加濕模塊10的出水口經回水泵9與進水末端裝置6的進水口相連，鍋爐進風加熱加濕模塊10的進風口與鍋爐進風c的進風管相通，鍋爐進風加熱加濕模塊10的出風口與鍋爐1的原進風管道相通，鍋爐1的爐內排煙a的出風口經原超低排放裝置組件2和引風機11后與排煙高溫段余熱回收模塊12的進風口相連，排煙高溫段余熱回收模塊12的出風口與噴淋室4的進風口相連，排煙高溫段余熱回收模塊12的被加熱側進水口與被加熱水進水e相通，排煙高溫段余熱回收模塊12的被加熱側出水口與被加熱水出水d相通，排煙高溫段余熱回收模塊12的凝結水出口與終端凝結水w的出水管相連。
噴淋室4為空氣和噴淋水組成豎向布置的逆流換熱結構，其中內部不設置填料而采用空段結構。此時噴淋室4與排出段煙囪8及其之間的連接部分組成一體式的煙塔合一的噴淋塔結構。
排煙高溫段余熱回收模塊12設置在引風機11的下游。
噴淋室4是單級噴淋結構。
鍋爐進風加熱加濕模塊10是單級噴淋結構，其中內部設置填料。
排煙高溫段余熱回收模塊12是間壁式換熱器結構。
余熱水池13的補水g和水處理裝置14的處理水h的水質以滿足余熱水池13的出水水質要求而定，其水源來源包括經處理后的終端凝結水w，和部分補充的自來水，并添加了水質調節成分。
余熱循環泵（15）的出口管和回水泵（9）的出口管之間設置旁通管。
終端凝結水w則經過水處理后以補水g的形式回到系統中循環。
需要說明的是，本發明提出了如何采用基于排煙中的水蒸氣直接作為載熱工質，經冷凝熱回收、鍋爐燃燒、與熱網回收換熱回收余熱和凝結水的方法、流程和實施裝置，而按照此一總體解決方案可有不同的具體實施措施和不同結構的具體實施裝置，上述具體實施方式僅僅是其中的一種而已，任何其它類似的簡單變形的實施方式，例如采用不同的補水水質或處理水質的設備；采用不同的換熱結構及其簡單變形；或者簡單的調整設備在流程中的先后次序；或進行普通專業人士均可想到的變形方式等，或者將該技術方式以相同或相似的結構應用于不同燃料種類、不同結構的鍋爐、電加熱爐或其它形式的工業加熱爐等及其它類似應用場合，均落入本發明的保護范圍。