一种深度脱硝的浸没燃烧式气化器系统
阅读说明：本技术 一种深度脱硝的浸没燃烧式气化器系统 (Submerged combustion type gasifier system for deep denitration ) 是由 郭宏新 刘丰 张贤福 刘世平 何松 田朝阳 董海涛 于 2021-06-22 设计创作，主要内容包括：一种深度脱硝的浸没燃烧式气化器系统,其特征在于,它包括主风机、主燃烧器、1#烟气分布器、1#水槽、主气化管束、1#水槽烟气出口、辅助燃烧器、混气器、脱硝反应器、引风机、2#水槽、2#烟气分布器和烟囱；主风机与主燃烧器、辅助燃烧器相连；主燃烧器与1#烟气分布器相连；主燃烧器和主气化管束置于1#水槽中；1#烟气分布器置于1#水槽底部,辅助燃烧器一方面对1#水槽中的水进行辅助加热,另一方面为混气器提供热量；1#水槽烟气出口及辅助燃烧器的出口与混气器相连；混气器的出口端连接有脱硝反应器,脱硝反应器通过引风机与安装在2#水槽中的2#烟气分布器相连。本发明结构简单,脱硝效果好。(The submerged combustion gasifier system for deep denitration is characterized by comprising a main fan, a main burner, a No. 1 flue gas distributor, a No. 1 water tank, a main gasification pipe bundle, a No. 1 water tank flue gas outlet, an auxiliary burner, a gas mixer, a denitration reactor, an induced draft fan, a No. 2 water tank, a No. 2 flue gas distributor and a chimney; the main fan is connected with the main burner and the auxiliary burner; the main burner is connected with the No. 1 smoke distributor; the main burner and the main gasification tube bundle are arranged in a No. 1 water tank; the 1# flue gas distributor is arranged at the bottom of the 1# water tank, and the auxiliary burner is used for carrying out auxiliary heating on water in the 1# water tank on one hand and providing heat for the gas mixer on the other hand; the 1# water tank flue gas outlet and the outlet of the auxiliary burner are connected with the gas mixer; the exit end of gas blender is connected with denitration reactor, and denitration reactor links to each other with the 2# flue gas distributor of installing in the 2# basin through the draught fan. The invention has simple structure and good denitration effect.)
技术领域
本发明涉及一种液化天然气气化技术，尤其是一种浸没式气化器，具体地说是一种深度脱硝的浸没燃烧式气化器系统。
背景技术
随着国内外液化天然气（LNG）产业的快速发展，世界各国都在大力发展LNG接收站建设。近年我国天然气进口数量不断增长。气化器是LNG接收站的关键设备之一，目前全球LNG接收站主要采用三种类型的气化器：开架式气化器（ORV）、浸没燃烧式气化器（SCV）、中间介质气化器（IFV）。其中浸没燃烧式气化器设计紧凑，安装时不需要占用大量空间，水槽能保持恒定的温度，系统可以很好地适应由负载波动产生的水流变化，而且也能实现系统的快速启动，初期投资少，一般接收站都会配置一定数量的浸没燃烧式气化器用于冬季保供或调峰。
氮氧化物(NOx)是大气的主要污染物之一，对人类身体健康、环境生态以及社会生产活动造成严重危害，工业活动产生的烟气需要进行污染物净化处理之后才被允许排放。目前，世界各国对NOx的排放限制越来越严格。如此严格的排放标准，仅靠预处理或者改进燃烧过程很难满足要求，因此，对烟气进行后处理就显得尤为重要。
专利申请号CN201520739797.7《高效浸没燃烧式气化器》、申请号CN201420646916.X《液化天然气浸没燃烧气化器》、申请号CN201510290223.0《一种改进的浸没燃烧式LNG气化器》、申请号CN201910363316.X《浸没燃烧式气化器及其监控系统》、申请号CN201310627874.5《LNG浸没燃烧气化器的控制系统及控制方法》等是从结构布置、燃烧组织、系统控制等方面对浸没燃烧式燃烧器进行了要求，没有提及燃烧烟气的脱硝处理。申请号CN202020542738.1《低氮氧化物排放浸没燃烧式气化器》虽然对烟气进行了后处理，但存在控制不灵敏、脱硝后烟气余热回收系统复杂的问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有的浸没燃烧式不具备脱硝功能易造成氮化物排放超标，造成环境污染的问题，设计一种深度脱硝的浸没燃烧式气化器系统，通过设置中间烟气脱硝装置及二级水槽，既解决了烟气的脱硝问题，又对脱硝后的烟气余热进行了深度利用，结构紧凑高效。
本发明的技术方案是：
一种深度脱硝的浸没燃烧式气化器系统，其特征在于，它包括主风机1、主燃烧器2、1#烟气分布器3、1#水槽4、主气化管束5、1#水槽烟气出口7、辅助燃烧器8、混气器9、脱硝反应器10、引风机11、2#水槽12、2#烟气分布器13和烟囱15；主风机1与主燃烧器2、辅助燃烧器8相连，提供燃烧用空气；主燃烧器2与1#烟气分布器3相连，提供气化用热量；主燃烧器2和主气化管束5置于1#水槽4中；1#烟气分布器3置于1#水槽4底部以便于对1#水槽4中的水进行加热，辅助燃烧器8一方面对1#水槽4中的水进行辅助加热，另一方面为混气器9提供热量；1#水槽烟气出口7及辅助燃烧器8的出口与混气器9相连；混气器9的出口端连接有脱硝反应器10，脱硝反应器10通过引风机11与安装在2#水槽12中的2#烟气分布器13相连；在连接混气器9和脱硝反应器10之间的管道上加装有还原剂加注装置。可燃气体和空气在主燃烧器内燃烧，产生的高温烟气通过烟气分布器进入1#水槽的水中，直接将水加热，烟气被水冷却至30℃左右后从1#水槽烟气出口排出；液化天然气（LNG）通过设在水中的气化管束吸取水中的热量而气化成天然气（NG）输送到管网；辅助燃烧器燃烧产生的高温烟气与1#水槽烟气出口出来的低温烟气在混气器内混合形成中温烟气，中温烟气在脱硝反应器内发生反应脱除烟气中的氮氧化物，脱除氮氧化物后的中温烟气经引风机送入2#烟气分布器，2#烟气分布器置于2#水槽底部，烟气经2#烟气分布器均匀分布后进入2#水槽，与2#水槽中的水直接接触换热，烟气被冷却至常温，经2#除沫器除去雾沫后由烟囱排放。2#水池中的水通过水泵与1#水池实现循环互通。
所述的1#水槽烟气出口7中安装有1#除沫器6。
所述的2#水槽12顶部的烟囱15中设置有2#除沫器14。
液化天然气（LNG）从主气化管束5的入口进入，通过主气化管束5吸热气化变成天然气后从主气化管束5出口流出。
来自引风机11的中温烟气从2#烟气分布器均匀流出后，进入2#水槽，与2#水槽中的水直接接触换热至常温，经2#除沫器14除去雾沫后由烟囱15排出。
所述的1#水槽4与2#水槽12通过第一水泵16、第二水泵17相连。
所述的2#水槽内12放置有辅助气化管束19，1#水槽4与2#水槽12之间不设置调温用的第一水泵16、第二水泵17。
所述主气化管束5和辅助气化管束19采用螺纹管或者内波外螺纹管，材料选用不锈钢或者钛合金钢。
所述的辅助燃烧器8置于1#水槽4的内部或外部，当辅助燃烧器8置于1#水槽4的外部时，在辅助燃烧器8的外部设置有水冷夹套18，水冷夹套的进水口、出水口分别与1#水槽或者2#水槽相连。
所述的还原剂加注装置包括储存系统、输送系统、喷射系统，还原剂采用双模糊控制、预测前馈控制及拟合优选算法集成控制系统进行控制，始终保持还原剂投入量与设备运行工况相匹配，实现NOX和氨逃逸双控目标。
本发明的有益效果是：
通过设置中间烟气脱硝装置及二级水槽，既解决了烟气的脱硝问题，又对脱硝后的烟气余热进行了深度利用，结构紧凑高效。
附图说明
图1是本发明的中间脱硝的浸没燃烧式气化器系统结构示意图之一。
图2是本发明的中间脱硝的浸没燃烧式气化器系统结构示意图之二。
图3是本发明的中间脱硝的浸没燃烧式气化器系统结构示意图之三。
图4是本发明的中间脱硝的浸没燃烧式气化器系统结构示意图之四。
图中：1-主风机、2-主燃烧器、3-1#烟气分布器、4-1#水槽、5-主气化管束、6-1#除沫器、7-1#水槽烟气出口、8-辅助燃烧器、9-混气器、10-脱硝反应器、11-引风机、12-2#水槽、13-2#烟气分布器、14-2#除沫器、15-烟囱、16-水泵、17-水泵、18-水冷夹套、19-辅气化管束
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
实施例一。
如图1所示。
一种深度脱硝的浸没燃烧式气化器系统。包括主风机1、主燃烧器2、1#烟气分布器3、1#水槽4、主气化管束5、1#除沫器6、1#水槽烟气出口7、辅助燃烧器8、混气器9、脱硝反应器10、引风机11、2#水槽12、2#烟气分布器13、2#除沫器14、烟囱15、水泵16、水泵17。主风机1与主燃烧器2、辅助燃烧器8相连，提供燃烧用空气；主燃烧器2与1#烟气分布器3相连，提供气化用热量；主燃烧器2、辅助燃烧器8和主气化管束5置于1#水槽4中；1#烟气分布器3置于1#水槽4底部以便于对1#水槽4中的水进行加热，辅助燃烧器8一方面对1#水槽4中的水进行辅助加热，另一方面为混气器9提供热量；1#水槽烟气出口7及辅助燃烧器8的出口与混气器9相连；混气器9的出口端连接有脱硝反应器10，脱硝反应器10通过引风机11与安装在2#水槽12中的2#烟气分布器13相连；在连接混气器9和脱硝反应器10之间的管道上加装有还原剂加注装置。所述的1#水槽烟气出口7中安装有1#除沫器6。所述的2#水槽12顶部的烟囱15中设置有2#除沫器14。液化天然气（LNG）从主气化管束5的入口进入，通过主气化管束5吸热气化变成天然气后从主气化管束5出口流出。来自引风机11的中温烟气从2#烟气分布器均匀流出后，进入2#水槽，与2#水槽中的水直接接触换热至常温，经2#除沫器14除去雾沫后由烟囱15排出。所述的1#水槽4与2#水槽12通过第一水泵16、第二水泵17相连。所述主气化管束5采用螺纹管或者内波外螺纹管，材料选用不锈钢或者钛合金钢。
可燃气体和空气混合，在主燃烧器2内燃烧，产生高温烟气进入1#烟气分布器3中，1#烟气分布器3为均匀开小孔的箱型或管型元件，通过这些小孔，高温烟气均匀进入1#水槽4中，在1#水槽4中高温烟气与水直接接触，将水加热成热水。液化天然气经外部管道进入主气化管束5中，通过间壁换热，吸收1#水槽4中热水的热量气化成天然气（NG），然后送出至管网或用户。烟气出1#水槽4后，通过1#除沫器6，进入1#水槽烟气出口7。辅助燃烧器8置于1#水槽4中，一部分可燃气体和空气在其中燃烧，产生高温烟气，由于燃烧器的外壳得到水槽中水的冷却，因此燃烧器内部不用衬耐火材料。高温烟气出辅助燃烧器8后，在混气器9中与来自1#水槽烟气出口7的低温烟气混合，形成中温烟气。混气器9可以是一个缓冲罐、静态混合器或者一段烟道，或者其他能达到气流混合均匀的措施或装置。
脱硝还原剂在混气器9或者脱硝反应器10之前注入中温烟气中，然后与烟气一起进入脱硝反应器10，在催化剂的作用下发生反应，脱除氮氧化物。混气器9或者脱硝反应器10之前设置还原剂加注装置（可直接从市场定购），它一般包括储存系统、输送系统、喷射系统。喷射系统采用喷枪直喷技术，使得还原剂在烟道以及脱硝反应器10内分布更加均匀。作为优先方案，还原剂喷枪后还可设置整流格栅，采用计算流体动力学（CFD）对脱硝反应器10和脱硝系统的烟道布置进行数值模拟，优化脱硝反应器10的设计，并确认还原剂喷射点位置及数量，以达到精准控制还原剂喷射量的目的，有效减少氨逃逸，使催化剂表层的烟气和还原剂的分布更为均匀。
脱硝反应器10入口烟气量与所需的还原剂可采用双模糊控制、预测前馈控制及拟合优选算法集成控制系统进行控制，系统提前预判设备负荷和反应区入口NOX浓度变化趋势，实时采集出口NOX和氨逃逸浓度，寻找出不同工况对应的最优目标值，提高了脱硝系统闭环稳定性和抗干扰能力，始终保持还原剂投入量与设备运行工况相匹配，实现NOX和氨逃逸双控目标。还原剂通过计量泵控制，对系统进行控制参数优化，控制氨氮比始终略小于1，确保脱硝反应处于高效工作范围，获得较低的氨排放。
脱除氮氧化物的中温烟气随后通过引风机11，进入2#烟气分布器13，2#烟气分布器13与1#烟气分布器结构类似，为均匀开小孔的箱型或管型元件，通过这些小孔，中温烟气均匀进入2#水槽12中，在2#水槽12中，烟气与水直接接触被冷却至接近常温，经2#除沫器除去雾沫后，经烟囱15排放。2#水槽中的水通过水泵16、水泵17实现与1#水槽的互通。作为一种替代方案，在2#水槽中布置辅助气化管束19，中温烟气的热量由辅助气化管束19吸收，取消1#水槽与2#水槽之间的连接水泵。作为另一种替代方案，辅助燃烧器8置于1#水槽外部，并在辅助燃烧器8外部设置水冷夹套18。水冷夹套的进水口、出水口分别与1#水槽或者2#水槽相连，夹套中循环流动着来自水槽中的水，保持对燃烧器的冷却，从而避免在燃烧器8内部设置耐火材料。
为提高换热效率，主气化管束5可采用螺纹管或者内波外螺纹管，材料选用不锈钢或者钛合金钢等。
本发明采用高效特型气化管束，提高LNG气化效率；通过设置中间烟气脱硝装置及二级水槽，既解决了烟气的脱硝问题，又对脱硝后的烟气余热进行了深度利用，相较于采用换热器或洗气塔来回收烟气余热相比，该方案传热高效，结构紧凑，占地面积小；并且脱硝还原剂采用双模糊控制、预测前馈控制及拟合优选算法集成控制系统进行控制，通过计量泵控制，对系统进行控制参数优化，控制氨氮比始终略小于1，确保脱硝反应处于高效工作范围，防止氨逃逸。
实施例二。
如图2所示。
本实施例与实施例一的区别是在2#水槽12中加装有辅助辅气化管束19，辅气化管束19也采用螺纹管或者内波外螺纹管，材料选用不锈钢或者钛合金钢等。同时取消了连接1#水槽4与2#水槽12之间的第一水泵16、第二水泵17。其它与实施例一完全相同。
实施例三。
如图3所示。
本实施例与实施例一的区别在于辅助燃烧器8置于1#水槽4外，在辅助燃烧器8的外部设置有水冷夹套18，水冷夹套的进水口、出水口分别与1#水槽或者2#水槽相连。其它与实施例一完全相同。
实施例四。
本实施例与实施例二的区别在于辅助燃烧器8置于1#水槽4外，在辅助燃烧器8的外部设置有水冷夹套18，水冷夹套的进水口、出水口分别与1#水槽或者2#水槽相连。其它与实施例二完全相同。
本发明的工作原理是：
可燃气体和空气在主燃烧器内燃烧，产生的高温烟气通过烟气分布器进入1#水槽的水中，直接将水加热，烟气被水冷却至30℃左右后从1#水槽烟气出口排出；液化天然气（LNG）通过设在水中的气化管束吸取水中的热量而气化成天然气（NG）输送到管网；辅助燃烧器燃烧产生的高温烟气与1#水槽烟气出口出来的低温烟气在混气器内混合形成中温烟气，中温烟气在脱硝反应器内发生反应脱除烟气中的氮氧化物，脱除氮氧化物后的中温烟气经引风机送入2#烟气分布器，2#烟气分布器置于2#水槽底部，烟气经2#烟气分布器均匀分布后进入2#水槽，与2#水槽中的水直接接触换热，烟气被冷却至常温，经2#除沫器除去雾沫后由烟囱排放。2#水池中的水通过水泵与1#水池实现循环互通。
本发明未涉及部分与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
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