CN101650133A - 一种实现高温低氧燃烧的烟气能量循环再利用系统 - Google Patents

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Abstract

一种实现高温低氧燃烧的烟气能量循环再利用系统，属于工业炉技术领域。该系统包括加热炉、连续热回收装置、烟囱、高压风机、煤气加压机、高温低氧燃烧器；加热炉产生的高温烟气先进入放置在烟道中间的连续余热回收装置，通过吸收烟气的物理热，使烟气的排烟温度降至露点温度以上，经烟囱排出；与烟气流动方向相反，空、煤气由高压风机和煤气加压机从连续热回收装置另一端鼓入；冷空气、冷煤气在与烟气的逆向流动中，连续余热回收装置将温度预热到550～900℃。高温空气、高温煤气及部分烟气由高温低氧燃烧器组织燃烧，在低氧气氛下实现了稳定燃烧，同时降低钢件的氧化烧损。优点在于，解决了工业炉高能耗、低成材率的问题，经济、社会效益显著。

Description

一种实现高温低氧燃烧的烟气能量循环再利用系统
技术领域
本发明属于工业炉技术领域，特别是涉及一种实现高温低氧燃烧的烟气能量循环再利用系统。烟气能量循环再利用系统应用高温空气低氧燃烧技术和连续预热技术，实现高效燃烧和低污染物排放。
技术背景
工业炉生产过程都具有高能耗、高污染和低成材率的特点。工程技术人员一直在改进燃烧设备、回收烟气余热等方面寻求各种节能、节材措施，以提高炉子的燃料利用率并降低高温炉况下的钢件氧化烧损。
(1)一般从工业炉内排出的烟气温度通常高达700℃～1000℃，带走的热量约占总热量的35％～60％。常规工业炉高温烟气直接放散，热量大部分流出能量系统，造成严重的能量浪费。蓄热室工业炉通过蓄热体换向进行烟气余热回收，实现能量的循环再利用。但频繁换向造成了间断燃烧，产生“空烧”和容积效应等现象，既浪费燃料又不符合安全生产的要求。
(2)钢件在高温加热过程中，其表层金属容易与炉气中的多余氧化性气体接触发生氧化反应，导致钢件氧化烧损。从而造成工业炉内钢件成材率降低，生产中停炉清渣频繁，影响产量和加热质量。
因此，发明一种通过对烟气余热的能量回收，实现对空、煤气连续高效预热，构建工业炉能量循环再利用系统，又从根本上降低钢件氧化烧损率，实现高效燃烧的工业炉，对于工业炉领域有着重大的工程意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种实现高温低氧燃烧的烟气能量循环再利用系统，利用烟气余热循环系统对空煤气进行连续高温预热，并降低燃烧的氧化气氛以大幅度减少钢件氧化烧损率，解决工业炉高能耗、低成材率的问题。
本发明包括包括加热炉、连续热回收装置、烟囱、高压风机、煤气加压机、高温低氧燃烧器；加热炉产生的高温烟气先进入放置在烟道中间的连续余热回收装置，通过吸收烟气的物理热，使烟气的排烟温度降至露点温度150℃～250℃，经过烟囱排出；与烟气排放的方向相反，空气、煤气分别由高压风机和煤气加压机从连续热回收装置另一端鼓入；冷空气、冷煤气在与烟气的逆向流动中，通过连续热回收装置将温度预热到550℃～900℃。高温空气、高温煤气及部分烟气由高温低氧燃烧器组织燃烧，在低氧气氛下实现了稳定燃烧，同时降低钢坯的氧化烧损。由于连续余热回收装置气密性好，无任何泄露，空、煤气的余热回收装置在烟道中并联放置。
本发明所述的所述的连续余热回收装置包括换热元件、烟气通道、空气通道(9)、煤气通道；换热元件采用耐高温、热导率高、辐射特性强的非金属碳化硅材料制成，换热元件里的气体通道被隔成12～24层相互独立的空间，烟气通道和空气通道(9)、煤气通道层层交错成三明治结构排列。显著增加了换热面积，强化了换热效果，热回收效率可达80％，是常规热回收装置的1.3倍。是一种通过连续余热回收装置降低排烟温度和获得高温空气和煤气的能量再循环系统。
本发明的连续余热回收装置气密性好，无任何泄露，空气和煤气的连续余热回收装置在烟道中并联放置。
本发明所述的高温低氧燃烧器包括燃烧器箱体、烧嘴砖、煤气进口、煤气通道、空气进口、空气通道、烟气卷吸区、烟气循环通、空气烟气混合室；燃烧器箱体与烧嘴砖由保温纤维配合安装，煤气进口由布置在烧嘴砖中部的煤气通道直喷入炉内；高温低氧燃烧器上部为空气进口，空气通道前的缩径部位为烟气卷吸区，将炉内烟气通过烟气循环通吸入大量的炉膛内的烟气，烟气卷吸区前部扩张区域为空气烟气混合室。该高温低氧燃烧器利用炉内烟气回流实现炉内高温低氧燃烧。烟气卷吸区能吸入大量的炉膛内的烟气，冲淡空气中的氧浓度，达到低氧燃烧的目的。
高温低氧燃烧器由于空气高速喷入在通道截面缩小处的烟气卷吸区形成负压，卷吸炉内的大量烟气，用回流的烟气稀释空气含氧量，实现炉内低氧燃烧气氛。
本发明的优点和积极效果：
本发明的特别之处在于余热利用系统采用了一种连续余热回收装置，烟气和空气、煤气通过独立的气流通道进行换热，换热过程连续进行，无换向设备，无任何泄露。换热元件特殊的结构和材质使烟气余热得到了极限回收，能量从烟气传递给空煤气，既充分利用了烟气余热又得到了低氧燃烧所需的高温空煤气。本发明工业炉的另一特征在于燃烧系统采用了一种既能高效燃烧又能降低污染物排放的低氧燃烧器。燃烧器通过直接取自炉膛的回流烟气而非排空烟气来冲淡空气氧浓度，通过结构上的改进和参数上的优化，空气通道形成了较大的负压区，回流烟气可在负压作用下无需任何动力装置进入混合室，高温烟气的进入一方面极大冲淡了空气氧浓度，另一方面对高温空气再次预热，使燃烧在更高的助燃空气和低氧状态下进行，钢件的氧化烧损率和NOx生产量大幅降低，燃烧状况更好。本发明工业炉，通过采用以上系统设备后，空气预热温度可达900℃、煤气预热温度可达550℃左右，排烟温度降至露点温度(150℃～250℃)以上，炉温更均匀，炉压更稳定，50％的烟气经由烟气循环通道回流，炉膛中氧浓度降低50％左右，燃烧区的含氧体积浓度降低至4％仍能维持稳定燃烧，节约燃料约35％，氮氧化物的生成量降低约50％，钢件的氧化烧损减少0.5％左右，且能实现连续预热，无需换向设备，无需烟气再循环动力设备，既实现了低氧燃烧，又使烟气的余热得到循环利用，本发明工业炉经济效益和社会效益显著。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。其中，工业炉1、连续余热回收装置2、烟囱3、高压风机4、煤气加压机5、高温低氧燃烧器6。
图2为本发明一种连续余热回收装置整体结构示意图。其中，连续余热回收装置2、换热元件7、烟气通道8、空气通道9、煤气通道10。
图3为本发明一种高温低氧燃烧器的整体结构示意图。其中，高温低氧燃烧器6、燃烧器箱体11、烧嘴砖12、煤气进口13、煤气通道14、空气进口15、空气通道16、烟气卷吸区17、烟气循环通18、空气烟气混合室19。
具体实施方式
工业炉1产生的高温烟气先进入放置在烟道中间的连续余热回收装置2，通过换热元件7中的烟气通道8，把烟气的物理热传递给换热元件，烟气的温度降至露点温度(150℃～250℃)以上，经过烟囱3排入大气。与烟气排放的方向相反，空气由高压风机4鼓入到连续余热回收装置2。冷空气连续通过换热元件7中的空气通道9，吸收烟气物理热，将温度预热到900℃的高温。高温空气由管道送到燃烧器箱体11，通过燃烧器上部的空气进口15，进入到烧嘴砖12中的空气通道16，由于空气在其前部的缩径部位高速喷入，烟气卷吸区17形成负压，通过烟气循环通道18吸入大量炉膛内的烟气，在空气烟气混合室19中充分稀释空气，降低含氧量。煤气由加压机输送至连续余热回收装置2，换热后由煤气进口13进入到煤气通道14。喷入到炉中的高温低氧混合气体，与煤气进行燃烧。炉膛中的氧浓度降低后，火焰体积明显增大，炉内温度场均匀，温差范围减小。高温空气低氧燃烧技术和空煤气连续预热技术的结合，有效化解了长期困扰人们的燃料稳定燃烧与低氧浓度的矛盾，从根本上降低钢件氧化烧损率，节能降耗，而且产生的高温烟气可以循环使用。实践证明，应用高温低氧燃烧技术以及烟气能量再循环技术的工业炉，与同类工业炉比较，氧化烧损降低30％，节能35％以上。

Claims (4)

1.一种实现高温低氧燃烧的烟气能量循环再利用系统，包括加热炉、连续热回收装置、烟囱、高压风机、煤气加压机、高温低氧燃烧器；其特征在于，加热炉(1)产生的高温烟气先进入放置在烟道中间的连续余热回收装置(2)，通过吸收烟气的物理热，使烟气的排烟温度降至露点温度150℃～250℃，经过烟囱(3)排出；与烟气排放的方向相反，空气、煤气分别由高压风机(4)和煤气加压机(5)从连续热回收装置另一端鼓入；冷空气、冷煤气在与烟气的逆向流动中，通过连续热回收装置将温度预热到550℃～900℃。高温空气、高温煤气及部分烟气由高温低氧燃烧器(6)组织燃烧，在低氧气氛下实现了稳定燃烧，同时降低钢坯的氧化烧损。
2.如权利要求1的系统，其特征在于，所述的连续余热回收装置(2)包括换热元件(7)、烟气通道(8)、空气通道(9)、煤气通道(10)；换热元件(7)采用耐高温、热导率高、辐射特性强的非金属碳化硅材料制成，换热元件(7)里的气体通道被隔成12～24层相互独立的空间，烟气通道(8)和空气通道(9)、煤气通道(10)层层交错成三明治结构排列。
3.如权利要求1的系统，其特征在于，空气和煤气的连续余热回收装置在烟道中并联放置。
4.如权利要求1的系统，其特征在于，所述的高温低氧燃烧器(6)包括燃烧器箱体(11)、烧嘴砖(12)、煤气进口(13)、煤气通道(14)、空气进口(15)、空气通道(16)、烟气卷吸区(17)、烟气循环通(18)、空气烟气混合室(19)；燃烧器箱体(11)与烧嘴砖(12)由保温纤维配合安装，煤气进口(13)由布置在烧嘴砖中部的煤气通道(14)直喷入炉内；高温低氧燃烧器(6)上部为空气进口(15)，空气通道(16)前的缩径部位为烟气卷吸区(17)，将炉内烟气通过烟气循环通(18)吸入大量的炉膛内的烟气，烟气卷吸区前部扩张区域为空气烟气混合室(19)。
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