CN109373313A - 一种净化回收一体化加热炉系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种净化回收一体化加热炉系统，包括加热炉(15)，该加热炉(15)含有从上向下依次设置的烟气排出段(16)、物流加热段(17)、燃烧段(18)和净化回收段(5)；燃烧段(18)内含有燃烧室(4)和二次气体分布器(9)；净化回收段(5)内含有从上向下依次设置的填料层(10)、填料支撑板(13)和一次气体分布器(12)。该净化回收一体化加热炉系统对加热炉的结构进行合理改进，使其集净化回收功能于一体，从前端控制燃气含硫指标，保证烟气经处理后排放指标满足环保规范要求，同时通过烟气余热回收系统合理回收热烟气能量，综合利用系统资源。
Description
技术领域
本发明涉及加热炉技术领域，具体的是一种净化回收一体化加热炉系统。
背景技术
钢铁冶金行业中的很多设备单元都采用了加热炉，用于给蒸馏塔、导热油、空气、水蒸气或其他介质提供工艺所需热量，所用加热炉根据各工厂的现有条件，采用焦炉煤气、高炉煤气、高焦混合煤气等为燃料，因为钢铁厂一般都自产高炉煤气和焦炉煤气，所以用高炉煤气、焦炉煤气或高焦混合煤气为燃料的最为常见。由于作为燃气使用的高炉煤气、焦炉煤气或高焦混合煤气中硫含量较高，燃烧后产生的热烟气中含有大量二氧化硫，热烟气中二氧化硫浓度排放指标较高，无法满足环保规范要求。
中国专利CN 108380024 A，公开日期2018年8月10日，公开了《一种脱硫除尘一体化圆筒加热炉系统及其脱硫除尘方法》，过程是：成品吸收剂贮仓贮存的成品干吸收剂经出料口进入分配器，与吸收剂助喷风机的风混合后，经干吸收剂喷入口喷入圆筒加热炉的辐射段；在炉膛内的高温气流作用下干吸收剂分解生成CaO，在有氧的环境下CaO与SO2反应生成硫酸钙，从而脱出一部分SO2；未反应的小颗粒干吸收剂跟随烟气经对流段继续向上流动，大颗粒干吸收剂在重力作用下落到圆筒加热炉的底部，自吸收剂排放口排出，通过人工收集循环利用；经初次脱硫后的烟气从断液盘中间的气体通道进入除尘脱硫段，与上部喷洒的吸收剂浆液逆向接触，烟气中的CaO增湿后，与水反应生产较高活性的Ca(OH)2，而吸收剂浆液中本身就含有高活性的Ca(OH)2，Ca(OH)2与SO2反应生成CaSO3，其中一部分被氧化成CaSO4，与此同时，吸收剂浆液还可捕集烟气中的颗粒物；与烟气反应后的吸收剂浆液由断液盘收集，自流到吸收剂浆液中间槽中，经过吸收剂浆液泵加压，并经吸收剂浆液冷却器冷却后，返回到除尘脱硫段顶部重新喷洒，实现循环利用；经吸收剂浆液喷洒二次脱硫后的烟气中含有雾滴，通过捕雾层对其中的雾滴进行捕集；烟气进入加压段时，由于圆筒加热炉燃烧产生的烟气压力不足以使其从烟囱正常排出，因此在加压段通过尾气风机产生的吸力增压，加压后的烟气再回到烟囱，并最终排入大气。
现有技术采用二氧化硫净化装置，对燃烧后的热烟气进行净化处理，而含有超标二氧化硫的热烟气具有气量大、温度高、压力高等特点，对热烟气处理装置要求较高，存在处理量大、材质要求高，整体投资大、反应物难处理等问题，同时在二氧化硫吸收过程中需要外加吸收剂及配套吸附剂输送装置、储存装置等辅助设施，运行成本较高。
发明内容
为了提高烟气的利用效率。本发明提供了一种净化回收一体化加热炉系统，该净化回收一体化加热炉系统对加热炉的结构进行合理改进，使其集净化回收功能于一体，从前端控制燃气含硫指标，保证烟气经处理后排放指标满足环保规范要求，同时通过烟气余热回收系统合理回收热烟气能量，综合利用系统资源。
本发明解决其技术问题所采用的技术发明是：一种净化回收一体化加热炉系统，加热炉，该加热炉含有从上向下依次设置的烟气排出段、物流加热段、燃烧段和净化回收段；烟气排出段含有烟囱和切断阀；物流加热段含有上下设置的对流段和辐射段；燃烧段内含有燃烧室和二次气体分布器；净化回收段内含有从上向下依次设置的填料层、填料支撑板和一次气体分布器，所述净化回收一体化加热炉系统还包括烟气再生气换热器、烟气助燃空气换热器和烟气风机。
烟气排出段位于加热炉的顶部，切断阀位于烟气排出段的中部，切断阀将烟囱分为上下两部分，切断阀上方的烟囱管道侧面设有低温烟气入口，切断阀下方的烟囱管道侧面设有高温烟气出口。
物流加热段位于加热炉的中上部，对流段上设有低温物料入口和高温物料出口，辐射段上也设有低温物料入口和高温物料出口，低温物料入口位于高温物料出口的上方，低温物料入口和高温物料出口外均连接有耐高温管道。
燃烧段位于加热炉的中下部，燃烧段的中部设有助燃空气入口，助燃空气入口与烟气助燃空气换热器通过管道连接，助燃空气能够在烟气助燃空气换热器中吸热；二次气体分布器位于燃烧段的下部；燃烧段的下部侧面设净化气体入口，净化气体入口和二次气体分布器通过管道连接。
二次气体分布器为环状结构，二次气体分布器上设置多个喷嘴，所述多个喷嘴沿二次气体分布器的周向均匀分布，二次气体分布器的直径为燃烧室直径的0.4倍至0.8倍。
净化回收段位于加热炉的底部；净化回收段的上部侧面设有净化气体出口和再生气入口，净化气体出口与净化气体入口通过管道连接，再生气入口与烟气再生气换热器通过管道连接，烟气再生气能够在烟气再生气换热器中吸热；一次气体分布器位于净化回收段的下部。
一次气体分布器为环状结构，一次气体分布器上设置多个气口，所述多个气口沿一次气体分布器的周向均匀分布，一次气体分布器的直径为净化回收段直径的0.4倍至0.8倍。
净化回收段的下部侧面设有加热用燃气入口和再生气出口，加热用燃气入口与一次气体分布器通过管道连接，再生气出口通过管道与再生气风机连接。
高温烟气出口通过烟气换热管道与低温烟气入口连接，烟气再生气换热器、烟气助燃空气换热器和烟气风机设置于该烟气换热管道上，高温烟气能够在烟气再生气换热器和烟气助燃空气换热器放热。
本发明的有益效果是：
1、对加热炉结构改进，实现净化回收一体化，加热用燃气在燃烧前经过净化，降低燃烧前燃气中的硫含量，经燃烧后热烟气中二氧化硫浓度能够达到排放指标，无需再进一步处理也可以达到保规范要求。
2、对加热炉结构改进，实现净化回收一体化，加热用燃气在燃烧前经过净化，由于加热用燃气与热烟气相比，具有待净化气体气量小、气体温度低、气体压力低等特点，因此加热用燃气净化回收段较热烟气净化段体积要小，设备材质和压力等级要求相对较低，整体占地和投资较小。
3、对加热炉结构改进，实现净化回收一体化，通过净化回收段填料层净化及再生，改造后系统无需外加吸收剂及配套吸附剂输送装置、储存装置等配套辅助设施，能够有效降低运行成本及占地。
4、对加热炉结构改进，通过增设二次分布器，实现燃气在燃烧室内的均匀分布，能够实现加热炉内热量的合理分布，更加高效的与低温物料之间进行热交换。
5、对加热炉系统进行合理的改进，采用净化回收一体化加热炉系统，通过气体换热装置，便有效回收热烟气的能量，实现对再生气及助燃空气的预热，高效回收利用加热炉系统能量。
6、工艺流程简单，操作方便，占地小，节能环保。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1是本发明所述加热炉的构示意图。
图2是本发明所述净化回收一体化加热炉系统的示意图。
1、烟囱；2、对流段；3、辐射段；4、燃烧室；5、净化回收段；6、烟气风机；7、烟气助燃空气换热器；8、烟气再生气换热器；9、二次气体分布器；10、填料层；11、再生气风机；12、一次气体分布器；13、填料支撑板；14、切断阀；15、加热炉；16、烟气排出段；17、物流加热段；18、燃烧段；19、低温烟气入口；20、高温烟气出口；21、低温物料入口；22、高温物料出口；23、助燃空气入口；24、净化气体入口；25、净化气体出口；26、再生气入口；27、加热用燃气入口；28、再生气出口；29、烟气换热管道。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
一种净化回收一体化加热炉系统，包括加热炉15，该加热炉15含有从上向下依次设置的烟气排出段16、物流加热段17、燃烧段18和净化回收段5；烟气排出段16含有烟囱1和切断阀14；物流加热段17含有上下设置的对流段2和辐射段3；燃烧段18内含有燃烧室4和二次气体分布器9；净化回收段5内含有从上向下依次设置的填料层10、填料支撑板13和一次气体分布器12，所述净化回收一体化加热炉系统还包括烟气再生气换热器8、烟气助燃空气换热器7和烟气风机6，如图1和图2所示。
在本实施例中，所述的烟气排出段16位于加热炉15的顶部，烟气排出段16包括烟囱1和切断阀14，切断阀14位于烟气排出段16的中部，切断阀14将烟囱1分为上下两部分，切断阀14下方的管道侧面设高温烟气出口20，切断阀14上方的管道侧面设低温烟气入口19。
在本实施例中，所述的物流加热段17位于加热炉15的中上部，烟气排出段16的下方，物流加热段17包括对流段2和辐射段3，对流段2位于辐射段3上方，燃烧段18产生的热烟气自下而上通过辐射段3和对流段2，对流段2和辐射段3均设有低温物料入口21和高温物料出口22，低温物料入口21位于高温物料出口22上方，低温物料入口21和高温物料出口22通过耐高温的管道连接。
在本实施例中，所述的燃烧段18位于加热炉15的中下部，物流加热段17的下方，燃烧段18包括燃烧室4和二次气体分布器9，燃烧段18的中部设助燃空气入口23，助燃空气入口23与烟气助燃空气换热器7通过管道连接；燃烧段18的下部设二次气体分布器9；燃烧段18的下部侧面设净化气体入口24，净化气体入口24和二次气体分布器9通过管道连接；二次气体分布器9为环状结构，二次气体分布器9上设置N个喷嘴，N为整数，各喷嘴在该环状结构上均布，二次气体分布器9的直径为燃烧室4直径的0.4到0.8倍。
在本实施例中，所述的净化回收段5位于加热炉15的底部，燃烧段18的下方，净化回收段5包括填料层10、填料支撑板13、一次气体分布器12；净化回收段5的上部侧面设净化气体出口25，净化气体出口25和净化气体入口24通过管道连接；净化回收段5的上部侧面设再生气入口26，再生气入口26与烟气再生气换热器8通过管道连接；净化回收段5的下部设一次气体分布器12，一次气体分布器12为环状结构，一次气体分布器12上设置N个出气口，N为整数，各出气口在该环状结构上均布，一次气体分布器12的直径为净化回收段5直径的0.4到0.8倍；净化回收段5的下部侧面设加热用燃气入口27，加热用燃气入口27通过管道送至一次气体分布器12的正下方与一次气体分布器12通过管道连接。净化回收段5设有填料支撑板13，填料支撑板13位于一次气体分布器12的上方；净化回收段5的内部可以包含有不同的填料层10；净化回收段5的下部设有再生气出口28，再生气出口28通过管道与再生气风机11连接，如图2所示。
在本实施例中，所述净化回收一体化加热炉系统中的再生气可选用净化后的燃气，如高炉煤气、焦炉煤气、天然气等，也可以选用惰性气体如氮气，或者中压蒸汽等。所述净化回收段5中填料层10中所填充的填料可选用分子筛、活性炭等具有良好吸附性能的材料。
在本发明所述净化回收一体化加热炉系统中，烟气再生气换热器8的烟气入口与加热炉15的高温烟气出口20通过管道(即烟气换热管道29)连接，烟气再生气换热器8的烟气出口与烟气助燃空气换热器7的烟气入口通过管道(即烟气换热管道29)连接，烟气助燃空气换热器7的烟气出口与烟气风机6的烟气入口通过管道(即烟气换热管道29)连接，烟气风机6的烟气出口与加热炉15的低温烟气入口19通过管道(即烟气换热管道29)连接。烟气再生气换热器8的再生气入口与再生气供气装置或管网通过管道连接，烟气再生气换热器8的再生气出口与加热炉的再生气入口26通过管道连接，烟气助燃空气换热器7的助燃空气入口与助燃空气供气装置或管网通过管道连接，烟气助燃空气换热器7的助燃空气出口与加热炉15的助燃空气入口23通过管道连接，如图1和图2所示。
下面介绍该净化回收一体化加热炉系统的工作过程：
1、焦炉煤气、高炉煤气、天然气等加热用燃气经加热炉净化回收段下部侧面加热用燃气入口进入管道，经管道送至一次气体分布器，再由一次气体分布器上N个出气口平均分配后进入填料层，加热用燃气在经过填料层的同时，加热用燃气中大部分含硫杂质得以吸收，净化后的气体从净化回收段上部侧面净化气出口排出，经管道送至燃烧段净化气入口。
2、净化后的气体经燃烧段下部净化气入口进入管道，经管道送至二次气体分布器，再由二次气体分布器上N个喷嘴平均分配后进入燃烧室，净化气在燃烧室内与预热后的助燃空气反应产生大量热烟气，热烟气自下向上经过辐射段和对流段，与进入加热炉辐射段和对流段的低温物料进行热交换，换热后形成的高温物料送至各用户，换热后的热烟气继续向上进入烟气排放段。
3、进入烟气排放段的烟气通过切断阀下方的高温烟气出口送至烟气余热回收系统，烟气余热回收系统，包括烟气再生气换热器、烟气助燃空气换热器、烟气风机。热烟气在烟气余热回收系统先经过烟气再生气换热器与再生气换热，再经过烟气助燃空气换热器与助燃空气换热，二级换热后的烟气经烟气风机送至切断阀上方的低温烟气入口，经烟囱排放至大气。
4、经过烟气再生气换热器升温后的再生气进入净化回收段上部侧面的再生气入口，再生气自上向下通过填料层，对填料层进行再生，同时将填料层中吸附的含硫杂质回收，再生后的气体从净化回收段下部的再生气出口排出，经再生气风机送至用户点。
本发明在传统加热炉结构基础上进行改进，采用净化回收一体化工艺，在加热炉底部增设净化回收段5，对进入加热炉的加热用燃气在燃烧前进行净化，降低燃烧前燃气中的硫含量，经燃烧后热烟气中二氧化硫浓度能够达到排放指标，无需再进一步处理也可以达到保规范要求；本发明在加热炉底部增设净化回收段5，通过净化回收段填料层净化及再生，改造后系统无需外加吸收剂及配套吸附剂输送装置、储存装置等配套辅助设施，能够有效降低运行成本及占地；本发明通过净化回收段再生，利用预热后的再生气再生填料层，实现填料的重复利用；本发明通过增设二次分布器，实现燃气在燃烧室内的均匀分布，能够实现加热炉内热量的合理分布，更加高效的与低温物料之间进行热交换；本发明通过增设烟气余热回收系统，有效回收热烟气的余热，实现对再生气及助燃空气的预热，高效回收利用加热炉系统能量。传统加热炉的热烟气一般都通过烟囱直接排放入大气，烟气余热无法有效回收利用。
以上所述，仅为本发明的具体实施例，不能以其限定发明实施的范围，所以其等同组件的置换，或依本发明专利保护范围所作的等同变化与修饰，都应仍属于本专利涵盖的范畴。另外，本发明中的技术特征与技术特征之间、技术特征与技术发明之间、技术发明与技术发明之间均可以自由组合使用。
Claims (9)
1.一种净化回收一体化加热炉系统，其特征在于，所述净化回收一体化加热炉系统包括加热炉(15)，该加热炉(15)含有从上向下依次设置的烟气排出段(16)、物流加热段(17)、燃烧段(18)和净化回收段(5)；烟气排出段(16)含有烟囱(1)和切断阀(14)；物流加热段(17)含有上下设置的对流段(2)和辐射段(3)；燃烧段(18)内含有燃烧室(4)和二次气体分布器(9)；净化回收段(5)内含有从上向下依次设置的填料层(10)、填料支撑板(13)和一次气体分布器(12)，所述净化回收一体化加热炉系统还包括烟气再生气换热器(8)、烟气助燃空气换热器(7)和烟气风机(6)。
2.根据权利要求1所述的净化回收一体化加热炉系统，其特征在于，烟气排出段(16)位于加热炉(15)的顶部，切断阀(14)位于烟气排出段(16)的中部，切断阀(14)将烟囱(1)分为上下两部分，切断阀(14)上方的烟囱管道侧面设有低温烟气入口(19)，切断阀(14)下方的烟囱管道侧面设有高温烟气出口(20)。
3.根据权利要求1所述的净化回收一体化加热炉系统，其特征在于，物流加热段(17)位于加热炉(15)的中上部，对流段(2)上设有低温物料入口(21)和高温物料出口(22)，辐射段(3)上也设有低温物料入口(21)和高温物料出口(22)，低温物料入口(21)位于高温物料出口(22)的上方，低温物料入口(21)和高温物料出口(22)外均连接有耐高温管道。
4.根据权利要求1所述的净化回收一体化加热炉系统，其特征在于，燃烧段(18)位于加热炉(15)的中下部，燃烧段(18)的中部设有助燃空气入口(23)，助燃空气入口与烟气助燃空气换热器(7)通过管道连接，助燃空气能够在烟气助燃空气换热器(7)中吸热；二次气体分布器(9)位于燃烧段(18)的下部；燃烧段(18)的下部侧面设净化气体入口(24)，净化气体入口(24)和二次气体分布器(9)通过管道连接。
5.根据权利要求4所述的净化回收一体化加热炉系统，其特征在于，二次气体分布器(9)为环状结构，二次气体分布器(9)上设置多个喷嘴，所述多个喷嘴沿二次气体分布器(9)的周向均匀分布，二次气体分布器(9)的直径为燃烧室(4)直径的0.4倍至0.8倍。
6.根据权利要求4所述的净化回收一体化加热炉系统，其特征在于，净化回收段(5)位于加热炉(15)的底部；净化回收段(5)的上部侧面设有净化气体出口(25)和再生气入口(26)，净化气体出口(25)与净化气体入口(24)通过管道连接，再生气入口(26)与烟气再生气换热器(8)通过管道连接，烟气再生气能够在烟气再生气换热器(8)中吸热；一次气体分布器(12)位于净化回收段(5)的下部。
7.根据权利要求6所述的净化回收一体化加热炉系统，其特征在于，一次气体分布器(12)为环状结构，一次气体分布器(12)上设置多个气口，所述多个气口沿一次气体分布器(12)的周向均匀分布，一次气体分布器(12)的直径为净化回收段(5)直径的0.4倍至0.8倍。
8.根据权利要求6所述的净化回收一体化加热炉系统，其特征在于，净化回收段(5)的下部侧面设有加热用燃气入口(27)和再生气出口(28)，加热用燃气入口(27)与一次气体分布器(12)通过管道连接，再生气出口(28)通过管道与再生气风机(11)连接。
9.根据权利要求1所述的净化回收一体化加热炉系统，其特征在于，高温烟气出口(20)通过烟气换热管道(29)与低温烟气入口(19)连接，烟气再生气换热器(8)、烟气助燃空气换热器(7)和烟气风机(6)设置于该烟气换热管道(29)上，高温烟气能够在烟气再生气换热器(8)和烟气助燃空气换热器(7)放热。
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