CN114184049A - 燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃方法及系统，其通过从燃料炉窑抽取高温气体与氧源混合，获得三高富氧，并且针对燃料炉窑的具体类型设计了特定的富氧喷嘴位置，使得三高富氧被送至燃料炉窑内产品最需氧气的部位，实现了局部增氧精准助燃。本发明不仅具有安装更方便、操作和维护等更容易、更安全，可降低生产成本和运行成本，而且综合节能减排增产提效等效果更好等，适用于各种燃料炉窑。
Description
技术领域
本发明涉及燃料炉窑的局部增氧助燃领域，具体是一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃方法及系统，适用于各种燃料(包括各种煤[粉]、焦、油、气、水煤(焦)浆、垃圾、生物质和固[危]废等)和燃烧燃料的所有炉窑如各种锅炉(如电站锅炉、流化床炉、煤粉[焦]炉，链条[炉排]炉和注汽炉等)、各种加热炉、各种(垃圾)焚烧炉、各种油(气、水煤浆和水焦浆等)配燃烧器的炉窑和热媒炉、烟化炉、冶炼炉、闪速炉、焙烧炉、熔盐炉、顶吹炉、反射炉、各种竖窑、陶瓷窑、玻璃窑、套筒窑和回转窑如水泥(石灰、钛白粉、球团、石油焦煅烧、锌浸出渣、高岭土和氧化铝等)回转窑等的综合节能减排增产提效。
背景技术
目前一般燃料炉窑采用的均是普通空气助燃或整体增氧助燃，前者由于空气中仅含不到21％的氧气，其余为惰性气体，不但不参与助燃，反而吸收大量的热量，从而降低了炉窑的性能和效率等，而后者一般投资非常大，且存在如炉龄明显下降、NOX明显增加等诸多副作用。
CN202010421184.4专利文献公开了一种套筒窑局部增氧系统，该系统包括：制氧单元，入口端与所述制氧单元连接的引射单元，入口端与所述引射单元的出口端连接的换热单元，入口端与所述换热单元的出口端连接的增氧单元，所述引射单元用于将氧气和新鲜空气混合形成增氧空气，所述换热单元设置在套筒窑的上内套筒出口烟道至换热器的热气体管道上，用于加热所述增氧空气；所述增氧单元包括增氧环管，所述增氧环管沿周向设置有多个增氧喷枪和多个增氧喷管，所述增氧喷枪设置在燃烧室面板处，所述增氧喷管设置在拱桥下。本申请虽为局部增氧助燃，但并不实用：不仅制纯氧成本比较高、而且需要专业人员操作、还存在以下缺陷：由于需要配置引射单元将氧气和新鲜空气混合形成增氧空气，还需要配置换热单元，导致其系统复杂，尤其是其换热单元配置在套筒窑上，导致窑炉阻力增加且施工困难、最关键的是设置有多个增氧喷枪和多个增氧喷管但没有具体参数如富氧浓度、温度、压力和安装要求等，因而难以实际应用。
CN201010115450.7专利文献公开了一种燃烧炉富氧局部增氧射流助燃提高热效率的方法，该方法包括燃料和富氧气体各自进入燃烧炉中聚集在一起而燃烧，所述的富氧气体经增压后，以与喷射的燃料成10°～45°的夹角并以燃料流速1.2～4.0倍的线速度射流进入燃料流区混合而燃烧，富氧气体进入的位置为燃烧火焰顶端与喷口之间离燃料喷嘴喷口的四分之一到四分之二区域。本申请虽为局部增氧助燃，但存在以下缺陷：由于膜法富氧不仅能耗高、富氧品质差(浓度低、含水高)，而且规模小等，尤其是其需要配置富氧预热器，假如其富氧预热器配置在炉体内则会导致窑炉阻力增加且施工困难，假如采用外置式富氧预热器则需要额外消耗能源，不利于节能减排，另外该专利中“该方法包括燃料和富氧气体各自进入燃烧炉中聚集在一起而燃烧，所述的富氧气体经增压后，以与喷射的燃料成10°～45°的夹角并以燃料流速1.2～4.0倍的线速度射流进入燃料流区混合而燃烧，富氧气体进入的位置为燃烧火焰顶端与喷口之间离燃料喷嘴喷口的四分之一到四分之二区域”无法真正实施，完全是想当然。
CN201120337605.1专利文献公开了一种燃气或油工业锅炉的膜法富氧局部增氧助燃装置，该装置包括急停装置、高效空气过滤系统、通风机、真空泵、管道泵、富氧喷嘴、报警装置、电控柜、膜富氧发生器、气水分离脱湿稳压系统和富氧高效预热器。同样，由于其需要在炉内配富氧高效预热器，所以也存在不仅导致窑炉阻力增加而且施工难的缺陷，而且采用的是膜法富氧。
CN201310025287.9专利文献公开了一种用于回转窑的局部增氧助燃装置，该装置放置在回转窑旁，它包括氧源、富氧预热器、富氧喷嘴、富氧压力变送器、富氧浓度变送器和电控装置，富氧喷嘴的喷口为圆弧形扁口，通过套管插装于回转窑的窑头罩罩壁内，并按特定的位置布置，从而实现了弧形局部增氧助燃的方法。该专利同样需要在炉内配富氧高效预热器，所以也存在不仅导致窑炉阻力增加而且施工难的缺陷，关键没有提供该“扁口”与燃烧器及“熟料”在回转窑“最厚”区域的关系，而三者之间的相互关系不仅影响综合节能减排增产提效的效果，严重时还会烧坏回转窑筒体。
上述各专利均为比较单一的炉窑如套筒窑、熔铝反射炉、回转窑和工业锅炉等而且没有涉及燃料。目前，只有沈光林的CN201810488723.9专利文献公开了用于燃料炉窑的综合节能减排增产提效型局部增氧助燃系统，然而该专利也存在以下缺陷：1、增氧位置不佳。2、需要在窑内配富氧高效预热器，不仅导致窑炉阻力增加而且施工难，有的甚至无法施工，例如当锅炉的高温烟道四周均布满了膜式水冷壁管时，将无法开孔放置富氧高效预热器。3、需要加助燃风切换阀，不仅降低局部增氧助燃系统运行的可靠性和使用寿命，例如系统临时故障暂停时需要立即打开助燃风切换阀，即使能及时打开，也会因冷热风转换会导致富氧高效预热器热胀冷缩等，而且还增加该系统生产成本、安装成本和运行成本等。4、对于“用于回转窑的弧形燃烧技术，必须把富氧高效预热器和富氧喷嘴集成为富氧预热及喷嘴集成装置，并把3个或3个以上的富氧预热及喷嘴集成装置”，该技术并不实用，体现为：①“富氧高效预热器和富氧喷嘴集成为富氧预热及喷嘴集成装置”效果不理想：不可能达到该专利中所述的400-800℃左右、650℃左右，而且富氧线速350m/s，因为富氧预热及喷嘴集成装置的外壳必须是耐高温浇注料，是隔热的，申请人在水泥厂实施中发现实际预热温度不到200℃；②回转窑安装“3个或3个以上的富氧预热及喷嘴集成装置”更不理想：因为回转窑是圆筒形，所以物料在窑内分布是圆弧形，而且回转窑一直是旋转的，故物料只有在圆弧形中某处最厚，此处配置富氧预热及喷嘴集成装置才是最理想的，所以配置3个或3个以上富氧预热及喷嘴集成装置并不科学，因为靠两侧的富氧预热及喷嘴集成装置对应的物料处比较薄，甚至没有物料，容易导致回转窑筒体烧坏。5、部分氧源采用的是膜法，而膜法不仅富氧浓度低(一般在26-31％)无法进行优化调整，而且富氧是饱和的甚至过饱和(含雾化水滴)，更重要的是无法大型化且能耗高。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃方法及系统，以至少在一定程度解决相关技术存在的上述缺陷。
本发明首先提出了“局部增氧精准助燃”概念。所谓精准，就是把三高(高浓度、高压和高温)富氧精准送到燃料炉窑内的产品最需氧气的部位，例如，对于回转窑，富氧是通过富氧喷嘴精准送到火焰中心下侧和和熟料在回转窑内分布的最厚区域之间，不仅利用高速富氧席卷火焰下移靠近物料使未燃物充分燃烧放出更多的有效热量而且火焰发飘发散明显改善。而非CN201810488723.9专利文献中所述的送到回转窑的火焰中心，使火焰形成弧形燃烧。针对不同的燃料炉窑，本发明中所述的燃料炉窑内的产品最需氧气的部位具体如下：链条炉的火焰中心的上方，富氧喷嘴配置于前后拱之间的左右墙且带向下角度交叉布置；玻璃熔窑的燃料枪下部和玻璃液面之间居中位置；回转窑火焰中心的下侧和熟料在回转窑内分布的最厚区域之间；分解炉喷煤管的上侧和生料管之间；加热炉的燃烧器和加热物料的火管之间；流化床锅炉的上二次风管的上侧与水冷壁管之间，且富氧喷嘴带向下角度交叉布置；注汽锅炉的火焰中心的尾端等等。
本发明还提出了用高温取气器、混合稳压罐和高温调节阀配合气气引射器或风机，替代现有技术中的富氧高效预热器和助燃风切换阀，使得系统更容易实施以及富氧品质更好。
在上述构思下，本发明具体技术方案如下：
本发明提供的一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃方法包括：步骤一、从所述燃料炉窑抽取高温气体与氧源混合，形成设定温度、压力及浓度的富氧；步骤二、通过富氧喷嘴将所述富氧送至所述燃料炉窑内的产品最需氧气的部位，具体的位置如前所述。
本发明提供的一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃系统包括氧源和富氧喷嘴，所述系统还包括：
高温取气器，其包含耐高温气管和过滤器，所述高温取气器的取气口与所述燃料炉窑的高温室相连；
混合稳压罐，其一输入口与所述氧源相连，另一输入口与所述高温取气器的出气口相连；
风机，其进风口与所述混合稳压罐的输出口相连，其出风口与所述富氧喷嘴相连；
高温调节阀，其一端连接高温取气器，另一端连接混合稳压罐，用于调节富氧温度、浓度和流量；以及
富氧控制阀，其设置于所述富氧喷嘴的供气管路上，用于控制三高富氧喷入燃料炉窑内的流量和压力。
本发明提供的另一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃系统包括氧源和富氧喷嘴，所述系统还包括：
高温取气器，其包含耐高温气管和过滤器，所述高温取气器的取气端与所述燃料炉窑的高温室相连；
气气引射器，其一个进气口与所述氧源相连，另一个进气口与所述高温取气器的出气端相连；
混合稳压罐，其输入口与所述气气引射器的排气口相连，其输出口与所述富氧喷嘴相连；
高温调节阀，其一端连接高温取气器，另一端连接气气引射器，用于调节富氧温度、浓度和流量；以及
富氧控制阀，富氧控制阀，其设置于所述富氧喷嘴的供气管路上，用于控制三高富氧喷入燃料炉窑内的流量和压力。
上述两种系统中，所述氧源选自VPSA制氧和用户富裕氧气，一般富氧浓度在80-100％之间。
上述两种系统中，富氧喷嘴配置于所述燃料炉窑内的产品最需氧气的部位，具体位置如前所述。
优选地，所述混合稳压罐采用不锈钢或陶瓷制作，且内置有扰流子，以确保富氧混合更均匀。
优选地，回转窑的富氧喷嘴的数量为一个。
优选地，回转窑的富氧喷嘴的扁口中心线、回转窑的燃烧器中心线、以及熟料在回转窑内分布的最厚区域中心线处于同一平面。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
本发明不需要在燃料炉窑内安装富氧高效预热器，也不需要额外消耗能源来预热富氧，安装和维修时不用停炉，因而具有安装更方便、操作和维护等更容易，可降低生产成本和运行成本，综合节能减排增产提效等效果更好等优点。同时，由于各装置均处于炉窑外，不受炉窑内的积灰等影响，所以输出的高温富氧的温度更高更稳定。
本发明将三高富氧精准送到燃料炉窑内的产品最需氧气的部位，实现了局部增氧精准助燃，综合节能减排增产提效等效果更好。
附图说明
图1为局部增氧精准助燃系统的一些实施例的示意图；
图2为局部增氧精准助燃系统的另一些实施例的示意图；
图3为局部增氧精准助燃系统的再一些实施例的示意图；
图4为局部增氧精准助燃系统的还有一些实施例的示意图；
图5为水泥回转窑中富氧喷嘴的位置示意图；
附图标记：
1、氧源；2、混合稳压罐；3、高温调节阀；4、高温室；5、高温取气器；6、燃料炉窑；7、风机；8、富氧控制阀；9、富氧喷嘴；10、窑头罩；11、三次风管；12、分解炉；13、气气引射器；14、回转窑筒体；15、燃烧器；16、熟料在窑内分布；17、最厚区域。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃方法包括：步骤一、从所述燃料炉窑抽取高温气体与氧源混合，形成设定温度、压力及浓度的富氧；步骤二、通过富氧喷嘴将所述富氧分别送至所述燃料炉窑内的产品最需氧气的部位。
其中，可以使用的高温气体包括高温烟气、高温空气。具体是从燃料炉窑的高温室抽取高温气体。对于锅炉，高温室是指高温烟道；对于回转窑，高温室是指窑头罩或窑尾烟室；对于分解炉，高温室是指三次风管；对于某些加热炉或玻璃窑，高温室是指蓄热室。
其中，氧源优选VPSA制氧和用户富裕氧气等，一般富氧浓度在80-100％之间。不建议使用膜法和深冷法，因为前者不仅能耗比较高、规模小，而且所产富氧是饱和甚至过饱和；后者不仅成本比较高，而且使用要求高，还需要专业人员操作，均不利于节能减排。
其中，燃料炉窑内的产品最需氧气的部位因炉窑类型的不同而不同。具体地，对于链条炉，是指火焰中心的上方，富氧喷嘴具体配置于前后拱之间的左右墙且带向下角度交叉布置。对于玻璃熔窑，是指燃料枪下部和玻璃液面之间居中位置。对于回转窑，是指火焰中心的下侧和熟料在回转窑内分布的最厚区域之间。对于分解炉，是指喷煤管的上侧和生料管之间。对于加热炉，是指燃烧器和加热物料的火管之间。对于流化床锅炉，是指上二次风管的上侧与水冷壁管之间，富氧喷嘴带向下角度交叉布置。对于注汽锅炉，是指火焰中心的尾端。
请参照图1，第一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃系统包括：氧源1、富氧喷嘴9、高温取气器5、混合稳压罐2、风机7、高温调节阀3和富氧控制阀8。高温取气器5的取气端与所述燃料炉窑6的高温室4相连；混合稳压罐2的一输入口与所述氧源1相连，混合稳压罐2的另一输入口与所述高温取气器5的出气端相连；风机7的进风端与所述混合稳压罐2的输出口相连，风机7的出风端与所述富氧喷嘴9相连；高温调节阀3设置于所述高温取气器5，用于调节富氧温度、流量和浓度；富氧控制阀8设置于所述富氧喷嘴9的供气管路，用于控制富氧流量和压力。
其中，高温取气器5包含耐高温气管和过滤器。实际应用中，高温取气器5是先根据设计所需的富氧浓度来确定相关尺寸，再根据具体窑炉情况设计好比较理想的气(尘)过滤器，确保能获得合格的高温气体。
其中，混合稳压罐2采用不锈钢或陶瓷制作，内置扰流子，确保富氧混合更均匀。
其中，风机7选用可适合高温气体的风机，实际应用中，风机7是根据具体窑炉情况来选择确保富氧浓度、温度和压力在设计范围内，从而确保达到最佳的综合节能减排增产提效等效果。
其中，高温调节阀3和富氧控制阀8选用可适合高温工质的电动阀。
工作时，氧源1将富氧送至混合稳压罐2，同时，高温取气器5从燃料炉窑的高温室4抽取高温气体，滤除其中的灰尘后输送至混合稳压罐2，在混合稳压罐2内充分混合后，形成三高富氧，进而经风机7、富氧控制阀8、富氧喷嘴9送至燃料炉窑内的产品最需要氧气的部位。其中，通过高温调节阀3使富氧达到需要的温度、流量和浓度。通过富氧控制阀8设置于所述富氧喷嘴9的供气管路上，用于控制三高富氧喷入燃料炉窑内的流量和压力。
请参照图4，第二种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃系统包括氧源1、富氧喷嘴9、高温取气器5、气气引射器13、混合稳压罐2、高温调节阀3、富氧控制阀8。高温取气器5的取气端与所述燃料炉窑6的高温室4相连；气气引射器13的一个进气口与所述氧源1相连，气气引射器13的另一个进气口与所述高温取气器5的出气端相连；混合稳压罐2的输入口与所述气气引射器13的排气口相连，混合稳压罐2的输出口与所述富氧喷嘴9相连；高温调节阀3设置于所述高温取气器5，用于调节富氧温度、流量和浓度；富氧控制阀8设置于所述富氧喷嘴9的供气管路上，用于控制三高富氧喷入燃料炉窑内的流量和压力。
其中，氧源1、高温取气器5、混合稳压罐2、高温调节阀3、富氧控制阀8的实施方式与前述相同，此处不再赘述。
其中，气气引射器13选用可适合高温气体的引射器。实际应用中，具体规格根据具体窑炉情况来选择确保富氧浓度、温度和压力在设计范围内，从而确保达到最佳的综合节能减排增产提效等效果。
工作时，高温取气器5从燃料炉窑的高温室4抽取高温空气，滤除其中的灰尘后输出，氧源1将富氧送至气气引射器13，引射器13引射高温气体进入，与富氧混合后输出至混合稳压罐2，在混合稳压罐2内充分混合后，形成三高富氧，进而经富氧控制阀8、富氧喷嘴9送至燃料炉窑内的产品最需要氧气的部位。其中，通过高温调节阀3使富氧达到需要的温度、流量和浓度。通过富氧控制阀8用于控制三高富氧喷入燃料炉窑内的流量和压力。
实施例1：一种用于工业链条供暖锅炉VPSA局部增氧精准助燃系统
本实施例1中采用上述第一种局部增氧精准助燃系统，参见图1，具体由氧源1、混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9等组成。其中，燃料炉窑高温室对于本实施例1为工业链条供暖锅炉的高温烟道。
分别在58MW(相当于80吨)工业链条供暖锅炉实施本实施例1和CN201810488723.9专利(为便于描述，以下将该专利简称为原专利)实施例1。对比如下：
一、实施条件：
1、原专利的氧源是膜法，富氧流量1000方/时、浓度29％的富氧空气。本实施例的氧源是VPSA，均折算成相同量纯氧条件下(但本发明的富氧浓度为35％，使用效果更好，膜法最高浓度不到30％，否则电耗更高)，富氧压力相同时其耗电仅是膜法的88％左右，两种总费用差不多，但富氧温度比原专利的高100℃左右。2、原专利要在炉内配列管式富氧高效预热器，安装、操作和维护不便，且受积灰影响富氧温度不稳定。而本实施例用高温取气器5、混合稳压罐2和流量阀配合风机7，替代现有技术中的富氧高效预热器和助燃风切换阀，使得系统更容易实施以及富氧品质更好。3、原专利的富氧是通过链条炉富氧喷嘴送到工业链条炉的火焰中心。本实施例的富氧是精准送到火焰中心的上方前后拱之间的左右墙，带向下角度交叉布置富氧喷嘴中，不仅稳定火焰形状、延长烟气停留时间而且喷射的是高品质富氧能使未燃物尽快充分燃烧，放出更多的有效热量，供蒸汽尽快吸收。
二、实施后的效果：
与原专利相比，本实施例平均多节煤1％以上，负荷多2％以上，CO多减少20％以上，炉渣可燃物含量多下降10％以上，固体没完全燃烧热损失多下降5％以上，空气过剩系数多下降2％以上，排烟温度多下降3℃以上。
本实施例1可适用于所有链条炉，包括往复炉和多级倾斜顺推式炉排炉等。
下面以5台垃圾焚烧炉排炉为例具体说明：氧源型号是VPSA 500-80％即富氧流量500标方/时，富氧浓度80％，混合加压后富氧浓度40％、压力20千帕、温度500℃以上、富氧喷嘴25组分别加在5台锅炉里，向下角度30°左右，实施前后的有关指标见下表1：
表1
其中，垃圾焚烧量没有明显增加是生产要求。在垃圾焚烧炉排炉实施后，不仅每年多发电效益超过一千万元，而且有害烟尘均明显下降，特别是二噁英排放得以减少：因为二噁英遏制条件一是火焰温度大于850℃，二是停留时间大于2秒，采用本实施例局部增氧精准助燃系统后，由于富氧预热不受炉内的积灰等影响，所以输出的高温富氧的温度更高更稳定，因而火焰温度更高、形状更稳定，并且富氧喷嘴的位置使得烟气停留时间更长。实际投资回收期不到2年。
实施例2：一种用于玻璃熔窑的VPSA局部增氧精准助燃系统
本实施例2中采用上述第一种局部增氧精准助燃系统，参见图1，具体由氧源1、混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9等组成。其中，燃料炉窑高温室对于本实施例2为玻璃熔窑的蓄热室。
本实施例2与原专利实施例2对比如下：
一、实施条件：
原专利实施例2的玻璃熔窑是把富氧高效预热器放置在大碹顶上进行富氧预热，由于碹顶不仅温度高、安装难，而且由于种种原因碹顶的部分耐火材料经常脱落变薄导致放置在大碹顶上的富氧高效预热器经常烧坏，最关键的是由于上述原因使富氧预热温度非常不稳定，在300-1000℃之间(见原专利第0060段)，从而影响玻璃熔窑的烧成温度稳定。
而本实施例2是从蓄热室里抽出1500℃的高温烟气与富氧混合成1000℃左右，然后通过富氧喷嘴把富氧精准送到燃料枪下部和玻璃液面之间居中位置，其安装简单，而且富氧预热温度相对稳定，实施效果比原专利的综合节能减排增产提效更好，特别是产量和质量均更加稳定。
本实施例2的方案可适用于所有玻璃窑炉和熔铝炉等。
二、实施后效果：
以一座700吨/天浮法玻璃熔窑上实施为例：氧源型号是VPSA 900-80％即富氧流量900标方/时，富氧浓度80％，混合加压后富氧浓度35％、压力10千帕左右、富氧喷嘴15对与天然气燃料枪匹配。
实施前后的有关指标见下表2：
表2
每年节约天然气高达263万多方，相当于节能量3200吨/年，CO2减排6400吨/年，实际投资回收期不到2年。
实施例3：一种用于水泥回转窑的VPSA局部增氧精准助燃系统
对于水泥回转窑，本发明所述的燃料炉窑高温室是指窑头罩、三次风管或窑尾烟室。
参见图2，本实施例3具体由氧源1、两个混合稳压罐2、高温调节阀3、两个高温取气器5、两个风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9等组成。
其中的一个高温取气器5、一个混合稳压罐2、一个高温调节阀3、一个风机7、一个富氧控制阀8、一个富氧喷嘴9组成一个子系统，从窑头罩10抽取高温二次风与富氧混合，形成600℃左右富氧，通过富氧喷嘴9送至回转窑内的产品最需氧气的部位。
富氧喷嘴9在回转窑内的具体安装位置如图5所示。与原专利中安装三支或三支以上富氧喷嘴的做法完全不同，本实施例3中，只有一个富氧喷嘴9，且通过该富氧喷嘴9将富氧精准送到回转窑火焰中心(图5中15所示位置)的下侧和熟料在回转窑内分布16的最厚区域17之间，回转窑的富氧喷嘴9的扁口的中心线、燃烧器15的中心线、以及熟料在回转窑内分布16的最厚区域17的中心线处于同一平面时更佳。从图5中可以看出，如果再加两支或两支以上富氧喷嘴，其喷嘴安装位置会偏离熟料分布的最厚区域17，这不仅影响熟料吸收更多的热量，而且还可能烧坏回转窑筒体14。富氧喷嘴9的上述安装位置，一方面使得火焰由于富氧高压的席卷而下移，使未燃物充分燃烧从而使熟料吸收更多的有效热量，另一方面还可以延长回转窑筒体14的寿命。
其中的另一个高温取气器5、另一个混合稳压罐2、另一个高温调节阀3、另一个风机7、另一个富氧控制阀8、另一个富氧喷嘴9组成另一个子系统，从连接窑头罩10和分解炉12的三次风管11抽取高温三次风，与富氧混合，形成600℃左右富氧，通过富氧喷嘴9送至分解炉12内的产品最需氧气的部位，具体是送到分解炉12喷煤管的上侧和生料管之间。富氧喷嘴9在分解炉12内的该安装位置，使煤粉能够尽快燃烧放出更多的有效热量促进生料分解率增加，从而达到综合节能减排增产提效等效果。
对于不同的水泥回转窑，使用本实施例一般节煤5-15％，CO减少20-70％，熟料强度提高1-3MPa，负荷提高10-20％，粉尘下降10-30％，C1出口温度和氧含量明显下降，大修和窑龄均明显延长。
下面以一条日产6000吨熟料线为例具体说明：氧源型号是VPSA 1500-80％即富氧流量1500标方/时，富氧浓度80％，混合加压后富氧浓度40％、压力40千帕左右、回转窑和分解炉富氧温度均在600-700℃之间，实施前后的有关指标参见下表3：
表3
年运行按照8000小时、吨标煤价格1300元，吨垃圾政府补贴60元，垃圾低发热值1250大卡/公斤评估，每年平均节能效益1600多万元、多掺垃圾效益平均达1300多万元，而且节能量达1.26万吨，CO2减排量达3.3万吨，综合节能减排增产提效效益十分明显，正常1-2年就能收回投资。
实施例4：一种用于其它回转窑的VPSA局部增氧精准助燃系统
其它回转窑是指除水泥回转窑以外的回转窑，包括石灰回转窑、钛白粉回转窑、球团回转窑和氧化铝回转窑等。
对于该其它回转窑，本发明所述的燃料炉窑高温室是指窑头罩。
参见图3，本实施例4具体由氧源1、混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9等组成。其中，混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9的数量根据用户回转窑的数量而定，附图3中示出了两个，每个对应一个回转窑的窑头罩10。
富氧喷嘴9在回转窑内的安装位置，混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8、富氧喷嘴9和回转窑的连接关系，均与实施例3中相同，此处不再赘述。
本实施例4方案可配用户的所有回转窑，不仅节省了用户资源，而且综合节能减排增产提效等效果会更好。特别适用于球团回转窑，节能可达8％以上，而且球团成品率和质量等均明显提高。
下面以年产240万吨球团回转窑为例具体说明：所配氧源型号是VPSA125-80％即富氧流量125标方/时，富氧浓度80％，混合加压后富氧浓度45％、压力30千帕左右、富氧温度600多℃，实施前后的有关指标参见下表4：
表4
其中，成品球产量提高6.6％、抗压强度提高150N/个，成品球耗气下降8.33％，成品率增加3.67％，窑尾O2平均下降13％，综合效果非常好，正常投资回收期不到2年。
实施例5：一种用于石化行业加热炉的VPSA局部增氧精准助燃系统
本实施例5中采用上述第一种局部增氧精准助燃系统，参见图1，具体由氧源1、混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9等组成。
其中，燃料炉窑高温室对于本实施例5为加热炉对流出口烟道。富氧温度比助燃风温度高100多℃，富氧是通过富氧喷嘴精准送到加热炉燃烧器和加热物料的火管之间，实施后火焰的充满度、刚性以及收敛性均明显提高，导致产品能吸收更多有效热量。
本实施例5实施后，一般节能3-15％，CO减少10-50％，NOX减少5-30％，负荷提高5-20％，排烟温度和氧含量明显下降，火管维护和大修周期及炉龄等均明显延长。如发明人曾在石化行业的两台加热炉上实施，经用户标定平均节能11.1％。当时采用的氧源是膜法，如果采用VPSA，综合效果会更好。
实施例6：一种用于流化床锅炉的VPSA局部增氧精准助燃系统
本实施例6中采用上述第一种局部增氧精准助燃系统，参见图1，具体由氧源1、混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9等组成。
其中，燃料炉窑高温室对于本实施例6为流化床锅炉转向室的高温烟道。富氧温度比助燃风温度高200多℃，富氧是通过富氧喷嘴精准送到上二次风管的上侧与水冷壁管之间并带向下角度交叉布置。在该位置喷射富氧，一方面高速喷射席卷使未燃物和烟气在炉膛中的停留时间更长，从而在尽可能少的助燃风下充分彻底完全地燃烧，放出更多的有效热量，达到节能、减少烟尘排放，另一方面富氧又作为高品质“燃尽风”可以明显降低NOX含量。
本实施例6可适用于所有流化床锅炉，特别适用于流化床垃圾焚烧炉的二噁英减排。使用本实施例6，一般节能2-15％，CO减少20-60％，NOX减少10-30％，负荷提高5-20％，排烟温度和氧含量均明显下降，水冷壁管维护和大修周期及炉龄等均明显延长。如在3台240吨(2开1备)流化床锅炉上实施，所配氧源型号是VPSA 650-80％即富氧流量650标方/时，富氧浓度80％，混合加压后富氧浓度35％、压力30千帕左右、富氧温度500℃左右，实施前后的有关指标参见下表5：
表5
年运行按照350天评估：年多产蒸汽21万多吨、节能量大约1.6万吨、CO2减排量大约4.2万吨，有害烟尘排放效果更好，而且由于排烟温度和排烟量明显下降，导致磨损明显减少，锅炉维护周期和使用寿命等明显延长，正常投资回收期2年左右。
实施例7：一种用于油田中转站的VPSA局部增氧精准助燃系统
本实施例7中采用上述第一种局部增氧精准助燃系统，参见图1，具体由氧源1、混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9等组成。
其中，燃料炉窑高温室对于本实施例7为中转站中注汽锅炉或加热炉的高温烟道等。
油田的中转站中一般有注汽锅炉和加热炉4-10台，配一套VPSA制氧装置即可，不仅投资成本低，而且综合节能减排增产提效等效果更好。如用于注汽锅炉，富氧喷嘴对称布置在锅炉燃烧器两侧，把富氧精准送入火焰中心的尾端，该位置既明显减少火焰发飘发散，又可以根据负荷要求控制火焰长度，同时由于富氧浓度高温度高压力高从而使燃料更充分完全燃烧，放出更多的有效热量。
使用本实施例7，一般节能4-12％，CO减少10-80％，NOX减少10-50％，负荷提高1-30％，排烟温度和氧含量均明显下降，水冷壁管维护和大修周期及炉龄等均明显延长。如在某个油田的中转站有3台23吨注汽锅炉和4台6MW加热炉，其中前者2开1备，后者3开1备，负荷均80％左右，燃料均为油田副产天然气,所配氧源型号是VPSA 160-80％即富氧流量160标方/时，富氧浓度80％，混合加压后富氧浓度35％、压力15千帕、富氧温度400℃左右，实施前后注汽锅炉的有关指标参见下表6：
表6
其中蒸汽产量没有明显增加是生产要求，蒸汽干度是注汽锅炉的一个重要指标，越高则注汽效果越好，但能耗也越高。
实施前后加热炉的有关指标参见下表7：
表7
加热负荷没有明显增加是生产要求，正常投资回收期不到2年。
实施例8：一种用于带燃烧器锅炉的VPSA局部增氧精准助燃系统
本实施例8中采用上述第一种局部增氧精准助燃系统，参见图1，具体由氧源1、混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9等组成。
其中，燃料炉窑高温室对于本实施例8为带燃烧器锅炉的高温烟道。
带燃烧器锅炉有燃油(气、粉、焦等等)锅炉。
其中，富氧喷嘴9精准布置在锅炉燃烧器两侧，既明显减少火焰发飘发散，又可以根据负荷要求控制火焰长度。同时由于富氧浓度高温度高压力高从而使燃料更充分完全燃烧，放出更多的有效热量。
使用本实施例8一般节能1-20％，CO减少10-80％，NOX减少10-50％，负荷提高10-30％，排烟温度和氧含量均明显下降，水冷壁管维护和大修周期及炉龄等均明显延长。
下面以3台(2开1备)330吨燃油锅炉为例，石化行业在炼油过程中经常有无法再炼的“废油”无法处理，只能作为燃料燃烧，由于该油特难烧，结焦严重，一般几个月就要停炉处理，采用局部增氧精准助燃系统后能明显改善，一般负荷70％左右，所配氧源型号是VPSA800-80％即富氧流量800标方/时，富氧浓度80％，混合加压后富氧浓度40％、压力25千帕、富氧温度在500℃以上，实施前后燃油锅炉的有关指标参见下表8：
表8
锅炉负荷平均提高7.1％，年运行330天，则年节能量达2万吨，综合节能减排效益十分明显，正常投资回收期不到2年。
实施例9：一种用于热媒炉(导热油炉)的VPSA局部增氧精准助燃系统
本实施例9中采用上述第一种局部增氧精准助燃系统，参见图1，具体由氧源1、混合稳压罐2、高温调节阀3、高温取气器5、风机7、富氧控制阀8和富氧喷嘴9等组成。
其中，燃料炉窑高温室对于本实施例9为热媒炉的高温烟道等。
对于燃煤热媒炉，富氧喷嘴9布置与实施例1相同。
对于带燃烧器的燃油(气、粉、焦等)热媒炉，富氧喷嘴9布置与实施例8相同。
使用本实施例9，一般节能3-15％，CO减少20-80％，NOX减少5-30％，负荷提高5-20％，排烟温度和氧含量均明显下降，导热油管维护和大修周期及炉龄等均明显延长。
实施例10：一种用于钢铁行业燃气锅炉的纯氧局部增氧精准助燃系统
本实施例10中采用上述第二种局部增氧精准助燃系统，参见图4，具体由氧源1、富氧喷嘴9、高温取气器5、气气引射器13、混合稳压罐2、高温调节阀3、富氧控制阀8等组成。
其中，氧源1采用钢铁行业富裕的纯氧。钢铁行业有大量富裕纯氧，排放不仅浪费资源、污染环境。把钢铁行业大量富裕的纯氧用于燃气锅炉，由于钢铁行业燃气主要是高炉煤气和转炉煤气，还有少量焦炉煤气，热值均比较低。
其中，使用引射器5，利用氧气的高压引射高温烟气达到设计的富氧浓度、温度和压力，既减少能耗更避免保养维护等。
其中，燃烧器在前后墙上下交叉布置，富氧喷嘴9则放置在燃烧器上侧，带向下角度。
使用本实施例10，一般节能2-10％，CO减少10-60％，NOX减少5-20％，负荷提高10-30％，排烟温度和氧含量均明显下降，水冷壁管维护和大修周期及炉龄等均明显延长。如某钢铁集团有3台440吨燃气锅炉，各配一台135MW发电机组，燃料主要是高炉煤气，还有少量的转炉和焦炉煤气，运行负荷在75-90％之间，利用该司富裕的2000标方/时纯氧，借助引射器与高温烟气混合成富氧浓度45％左右、压力50千帕、温度550℃以上，实施前后发电机组的有关指标参见下表9:
表9
年运行330天左右，则年节能量2万吨左右，CO2减排量5万吨以上，综合效益显著，投资回收期不到2年。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃方法，其特征在于，包括：
步骤一、从所述燃料炉窑内抽取高温气体与氧源混合，形成设定温度、压力及浓度的富氧；以及
步骤二、通过富氧喷嘴将所述富氧送至所述燃料炉窑内的产品最需氧气的部位；其中，所述燃料炉窑内的产品最需氧气的部位包括：
链条炉的火焰中心的上方，富氧喷嘴配置于前后拱之间的左右墙且带向下角度交叉布置；或
玻璃熔窑的燃料枪下部和玻璃液面之间居中位置；或
回转窑火焰中心的下侧和熟料在回转窑内分布的最厚区域之间；或
分解炉喷煤管的上侧和生料管之间；或
加热炉的燃烧器和加热物料的火管之间；或
流化床锅炉的上二次风管的上侧与水冷壁管之间，且富氧喷嘴带向下角度交叉布置；或
注汽锅炉的火焰中心的尾端。
2.一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃系统，包括氧源和富氧喷嘴，其特征在于，所述系统还包括：
高温取气器，其包含耐高温气管和过滤器，所述高温取气器的取气端与所述燃料炉窑的高温室相连；
混合稳压罐，其一输入口与所述氧源相连，另一输入口与所述高温取气器的出气端相连；
风机，其进风口与所述混合稳压罐的输出口相连，其出风口与所述富氧喷嘴相连；
高温调节阀，其一端连接高温取气器，另一端连接混合稳压罐，用于调节富氧温度、浓度和流量；以及
富氧控制阀，其设置于所述富氧喷嘴的供气管路上，用于控制三高富氧喷入燃料炉窑内的流量和压力；
所述氧源选自VPSA制氧和用户富裕氧气；
所述富氧喷嘴配置于所述燃料炉窑内的产品最需氧气的部位，具体部位包括：
链条炉的火焰中心的上方，富氧喷嘴配置于前后拱之间的左右墙且带向下角度交叉布置；或
玻璃熔窑的燃料枪下部和玻璃液面之间居中位置；或
回转窑火焰中心的下侧和熟料在回转窑内分布的最厚区域之间；或
分解炉喷煤管的上侧和生料管之间；或
加热炉的燃烧器和加热物料的火管之间；或
流化床锅炉的上二次风管的上侧与水冷壁管之间，且富氧喷嘴带向下角度交叉布置；或
注汽锅炉的火焰中心的尾端，且富氧喷嘴对称布置在锅炉燃烧器两侧。
3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述混合稳压罐采用不锈钢或陶瓷制作，且内置有扰流子。
4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，回转窑的富氧喷嘴的数量为一个。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，回转窑的富氧喷嘴扁口的中心线、回转窑燃烧器的中心线、以及熟料在回转窑内分布最厚区域的中心线处于同一平面。
6.一种燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃系统，包括氧源和富氧喷嘴，其特征在于，所述系统还包括：
高温取气器，其包含耐高温气管和过滤器，所述高温取气器的取气端与所述燃料炉窑的高温室相连；
气气引射器，其一个进气口与所述氧源相连，另一个进气口与所述高温取气器的出气端相连；
混合稳压罐，其输入口与所述气气引射器的排气口相连，其输出口与所述富氧喷嘴相连；
高温调节阀，其一端连接高温取气器，另一端连接气气引射器，，用于调节富氧温度、压力和流量；以及
富氧控制阀，其设置于所述富氧喷嘴的供气管路上，用于控制三高富氧喷入燃料炉窑内的流量和压力；
所述氧源包括VPSA制氧和用户富裕氧气等；
所述富氧喷嘴配置于所述燃料炉窑内的产品最需氧气的部位，具体部位包括：
链条炉的火焰中心的上方，富氧喷嘴配置于前后拱之间的左右墙且带向下角度交叉布置；或
玻璃熔窑的燃料枪下部和玻璃液面之间居中位置；或
回转窑火焰中心的下侧和熟料在回转窑内分布的最厚区域之间；或
分解炉喷煤管的上侧和生料管之间；或
加热炉的燃烧器和加热物料的火管之间；或
流化床锅炉的上二次风管的上侧与水冷壁管之间，且富氧喷嘴带向下角度交叉布置；或
注汽锅炉的火焰中心的尾端，且富氧喷嘴对称布置在锅炉燃烧器两侧。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述混合稳压罐采用不锈钢或陶瓷制作，且内置有扰流子。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，回转窑的富氧喷嘴的数量为一个。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，回转窑的富氧喷嘴的扁口的中心线、回转窑的燃烧器的中心线、以及熟料在回转窑内分布的最厚区域的中心线处于同一平面。
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| CN202111511698.XA CN114184049A (zh) | 2021-12-06 | 2021-12-06 | 燃料炉窑用节能减排增产提效型局部增氧精准助燃方法及系统 |
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Cited By (1)
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| CN118960031A (zh) * | 2024-10-17 | 2024-11-15 | 南通冠能燃烧技术有限公司 | 一种用于生物质锅炉的局部富氧精准助燃方法及其装置 |
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2021
- 2021-12-06 CN CN202111511698.XA patent/CN114184049A/zh active Pending
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