1.一种燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统,其特征在于:包括燃烧器(1)、设置在燃烧器(1)上方的炉膛(2)、环绕炉膛(2)设置的盘管式换热器(3)、空气预热器(4)、烟气冷凝器(5)以及混合器(6);
所述燃烧器(1)顶部的燃料出口(1.1)与炉膛(2)底部的燃料进口(2.1)连通,所述炉膛(2)顶部的排烟气口(2.2)与空气预热器(4)底部的烟气进口(4.1)连通,所述空气预热器(4)顶部的烟气出口(4.2)与烟气冷凝器(5)顶部的进烟口(5.1),所述烟气冷凝器(5)底部的出烟口(5.2)与混合器(6)的第一进口(6.1)连通;
所述空气预热器(4)上设置有低温富氧空气进口(4.3)和高温富氧空气出口(4.4),所述空气预热器(4)的高温富氧空气出口(4.4)与换热器(3)的富氧空气进口(3.1)连通,所述换热器(3)的富氧空气出口(3.2)与混合器(6)的第二进口(6.2)连通;所述混合器(6)的混合气出口(6.3)与燃烧器(1)的混合气进口(1.2)连通;
所述烟气冷凝器(5)上设置有冷水进口(5.3)和热水出口(5.4),所述烟气冷凝器(5)的热水出口(5.4)与换热器(3)的热水进口(3.3)连通,所述换热器(3)的水蒸气出口(3.4)与燃烧器(1)的水蒸气进口(1.3)连通,所述水蒸气出口(3.4)与燃烧器(1)的水蒸气进口(1.3)之间的管路上设置有与上游管网连通的天然气进口(1.4)。
2.根据权利要求1所述的燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统,其特征在于:还包括压缩机(7)和烟气冷却器(8),所述压缩机(7)的进口(7.1)通过支路与烟气冷凝器(5)的出烟口(5.2)连通,所述压缩机(7)的出口(7.2)与烟气冷却器(8)的气体进口(8.1)连通,所述烟气冷却器(8)的气体出口(8.2)与CO2捕集装置(9)连接。
3.根据权利要求2所述的燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统,其特征在于:所述空气预热器(4)的底部设置有用于清除沉积的烟黑杂质的清灰口(4.5);
所述烟气冷凝器(5)的底部设置有用于供冷凝水排出的排出口(5.5)。
4.根据权利要求1~3任一项所述的燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统,其特征在于:所述空气预热器(4)的高温富氧空气出口(4.4)与换热器(3)的富氧空气进口(3.1)之间的管路上设置有第一流量控制阀(10.1)。
5.根据权利要求4所述的燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统,其特征在于:所述烟气冷凝器(5)的热水出口(5.4)与换热器(3)的热水进口(3.3)之间的管路上设置有第二流量控制阀(10.2)。
6.根据权利要求5所述的燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统,其特征在于:所述压缩机(7)的进口(7.1)与烟气冷凝器(5)的出烟口(5.2)之间的支路上设置有第三流量控制阀(10.3)。
7.利用权利要求1~6任一项所述燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统的方法,其特征在于:包括如下步骤:
1)将在燃烧器(1)中混合后的燃料送入炉膛(2)进行燃烧,产生的高温烟气通过换热器(3)与富氧空气、热水分别进行换热实现烟气的一级余热回用,换热后得到250℃~500℃的烟气送入空气预热器(4);同时将换热后的富氧空气送入混合器(6),换热后的热水气化为水蒸气,将水蒸气与来自上游管网的天然气预混后送入燃烧器(1)中;
2)在空气预热器(4)中,250℃~500℃的烟气与通入的低温富氧空气换热实现烟气的二级余热回用,换热后得到110℃~120℃的烟气送入烟气冷凝器(5),产生的高温富氧空气送入步骤1)的换热器(3)的富氧空气进口;
3)在烟气冷凝器(5)中,110℃~120℃的烟气与通入的冷水换热实现烟气的三级余热回用,换热后得到60℃~70℃的烟气分为两部分,第一部分烟气送入混合器(6),与来自步骤1)中换热后的富氧空气在混合器(6)混合后送入燃烧器(1),第二部分烟气进行CO2的富集利用,冷水换热后产生的热水送入步骤1)的换热器(3)的热水进口,往复循环步骤1)至步骤2)的操作,直至反应结束。
8.根据权利要求7所述的利用燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统的方法,其特征在于:所述步骤2)中,低温富氧空气的温度为35℃~40℃,换热后高温富氧空气的温度为45℃~55℃。
9.根据权利要求7所述的利用燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统的方法,其特征在于:所述步骤3)中,第二部分烟气先送入压缩机(7)经过压缩加压至3~5Mpa,再送入烟气冷却器(8)中冷却至30℃~35℃,最后送入CO2捕集装置(9)进行CO2的富集利用。
10.根据权利要求7所述的利用燃气锅炉天然气-水蒸气预混燃烧与烟气余热梯级回用系统的方法,其特征在于:所述步骤3)中,冷水的温度为5℃~15℃,换热后热水的温度为70℃~80℃。