CN113203293A - 一种加热炉烟气余热回收系统和燃烧系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种加热炉烟气余热回收系统和燃烧系统，涉及加热炉余热回收领域。该加热炉烟气余热回收系统包括设置有燃料气进口、加湿空气进口和烟气出口的加热炉、设置有第一烟气通道和第一液体通道的耐腐蚀空气预热器、中和罐、净化装置、设置有空气进口、加湿空气出口、喷淋用水进口和喷淋余液出口的喷淋塔和烟囱；烟气出口与第一烟气通道连通，第一烟气通道与烟囱连通；加湿空气出口与加湿空气进口连通；第一烟气通道与中和罐连通，中和罐与净化装置连通；净化装置和喷淋余液出口同时与第一液体通道连通，第一液体通道与喷淋用水进口连通。其利用空气加湿及冷凝液回用的方法回收加热炉烟气冷凝潜热，提高加热炉综合热效率。

Description

一种加热炉烟气余热回收系统和燃烧系统
技术领域
本发明涉及加热炉余热回收领域，具体而言，涉及一种加热炉烟气余热回收系统和燃烧系统。
背景技术
加热炉是炼化企业的用能大户和主要排放口，进一步提高加热炉热效率，降低污染物排放量，对炼化企业的节能减排工作而言将具有十分重要的意义。
目前，炼化企业加热炉综合热效率在92％左右，一般采用空气预热器间壁加热空气的方式回收烟气余热，这样的烟气余热回收方式难以回收烟气的冷凝潜热，严重制约了加热炉热效率的提高。同时，加热炉余热回收系统运行受环境温度影响较大，特别是在夏季和冬季环境温度差别较大的情况下，加热炉排烟温度可以相差20℃以上，一定程度上影响了加热炉的高效平稳运行。并且，回收加热炉烟气冷凝潜热的时候，会有冷凝液从烟气中析出，冷凝液的处理及回用也是回收利用烟气潜热时需要解决的问题。
综合所述，进一步提高加热炉热效率，就需要采用有效的方法回收加热炉冷凝潜热，同时解决冷凝液处理及回用的问题，并且降低环境温度变化对加热炉高效平稳运行的影响。
基于此，特提出本申请。
发明内容
本发明的目的包括，例如，提供了一种加热炉烟气余热回收系统和燃烧系统，其利用空气加湿及冷凝液回用的方法回收加热炉烟气冷凝潜热，使加热炉综合热效率提高至98％以上，且进一步降低烟气NOx含量。
本发明的实施例可以这样实现：
第一方面，本发明提供一种加热炉烟气余热回收系统，包括加热炉、耐腐蚀空气预热器、中和罐、净化装置、喷淋塔和烟囱；
所述加热炉设置有燃料气进口、加湿空气进口和烟气出口；所述耐腐蚀空气预热器设置有第一烟气通道和第一液体通道；所述烟气出口与所述第一烟气通道的进口连通，所述第一烟气通道的出口与所述烟囱连通，所述第一烟气通道的冷凝液出口与所述中和罐的进口连通；所述中和罐的出口与所述净化装置的进口连通，所述净化装置的出口与所述耐腐蚀空气预热器的所述第一液体通道的进口连通；
所述喷淋塔设置有空气进口、加湿空气出口、喷淋用水进口和喷淋余液出口；所述加湿空气出口与所述加热炉的所述加湿空气进口连通，所述喷淋余液出口也与所述耐腐蚀空气预热器的所述第一液体通道的进口连通，所述喷淋用水进口与所述第一液体通道的出口连通。
在可选的实施方式中，所述加热炉烟气余热回收系统还包括常规空气预热器，所述常规空气预热器设置有第二烟气通道和加湿空气通道；所述烟气出口与所述第一烟气通道通过所述第二烟气通道连通，所述加湿空气出口与所述加湿空气进口通过所述加湿空气通道连通。
在可选的实施方式中，所述加热炉烟气余热回收系统还包括水烟气取热器，所述水烟气取热器设置有第三烟气通道和第二液体通道；
所述第一烟气通道和所述第二烟气通道通过所述第三烟气通道连通，所述第一液体通道与所述喷淋用水进口通过所述第二液体通道连通。
在可选的实施方式中，所述加热炉烟气余热回收系统还包括水烟气再热器，所述水烟气再热器设置有第四烟气通道和第三液体通道；
所述第二烟气通道和所述烟囱通过所述第四烟气通道连通，所述第二液体通道与所述喷淋用水进口通过所述第三液体通道连通。
在可选的实施方式中，所述中和罐内设置有用于调节冷凝液pH值的碱性药剂。
在可选的实施方式中，所述净化装置内设置有用于去除冷凝液中的硫酸根和铁离子的滤芯；
优选地，所述滤芯为有机滤芯或活性炭滤芯。
在可选的实施方式中，所述喷淋用水进口排出的喷淋用水温度为50～100℃；
优选地，所述喷淋余液出口排出的喷淋余液温度为40～60℃；
优选地，所述加湿空气出口排出的加湿空气的温度为40～80℃；
优选地，所述第一烟气通道排出的烟气的温度为70℃～130℃；
优选地，所述烟囱排出的烟气的温度为45～90℃。
在可选的实施方式中，所述喷淋塔还设置有废液外排口，所述废液外排口的外排量为30～200g/kg烟气。
在可选的实施方式中，所述耐腐蚀空气预热器为搪瓷管空气预热器、氟塑料空气预热器或衬四氟管式空气预热器。
第二方面，本发明提供一种燃烧系统，其包括前述实施方式任一项所述的加热炉烟气余热回收系统。
本发明实施例的有益效果包括，例如：
本发明实施例提供了一种加热炉烟气余热回收系统，其通过助燃空气加湿、升温及冷凝水回用的方法充分合理回收烟气余热和冷凝潜热，大幅提高加热炉综合热效率，可使加热炉热效率提高至98％以上，节能效果显著。烟气余热回收不受环境温度影响，可保证加热炉长周期高效稳定运行。通过喷淋加湿的方式增加空气的含湿量，使进入加热炉的助燃空气的水蒸气含量增加。由于水蒸气比热容大于烟气比热容，水蒸气含量增加可使加热炉燃烧温度有效降低；同时，水蒸气含量增加稀释了空气中的氧含量，降低了氮气与氧气的接触几率，进而有效降低了燃烧过程中NOx的生成量，可使烟气中的NOx含量降低30％以上。进一步地，本申请利用中和罐对耐腐蚀空气预热器内烟气换热后的冷凝液进行中和，可以有效避免冷凝液对后续管道的腐蚀，本申请中还利用净化装置去除对中和罐内排出的冷凝液中的硫酸根和铁离子，使得回收利用的冷凝液对管道更友好更安全，减少堵塞和磨损，保证系统长周期运行。
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1提供的加热炉烟气余热回收系统的结构示意图；
图2为本申请实施例2提供的加热炉烟气余热回收系统的结构示意图。
图标：1-加热炉；2-常规空气预热器；3-耐腐蚀空气预热器；4-中和罐；5-净化装置；6-喷淋塔；7-烟囱；E1-水烟气取热器；E2-水烟气再热器。
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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“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，若出现术语“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。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。
请参考图1，一种加热炉1烟气余热回收系统，其包括加热炉1、耐腐蚀空气预热器3、中和罐4、净化装置5、喷淋塔6和烟囱7。
其中，加热炉1用于对燃料气进行燃烧，其设置有燃料气进口、加湿空气进口和烟气出口；本申请中，通过向燃料气中加入加湿空气，通过喷淋加湿的方式增加空气的含湿量，使进入加热炉1的助燃空气的水蒸气含量增加。由于水蒸气比热容大于烟气比热容，水蒸气含量增加可使加热炉1燃烧温度有效降低；同时，水蒸气含量增加稀释了空气中的氧含量，降低了氮气与氧气的接触几率，进而有效降低了燃烧过程中NOx的生成量，可使烟气中的NOx含量降低30％以上。
由于加热炉1排烟温度受环境温度影响较大，特别是在夏季和冬季，环境温度差别较大时助燃空气温度相差较大，致使加热炉1排烟温度可以相差20℃以上，一定程度上影响了加热炉1的平稳运行。本发明采用喷淋加湿的方法预热助燃空气，可使进入空气预热器的空气温度常年保持在一个确定的温度，降低环境温度对余热回收系统运行的影响，保证加热炉1长周期高效稳定运行。
耐腐蚀空气预热器3用于对从加热炉1中排出的高温烟气进行降温，实现对高温烟气的余热进行回收利用。具体来说，耐腐蚀空气预热器3设置有第一烟气通道和第一液体通道；第一烟气通道排出的烟气的温度为70℃～130℃。本申请中，耐腐蚀空气预热器3为搪瓷管空气预热器、氟塑料空气预热器或衬四氟管式空气预热器。其中，烟气走管外，液体走管内。
喷淋塔6用于对进入喷淋塔6的空气进行喷淋加湿和加热处理，具体来说，喷淋塔6设置有空气进口、加湿空气出口、喷淋用水进口、喷淋余液出口和废液外排口。喷淋用水进口排出的喷淋用水温度为50～100℃；喷淋余液出口排出的喷淋余液温度为40～60℃；加湿空气出口排出的加湿空气的温度为40～80℃；废液外排口的外排量为30～200g/kg烟气。本申请中，喷淋塔6的筒体可以为玻璃钢材质、碳钢内衬玻璃鳞片、碳钢内防腐，喷淋塔6的热水喷头材质可以为碳化硅、陶瓷、不锈钢、PP材质。
中和罐4用于对从耐腐蚀空气预热器3排出的冷凝液进行中和，调节酸性的冷凝液pH值至6～8，具体来说，中和罐4内设置有用于调节冷凝液pH值的碱性药剂。
净化装置5用于对中和后的冷凝液中的硫酸根和铁离子进行去除，具体来说，净化装置5内设置有用于去除冷凝液中的硫酸根和铁离子的滤芯；优选地，滤芯为有机滤芯或活性炭滤芯。
烟囱7用于对最终的烟气进行排出，本申请中，烟囱7排出的烟气的温度为45～90℃。
上述装置的连接方式为：烟气出口与第一烟气通道的进口连通，第一烟气通道的出口与烟囱7连通；加湿空气出口与加湿空气进口连通；第一烟气通道的冷凝液出口与中和罐4的进口连通，中和罐4的出口与净化装置5的进口连通；净化装置5的出口和喷淋余液出口同时与第一液体通道的进口连通，第一液体通道的出口与喷淋用水进口连通。
本申请中常温空气经喷淋塔6喷淋加湿升温后，可以直接通入加热炉1与燃料气一并燃烧，也可以在经喷淋塔6后，再进入常规空气预热器2再次升温。具体来说，常规空气预热器2设置有第二烟气通道和加湿空气通道；当设置有常规空气预热器2时，烟气出口与第一烟气通道通过第二烟气通道连通，加湿空气出口与加湿空气进口通过加湿空气通道连通。
此外，考虑到温度较低时，烟气容易产生白烟的问题，本申请中，加热炉1烟气余热回收系统还包括水烟气取热器E1，水烟气取热器E1设置有第三烟气通道和第二液体通道；第一烟气通道和第二烟气通道通过第三烟气通道连通，第一液体通道与喷淋用水进口通过第二液体通道连通。水烟气取热器E1材质为碳钢或不锈钢，结构型式可采用板式、管式、热媒式换热器；
进一步地，加热炉1烟气余热回收系统还包括水烟气再热器E2，水烟气再热器E2设置有第四烟气通道和第三液体通道；第二烟气通道和烟囱7通过第四烟气通道连通，第二液体通道与喷淋用水进口通过第三液体通道连通。水烟气再热器E2可以为不锈钢换热器、搪瓷管换热器、氟塑料换热器、衬四氟管式换热器，热水水走管内，烟气走管外。
本申请中通过增加水烟气取热器E1和水烟气再热器E2可以使烟气进行再热，避免在低温环境下产生烟气，同时还可以对再热的余热进行回收利用。
需要说明的是，本申请中的各个装置涉及的进口或出口请参阅图1或图2中的气液走向(如箭头所示)，未对各个进口和出口进行一一标号。
此外，本发明提供一种燃烧系统，其包括前述加热炉1烟气余热回收系统，该燃烧系统可以充分对燃烧后的烟气余热进行回收和利用。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
请参阅图1，本实施例提供了一种加热炉1烟气余热回收系统，其包括加热炉1、常规空气预热器2、耐腐蚀空气预热器3、中和罐4、净化装置5、喷淋塔6和烟囱7。
其中，常规空气预热器2为碳钢板式空气预热器，耐腐蚀空气预热器3为氟塑料管式空气预热器，喷淋塔6筒体材质为碳钢内防腐，喷淋塔6热水喷头材质不锈钢。
加热炉1出来的300℃高温烟气进入常规空气预热器2，温度降低至100℃后进入耐腐蚀空气预热器3，低温烟气与取热水在耐腐蚀空气预热器3进行换热，温度降低至65℃从烟囱7排出。
15℃常温空气进入喷淋塔6，被70℃热水喷淋加热升温，变为60℃饱和湿空气从喷淋塔6顶部引出后进入常规空气预热器2，与300℃高温烟气换热升温至280℃后进入加热炉1燃烧。
从净化装置5的冷凝水与喷淋塔6底部出来的50℃喷淋水混合后进入耐腐蚀空气预热器3与低温烟气换热，温度升高至后70℃进入喷淋塔6，喷淋加湿15℃常温空气，温度降低至50℃后，一部分进入耐腐蚀空气预热器3换热，另一部分从喷淋塔6底部排出，外排水量为60g/kg烟气。
低温烟气在耐腐蚀空气预热器3与取热水换热降温过程中，产生的冷凝液由耐腐蚀空气预热器3底部排出进入中和罐4进行中和，PH至调节至6～8后进入净化装置5，在净化装置5采用有机滤芯对冷凝液进行过滤、沉淀，去除硫酸根和铁离子后，进入耐腐蚀空气预热器3作为取热水。
本发明回收60g/kg烟气的冷凝潜热，加热炉1排烟温度降低至65℃，加热炉1综合热效率为99.8％；同时，烟气中的NOx含量可比之前降低30％，节能减排效果显著。
实施例2
请参阅图2，本实施例提供了一种加热炉1烟气余热回收系统，其包括加热炉1、常规空气预热器2、耐腐蚀空气预热器3、中和罐4、净化装置5、喷淋塔6、烟囱7、水烟气取热器E1和水烟气再热器E2。
其中，常规空气预热器2、水烟气取热器E1为碳钢板式空气预热器，耐腐蚀空气预热器3、水烟气再热器E2为氟塑料管式空气预热器，喷淋塔6筒体材质为碳钢内防腐，喷淋塔6热水喷头材质不锈钢。
加热炉1出来的300℃高温烟气进入常规空气预热器2，温度降低至120℃后进入水烟气取热器E1，温度降低至100℃后进入耐腐蚀空气预热器3，与取热水进行换热，温度降低65℃后进入水烟气再热器E2，温度升高至85℃从烟囱7排出。
15℃常温空气进入喷淋塔6，被从水烟气再热器E2引出的70℃热水喷淋加热升温，变为60℃饱和湿空气从喷淋塔6顶部引出后进入常规空气预热器2，与高温烟气换热升温至260℃进入加热炉1燃烧。
从净化装置5的冷凝水与喷淋塔6底部出来的50℃喷淋水混合后进入耐腐蚀空气预热器3与低温烟气换热，温度升高至70℃进入水烟气取热器E1，与烟气换热温度进一步升高至80℃进入水烟气再热器E2，加热饱和湿烟气温度降低至70℃进入喷淋塔6喷淋加湿空气，温度降低至50℃从喷淋塔6底部引出，一部分进入耐腐蚀空气预热器3换热，一部分从喷淋塔6底部排出，外排水量为60g/kg烟气。
低温烟气在耐腐蚀空气预热器3与取热水换热降温过程中，产生的冷凝液由耐腐蚀空气预热器3底部排出进入中和罐4进行中和，PH至调节至6～8后进入净化装置5，在净化装置5进行过滤、沉淀，去除硫酸根和铁离子后，然后进入耐腐蚀空气预热器3作为取热水。
本发明回收60g/kg烟气的冷凝潜热，加热炉1排烟温度降低至85℃，加热炉1综合热效率为98.5％；同时，烟气中的NOx含量可比之前降低30％，节能减排效果显著。
对比例1
将实施例1的中和罐4和净化装置5省略，直接将冷凝液回用。
采用对比例1提供的装置进行运行，发现冷凝液不经过中和处理直接回收利用，随着冷凝液的富集，喷淋水中的硫酸根、铁离子会逐渐富集，极易在管线及设备结垢，磨损和堵塞管线及设备，影响设备长周期运行；同时，随着冷凝液的富集，喷淋水酸度不断增加，会造成喷淋系统的腐蚀，对管线及设备材质及防腐要求极高，系统投资成本及运行成本大幅提升。
综上所述，本发明实施例提供了一种加热炉烟气余热回收系统，其利用中和罐4对耐腐蚀空气预热器内烟气换热后的冷凝液进行中和，可以有效避免冷凝液对后续管道的腐蚀，本申请中还利用净化装置去除对中和罐4内排出的冷凝液中的硫酸根和铁离子，使得回收利用的冷凝液对管道更友好更安全，减少堵塞和磨损，保证系统长周期运行。
进一步地，本申请中本发明通过助燃空气加湿、升温及冷凝水回用的方法充分合理回收烟气余热和冷凝潜热，大幅提高加热炉综合热效率，可使加热炉热效率提高至98％以上，节能效果显著。烟气余热回收不受环境温度影响，可保证加热炉长周期高效稳定运行。
加热炉排烟温度受环境温度影响较大，特别是在夏季和冬季，由于环境温度差别较大，助燃空气温度相差较大，致使加热炉排烟温度可以相差20℃以上，一定程度上影响了加热炉的平稳运行。本发明采用喷淋加湿的方法预热助燃空气，可使进入空气预热器的空气温度常年保持在一个确定的温度，降低环境温度对余热回收系统运行的影响，保证加热炉长周期高效稳定运行。
通过喷淋加湿的方式增加空气的含湿量，使进入加热炉的助燃空气的水蒸气含量增加。由于水蒸气比热容大于烟气比热容，水蒸气含量增加可使加热炉燃烧温度有效降低；同时，水蒸气含量增加稀释了空气中的氧含量，降低了氮气与氧气的接触几率，进而有效降低了燃烧过程中NOx的生成量，可使烟气中的NOx含量降低30％以上。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种加热炉烟气余热回收系统，其特征在于，包括加热炉、耐腐蚀空气预热器、中和罐、净化装置、喷淋塔和烟囱；
所述加热炉设置有燃料气进口、加湿空气进口和烟气出口；所述耐腐蚀空气预热器设置有第一烟气通道和第一液体通道；所述烟气出口与所述第一烟气通道的进口连通，所述第一烟气通道的出口与所述烟囱连通，所述第一烟气通道的冷凝液出口与所述中和罐的进口连通；所述中和罐的出口与所述净化装置的进口连通，所述净化装置的出口与所述耐腐蚀空气预热器的所述第一液体通道的进口连通；
所述喷淋塔设置有空气进口、加湿空气出口、喷淋用水进口和喷淋余液出口；所述加湿空气出口与所述加热炉的所述加湿空气进口连通，所述喷淋余液出口也与所述耐腐蚀空气预热器的所述第一液体通道的进口连通，所述喷淋用水进口与所述第一液体通道的出口连通。
2.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述加热炉烟气余热回收系统还包括常规空气预热器，所述常规空气预热器设置有第二烟气通道和加湿空气通道；所述烟气出口与所述第一烟气通道通过所述第二烟气通道连通，所述加湿空气出口与所述加湿空气进口通过所述加湿空气通道连通。
3.根据权利要求2所述的加热炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述加热炉烟气余热回收系统还包括水烟气取热器，所述水烟气取热器设置有第三烟气通道和第二液体通道；
所述第一烟气通道和所述第二烟气通道通过所述第三烟气通道连通，所述第一液体通道与所述喷淋用水进口通过所述第二液体通道连通。
4.根据权利要求3所述的加热炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述加热炉烟气余热回收系统还包括水烟气再热器，所述水烟气再热器设置有第四烟气通道和第三液体通道；
所述第二烟气通道和所述烟囱通过所述第四烟气通道连通，所述第二液体通道与所述喷淋用水进口通过所述第三液体通道连通。
5.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述中和罐内设置有用于调节冷凝液pH值的碱性药剂。
6.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述净化装置内设置有用于去除冷凝液中的硫酸根和铁离子的滤芯；
优选地，所述滤芯为有机滤芯或活性炭滤芯。
7.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述喷淋用水进口排出的喷淋用水温度为50～100℃；
优选地，所述喷淋余液出口排出的喷淋余液温度为40～60℃；
优选地，所述加湿空气出口排出的加湿空气的温度为40～80℃；
优选地，所述第一烟气通道排出的烟气的温度为70℃～130℃；
优选地，所述烟囱排出的烟气的温度为45～90℃。
8.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述喷淋塔还设置有废液外排口，所述废液外排口的外排量为30～200g/kg烟气。
9.根据权利要求1所述的加热炉烟气余热回收系统，其特征在于，所述耐腐蚀空气预热器为搪瓷管空气预热器、氟塑料空气预热器或衬四氟管式空气预热器。
10.一种燃烧系统，其特征在于，其包括权利要求1-9任一项所述的加热炉烟气余热回收系统。
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