CN110131725B - 一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法 - Google Patents

一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110131725B
CN110131725B CN201910422332.1A CN201910422332A CN110131725B CN 110131725 B CN110131725 B CN 110131725B CN 201910422332 A CN201910422332 A CN 201910422332A CN 110131725 B CN110131725 B CN 110131725B
Authority
CN
China
Prior art keywords
flue gas
heat exchanger
outlet
generator
inlet
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910422332.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110131725A (zh
Inventor
李玖重
孙志钦
高晓红
高跃成
周天宇
张婧帆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Petroleum and Chemical Corp
Sinopec Engineering Group Co Ltd
Original Assignee
Sinopec Engineering Group Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sinopec Engineering Group Co Ltd filed Critical Sinopec Engineering Group Co Ltd
Priority to CN201910422332.1A priority Critical patent/CN110131725B/zh
Publication of CN110131725A publication Critical patent/CN110131725A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110131725B publication Critical patent/CN110131725B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44—Details; Accessories
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G5/00—Incineration of waste; Incinerator constructions; Details, accessories or control therefor
    • F23G5/44—Details; Accessories
    • F23G5/46—Recuperation of heat
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23G—CREMATION FURNACES; CONSUMING WASTE PRODUCTS BY COMBUSTION
    • F23G7/00—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals
    • F23G7/06—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases
    • F23G7/061—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating
    • F23G7/065—Incinerators or other apparatus for consuming industrial waste, e.g. chemicals of waste gases or noxious gases, e.g. exhaust gases with supplementary heating using gaseous or liquid fuel
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/06—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of coolers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23J—REMOVAL OR TREATMENT OF COMBUSTION PRODUCTS OR COMBUSTION RESIDUES; FLUES 
    • F23J15/00—Arrangements of devices for treating smoke or fumes
    • F23J15/08—Arrangements of devices for treating smoke or fumes of heaters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E20/00—Combustion technologies with mitigation potential
    • Y02E20/30—Technologies for a more efficient combustion or heat usage

Abstract

本发明提供了一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法，属于炼油加热炉技术领域。加热方法包括将空气与还原态载氧体进行氧化反应，将燃料气与氧化态载氧体进行还原反应，独立地利用高温贫氧空气和高温烟气对待加热物料进行加热。加热装置包括燃烧系统和加热系统，前者包括氧化反应器和还原反应器，后者包括具有氧化烟气炉室和还原烟气炉室的加热腔体和贯通加热腔体的物料管道。该加热装置结构简单，能解决传统管式加热炉运行过程中，产生污染物及热效率低的问题，实现加热炉高效率和低排放运行。烟气处理方法包括于烟气处理系统中输入由加热系统输出的烟气，经降温和换热处理，产生高纯度的CO2和中温热水，实用性强，应用前景广。

Description

一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法
技术领域
本发明属于炼油加热炉技术领域，且特别涉及一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法。
背景技术
目前炼油企业管式加热炉大多采用燃料气和空气接触燃烧的方式加热工艺介质，高温烟气经余热回收系统后排出。这种加热炉运行方式会产生环境污染物，并且热效率难以进一步提高，具体有以下几个问题：
1)燃料气与空气直接接触燃烧会产生NOx、CO2等污染物；
2)由于低温露点腐蚀的存在，加热炉排烟温度都在120℃以上，烟气的低温余热无法深度回收，制约了加热炉热效率的提高；
3)燃烧过程过剩空气系数大，排烟损失较大。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种加热方法，该加热方法能够避免燃料气与空气直接接触燃烧产生污染物。
本发明的目的之二在于提供一种加热装置，该加热装置结构简单，能够解决传统管式加热炉运行过程中，产生污染物及热效率低的问题，实现加热炉高效率和低排放运行。
本发明的目的之三在于提供一种上述加热装置的烟气处理方法，该烟气处理方法实用性强，应用前景广。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本申请提出了一种加热方法，包括以下步骤：
将空气与还原态载氧体进行氧化反应，得到氧化态载氧体和高温贫氧空气。
将燃料气与氧化态载氧体进行还原反应，得到还原态载氧体和高温烟气。
独立地利用高温贫氧空气和高温烟气对待加热物料进行加热。
此外，本申请还提出了一种加热装置，其包括燃烧系统和加热系统。
燃烧系统包括用于将空气和还原态载氧体进行氧化反应的氧化反应器和用于将燃料气与氧化态载氧体进行还原反应的还原反应器，氧化反应器具有高温贫氧空气出口，还原反应器具有高温烟气出口。
加热系统包括加热腔体和用于输送待加热物料的物料管道，加热腔体具有相互隔离的氧化烟气炉室和还原烟气炉室，氧化烟气炉室与高温贫氧空气出口连通，还原烟气炉室与高温烟气出口连通，物料管道贯通氧化烟气炉室和还原烟气炉室以独立地利用高温贫氧空气和高温烟气对待加热物料进行加热。
进一步地，物料管道呈蛇形蜿蜒间隔分布；优选地，物料管道的管排间距为物料管道的外径的1.5-3倍。
进一步地，热系统还包括空气管道，空气管道的进口端贯通氧化烟气炉室和还原烟气炉室，空气管道的出口端设置在氧化烟气炉室；更优选地，空气管道设置在物料管道的上方。
进一步地，加热系统还包括燃料气管道，燃料气管道设置在还原烟气炉室；更优选地，燃料气管道设置在物料管道的上方。
进一步地，氧化烟气炉室的顶部还设有烟囱。
进一步地，加热装置还包括烟气处理系统，烟气处理系统包括吸收器、发生器、蒸发器、冷凝器、水处理系统和多个换热器。
发生器分别与还原烟气炉室、蒸发器、冷凝器、换热器连接，吸收器分别与换热器以及冷凝器连接，蒸发器分别与发生器、水处理系统以及换热器连接，冷凝器分别与发生器、吸收器以及换热器连接，水处理系统分别与蒸发器和换热器连接。
进一步地，多个换热器包括第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器。
第一换热器分别与发生器和吸收器连接，第二换热器分别与吸收器、蒸发器以及冷凝器连接，第三换热器分别与发生器、第四换热器以及冷凝器连接，第四换热器分别与吸收器、水处理系统以及第三换热器连接。
进一步地，发生器有发生器第一入口、发生器第二入口、发生器第一出口、发生器第二出口、发生器第三出口和发生器第四出口。
吸收器设有吸收器第一入口、吸收器第二入口、吸收器第三入口、吸收器第一出口和吸收器第二出口。
蒸发器设有蒸发器第一入口、蒸发器第二入口、蒸发器第一出口以及蒸发器第二出口。
冷凝器设有冷凝器第一入口、冷凝器第二入口、冷凝器第一出口以及冷凝器第二出口。
水处理系统设有水处理系统第一入口、水处理系统第二入口、水处理系统第一出口。
发生器第一入口用于输入低温烟气，发生器第二入口以及发生器第三出口分别第一换热器的不同接口连接，发生器第一出口与冷凝器第一入口连接，发生器第二出口通过第三换热器连接，发生器第四出口与蒸发器第二入口连接。
吸收器第一入口以及吸收器第一出口分别与第一换热器的不同接口连接，吸收器第二入口与第二换热器连接，吸收器第三入口与第四换热器连接，吸收器第二出口与冷凝器第二入口连接。
蒸发器第一入口以及蒸发器第一出口分别与第二换热器的不同接口连接，蒸发器第二出口与水处理系统第二入口连接并同时用于向外界输出高纯度的CO2。
冷凝器第一出口与第二换热器连接，冷凝器第二出口与第四换热器连接。
水处理系统第一入口以及水处理系统第一出口分别与第四换热器的不同接口连接。
此外，本申请还提出了一种上述加热装置的烟气处理方法，其包括：于烟气处理系统中输入由加热系统输出的烟气，经降温和换热处理，产生高纯度的CO2和中温热水。
本申请中加热方法、加热装置及其烟气处理方法的有益效果包括：
本申请提供的加热方法能够避免燃料气与空气直接接触燃烧产生污染物。加热装置结构简单，操作容易，能够解决传统管式加热炉运行过程中，产生污染物及热效率低的问题，实现加热炉高效率和低排放运行。上述加热装置的烟气处理方法实用性强，应用前景广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例2提供的加热装置的结构示意图；
图2为本申请实施例2提供的加热装置中不包含烟气处理系统的结构示意图；
图3为本申请实施例2提供的加热装置中燃烧系统的结构示意图；
图4为本申请实施例2提供的加热装置中烟气处理系统的结构示意图。
图标：100-加热装置；10-加热系统；101-加热腔体；11-氧化烟气炉室；111-烟囱；12-还原烟气炉室；20-燃烧系统；21-氧化反应器；211-第一斜管；22-还原反应器；221-第二斜管；31-物料管道；41-空气管道；411-高温段；412-低温段；42-燃料气管道；50-烟气处理系统；51-吸收器；511-吸收器第一入口；512-吸收器第二入口；513-吸收器第三入口；514-吸收器第一出口；515-吸收器第二出口；52-发生器；521-发生器第一入口；522-发生器第二入口；523-发生器第一出口；524-发生器第二出口；525-发生器第三出口；526-发生器第四出口；53-蒸发器；531-蒸发器第一入口；532-蒸发器第二入口；533-蒸发器第一出口；534-蒸发器第二出口；54-冷凝器；541-冷凝器第一入口；542-冷凝器第二入口；543-冷凝器第一出口；544-冷凝器第二出口；55-水处理系统；551-水处理系统第一入口；552-水处理系统第二入口；553-水处理系统出口；61-第一换热器；611-第一换热器第一入口；612-第一换热器第二入口；613-第一换热器第一出口；614-第一换热器第二出口；62-第二换热器；621-第二换热器第一入口；622-第二换热器第二入口；623-第二换热器第一出口；624-第二换热器第二出口；63-第三换热器；631-第三换热器第一入口；632-第三换热器第二入口；633-第三换热器第一出口；634-第三换热器第二出口；64-第四换热器；641-第四换热器第一入口；642-第四换热器第二入口；643-第四换热器第一出口；644-第四换热器第二出口。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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“上”、“下”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“垂直”等术语并不表示要求部件绝对垂直，而是可以稍微倾斜。如“垂直”仅仅是指其方向相对“水平”而言更加垂直，并不是表示该结构一定要完全垂直，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“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。
以下进行具体说明。
实施例1
本实施例提供一种加热方法，其可包括以下步骤：
将空气与还原态载氧体进行氧化反应，得到氧化态载氧体和高温贫氧空气。将燃料气与氧化态载氧体进行还原反应，得到还原态载氧体和高温烟气。独立地利用高温贫氧空气和高温烟气对待加热物料进行加热。
作为参考地，上述载氧体例如可以包括金属载氧体或非金属载氧体。其中，金属载氧体可包括铜基载氧体、铁基载氧体或锰基载氧体，非金属载氧体可包括GaSO4载氧体或钙钛矿载氧体。
载氧体氧化反应为放热反应，还原反应属于微放热或微吸热反应。
燃料气可包括天然气、液化气或炼厂气中的一种或几种。
进一步地，上述加热方法还可包括：利用高温贫氧空气和/或高温烟气对空气和/或燃料气进行加热。
在一些优选的实施方式中，对空气和/或燃料气进行的加热在对待加热物进行的加热之后进行。
在一些优选的实施方式中，利用高温烟气对燃料气进行加热。
在一些优选的实施方式中，独立地利用高温贫氧空气和高温烟气对空气进行加热。
进一步地，上述加热方法还可包括：对加热后的高温烟气进行处理。
优选地，将还原反应得到的还原态载氧体用于氧化反应。
作为可选地，上述氧化反应和还原反应的温度均可以为600-1000℃，如600℃、800℃或1000℃等。
实施例2
本实施例提出了一种加热装置100，请一并参照图1至图3，其包括燃烧系统20和加热系统10。燃烧系统20包括用于将空气和还原态载氧体进行氧化反应的氧化反应器21和用于将燃料气与氧化态载氧体进行还原反应的还原反应器22，氧化反应器21具有高温贫氧空气出口，还原反应器22具有高温烟气出口。在本申请中，氧化反应器21和还原反应器22的结构均可以但不限于参照相应的现有技术。
燃烧系统20通过采用外置于加热炉系统的方式，通过化学链燃烧方式向加热系统10提供高温烟气加热原料油。该燃烧过程燃料不与空气直接接触，燃料与空气分别与载氧体反应放出热量，载氧体则在氧化反应器21和还原反应器22间循环反应。
加热系统10包括加热腔体101和用于输送待加热物料的物料管道31，加热腔体101具有相互隔离的氧化烟气炉室11和还原烟气炉室12，氧化烟气炉室11与高温贫氧空气出口连通，还原烟气炉室12与高温烟气出口连通，物料管道31贯通氧化烟气炉室11和还原烟气炉室12以独立地利用高温贫氧空气和高温烟气对待加热物料进行加热。
具体的，氧化烟气炉室11和还原烟气炉室12可通过炉墙完全隔离，以避免氧化烟气和还原烟气相互混合。
物料管道31利用燃烧系统20产生的高温气体加热原料油。具体的，物料管道31内置于加热腔体101的中下部(也即靠近氧化反应器21及还原反应器22的一端)并横跨加热腔体101。可以理解地，横跨即指同一水平位置的物料管道31贯穿氧化烟气炉室11和还原烟气炉室12的炉墙并同时分布于氧化烟气炉室11和还原烟气炉室12内。
可参考地，上述物料管道31可呈蛇形蜿蜒间隔分布。具体地，可以是一组物料管道31在加热腔体101的中下部呈蛇形蜿蜒间隔分布。优选地，物料管道31的管排间距(也即上下两段物料管道31的间隔)为物料管道31的外径的1.5-3倍，如1.5倍、2倍、2.5倍或3倍等。
进一步地，物料管道31设有物料管道31入口和物料管道31出口，物料管道31入口用于输入原料油，物料管道31出口用于输出达到温度要求的加热后的原料油。
由于燃烧系统20外置，故物料管道31间不再布置燃烧器，炉室内不必预留燃烧器安置空间，从而大幅减小了炉室尺寸。
较佳地，加热系统10的过剩空气系数为1-1.05，如1、1.02、1.04或1.05等。
进一步地，加热系统10还包括空气管道41，空气管道41的进口端贯通氧化烟气炉室11和还原烟气炉室12，空气管道41的出口端设置在氧化烟气炉室11；更优选地，空气管道41设置在物料管道31的上方。
空气管道41包括连通的高温段411和低温段412，高温段411设置于氧化烟气炉室11的上部，低温段412设置于高温段411的上方并横跨氧化烟气炉室11和还原烟气炉室12，该横跨方式可参照物料管道31。
空气管道41的低温段412设有入口并用于通入常温空气，该常温空气在空气管道41内被贫氧空气和还原烟气加热升温后进入氧化反应器21。
进一步地，加热系统10还包括燃料气管道42，燃料气管道42设置在还原烟气炉室12；更优选地，燃料气管道42设置在物料管道31的上方。燃料气管道42设有用于输入燃料气的入口，被还原烟气加热后的燃料气直接通入至还原反应器22。
在上述加热系统10中，氧化反应器21内填充有还原态载氧体，例如Cu2O，用于与输入的空气发生反应，产生贫氧空气和氧化态载氧体(CuO)。氧化还原反应器22与还原反应器22之间设有第一斜管211，由氧化反应器21产生的氧化态载氧体(CuO)通过该第一斜管211返回还原反应器22，而贫氧空气则经过氧化反应器21内的分离装置分离后进入氧化烟气炉室11。
还原反应器22内，燃料气与来自氧化反应器21的氧化态载氧体(CuO)发生反应，产生烟气和还原态载氧体(Cu2O)。氧化还原反应器22与还原反应器22之间设有第二斜管221，由还原反应器22产生的还原态载氧体(Cu2O)经第二斜管221进入氧化反应器21，而高温烟气则经过还原反应器22内的分离装置分离后进入还原烟气炉室12。
进一步地，氧化烟气炉室11的顶部还设有烟囱111。进入氧化烟气炉室11换热后的低温贫氧空气直接由烟囱111排出。进入还原烟气炉室12换热后的低温烟气从还原烟气炉室12顶部进入烟气处理系统50。
进一步地，上述加热系统10还包括烟气处理系统50，请参照图4，烟气处理系统50可包括吸收器51、发生器52、蒸发器53、冷凝器54、水处理系统55和多个换热器。
发生器52分别与还原烟气炉室12、蒸发器53、冷凝器54、换热器连接，吸收器51分别与换热器以及冷凝器54连接，蒸发器53分别与发生器52、水处理系统55以及换热器连接，冷凝器54分别与发生器52、吸收器51以及换热器连接，水处理系统55分别与蒸发器53和换热器连接。
其中，多个换热器包括第一换热器61、第二换热器62、第三换热器63和第四换热器64。
第一换热器61分别与发生器52和吸收器51连接，第二换热器62分别与吸收器51、蒸发器53以及冷凝器54连接，第三换热器63分别与发生器52、第四换热器64以及冷凝器54连接，第四换热器64分别与吸收器51、水处理系统55以及第三换热器63连接。
具体地，发生器52设有发生器第一入口521、发生器第二入口522、发生器第一出口523、发生器第二出口524、发生器第三出口525和发生器第四出口526。其中，发生器第一入口521用于输入由加热系统10输出的低温烟气，发生器第二入口522与第一换热器61连接并用于输入经第一换热器61换热升温后的吸收器51中的溶液。发生器第一出口523与冷凝器54连接并用于向冷凝器54中输出发生器52中蒸发出的溶质，发生器第二出口524与第三换热器63连接并用于将发生器52放热后产生的冷凝水进行换热，发生器第三出口525与第一换热器61连接并用于将发生器52的溶液与吸收器51输出的溶液在第一换热器61处进行换热，发生器第四出口526与蒸发器53连接并用于将温度降低后的烟气输入至蒸发器53。
第一换热器61设有第一换热器第一入口611、第一换热器第二入口612、第一换热器第一出口613以及第一换热器第二出口614。其中，第一换热器第一入口611与发生器第三出口525连接，第一换热器第二入口612与吸收器51连接，第一换热器第一出口613与发生器第二入口522连接，第一换热器第二出口614与吸收器51连接。发生器第三出口525输出的溶液在第一换热器61与吸收器51输出的溶液换热然后分别由第一换热器第二出口614和第一换热器第一出口613输入至吸收器51和发生器52内。
吸收器51设有吸收器第一入口511、吸收器第二入口512、吸收器第三入口513、吸收器第一出口514和吸收器第二出口515。其中，吸收器第一入口511与第一换热器第二出口614连接，吸收器第二入口512与第二换热器62连接并用于吸收温度升高后的低温溶质蒸汽，吸收器第三入口513与第四换热器64连接。吸收器第一出口514与第一换热器第二入口612连接，吸收器第二出口515与冷凝器54连接并用于将净化水输入至冷凝器54进行冷凝。
第二换热器62设有第二换热器第一入口621、第二换热器第二入口622、第二换热器第一出口623以及第二换热器第二出口624。其中，第二换热器第一入口621与冷凝器54连接，第二换热器第二入口622与蒸发器53连接并用于将蒸发器53输出的低温溶质蒸汽与冷凝器54输出的冷凝液进行换热，第二换热器第一出口623与吸收器第二入口512连接，第二换热器第二出口624与蒸发器53连接。
蒸发器53设有蒸发器第一入口531、蒸发器第二入口532、蒸发器第一出口533以及蒸发器第二出口534。其中，蒸发器第一入口531与第二换热器第二出口624连接，蒸发器第二入口532与发生器第四出口526连接并用于吸收发生器52输出的中温烟气的热量，蒸发器第一出口533与第二换热器第二入口622连接，蒸发器第二出口534可直接用于输出高纯度CO2，也可在输出高纯度CO2的同时与水处理系统55连接并用于将蒸发器53产生的冷凝水输入至水处理系统55。
第三换热器63设有第三换热器第一入口631、第三换热器第二入口632、第三换热器第一出口633以及第三换热器第二出口634。其中，第三换热器第一入口631与发生器第二出口524连接，第三换热器第二入口632与冷凝器54连接，第三换热器第一出口633与第四换热器64连接，第三换热器第二出口634用于外供热水。
第四换热器64设有第四换热器第一入口641、第四换热器第二入口642、第四换热器第一出口643以及第四换热器第二出口644。其中，第四换热器第一入口641与第三换热器第一出口633连接，第四换热器第二入口642与水处理系统55连接，第四换热器第一出口643与吸收器第三入口513连接，第四换热器第二出口644与水处理系统55连接。
冷凝器54设有冷凝器第一入口541、冷凝器第二入口542、冷凝器第一出口543以及冷凝器第二出口544。其中，冷凝器第一入口541与发生器第一出口523连接，冷凝器第二入口542与吸收器第二出口515连接，冷凝器第一出口543与第二换热器第一入口621连接，冷凝器第二出口544与第三换热器第二入口632连接。
水处理系统55设有水处理系统第一入口551、水处理系统第二入口552以及水处理系统出口553。其中，水处理系统第一入口551与第四换热器第二出口644连接，水处理系统第二入口552与蒸发器第二出口534连接，水处理系统出口553与第四换热器第二入口642连接。
在一些实施方式中，吸收器51和发生器52中的溶液包括氨水溶液或溴化锂溶液。
本申请中，烟气处理系统50的工作原理包括：
进入烟气处理系统50的80-100℃烟气，首先进入发生器52中加热发生器52中的溶液，使溶液中的溶质蒸发进入冷凝器54。发生器52的溶液在第一换热器61与吸收器51出来的溶液换热后进入吸收器51。
冷凝器54中的溶质蒸汽与吸收器51出来的净化水换热，冷凝液化后在第二换热器62与蒸发器53出来的低温溶质蒸汽进行换热，温度进一步降低后进入蒸发器53。
蒸发器53中的低温溶质溶液吸收从发生器52出来的中温烟气的热量，气化为低温溶质蒸汽。低温溶质蒸汽在第二换热器62中与冷凝器54出来的高温溶质溶液换热，温度升高后进入吸收器51。
从发生器52出来的溶液经第二换热器62换热后进入吸收器51，吸收从蒸发器53出来的溶质蒸汽并发出热量，吸收器51的溶液在第一换热器61换热升温后返回发生器52继续循环反应。
烟气进入发生器52放出热量，冷凝出部分水蒸气，烟气温度降低后进入蒸发器53继续放出热量，冷凝出其余水蒸气，烟气变为高纯度CO2直接进行收集处理。
烟气进入发生器52放热后产生的冷凝水分别在第三换热器63、第四换热器64与冷凝器54吸热后的净化水、水处理系统55出来的净化水换热，温度降低后与烟气在蒸发器53中产生的冷凝水混合进入水处理系统55。
水处理系统55产生的净化水在第四换热器64中与烟气冷凝水换热升温后，进入吸收器51吸收反应热，然后进入冷凝器54冷凝溶质蒸汽，最后再与烟气冷凝水换热温度升高后，直接供向热水用户。
承上，上述加热装置100的工作原理包括：
常温空气进入空气管道41被贫氧空气和还原烟气加热升温后进入燃烧系统20中的氧化反应器21。
氧化反应器21中，空气与高温的还原态载氧体(MxOy-1)发生反应，产生高温的贫氧空气和氧化态载氧体(MxOy)。反应方程式如下：
Figure BDA0002066403770000161
氧化态载氧体(MxOy)经斜管返回还原反应器22，高温贫氧空气经分离后进入氧化烟气炉室11。
常温燃料气进入燃料气管道42被还原烟气加热升温后进入燃烧系统20中的还原反应器22。
还原反应器22中，燃料气与来自氧化反应器21的高温氧化态载氧体(MxOy)发生反应，产生高温的烟气和还原态载氧体(MxOy-1)。反应方程式如下：
Figure BDA0002066403770000171
还原态载氧体(MxOy-1)经斜管进入氧化反应器21，高温烟气经分离后进入还原烟气炉室12。
高温贫氧空气和高温烟气分别进入氧化烟气炉室11和还原烟气炉室12，加热从物料管道31入口进入的原料油。原料油加热至工艺要求温度后从物料管道31出口引出进入下一个工序。
贫氧空气加热原料油后，进入氧化烟气炉室11上部，预热空气管道41中的空气，温度降低至50℃以下从氧化烟气炉室11顶部的烟囱111直接排出。
烟气加热原料油后，进入还原烟气炉室12上部，依次预热燃料气管道42中的燃料气和空气管道41中的空气，温度降低至80-100℃，经还原烟气炉室12顶部进入烟气处理系统50。
具体地，其工作过程例如可参照：
(1)20℃常温空气进入空气管道41被贫氧空气和还原烟气加热至160℃后进入氧化反应器21。氧化反应器21中，空气与800℃的还原态载氧体(Cu2O)发生反应，产生850℃的贫氧空气和氧化态载氧体(CuO)。氧化态载氧体(CuO)经第一斜管211返回还原反应器22，高温贫氧空气经分离后进入氧化烟气炉室11。
(2)20℃常温炼厂气进入燃料气管道42被还原烟气加热至170℃后进入还原反应器22。还原反应器22中，燃料气与来自氧化反应器21的850℃氧化态载氧体(CuO)发生反应，产生800℃的烟气和还原态载氧体(Cu2O)。还原态载氧体(Cu2O)经第二斜管221进入氧化反应器21，800℃高温烟气经分离后进入还原烟气炉室12。
(3)850℃高温贫氧空气和800℃高温烟气分别进入氧化烟气炉室11和还原烟气炉室12，加热从物料管道31入口进入的150℃原料油。原料油加热至工艺要求的500℃后从物料管道31出口引出进入一下个工序。
(4)贫氧空气加热原料油后，温度降低至200℃进入氧化烟气炉室11上部，预热空气管道41中的空气，温度降低至50℃后从氧化烟气炉室11顶部的烟囱111直接排出。
(5)烟气加热原料油后，温度降低至200℃进入还原烟气炉室12上部，依次预热燃料气管道42中的燃料气和空气管道41中的空气，温度降低至90℃，经还原烟气炉室12顶部进入烟气处理系统50。
进一步地，还原烟气炉室12出来的烟气进入烟气处理系统50后，经过降温和换热处理，产生高纯度的CO2和中温热水，高纯度CO2进行收集处理，热水直接送向用户。
具体地，其可参照以下方式：
(1)进入烟气处理系统50的90℃烟气，首先通过发生器第一入口521进入发生器52中，加热发生器52中的溴化锂稀溶液，产生70℃的水蒸气通过与发生器第一出口523连接的冷凝器第一入口541进入冷凝器54。发生器52的70℃溴化锂浓溶液通过与发生器第三出口525连接的第一换热器第一入口611输入至第一换热器61中，与通过与第一换热器第二入口612连接的吸收器第一出口514输出的吸收器51的62℃溴化锂稀溶液换热，温度降低至65℃后通过吸收器第一入口511进入吸收器51。
(2)冷凝器54中的70℃水蒸气与由吸收器第二出口515输出的45℃净化水换热，冷凝后的65℃的液态水在第二换热器62与由蒸发器第一出口533输出的2℃水蒸气进行换热，温度降低后再经节流降压，温度降低至1℃由蒸发器第一入口531进入蒸发器53。
(3)蒸发器53中1℃的液态水吸收从发生器第四出口526输出的75℃烟气的热量，气化为2℃的水蒸气。2℃水蒸气在第二换热器62中与冷凝器第一出口543输出的65℃液态水换热，温度升高至60℃通过吸收器第二入口512进入吸收器51。
(4)从发生器52出来的70℃溴化锂浓溶液经第二换热器62换热后，温度降至65℃由吸收器第一入口511输出吸收器51，吸收从蒸发器53出来的60℃的水蒸汽，发出热量并变为62℃的溴化锂稀溶液，62℃稀溶液换热升温至67℃后由发生器第二入口522返回发生器52继续循环。
(5)90℃烟气进入发生器52放出热量，冷凝出部分水蒸气，烟气温度降低至75℃后进入蒸发器53继续放出热量，冷凝出其余水蒸气，然后产生4℃纯度为99.2％的CO2，高纯度CO2直接进行收集处理。
(6)烟气进入发生器52放热后产生的75℃冷凝水分别在第三换热器63、第四换热器64与冷凝器54吸热后的60℃净化水、水处理系统55出来的20℃净化水换热，温度降低至30℃后与烟气在蒸发器53中产生的4℃冷凝水混合进入水处理系统55。
(7)水处理系统55产生的20℃净化水在第四换热器64中与烟气冷凝水换热升温至30℃后，通过吸收器第三入口513进入吸收器51吸收反应热，温度升高至45℃，然后通过冷凝器第二入口542进入冷凝器54冷凝水蒸汽，吸热温度升高至60℃后，最后再与75℃烟气冷凝水换热，温度升高至65℃后，直接供向热水用户。
综上，本申请所提供的加热方法、加热装置100及烟气处理方法具有包括以下在内的优势：
第一，可大幅降低加热炉排烟温度，提高加热炉热效率4个百分点。常规加热装置100烟气的排出温度一般高于120℃，本发明的加热装置100排出的烟气为50℃的贫氧空气，烟气排出温度降低了70℃，可提升加热炉热效率4个百分点。
第二，无CO2、NOx等污染物排出。常规工艺中，燃料与空气直接接触燃烧，在大于1200℃的火焰温度下，会产生热力型NOx、快速型NOx，排出的烟气中含有大量的CO2和一定量的NOx。本发明较佳实施例中燃料不与空气接触，属于无火焰燃烧模式，燃烧温度较低，一般低于1000℃，根除了NOx的产生，烟气通过烟气处理系统50，CO2可直接收集处理，故本发明工艺无CO2、NOx等污染物排出。
第三，可实现CO2的高效捕集。传统加热炉的烟气由于CO2浓度极低，进行浓缩捕集耗能较大，一般直接排放至大气中。本发明较佳实施例产生的烟气，经过烟气处理系统50后，即可分离出浓度99.2％的CO2，可直接进行收集处理。
第四，燃烧过程过剩空气系数小，排烟损失少。传统加热炉过剩空气系数在1.05-1.3之间，化学链燃烧技术由于载氧体比表面积很大且具有催化作用，燃料燃烧过程快速、充分，过剩空气系数在1-1.05即可完全反应，烟气量可减少10％以上。
第五，可大幅减小加热装置100炉室的空间尺寸。传统加热炉燃烧器内置于炉室内，炉管排布需考虑燃烧器的安装位置，致使炉室排管比较稀疏，炉室尺寸较大。本发明工艺燃烧系统20外置，炉室内炉管可密集排布，大幅减小了炉室的空间尺寸。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (15)

1.一种加热装置，其特征在于，包括燃烧系统和加热系统；
所述燃烧系统包括用于将空气和还原态载氧体进行氧化反应的氧化反应器和用于将燃料气与氧化态载氧体进行还原反应的还原反应器，所述氧化反应器具有高温贫氧空气出口，所述还原反应器具有高温烟气出口；
所述加热系统包括加热腔体和用于输送待加热物料的物料管道，所述加热腔体具有相互隔离的氧化烟气炉室和还原烟气炉室，所述氧化烟气炉室与所述高温贫氧空气出口连通，所述还原烟气炉室与所述高温烟气出口连通，所述物料管道贯通所述氧化烟气炉室和还原烟气炉室以独立地利用高温贫氧空气和高温烟气对待加热物料进行加热。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，所述加热系统的过剩空气系数为1-1.05。
3.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述物料管道呈蛇形蜿蜒间隔分布。
4.根据权利要求3所述的加热装置，其特征在于，所述物料管道的管排间距为所述物料管道的外径的1.5-3倍。
5.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述加热系统还包括空气管道，所述空气管道的进口端贯通所述氧化烟气炉室和还原烟气炉室，所述空气管道的出口端设置在所述氧化烟气炉室。
6.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述空气管道设置在所述物料管道的上方。
7.根据权利要求5所述的加热装置，其特征在于，所述加热系统还包括燃料气管道，所述燃料气管道设置在所述还原烟气炉室。
8.根据权利要求7所述的加热装置，其特征在于，所述燃料气管道设置在所述物料管道的上方。
9.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述氧化烟气炉室的顶部还设有烟囱。
10.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，还包括烟气处理系统，所述烟气处理系统包括吸收器、发生器、蒸发器、冷凝器、水处理系统和多个换热器；
所述发生器分别与所述还原烟气炉室、所述蒸发器、所述冷凝器、所述换热器连接，所述吸收器分别与所述换热器以及所述冷凝器连接，所述蒸发器分别与所述发生器、所述水处理系统以及所述换热器连接，所述冷凝器分别与所述发生器、所述吸收器以及所述换热器连接，所述水处理系统分别与所述蒸发器和所述换热器连接。
11.根据权利要求10所述的加热装置，其特征在于，所述吸收器和所述发生器中的溶液包括氨水溶液或溴化锂溶液。
12.根据权利要求10所述的加热装置，其特征在于，多个所述换热器包括第一换热器、第二换热器、第三换热器和第四换热器；
所述第一换热器分别与所述发生器和所述吸收器连接，所述第二换热器分别与所述吸收器、所述蒸发器以及所述冷凝器连接，所述第三换热器分别与所述发生器、所述第四换热器以及所述冷凝器连接，所述第四换热器分别与所述吸收器、所述水处理系统以及所述第三换热器连接。
13.根据权利要求12所述的加热装置，其特征在于，所述发生器设有发生器第一入口、发生器第二入口、发生器第一出口、发生器第二出口、发生器第三出口和发生器第四出口；
所述吸收器设有吸收器第一入口、吸收器第二入口、吸收器第三入口、吸收器第一出口和吸收器第二出口；
蒸发器设有蒸发器第一入口、蒸发器第二入口、蒸发器第一出口以及蒸发器第二出口；
冷凝器设有冷凝器第一入口、冷凝器第二入口、冷凝器第一出口以及冷凝器第二出口；
水处理系统设有水处理系统第一入口、水处理系统第二入口、水处理系统出口；
所述发生器第一入口用于输入低温烟气，所述发生器第二入口以及所述发生器第三出口分别所述第一换热器的不同接口连接，所述发生器第一出口与所述冷凝器第一入口连接，所述发生器第二出口通过所述第三换热器连接，所述发生器第四出口与所述蒸发器第二入口连接；
所述吸收器第一入口以及所述吸收器第一出口分别与所述第一换热器的不同接口连接，所述吸收器第二入口与所述第二换热器连接，所述吸收器第三入口与所述第四换热器连接，所述吸收器第二出口与所述冷凝器第二入口连接；
所述蒸发器第一入口以及所述蒸发器第一出口分别与所述第二换热器的不同接口连接，所述蒸发器第二出口与所述水处理系统第二入口连接并同时用于向外界输出高纯度的CO2；
所述冷凝器第一出口与所述第二换热器连接，所述冷凝器第二出口与所述第四换热器连接；
所述水处理系统第一入口以及所述水处理系统出口分别与所述第四换热器的不同接口连接。
14.如权利要求2-13任一项所述的加热装置的烟气处理方法，其特征在于，包括：
于烟气处理系统中输入由所述加热系统输出的烟气，经降温和换热处理，产生高纯度的CO2和中温热水。
15.根据权利要求14所述的烟气处理方法，其特征在于，烟气处理系统中的烟气进入发生器中并加热发生器中的溶液，使溶液中的溶质蒸发进入冷凝器，发生器的溶液在第一换热器与吸收器出来的溶液换热后进入吸收器；
冷凝器中的溶质蒸汽与吸收器出来的净化水换热，冷凝液化后在第二换热器与蒸发器出来的低温溶质蒸汽进行换热，温度进一步降低后进入蒸发器；
蒸发器中的低温溶质溶液吸收从发生器出来的中温烟气的热量，气化为低温溶质蒸汽，随后在第二换热器中与冷凝器出来的高温溶质溶液换热，温度升高后进入吸收器；
从发生器出来的溶液经第二换热器换热后进入吸收器，吸收从蒸发器出来的溶质蒸汽并发出热量，吸收器的溶液在第一换热器换热升温后返回发生器继续循环反应；
烟气进入发生器放出热量，冷凝出部分水蒸气，烟气温度降低后进入蒸发器继续放出热量，冷凝出其余水蒸气，烟气变为高纯度CO2直接进行收集处理；
烟气进入发生器放热后产生的冷凝水分别在第三换热器、第四换热器与冷凝器吸热后的净化水、水处理系统出来的净化水换热，温度降低后与烟气在蒸发器中产生的冷凝水混合进入水处理系统；
水处理系统产生的净化水在第四换热器中与烟气冷凝水换热升温后，进入吸收器吸收反应热，然后进入冷凝器冷凝溶质蒸汽，最后再与烟气冷凝水换热温度升高后，直接供向热水用户。
CN201910422332.1A 2019-05-21 2019-05-21 一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法 Active CN110131725B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910422332.1A CN110131725B (zh) 2019-05-21 2019-05-21 一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910422332.1A CN110131725B (zh) 2019-05-21 2019-05-21 一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110131725A CN110131725A (zh) 2019-08-16
CN110131725B true CN110131725B (zh) 2020-04-28

Family

ID=67571869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910422332.1A Active CN110131725B (zh) 2019-05-21 2019-05-21 一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110131725B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115111629A (zh) * 2022-06-10 2022-09-27 北京市燃气集团有限责任公司 一种零碳供热方法

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4988079A (en) * 1987-09-25 1991-01-29 Nkk Corporation Apparatus for smelting and reducing iron ores
CN104973642A (zh) * 2014-04-08 2015-10-14 中石化洛阳工程有限公司 一种利用烟气低温废热处理含盐废水的方法
CN108680017A (zh) * 2018-05-28 2018-10-19 中石化（洛阳）科技有限公司 加热炉系统及加热炉设备
CN208700566U (zh) * 2018-02-24 2019-04-05 北京联力源科技有限公司 一种燃料化学链制氢系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4988079A (en) * 1987-09-25 1991-01-29 Nkk Corporation Apparatus for smelting and reducing iron ores
CN104973642A (zh) * 2014-04-08 2015-10-14 中石化洛阳工程有限公司 一种利用烟气低温废热处理含盐废水的方法
CN208700566U (zh) * 2018-02-24 2019-04-05 北京联力源科技有限公司 一种燃料化学链制氢系统
CN108680017A (zh) * 2018-05-28 2018-10-19 中石化（洛阳）科技有限公司 加热炉系统及加热炉设备

Also Published As

Publication number Publication date
CN110131725A (zh) 2019-08-16

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN105771638B (zh) 利用焦炉烟气热备焦炉烟囱的脱硫脱硝方法及装置
TW464755B (en) Regenerative type carbon dioxide separator and carbon dioxide separation system
CN105157052B (zh) 一种低氮高效的烟气余热回收装置
CN108343978A (zh) 一种低热值燃料的催化氧化系统与方法
CN207247926U (zh) 一种纯氧管式加热炉
CN106621809A (zh) 一种活性焦干法脱硫装置再生塔余热回收系统及方法
CN110131725B (zh) 一种加热方法、加热装置及其烟气处理方法
CN111795497A (zh) 一种多孔介质燃烧热水锅炉
TW200420857A (en) Heat recovery method for a regenerative thermal oxidizer
CN101576353A (zh) 一种间断温区常压逆向加热方法及其装置
CN206709040U (zh) 配套于催化裂化装置的高温高压脱硝余热锅炉
CN106765009B (zh) 一种连续式蓄热燃烧燃气热管蒸汽发生器及烟气余热综合回收的方法
CN201753911U (zh) 全氧燃烧玻璃窑烟气余热锅炉
CN201779983U (zh) 蓄热式燃烧重整加热炉
US20140083415A1 (en) Solar system for reproducing the effect of a combustion flame
CN115143455A (zh) 一种包含制氢过程的新型化学链燃烧方法
CN201302406Y (zh) 联合式双预热装置
CN104629803B (zh) 一种基于化学工质循环的固体燃料气化方法与系统
CN108680017B (zh) 加热炉系统及加热炉设备
CN100394122C (zh) 空气预热溴冷机火管群冷剂蒸汽再生方法和装置
CN210150715U (zh) 一种天然气蒸汽重整制氢装置
CN217031245U (zh) 一种利用余热进行加热的系统
CN1250903C (zh) 烟气急冷方法及装置
CN207112765U (zh) 基于燃气锅炉的供能系统
CN106765008B (zh) 一种蓄热燃烧式燃气热管蒸汽发生器及其烟气余热综合回收的方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20230630

Address after: 100000 22 Chaoyangmen North Street, Chaoyang District, Beijing.

Patentee after: CHINA PETROLEUM & CHEMICAL Corp.

Patentee after: Sinopec Engineering (Group) Co.,Ltd.

Address before: 101, 1-5 / F, building 8, shenggujiayuan, Chaoyang District, Beijing

Patentee before: Sinopec Engineering (Group) Co.,Ltd.