CN101487593A

CN101487593A - 综合节能减排型局部增氧助燃装置及方法

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Publication number: CN101487593A
Application number: CNA2009100104122A
Authority: CN
Inventors: 沈博
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-02-19
Filing date: 2009-02-19
Publication date: 2009-07-22

Abstract

一种综合节能减排型局部增氧助燃装置及方法，是在炉窑旁加一套局部增氧助燃装置，该装置包括氧源、专用富氧高效预热器、专有富氧喷嘴和电控柜四部分组成，所述的电控柜内设置有具有局部增氧助燃装置的开停、和窑炉的连锁功能的全自动功能控制系统。专用富氧预热器和专有富氧喷嘴对燃油燃气窑炉为一整体。使燃料在较少的助燃风下，及时充分完全地燃烧，既能扩大劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能，既能明显节能、提高产品品质和产量，又能延长炉龄、减少烟尘、粉尘、CO、CO₂和NO_X等，具有显著的综合节能减排效益。

Description

综合节能减排型局部增氧助燃装置及方法

技术领域

本发明涉及一种综合节能减排型局部增氧助燃装置及方法，适用于各种燃料和所有窑炉如(家用)微型锅炉、工业锅炉、大型电站锅炉及冶炼炉、陶瓷窑、玻璃窑和水泥窑等的综合节能减排。

背景技术

目前一般窑炉采用的均是普通空气助燃，由于空气中仅含不到21％的氧气，其余为惰性气体，不但不参与助燃，反而吸收大量的热量，从而降低了炉窑的性能和效率等。

目前只有沈光林和于轩等提出过局部增氧助燃的专利(CN97104465.1、CN00110217.6、CN02281418.3、CN200420004099.4、CN200420014005.1)，然而这些专利存在如下不足：

1、自动化程度不足

局部增氧助燃装置本身均不够完善，如没有连锁和全自动功能，这对(家用)微型锅炉、燃油/气锅炉及全自动窑炉非常重要：这些窑炉可以随时开停，而局部增氧助燃装置本身必须与之匹配才行；

2、局部增氧量比较窄

均在0.5-15％范围内，实际上范围可以更广如0.5-60％，特别是目前经济危机情况下，采用劣质燃料和增氧量比较大时，其综合效益可能最佳；

3、富氧空气预热温度没有明确概念

而富氧空气预热温度的高低，直接影响综合节能减排的效果；

4、富氧喷嘴的设置和安装有局限性

如燃油/气锅炉的富氧喷嘴，一般均采用2支富氧喷嘴对称安装，后部还要加保温，炉头的高温金属软管露在外面非常不安全等；

5、应用的范围比较窄，如(家用)微型锅炉、回转窑、熔固炉、阳极炉等所有窑炉均可使用。

发明内容

为了克服现有局部增氧助燃装置自动化程度不足、无法与窑炉达到最佳匹配的问题，本发明提供了一种综合节能减排型局部增氧助燃装置。

本发明所提供的综合节能减排型局部增氧助燃装置，是在炉窑旁加一套局部增氧助燃装置，该装置包括氧源、专用富氧高效预热器、专有富氧喷嘴和电控柜四部分组成，在其中，氧源、专用富氧高效预热器和专有富氧喷嘴依次连接，电控柜通过电缆和控制线与氧源、专用富氧高效预热器、专有富氧喷嘴分别连接，仅专用富氧高效预热器和专有富氧喷嘴与有关窑炉接触且专有富氧喷嘴深入窑炉内腔，所述的电控柜内设置有具有控制局部增氧助燃装置的开停和窑炉的连锁功能的全自动功能控制系统。控制系统主要用于局部增氧助燃装置的开停、和窑炉的连锁、富氧流量、浓度、温度和压力等的调节与控制等。可以实现伴随窑炉的随时开停，而局部增氧助燃装置也随之开停。

本发明解决的另外一个问题是：对于现有的局部增氧助燃装置用于燃油燃气窑炉时，其富氧喷嘴的设置，一般均采用2支富氧喷嘴对称安装，后部还要加保温，炉头的高温金属软管露在外面非常不安全等问题。

为此，本发明提供了如下技术方案：把专用富氧预热器和专有富氧喷嘴连接成一整体，连接方式优选焊接。这不但避免了以前专利中采用2支富氧喷嘴对称安装，后部还要加保温，炉头的高温金属软管露在外面非常不安全的问题，而且综合节能减排效果会更好。

以上所述的氧源，对于微(小)型窑炉，可以通过微型风扇、板式富氧膜组件和真空泵获得；对于中(大)型窑炉，也可以通过高效空气过滤器、通风机、卷式膜富氧发生器和真空泵获得；还可以是膜法制氮的副产品；或是变压吸附法、深冷法、化学法或工业副产品。所提供的富氧量一般为窑炉助燃所需空气量的0.5-60％、富氧浓度一般为22-40％，如果超过该范围，必须加风机、在线氧分析仪和富氧浓度调节阀来稀释到最佳的范围内、富氧线速一般为10-500m/s、富氧压力一般为0.5-50Kpa。

在用于水泥回转窑时，专有富氧喷嘴可以用水泥回转窑四通道燃烧器中心点火枪用的中心管替代。

仅专用富氧预热器和专有富氧喷嘴与窑炉接触，对窑炉的性能与安全不仅无任何副作用，而且还能延长炉龄、减少CO、CO₂、NO_X和粉尘、烟尘等。其中氧源提供富氧浓度21-40％、富氧流量仅为所需助燃风量的0.5-60％，正如同好钢要加在刀刃上一样！氧多了还会起副作用，如投资和运行费用增加、NO_X增多、炉龄缩短等。具体的富氧浓度和流量需要根据燃料价格、电费、机泵匹配、运行成本、寿命、操作方式、产品要求、用户资源、维护保养、预处理等等来进行系统优化，确保综合效益最佳。一般氧源有深冷法(制氧机)、变压吸附法(PSA)、高分子膜法和化学法等。其富氧浓度混合后一般不能超过40％，否则不但会存在严重的安全隐患，而且会严重影响窑炉的性能！混合后的富氧空气通过专用富氧高效预热器利用窑炉的废热预热到100-1000℃左右来尽可能提高富氧空气的品质。核心是专有富氧喷嘴的设计和安装！具体可参照下面的实施例。

该装置不仅要和有关窑炉匹配、还要与燃烧的燃料及相应的燃烧方式等匹配，更需要和有关产品匹配，如窑炉中的锅炉就有几十种，包括家用的小(微)型锅炉、工业用的中型锅炉和电厂用的大型锅炉等，每种锅炉的燃烧方式均有明显的区别，为此开发了与之匹配的局部增氧助燃技术，包括“梯度燃烧”、“对称燃烧”、“α型燃烧”、“S型燃烧”、“分级燃烧”、“四角燃烧”和“推迟燃烧”等高新技术，必须要与炉窑、燃料及产品等匹配，必须通过专用的富氧喷嘴来实施，还必须有与之匹配的高效富氧预热器来保证达到综合节能减排的目的。

本发明提出的局部増氧助燃技术比以前专利中的更完善、更适用：如“梯度燃烧”技术考虑了一般玻璃熔炉的燃烧系统必须考虑的以下五个因素：①将燃料的热能最大限度地传递到玻璃液中；②将燃料的热能尽可能少地传递到熔窑上部结构中；③燃料的燃烧只限制在炉内熔化区中；④尽量避免火焰冲刷耐火材料的表面；⑤燃料与助燃空气有效的混合，以减少烟道中过剩空气造成的损失。它不仅适用于玻璃熔炉，也适用于某些金属熔炼炉。“对称燃烧”技术比以前的更广义、更成熟，要求：不改变火焰形状、强化火焰、提高火焰温度，延长烟气停留时间，不仅适用于燃油燃气炉，也适用于某些燃煤炉、而“α型燃烧”、“S型燃烧”、“分级燃烧”、“四角燃烧”和“推迟燃烧”等高新技术可以综合集成应用，从而来保证达到最佳的综合节能减排目的。

本发明还涉及一种综合节能减排型局部增氧助燃装方法，是利用上述的综合节能减排型局部增氧助燃装置，按下述步骤操作的：

1)预热专用富氧高效预热器(5)充分利用原有窑炉的废热把富氧加热到100～1000℃；

2)通氧通过专有富氧喷嘴(7)把高温富氧通入窑炉内，所提供的富氧量一般为窑炉助燃所需空气量的0.5-60％、富氧浓度为22-40％。

当所提供的富氧量超过窑炉助燃所需空气量的0.5-60％、富氧浓度超过22-40％时，需加风机(18)、在线氧分析仪(14)和富氧浓度调节阀(19)稀释到最佳的范围内，其富氧线速一般为10-500m/s、富氧压力一般为0.5-50Kpa。

附图说明

本发明共有附图5幅：

图1是一种用于家用(微型)锅炉的膜法富氧“对称燃烧”助燃装置的示意图。

图2是一种用于工业燃煤锅炉的膜法富氧“S型燃烧”助燃装置的示意图。

图3是一种用于马蹄焰玻璃熔炉的“梯度燃烧”助燃装置的示意图。

图4是煤粉锅炉的膜法富氧“四角燃烧”助燃装置的示意图。

图5是一种用于新型干法水泥回转窑的“对称燃烧”助燃装置的示意图。

图中1.微型风扇，2.板式富氧膜组件，3.真空泵，4.电控柜，5.专用富氧高效预热器，6.家用(微型)锅炉，7.专有富氧喷嘴，8.高效空气过滤器，9.通风机，10.气水分离脱湿稳压装置，11.工业锅炉，12.卷式膜富氧发生器，13.氧源，14.在线氧分析仪，15.(自动)换向控制系统，16.(玻璃熔炉)蓄热室，17.(玻璃熔炉)熔化部，18.风机，19.富氧浓度调节阀，20.富氧稳压/控制装置，21.增压风机，22.调节阀，23.回转窑四通道燃烧器中心点火枪用的中心管，24.高压风机，25.煤粉锅炉。

图1～5中的箭头为电揽/控制线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

实施例1 一种用于2万大卡/时家用(微型)锅炉的膜法富氧“对称燃烧”助燃装置

其流程参见附图1。空气由微型风扇1、板式富氧膜组件2和真空泵3共同构成氧源13，微型风扇1吹过板式富氧膜组件2，通过真空泵3抽真空获得10-150L/MIN、浓度27-32％的富氧空气，然后经过家用(微型)锅炉6的排烟管，用耐高温耐腐蚀的金属管把专用富氧高效预热器5和专有富氧喷嘴7焊接成一整体送到家用锅炉6的火焰中心，其富氧量大约为助燃风量的2-60％，压力大约1-5KPa，预热后的富氧温度在100-600℃之间，富氧线速在10-80M/S之间。专用富氧高效预热器5为一支耐高温耐腐蚀的金属管，直径15-50MM，长30-100MM，一端焊接专有富氧喷嘴7，其专有富氧喷嘴7的外形类似于大小头，其小头直径3-10MM，长10-30MM。装置的开停由电控柜4控制，并和家用锅炉6连锁。使用膜法富氧“对称燃烧”技术后一般节油(气)5-20％、CO减少20-95％、NO_X减少20-50％、CO₂减少5-20％、空气过剩系数下降10-30％、排烟温度下降5-100℃等。

本实施例中提出的把专用富氧高效预热器5和专有富氧喷嘴7焊接成一整体，也适用于大部分燃油/气锅炉，不但避免了以前专利中采用2支富氧喷嘴对称安装，后部还要加保温，炉头的高温金属软管露在外面非常不安全，而且综合节能减排效果会更好。

实施例2 一种用于10吨工业燃煤锅炉的膜法富氧“S型/推迟燃烧”助燃集成装置

其流程参见附图2。高效空气过滤器8、通风机9和卷式膜富氧发生器12构成氧源13，空气通过高效空气过滤器8除去>0.5μ的灰尘后经通风机9增压到0.5-5Kpa后进入卷式膜富氧发生器12进行氧/氮分离，其富氮从卷式膜富氧发生器12的顶部排空，而富氧通过真空泵3抽真空获得100-500方/时、浓度27-32％的富氧空气，经气水分离脱湿稳压装置10脱湿稳压后送到工业锅炉11的省煤器上部，用耐高温耐腐蚀的金属管制成的列管式专用富氧高效预热器5来预热，预热后的富氧温度在100-500℃之间，再分2路分别从锅炉侧墙前后拱之间通过专有富氧喷嘴7送到工业锅炉11的火焰中心。原则是两侧墙的专有富氧喷嘴7共有6-10个，必须交叉布置，使烟气在炉膛中形成“S型”走向、延长烟气的停留时间，再通过“推迟燃烧”技术把工业锅炉11的5个风门开度从0.1-0.3、1、1、0.5-0.7和0-0.4调至0、0.5-0.8、1、0.5-0.8和0-0.2左右，使总助燃风量减少10-40％，用最少的氧来达到强化燃烧、提高火焰温度、促进燃烧完全，减少废气和粉尘的排放，减少烟气对锅炉的冲刷，从而达到综合节能减排和延长炉龄等。其富氧量大约为助燃风量的0.5-10％，压力大约1-5Kpa，富氧线速在20-100M/S之间。其专有富氧喷嘴7用耐高温耐腐蚀的金属管制成，一端为扁口，尺寸为(6-12)×(15-50)MM，扩散角为3-50°，另一端接大小头和金属软管，专有富氧喷嘴7的扁口距炉排上方500-2000MM，向下倾角大约3-50°。装置的开停由电控柜4控制，并可和工业锅炉11连锁。使用膜法富氧“S型燃烧”技术后一般节煤在5-40％、CO减少30-95％、NO_X减少20-70％、CO₂减少5-30％、林格曼黑度下降1-3级、炉渣可燃物含量下降20-70％、固体没完全燃烧热损失下降15-50％、空气过剩系数下降20-60％、排烟温度下降15-100℃，还可以使用部分劣质煤，从而综合效益会更好。

本实施例中提出的膜法富氧“S型/推迟燃烧”助燃集成装置，适用于所有链条炉，比以前专利更容易实施，综合节能减排效果也更好。

实施例3 一种用于马蹄焰玻璃熔炉的“梯度燃烧”助燃装置

其流程参见附图3。该实施例使用的氧源13可以是膜法得到的富氧、也可以是深冷法或变压吸附制氮的副产品，该氧源13的氧浓度一般比较高，而且不太稳定，所以需要加在线氧分析仪14来监测富氧浓度、并通过风机18和富氧浓度调节阀19、富氧稳压/控制装置20来控制所需要的富氧浓度和流量。其富氧要通过(自动)换向控制系统15(该系统必须和玻璃熔炉的换向一致)，然后分2路进入(玻璃熔炉)蓄热室16通过专用富氧高效预热器5来预热，预热后的富氧温度在300-1000℃之间，最后通过专有富氧喷嘴7把高温富氧送入(玻璃熔炉)熔化部17。其专用富氧高效预热器5用耐高温耐腐蚀的金属板制成板式、专有富氧喷嘴7数量和玻璃熔炉燃料枪的数量一致，对燃发生炉煤气的玻璃熔炉，专有富氧喷嘴7数量一般2到5对即可。其富氧量大约为助燃风量的2-50％，压力大约1-9Kpa，富氧线速在20-150M/S之间。其专有富氧喷嘴(7)用耐高温耐腐蚀的金属管制成，一端为扁口，尺寸为(6-12)×(15-50)MM，另一端接大小头和金属软管，扁口一端置于燃料枪的垂直下部，中心距为10-80MM。使用“梯度燃烧”技术后一般节能在5-30％、增产5-20％、产品质量提高1-3级、CO减少30-95％、NO_X减少20-70％、CO₂减少5-30％、粉尘减少15-60％、林格曼黑度下降1-3级、空气过剩系数下降10-40％、排烟温度下降15-200℃。

本实施例中提出的“梯度燃烧”助燃装置，适用于所有单元窑、马蹄焰窑、横火焰窑、双碹窑和熔固炉等，比以前的专利应用面更广。

实施例4 一种用于150吨煤粉锅炉的膜法富氧“四角燃烧”助燃装置

其流程参见附图4。本实施例的说明同实施例2，其富氧流量为助燃风量的1-5％，该富氧经煤粉锅炉25的省煤器上部，用耐高温耐腐蚀的金属管制成的列管式专用富氧高效预热器5来预热，预热后的富氧温度在100-600℃之间，再分4路分别从煤粉锅炉25的四角煤粉燃烧器上部通过专有富氧喷嘴7送到煤粉锅炉25的火焰中心。原则是每角的专有富氧喷嘴7一般为1-3个，具体必须根据炉况和煤种等来确定，使烟气在炉膛中形成假想园、延长烟气的停留时间，用最少的氧来达到强化燃烧、提高火焰温度、促进燃烧完全，减少结焦、废气、NOX和粉尘的排放，减少烟气对锅炉的冲刷，从而节能减排和延长炉龄等。其富氧量大约为助燃风量的1-3％，压力人约2-10Kpa，富氧线速在20-100M/S之间。其专有富氧喷嘴7用耐高温耐腐蚀的金属管制成，一端为扁口，尺寸为(8-15)×(15-80)MM，扩散角为5-60°，另一端接大小头和金属软管，专有富氧喷嘴7的扁口距煤粉锅炉25四角煤粉燃烧器上部1-10M处，水平布置，与火焰中心角度大约在±50°范围内。装置的开停由电控柜4控制，并可和煤粉锅炉25连锁。使用膜法富氧“四角燃烧”技术后一般节煤在2-10％、CO减少20-80％、NO_X减少10-70％、CO₂减少2-10％、炉渣可燃物含量下降10-50％、固体没完全燃烧热损失下降15-40％、空气过剩系数下降5-20％、排烟温度下降10-50℃、林格曼黑度有所下降、大大减少炉膛结焦和高温腐蚀、提高了低负荷不投油稳燃能力等。

实施例5 一种用于日产5000吨新型干法水泥回转窑的膜法富氧“对称燃烧”助燃装置

其流程参见附图5。该窑日耗煤600-800吨，其富氧流量为助燃风量的1-5％，经高压风机24增压到1030Kpa，富氧线速在80-400M/S之间。回转窑点火时把进入回转窑四通道燃烧器中心点火枪用的中心管23的调节阀22关闭，打开回转窑四通道燃烧器中心点火枪用的中心管23的套管上的富氧调节阀22，用富氧点火，可缩短点火时间、当点火油枪拿走后即打开回转窑四通道燃烧器中心点火枪用的中心管23的调节阀22，利用窑头高温把富氧加热到100℃以上后迅速进入火焰中心，再根据需要调节中心风套管上的富氧调节阀22。采用富氧后由于燃料的燃点降低，更容易使燃料着火，这样既能减少空气过剩系数、提高火焰温度、火焰黑度和辐射热，又能延长烟气停留时间、使煤粉更充分、更完全的燃烧，从而能提高水泥质量、减少烟尘和有害气体等的排放并能降低排烟温度等。

使用膜法富氧“对称燃烧”技术后一般节煤在1-8％、CO减少20-80％、NO_X减少10-70％、CO₂减少2-10％、空气过剩系数下降5-20％、排烟温度下降10-80℃、林格曼黑度有所下降、水泥产量和质量明显提高，还可以使用部分劣质煤，从而综合效益会更好等。

总之，局部增氧助燃装置应用面非常广，适用于所有燃料和窑炉，既能扩大劣质燃料的应用范围，又能充分发挥优质燃料的性能！既能明显节能、提高产品品质和产量，又能延长炉龄、减少烟尘、粉尘、CO、CO₂和NO_X等，具有显著的综合节能减排效益。

Claims

1、综合节能减排型局部增氧助燃装置，是在炉窑旁加一套局部增氧助燃装置，该装置包括氧源(13)、专用富氧高效预热器(5)、专有富氧喷嘴(7)和电控柜(4)四部分组成，在其中，氧源(13)、专用富氧高效预热器(5)和专有富氧喷嘴(7)依次连接，电控柜通过电缆和控制线与氧源(13)、专用富氧高效预热器(5)、专有富氧喷嘴(7)分别连接，仅专用富氧高效预热器(5)和专有富氧喷嘴(7)与有关窑炉接触且专有富氧喷嘴(7)深入窑炉内，其特征在于：所述的电控柜(4)内设置有具有控制局部增氧助燃装置的开停和窑炉的连锁功能的全自动功能控制系统，伴随窑炉的随时开停，而局部增氧助燃装置也随之开停。

2、如权利要求1所述的综合节能减排型局部增氧助燃装置，其特征在于：对燃油燃气窑炉，所述专用富氧高效预热器(5)和专有富氧喷嘴(7)以焊接方式连接为一整体。

3、根据权利要求1所述的综合节能减排型局部增氧助燃装置，其特征在于：所述氧源(13)由微型风扇(1)、板式富氧膜组件(2)和真空泵(3)组成。

4、根据权利要求1所述的综合节能减排型局部增氧助燃装置，其特征在于：所述氧源(13)由高效空气过滤器(8)、通风机(9)、卷式膜富氧发生器(12)和真空泵(3)组成。

5、根据权利要求1所述的综合节能减排型局部增氧助燃装置，其特征在于：所述氧源(13)是膜法制氮的副产品，或是变压吸附法、深冷法、化学法或工业副产品。

6、根据权利要求1所述的综合节能减排型局部增氧助燃装置，其特征在于专有富氧喷嘴(7)用水泥回转窑四通道燃烧器中心点火枪用的中心管(23)替代。

7、如权利要求1所述的综合节能减排型局部增氧助燃装置，其特征在于：还包括风机(18)、在线氧分析仪(14)和和富氧浓度调节阀(19)进行富氧浓度调节；风机(18)通过调节阀(19)连接至富氧稳压/控制装置(20)，富氧稳压/控制装置(20)与增压风机(21)相连接，在增压风机(21)和富氧稳压/控制装置(20)之间，连有在线氧分析仪(14)。

8、一种综合节能减排型局部增氧助燃装方法，是利用如权利要求1～7所述的综合节能减排型局部增氧助燃装置，按下述步骤操作的：

9、如权利要求8所述的综合节能减排型局部增氧助燃装方法，其特征在于：当所提供的富氧量超过窑炉助燃所需空气量的0.5-60％、富氧浓度超过22-40％时，需加风机(18)、在线氧分析仪(14)和富氧浓度调节阀(19)稀释到最佳的范围内，其富氧线速一般为10-500m/s、富氧压力一般为0.5-50Kpa。