CN105509496A - 天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，以解决工业窑炉在应用过程中对环境造成污染的问题，同时达到节能、减排的效果。该系统包括：工业窑炉，装有多氧燃烧器，装有一次氧枪、燃料喷枪、二次氧枪、烟气喷枪；一次氧管道，连接一次氧枪，装有一次氧阀站；二次氧管道，连接二次氧枪，装有二次氧阀站；天然气管道，连接燃料喷枪，装有天然气阀站；烟气循环管道，入口端连接工业窑炉，出口端连接烟气喷枪，装有烟气阀站；自控装置，包括PLC上位机，工业窑炉、一次氧阀站、二次氧阀站、天然气阀站、烟气阀站分别与PLC上位机连接，使用时，通过PLC上位机控制工业窑炉、一次氧阀站、二次氧阀站、天然气阀站、烟气阀站。

Description

天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统

技术领域

本发明涉及烟气再循环技术领域，尤其是涉及一种天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统。

背景技术

天然气燃烧技术及与其相应的系统，在我国的应用范围比较广，天然气燃烧技术的核心装置为工业窑炉。

现有技术中，工业窑炉内燃烧所产生的大量烟气经处理后排放至外界环境。由于窑炉内产生的烟气的量较大，大量烟气附带大量能量，烟气被排放至外界环境，使得整个多氧燃烧系统的整体能量大幅损失，并且，大量烟气排放至外界环境，势必在一定程度上造成环境污染。

发明内容

本发明的目的在于提供一种天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，以解决工业窑炉在应用过程中对环境造成污染的问题，同时达到节能、减排的效果。为达到上述目的，本发明实施例采用以下技术方案：

一种天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，包括：

工业窑炉，其上装设有多氧燃烧器，所述多氧燃烧器上安装有一次氧枪、燃料喷枪、二次氧枪、烟气喷枪；

一次氧管道，其出口端与所述一次氧枪连接，其上装设有一次氧阀站；

二次氧管道，其出口端与所述二次氧枪连接，其上装设有二次氧阀站；

天然气管道，其出口端与所述燃料喷枪连接，其上装设有天然气阀站；

烟气循环管道，其入口端与所述工业窑炉连接，其出口端与所述烟气喷枪连接，其上装设有烟气阀站；

自控装置，包括PLC上位机，所述工业窑炉、所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站、所述烟气阀站分别与所述PLC上位机连接，使用时，通过所述PLC上位机控制所述工业窑炉、所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站、所述烟气阀站。

作为上述技术方案的进一步改进，所述工业窑炉上装设有第二热电偶，所述第二热电偶与所述PLC上位机连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一次氧阀站包括：装设在所述一次氧管道上，自其入口端至出口端依次排列的第一截止阀、第一压力表、第一气体稳压阀、第一压力变送器、第一热电偶、第一气体流量计、第一气体调节阀、第一气体切断阀；且设，所述第一气体流量计、第一气体调节阀均与所述PLC上位机连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述二次氧阀站包括：装设在所述二次氧管道上，自其入口端至出口端依次排列的第二气体流量计、第二气体调节阀、第二气体切断阀；且设，所述第二气体流量计、第二气体调节阀均与所述PLC上位机连接。

优选地，所述二次氧管道的入口端连接在所述第一热电偶与所述第一气体流量计之间的所述一次氧管道上。

作为上述技术方案的进一步改进，所述天然气阀站包括：装设在所述天然气管道上，自其入口端至出口端依次排列的第三截止阀、气体过滤器、第三压力表、第三气体稳压阀、第三压力变送器、第三气体流量计、第三气体调节阀、第三气体切断阀；且设，所述第三气体流量计、第三气体调节阀均与所述PLC上位机连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述烟气循环管道上，自其入口端至出口端依次装设有烟气锅炉设备、循环风机、所述烟气阀站。

进一步地，所述烟气阀站包括：装设在所述烟气循环管道上，自其入口端至出口端依次排列的第一蝶阀、第四气体流量计、第四气体调节阀、流量表；且设，所述第四气体流量计、第四气体调节阀均与所述PLC上位机连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述自控装置上集成有安全联锁控制模块，所述安全联锁控制模块装载有GFT联锁停车保护程序，所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站均与所述安全联锁控制模块连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述烟气循环管道上靠近所述工业窑炉的区域连接有放散管。

进一步地，所述烟气锅炉设备与所述循环风机之间的所述烟气循环管道上连接有烟气回收管道，所述烟气回收管道上装设有第二蝶阀，所述PLC上位机与所述第二蝶阀连接。

作为上述技术方案的进一步改进，所述一次氧枪、燃料喷枪、二次氧枪、烟气喷枪在所述多氧燃烧器上自上而下依次排列。

优选地，使用时，所述工业窑炉中的氧气量占总进气量的20％-50％，所述工业窑炉中的烟气量占总进气量的50％-80％。使用本发明提供的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统时，检查并开启自控控制系统，自动控制系统中的PLC上位机控制工业窑炉、一次氧管道、二次氧管道、天然气管道、烟气循环管道开启，工业窑炉中的点火器自动点火，PLC上位机自动调节氧气压力和氧气流量至设定值、自动调节烟气压力和烟气流量至设定值，以及自动调节天然气压力和天然气流量至设定值；天然气和一次氧气进入工业窑炉内，在工业窑炉内进行燃烧，而来自二次氧管道的二次氧气从二次氧枪中高速喷出，迅速掺混来自烟气循环管道的烟气，使氧气浓度得以稀释，在工业窑炉内形成多氧状态，天然气在多氧状态下逐级掺混燃烧，加大火焰的覆盖面积，以达到均匀工业窑炉内温度及回收烟气能量的目的。

现有技术中，工业窑炉内燃烧所产生的大量烟气经处理后排放至外界环境。由于窑炉内产生的烟气的量较大，大量烟气附带大量能量，烟气被排放至外界环境，使得整个多氧燃烧系统的整体能量大幅损失，并且，大量烟气排放至外界环境，势必在一定程度上造成环境污染。相比于现有技术，本发明提供的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，充分回收利用工业窑炉内产生的烟气，利用该烟气稀释氧气，在工业窑炉内形成多氧状态，达到均匀工业窑炉内温度的目的，防止窑炉内局部温度过高，提高使用过程的使用安全性；在此基础上，利用PLC上位机自动调节烟气的压力和流量、氧气的压力和流量，以及天然气的压力和流量，使烟气、氧气及天然气的比例最优化搭配，最大程度地回收利用窑炉内产生的烟气，同时实现大幅降低烟气排放量的目的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统的示意图。

附图标记：

1-工业窑炉，11-多氧燃烧器，12-第二热电偶，11a-一次氧枪，11b-燃料喷枪，11c-二次氧枪，11d-烟气喷枪；

2-一次氧管道，21-第一截止阀，22-第一压力表，23-第一气体稳压阀，24-第一压力变送器，25-第一热电偶，26-第一气体流量计，27-第一气体调节阀，28-第一气体切断阀；

3-二次氧管道，31-第二气体流量计，32-第二气体调节阀，33-第二气体切断阀；

4-天然气管道，41-第三截止阀；42-气体过滤器；43-第三压力表；44-第三气体稳压阀；45-第三压力变送器；46-第三气体流量计；47-第三气体调节阀；48-第三气体切断阀；

5-烟气循环管道，5a-放散管，5b-烟气锅炉设备，5c-烟气回收管道，5d-第二蝶阀,5e-循环风机，51-第一蝶阀，52-第四气体流量计，53-第四气体调节阀，54-流量表。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

图1为本发明实施例提供的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统的示意图，请参阅图1，本发明具体实施例提供的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，包括：

工业窑炉1，其上装设有多氧燃烧器11，所述多氧燃烧器11上安装有一次氧枪11a、燃料喷枪11b、二次氧枪11c、烟气喷枪11d；

一次氧管道2，其出口端与所述一次氧枪11a连接，其上装设有一次氧阀站；

二次氧管道3，其出口端与所述二次氧枪11c连接，其上装设有二次氧阀站；

天然气管道4，其出口端与所述燃料喷枪11b连接，其上装设有天然气阀站；

烟气循环管道5，其入口端与所述工业窑炉1连接，其出口端与所述烟气喷枪11d连接，其上装设有烟气阀站；

自控装置(图中未示出)，包括PLC上位机，所述工业窑炉1、所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站、所述烟气阀站分别与所述PLC上位机连接，使用时，通过所述PLC上位机控制所述工业窑炉1、所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站、所述烟气阀站。

使用本发明提供的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统时，检查并开启自控控制系统，自动控制系统中的PLC上位机控制工业窑炉、一次氧管道、二次氧管道、天然气管道、烟气循环管道开启，工业窑炉中的点火器自动点火，PLC上位机自动调节氧气压力和氧气流量至设定值、自动调节烟气压力和烟气流量至设定值，以及自动调节天然气压力和天然气流量至设定值；天然气和一次氧气进入工业窑炉内，在工业窑炉内进行燃烧，而来自二次氧管道的二次氧气从二次氧枪中高速喷出，迅速掺混来自烟气循环管道的烟气，使氧气浓度得以稀释，在工业窑炉内形成多氧状态，天然气在多氧状态下逐级掺混燃烧，加大火焰的覆盖面积，以达到均匀工业窑炉内温度及回收烟气能量的目的。

现有技术中，工业窑炉内燃烧所产生的大量烟气经处理后排放至外界环境。由于窑炉内产生的烟气的量较大，大量烟气附带大量能量，烟气被排放至外界环境，使得整个多氧燃烧系统的整体能量大幅损失，并且，大量烟气排放至外界环境，势必在一定程度上造成环境污染。相比于现有技术，本发明提供的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，充分回收利用工业窑炉内产生的烟气，利用该烟气稀释氧气，在工业窑炉内形成多氧状态，达到均匀工业窑炉内温度的目的，防止窑炉内局部温度过高，提高使用过程的使用安全性；在此基础上，利用PLC上位机自动调节烟气的压力和流量、氧气的压力和流量，以及天然气的压力和流量，使烟气、氧气及天然气的比例最优化搭配，最大程度地回收利用窑炉内产生的烟气，同时实现大幅降低烟气排放量的目的。

请继续参阅图1，作为上述技术方案的进一步改进，所述工业窑炉1上装设有第二热电偶12，所述第二热电偶12与所述PLC上位机连接；且设，所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站、所述烟气阀站均与所述第二热电偶12连接。具体使用时，第二热电偶可将工业窑炉的温度信息反馈至PLC上位机，PLC上位机根据所获得的温度信息，以及系统设置的烟气、氧气、天然气的原始数据信息，通过控制一次氧阀站、二次氧阀站、天然气阀站、烟气阀站等，实现调节一次氧管道中一次氧流量及压力数值、调节二次氧管道中的二次氧流量及压力数值、调节天然气管道中天然气流量及压力数值、调节烟气管道中烟气流量及压力数值的目的，实现烟气、氧气及天然气的比例最优化搭配，最大程度地回收利用窑炉内产生的烟气及其所附带的大量热能。

具体地，请继续参阅图1，所述一次氧阀站包括：装设在所述一次氧管道2上，自其入口端至出口端依次排列的第一截止阀21、第一压力表22、第一气体稳压阀23、第一压力变送器24、第一热电偶25、第一气体流量计26、第一气体调节阀27、第一气体切断阀28；且设，所述第一气体流量计26、第一气体调节阀27均与所述PLC上位机连接。

请继续参阅图1，进一步地，所述二次氧阀站包括：装设在所述二次氧管道3上，自其入口端至出口端依次排列的第二气体流量计31、第二气体调节阀32、第二气体切断阀33；且设，所述第二气体流量计31、第二气体调节阀32均与所述PLC上位机连接；优选地，所述二次氧管道3的入口端连接在所述第一热电偶25与所述第一气体流量计26之间的所述一次氧管道2上。

请继续参阅图1，进一步地，所述天然气阀站包括：装设在所述天然气管道4上，自其入口端至出口端依次排列的第三截止阀41、气体过滤器42、第三压力表43、第三气体稳压阀44、第三压力变送器45、第三气体流量计46、第三气体调节阀47、第三气体切断阀48；且设，所述第三气体流量计46、第三气体调节阀47均与所述PLC上位机连接。

请继续参阅图1，进一步地，所述烟气循环管道5上，自其入口端至出口端依次装设有烟气锅炉设备5b、循环风机5e、所述烟气阀站；所述烟气阀站包括：装设在所述烟气循环管道5上，自其入口端至出口端依次排列的第一蝶阀51、第四气体流量计52、第四气体调节阀53、流量表54；且设，所述第四气体流量计52、第四气体调节阀53均与所述PLC上位机连接，并且，循环风机5e也与第四气体流量计52、第四气体调节阀53连接。

使用时，PLC上位机可根据第二热电偶所反馈的温度信号，以及系统设置的烟气、氧气、天然气的原始比例数据信息，对一次氧、二次氧、天然气及烟气实现同时调节。具体地，PLC上位机可根据第二热电偶所反馈的温度信号，以及一次氧供给量和二次氧供给量的比例数据，对一次氧供给量和二次氧供给量进行重新调节；同时，PLC上位机可根据第二热电偶所反馈的温度信号，以及原始的总氧气量和天然气总供给量比例数据，对总氧气供给量进行重新调节；同时，PLC上位机可根据第二热电偶所反馈的温度信号，以及原始的烟气量和总进气量比例数据，对烟气的供给量进行重新调节，即实现同时调节一次氧管道中一次氧流量及压力数值、二次氧管道中的二次氧流量及压力数值、天然气管道中天然气流量及压力数值、烟气管道中烟气流量及压力数值的目的，实现烟气、氧气及天然气的比例最优化搭配，最大程度地回收利用窑炉内产生的烟气及其所附带的大量热能。

基于天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，作为上述技术方案的进一步改进，所述自控装置上集成有安全联锁控制模块，所述安全联锁控制模块装载有GFT联锁停车保护程序，所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站均与所述安全联锁控制模块连接。上述天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统在使用过程中，当氧气供给量和烟气供给量低于预设值时，安全联锁控制模块控制该系统停止工作。

请继续参阅图1，作为上述技术方案的进一步改进，所述烟气循环管道5上靠近所述工业窑炉1的区域连接有放散管5a,当第二烟气再循环管道出现问题时，可开启放散通道，将烟气排放；进一步地，所述烟气锅炉设备5b与所述循环风机5e之间的所述烟气循环管道5上连接有烟气回收管道5c，所述烟气回收管道5c上装设有第二蝶阀5d，所述PLC上位机与所述第二蝶阀5d连接；使用时，可将多余的烟气经烟气回收管道排放，以供其他用途；并且，PLC上位机可根据第二热电偶所反馈的温度信号，以及原始的烟气量数据，对烟气的供给量进行重新调节。

需要说明的是，使用中，PLC上位机可根据工业窑炉内的实际需求对烟气、氧气、天然气同时进行调节，或者只对其中的一种或两种气体进行调节。

请继续参阅图1，作为上述技术方案的进一步改进，为了使一次氧枪、燃料喷枪、二次氧枪、烟气喷枪在多氧燃烧器上的设置位置，更加利于工业窑炉的内燃烧反应，使炉内燃烧更加均匀，设置所述一次氧枪11a、燃料喷枪11b、二次氧枪11c、烟气喷枪11d在所述多氧燃烧器11上自上而下依次排列。

基于上述天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，本段针对其运作流程进行详细的描述。该多氧燃烧烟气再循环系统的开启与关闭由自控装置进行控制，启炉阶段时，检查并开启该自控装置，一次氧管道、二次氧管道、天然气管道、工业窑炉、烟气循环管道开启，点火器自动点火，PLC上位机将烟气压力和流量调节至设定值，接着二次氧管道自动开启，PLC上位机根据天然气供给量自动调节氧气压力和流量；烟气循环阶段时，工业窑炉内，一次氧与天然气接触充分，天然气快速燃烧，以保证根部火焰稳定；二次氧从二次氧枪中高速喷出，迅速掺混周围烟气，使氧气浓度得到稀释，工业窑炉内形成多氧状态,氧气与天然气逐级掺混燃烧，使火焰覆盖面不断扩大，以保证工业窑炉内温度分布均匀；燃烧所产生的烟气通过烟气循环管道进入到烟气锅炉设备，经余热回收后，再通过循环风机进入烟气阀站，待烟气压力及流量达到预期要求后进入到烟气喷枪中以完成后续流程，至此，实现工业窑炉所产生烟气的循环利用，达到本发明的目的。当需要停炉时，首先关闭天然气阀站，停止燃料的供给，PLC上位机自动切断一次氧管道和二次氧管道的气体切断阀，并关闭烟气循环管道上的各阀门。

在上述天燃气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统的整个流程中，PCL上位机根据工业窑炉内燃烧的实时实际需求，对工业窑炉内的燃料供给量、烟气供给量及氧气供给量进行实时调节，以满足其要求，本发明实施例中，设置其要求为：所述工业窑炉中的氧气量占总进气量的20％-50％，所述工业窑炉中的烟气量占总进气量的50％-80％。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，包括：

工业窑炉，其上装设有多氧燃烧器，所述多氧燃烧器上安装有一次氧枪、燃料喷枪、二次氧枪、烟气喷枪；

一次氧管道，其出口端与所述一次氧枪连接，其上装设有一次氧阀站；

二次氧管道，其出口端与所述二次氧枪连接，其上装设有二次氧阀站；

天然气管道，其出口端与所述燃料喷枪连接，其上装设有天然气阀站；

烟气循环管道，其入口端与所述工业窑炉连接，其出口端与所述烟气喷枪连接，其上装设有烟气阀站；

自控装置，包括PLC上位机，所述工业窑炉、所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站、所述烟气阀站分别与所述PLC上位机连接，使用时，通过所述PLC上位机控制所述工业窑炉、所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站、所述烟气阀站。

2.根据权利要求1所述的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，所述工业窑炉上装设有第二热电偶，所述第二热电偶与所述PLC上位机连接。

3.根据权利要求2所述的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，所述一次氧阀站包括：装设在所述一次氧管道上，自其入口端至出口端依次排列的第一截止阀、第一压力表、第一气体稳压阀、第一压力变送器、第一热电偶、第一气体流量计、第一气体调节阀、第一气体切断阀；所述第一气体流量计、所述第一气体调节阀均与所述PLC上位机连接。

4.根据权利要求3所述的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，所述二次氧阀站包括：装设在所述二次氧管道上，自其入口端至出口端依次排列的第二气体流量计、第二气体调节阀、第二气体切断阀；所述第二气体流量计、所述第二气体调节阀均与所述PLC上位机连接；

所述二次氧管道的入口端连接在所述第一热电偶与所述第一气体流量计之间的所述一次氧管道上。

5.根据权利要求4所述的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，所述天然气阀站包括：装设在所述天然气管道上，自其入口端至出口端依次排列的第三截止阀、气体过滤器、第三压力表、第三气体稳压阀、第三压力变送器、第三气体流量计、第三气体调节阀、第三气体切断阀；所述第三气体流量计、所述第三气体调节阀均与所述PLC上位机连接。

6.根据权利要求5所述的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，所述烟气循环管道上，自其入口端至出口端依次装设有烟气锅炉设备、循环风机、所述烟气阀站；

所述烟气阀站包括：装设在所述烟气循环管道上，自其入口端至出口端依次排列的第一蝶阀、第四气体流量计、第四气体调节阀、流量表；所述第四气体流量计、所述第四气体调节阀均与所述PLC上位机连接。

7.根据权利要求6所述的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，所述自控装置上集成有安全联锁控制模块，所述安全联锁控制模块装载有GFT联锁停车保护程序，所述一次氧阀站、所述二次氧阀站、所述天然气阀站均与所述安全联锁控制模块连接。

8.根据权利要求7所述的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，所述烟气循环管道上靠近所述工业窑炉的区域连接有放散管；

所述烟气锅炉设备与所述循环风机之间的所述烟气循环管道上连接有烟气回收管道，所述烟气回收管道上装设有第二蝶阀，所述PLC上位机与所述第二蝶阀连接。

9.根据权利要求8所述的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，所述一次氧枪、燃料喷枪、二次氧枪、烟气喷枪在所述多氧燃烧器上自上而下依次排列。

10.根据权利要求9所述的天然气工业窑炉多氧燃烧烟气再循环系统，其特征在于，使用时，所述工业窑炉中的氧气量占总进气量的20％-50％，所述工业窑炉中的烟气量占总进气量的50％-80％。