CN104006405A - 一种陶瓷窑炉富氧助燃节能装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，属于陶瓷窑炉的节能环保技术领域。该装置包括依次相连的富氧膜组件、水环真空泵、富氧气体缓冲罐、增压风机以及燃烧器；所述燃烧器包括燃烧器管体、主送风管道、燃料管路和燃烧器喷嘴，其中：所述燃烧器管体的一端封闭，另一端连接燃烧器喷嘴，燃烧器管体为多个；所述增压风机通过富氧气体管道连接主送风管道，燃料管路和主送风管道分别与每个燃烧器管体连接；主送风管道连接主送风风机。本发明装置根据陶瓷烧成工艺中炉窑气氛特点，使用富氧气体代替部分空气，可明显减少烟气排放热损失同时，节省能源、减少有害气体排放。

Description

一种陶瓷窑炉富氧助燃节能装置

技术领域

本发明涉及陶瓷窑炉的节能环保技术领域，具体涉及一种陶瓷窑炉富氧助燃节能装置。

背景技术

据统计，目前国内各种工业炉窑（不包括锅炉）约有11万台，约占全国总能耗的1/4，占工业总耗能的60%。我国大气中90%的SO_X、85%的CO₂、80%的RO_X(粉尘)和50%的NO_X污染均来自工业锅炉、炉窑，在中国能源短缺，环境污染日益加剧的前提下推进节能环保、发展绿色产业，特别是推进工业炉窑这一高污染、高能耗行业的节能减排对中国而言已是箭在弦上，刻不容缓。

在国际国内节能减排呼声日趋强烈，经济增长方式转变、节能增效驱动、政策支持等因素驱动下，工业窑炉节能环保市场将持续发展。我国目前有各种陶瓷窑炉15000多座，虽然我国陶瓷工业产量在世界上遥遥领先，但无论是热效率还是热能利用率，一般都较低，而且产品单耗大，成本高。另一方面，陶瓷窑炉生产过程在消耗大量能源的同时，燃料燃烧产生的烟气含有危害极大的CO₂、SO₂和NO_X等有害气体。因此节能与环保成为陶瓷窑炉改造的中心任务。

回顾我国陶瓷工业的发展历史，不难发现，陶瓷行业的燃料就有煤、燃油、燃气等，而燃料又占这一行业生产成本比重较大。长期以来企业在改进工艺的同时，都非常注重节约燃料的技术和工艺，如窑炉结构的优化设计、烧成技术的创新、改进科学合理的烧嘴、余热回收利用、炉窑自动控制等，但是这一切还是改变不了与国外同类产品能耗水平差距大的事实。

决定燃烧的因素有：燃料、温度和氧气。众所周知空气中的氧的体积含量为20.93％、氮为78.1％及少量的惰性气体等。无论工业锅炉或工业窑炉在燃料燃烧的过程中，氧只占空气总量1/5左右，而占空气总量约4/5的氮和其他惰性气体非但不助燃，反而将随着燃烧的进行带走大量的热能。

人们把含氧量大于20.93％的空气叫做富氧气。大量实验和实践表明：富氧气参与燃烧将具有明显的节能与环保效应。富氧助燃技术节能机理如下：

（1）以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧助燃而强化了燃料的燃烧，通俗的说，在富氧环境下，燃料在最短的时间内迅速燃尽；可使燃料充分地释放出所有的热量，提高了燃料的燃烬率。

（2）以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧环境而减少燃料的热损失，节约了燃料；

（3）以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧环境有效的提高了燃烧系统的升温速率而节能；

（4）对可适当提高工艺温度的燃烧系统来说，如锅炉、窑炉因富氧环境可有效的提高炉内火焰温度，有效的改善了炉内火焰的热传递效率，显著节能。

（5）以富氧气体作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧环境可有效的提高火焰黑度，改善传热效率，提高热量利用率，从而节能。

（6）以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统因富氧环境可有效的减少了过剩空气系数，减少燃烧后的排气量，进而减少了排气热损失，提高了热效率，从而节能。

（7）以富氧作为氧化剂来源的燃烧系统，可以降低燃料燃点温度，提高火焰强度和增加释放热量等，从而获得更宽泛的燃料选择范围，同等条件下可利用更加劣质的燃料或者替代燃料。

但是，将富氧燃烧技术与陶瓷窑炉相结合的关键技术，包括：①富氧空气流的配送技术；②与燃烧炉的匹配技术；③专用（专利）富氧喷嘴的设计等，这些关键技术运用的好坏，直接关系到锅炉设备的节能、增产、使用寿命、环保等重要指标的优劣，富氧燃烧后的锅炉能否增加综合效益的关键所在。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，该装置根据陶瓷烧成工艺中炉窑气氛特点，使用富氧气体代替部分助燃空气，可明显减少烟气排放热损失同时，节省能源、保护环境。

本发明的技术方案是：

一种陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，该装置包括依次相连的富氧膜组件、水环真空泵、富氧气体缓冲罐、增压风机以及燃烧器；所述燃烧器包括燃烧器管体、主送风管道、燃料管路和燃烧器喷嘴，其中：所述燃烧器管体的一端封闭，另一端连接燃烧器喷嘴，燃烧器管体可以为多个；所述增压风机通过富氧气体管道连接燃料管路，燃料管路和主送风管道分别与每个燃烧器管体连接；主送风管道还连接主送风风机。

所述燃料管路、主送风管道和富氧气体管道都是由主管道和分支管道组成，燃料管路和主送风管道分别通过各个分支管道连接每个燃烧器管体；增压风机连接富氧气体管道的主管道，富氧气体管道的各个分支管道与燃料管路的各个分支管道分别对应连接（富氧气体通过富氧气体的各个分支管道进入燃料管路，在燃料管路中富氧气体和燃料气体实现预混合，然后共同进入燃料器管体中，且富氧气体管道的分支管道中富氧气体的压力与燃料管路分支管道中燃料的压力相等（预混合前））。

所述燃料管路的主管道上接有燃料流量调节阀，主送风管道的主管道上连接主送风管道调节阀，富氧气体管道其主管道上连接富氧气体电调阀；主送风风机连接在主送风管道其主管道的初始端。通过燃料流量调节阀和富氧气体电调阀使富氧气体流量与燃料流量的体积比值为8-15%。

所述富氧气体缓冲罐包括密闭的罐体和填料层，所述填料层设置于罐体中部，罐体侧壁下部设置气体入口，侧壁上部设置气体出口；所述罐体直径≥1m，罐体高度≥2.5m。

所述水环真空泵连有散热冷却装置，用于对水环真空泵进行冷却散热。

所述散热冷却装置和富氧气体缓冲罐分别通过管道将废水排出，并通过管道上设置的阀门控制排放时间。

本发明上述陶瓷窑炉富氧助燃节能装置工作原理如下：

富氧膜组件（膜堆）：根据技术项目使用现场平面位置堆放膜组件，可平面布置，也可向上堆积。

水环真空泵：采用真空抽取方式，将膜堆的富氧气体富集后送入富氧气体缓冲罐。

富氧气体缓冲罐：富氧气体经过水环真空泵富集的同时，富氧气体含水量很高，从富氧气体缓冲罐的气体入口进入富氧气体缓冲罐后，由于罐体体积设计较大，富氧气体的速度降低，另外富氧气体通过填料层后将富氧气体中的水脱除，脱水后的富氧气体从罐体的气体出口进入增压风机，分离出来的水从罐体底部的管道排出（罐体底部设排出口，排出口连接用于排水的管道）。

增压风机：从富氧气体缓冲罐出来的富氧气体压力较低，不能克服后续流程中的阻力，因此通过增压风机进行增压后，提高富氧气体压力（富氧气体压力与燃料气体压力相一致）方能在燃料气体进入燃烧器管体前段在燃料管路中二者预混合。

陶瓷窑炉可以为隧道窑、辊道窑或梭式窑等工业窑炉。

本发明的优点及有益效果如下：

1、本发明装置使富氧气体经富集、增压后（富氧气体压力与燃料（天然气）压力相同），送到燃烧器管体前段（即靠近燃烧器管体的前端位置）再与燃料管路汇合，最大限度的提高富氧气体使用效果，达到节能和环保目的。

2、本发明装置中富氧管路、主送风管路分别装有启闭调节阀门，在不同工艺气氛和工艺时间要求的情况下开闭调节阀门，最终实现富氧用于节能和满足工艺要求的目的。

3、本发明装置中膜堆可以按照积木式，根据现场实际设备用地面积情况堆积摆放。

4、现有技术中经水环真空泵出来的富氧气体，依次经过汽水分离装置和气体缓冲装置分别进行汽水分离和气体的缓冲，本发明所设计的富氧气体缓冲罐则同时实现富氧气体的汽水分离和缓冲的作用，即：经水环真空泵出来的气体带有一定量的水，这部分气体进入富氧气体缓冲罐后，流量降低的同时也将气体中的水分脱除。该设计相比于现有技术，既节省占地面积，又节省设备造价。

5、本发明装置中富氧气体与燃料预混后再进入燃烧器管体，此种气体送入方式适合用于隧道窑、辊道窑、梭式窑等工业窑炉。

6、本发明根据陶瓷烧成工艺中炉窑气氛特点，使用富氧气体代替部分空气，可明显减少烟气排放热损失同时，节省能源。本发明使用富氧燃烧技术可做到综合节能10%以上。

7、本发明提出采用膜法富氧助燃技术作为一种窑炉节能技术，专门用于陶瓷窑炉等领域的节能改造，在使用富氧燃烧送风技术同时，通过改进燃烧器结构优化炉窑燃烧系统，通过控制助燃气体与燃料的流量比值（富氧气体流量与燃料流量体积比值为8-15%），在保证原烧结工艺曲线不变的情况下，同时改善陶瓷炉窑内温度分布均匀性，减少了燃料使用总量，同时降低尾部烟气中CO和氮氧化物的排放总量。这一技术不仅仅解决了节能降耗问题，更主要的是通过实施富氧节能技术改造也改进了陶瓷等工业炉窑产品的工艺水品和产品质量。

附图说明

图1为本发明陶瓷窑炉富氧助燃节能装置结构示意图。

图2为本发明陶瓷窑炉富氧助燃节能装置中燃烧器的结构示意图。

图3为本发明中燃烧器的一个燃烧器管体的立体结构示意图。

图4为本发明中富氧气体缓冲罐结构示意图。

其中：1-富氧膜组件；2-水环真空泵；3-富氧气体缓冲罐；31-罐体；32-填料层；33-气体出口；34-气体入口；4-增压风机；5-陶瓷窑炉；6-主送风风机；7-燃烧器；71-富氧气体管道；72-主送风管道；73-燃料管路；8-燃烧器管体；81-富氧气体电调阀；82-主送风管道电调阀；83-燃烧器喷嘴；9-地沟；10-管道泵；11-阀门；12-散热冷却装置；

具体实施方式

下面结合附图详述本发明。

如图1-4所示，本发明陶瓷窑炉富氧助燃节能装置包括依次相连的富氧膜组件1、水环真空泵2、富氧气体缓冲罐3、增压风机4以及燃烧器7；所述燃烧器7包括燃烧器管体8、主送风管道72、燃料管路73和燃烧器喷嘴83，其中：所述燃烧器管体8的一端封闭，另一端连接燃烧器喷嘴83，燃烧器管体83可以为多个，燃料管路73和主送风管道72分别与每个燃烧器管体83连接；所述增压风机4通过富氧气体管道71连接燃料管路73，主送风管道72连接主送风风机6。

所述燃料管路73、主送风管道72和富氧气体管道71都是由主管道和分支管道组成，燃料管路73和主送风管道72分别通过各个分支管道连接每个燃烧器管体8；增压风机4连接富氧气体管道71的主管道，再通过富氧气体管道71的各个分支管道分别与燃料管路73的各个分支管道相连接，最大限度的提高富氧气体使用效果。

所述燃料管路73的主管道上接有燃料流量调节阀，用于调节燃料（燃气或燃油）流量，主送风管道72的主管道上连接主送风管道电调阀82，用于调节送风流量；富氧气体管道71其主管道上连接富氧气体电调阀81，可以启闭及调节富氧气体的流量；主送风风机6连接在主送风管道72其主管道的初始端。

所述富氧气体缓冲罐3包括密闭的罐体31和填料层32，所述填料层32设置于罐体31中部，罐体31侧壁下部设置气体入口34，侧壁上部设置气体出口33；所述罐体31直径≥1m，罐体31高度≥2.5m。

所述水环真空泵2连有散热冷却装置12，用于对水环真空泵进行冷却散热。

所述散热冷却装置12通过安装有阀门11的管道将废水排入地沟9，汽水分离和富氧气体缓冲罐3通过安装有阀门11和管道泵10的管道将废水排入地沟9，管道上设置的阀门11可以定期开启排放废水。

实例1

一座1.5m³陶瓷梭式窑，设计额定总功率为30万大卡，分为两个燃烧器。空气流经富氧膜组件后被水环真空泵抽离成的富氧气的氧浓度为25-30％（体积含量）。燃气流量平均为28-35m³/h，燃气烧嘴供气管路内径为24mm，混燃富氧气体供气管路内径为8mm。在燃气供气压力及富氧气体供气压力等同的情况下，在保证原烧结工艺曲线不变的情况下，最终实现综合节能10%以上。

实例2

一条四十八米长陶瓷隧道窑，设计额定总功率为200万大卡，共计配有40个燃烧器。其中在10个配有6万大卡烧嘴的管路上增加富氧助燃工艺。空气流经富氧膜组件后被水环真空泵抽离成的富氧气的氧浓度为25-30％（体积含量）。其中燃气供气管路内径35mm，混燃富氧气体供气管路内径为12mm；在燃气供气压力及富氧气体供气压力等同的情况下，在保证原烧结工艺曲线不变的情况下，最终实现综合节能8%以上。

Claims (10)

1.一种陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：该装置包括依次相连的富氧膜组件、水环真空泵、富氧气体缓冲罐、增压风机以及燃烧器；所述燃烧器包括燃烧器管体、主送风管道、燃料管路和燃烧器喷嘴，其中：所述燃烧器管体的一端封闭，另一端连接燃烧器喷嘴，燃烧器管体为多个；所述增压风机通过富氧气体管道连接主送风管道，燃料管路和主送风管道分别与每个燃烧器管体连接；主送风管道连接主送风风机。

2.根据权利要求1所述的陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：所述燃料管路、主送风管道和富氧气体管道都是由主管道和分支管道组成，燃料管路和主送风管道分别通过各个分支管道连接每个燃烧器管体；增压风机连接富氧气体管道的主管道，富氧气体管道的各个分支管道与燃料管路的各个分支管道分别对应连接。

3.根据权利要求2所述的陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：富氧气体管道的分支管道中富氧气体的压力与燃料管路分支管道中燃料的压力相等。

4.根据权利要求2所述的陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：所述燃料管路的主管道上接有燃料流量调节阀，主送风管道的主管道上连接主送风管道电调阀，富氧气体管道其主管道上连接富氧气体电调阀；主送风风机连接在主送风管道其主管道的初始端。

5.根据权利要求4所述的陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：通过燃料流量调节阀和富氧气体电调阀使进入燃烧器主体的富氧气体流量与燃料流量的体积比值为8-15%。

6.根据权利要求1所述的陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：所述富氧气体缓冲罐包括密闭的罐体和填料层，所述填料层设置于罐体中部，罐体侧壁下部设置气体入口，侧壁上部设置气体出口。

7.根据权利要求6所述的陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：所述罐体直径≥1m，罐体高度≥2.5m。

8.根据权利要求1所述的陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：所述水环真空泵连有散热冷却装置，用于对水环真空泵进行冷却散热。

9.根据权利要求8所述的陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：所述散热冷却装置以及富氧气体缓冲罐分别通过管道将废水排出，并通过管道上设置的阀门控制排放时间。

10.根据权利要求1所述的陶瓷窑炉富氧助燃节能装置，其特征在于：该装置适合用于隧道窑、辊道窑、梭式窑或工业窑炉。