CN114480812A - 具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，包括：炉区集气与一级增压子系统、过滤与二级增压子系统、除氧干燥子系统和调压子系统，其中，由退火炉排放出来的保护气经过炉区集气与一级增压子系统进行集气和一级增压同步操作，一级增压后的保护气通过管道输送至过滤与二级增压子系统进行二级增压，二级增压后的保护气通过管道输送至除氧除水子系统完成保护气的回收处理，回收处理后的保护气通过管道进入调压子系统输出到混气站或直接供应给退火炉使用。不仅能够实现退火炉保护气排放时炉压稳定运行，而且能够实现保护气回收装置双级压力运行，满足退火炉入口保护气工艺需求，实现退火炉与保护气回收装置的设备耦合和工艺融合。
Description
技术领域
本发明涉及退火炉设备技术领域，具体地，涉及一种具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置及方法。
背景技术
因氢气具有良好的导热性能和还原性能，在冶金及有色行业中的退火炉，大多采用氢气或高含量氢气与氮气的混合气作为保护气，生产光亮或高品质退火产品。保护气经过退火炉后会携带一定的油污和杂质，无法直接再次利用，故一般做燃烧处理或直接排空放散。保护气是含氢的高品位能源，直接燃烧或排空是能源的浪费，将这种保护气进行回收净化处理后，可达到再次使用的技术要求，达到了节能减排和降本增效的双重目的。但是保护气回收装置会直接影响退火炉的炉内压力，影响退火炉保护气的流场分布和流动，对退火炉本体安全稳定运行产生影响，目前保护气回收装置只能降低氢气回收的效能，被动的接收退火炉的排放废保护气，退火炉与保护气回收装置的耦合稳定运行一直没有得到有效解决。
经过检索，专利文献CN101956061A公开了一种钟罩式光亮退火炉保护气回收循环利用工艺及其装置，该专利涉及钟罩式光亮退火炉保护气回收循环利用工艺及装置，该工艺及装置是被动的接收来自罩式炉排放的保护气，对保护气进行过滤、增压、除氧、除水后在将保护气供给钟罩式退火炉。该专利的缺点是炉群增设该装置后，增加了罩式炉废保护气排放背压，导致罩式炉废保护气排放不畅，对钟罩式光亮退火炉的安全稳定运行造成不利影响，为确保回收保护气背压不影响罩式炉的安全稳定运行，就必须对部分保护气进行放空处理，保护气回收量就势必减少，另外该工艺及装置仅在一个压力下运行，无法实现同一流量下不同压力的输出功能。
专利文献CN102538488A公开了一种罩式光亮退火炉系统的尾气净化循环利用装置及工艺，该专利涉及钟罩式光亮退火炉尾气京沪循环利用工艺及装置，特点是在退火炉出口置有淋洗塔，过湿法喷淋方面去除尾气中的杂质，之后对钟罩式光亮退火炉尾气进行增压、除氧、除水，最后在将保护气供给钟罩式退火炉。该工艺及装置是被动的接收来自罩式炉排放的保护气，该专利的缺点是炉群增设该装置后，增加了罩式炉废保护气排放背压，导致罩式炉废保护气排放不畅，对钟罩式光亮退火炉的安全稳定运行造成不利影响，为确保回收保护气背压不影响罩式炉的安全稳定运行，就必须对部分保护气进行放空处理，保护气回收量就势必减少，另外该工艺及装置仅在一个压力下运行，无法实现同一流量下不同压力的输出功能。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置及方法，不仅能够实现退火炉保护气排放时炉压稳定运行，而且能够实现保护气回收装置双级压力运行，满足退火炉入口保护气工艺需求，实现退火炉与保护气回收装置的设备耦合和工艺融合。尤其适用于具有保护气氢气和氮气浓度比例变化要求和压力变化需求的连续退火炉，具有更为灵活的调控特点。
根据本发明提供的一种具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，包括：炉区集气与一级增压子系统、过滤与二级增压子系统、除氧干燥子系统和调压子系统，其中，由退火炉排放出来的保护气经过炉区集气与一级增压子系统进行集气和一级增压同步操作，一级增压后的保护气通过管道输送至过滤与二级增压子系统进行二级增压，二级增压后的保护气通过管道输送至除氧除水子系统完成保护气的回收处理，回收处理后的保护气通过管道进入调压子系统输出到混气站或直接供应给退火炉使用。
优选地，炉区集气与一级增压子系统包括高温换热器、一级缓冲罐、一级罗茨风机和第一过滤器，保护气经过高温换热器进行冷却，经由第一过滤器后进入一级缓冲罐，再通过一级罗茨风机进行一级增压。
优选地，炉区集气与一级增压子系统能够设置在退火炉本体上或者退火炉本体旁。
优选地，炉区集气与一级增压子系统设置有氢气放空口贯穿子系统内部和外部。
优选地，过滤与二级增压子系统包括第二过滤器、二级罗茨机、第三过滤器和二级缓冲罐，经过一级增压后的保护气进入第二过滤器或第三过滤器去除杂质，后经过二级缓冲罐再通过二级罗茨机进行二级增压。
优选地，过滤与二级增压子系统还包括压差变送器，压差变送器与第二过滤器和第三过滤器并联设置，第二过滤器和第三过滤器并联设置，一备一用，能够在线切换。
优选地，除氧除水子系统包括除氧器、冷却器、第一冷凝器和第一汽水分离器，经过二级增压的保护气进入除氧器进行除氧，除氧后的保护气再依次经由冷却器、第一冷凝器和第一汽水分离器进行除水。
优选地，除氧除水子系统还包括第一干燥器、第二干燥器、第三干燥器和第四干燥器，进行初步除氧除水后的保护气进入第一干燥器、第二干燥器或第三干燥器、第四干燥器进行深度除水和除杂质，第一干燥器、第二干燥器与第三干燥器、第四干燥器并联设置，一备一用，能够在线切换。
优选地，调压子系统包括减压阀组件和三级缓冲罐，经过除氧除水处理后的保护气进入三级缓冲罐，通过减压阀组件进行调压。
根据本发明提供的一种具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收方法，包括如下步骤：
集气与一级增压步骤：由退火炉排放出来的保护气统一收集至高温换热器中进行冷却，冷却后的保护气被过滤，过滤后的保护气通过第一气体缓冲区进入一级罗茨风机进行一级增压；
过滤与二级增压步骤：经过一级增压后的保护气进行再次过滤，再次过滤后的气体通过第二气体缓冲区进入二级罗茨风机进行二级增压；
除氧除水步骤：经过二级增压后的保护气进行除氧、除水和除杂质的处理后完成保护气的回收处理；
调压步骤：经过回收处理完成的气体进入第三气体缓冲区，通过压力调节装置进行调压之后输出给混气站或者直接供应给退火炉使用。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过设置炉区集气与一级增压子系统、过滤与二级增压子系统、除氧干燥子系统和调压子系统，不仅实现了退火炉保护气排放时炉压稳定运行，而且实现了保护气回收装置双级压力运行，满足了退火炉入口保护气工艺需求，实现了退火炉与保护气回收装置的设备耦合和工艺融合。
2、本发明通过采用集气增压一体化设计方法，实现了高温换热器与退火炉出口一体化集成结构，同时，采用一级罗茨风机缓慢增压工艺，解决了增加氢气回收装置后因背压增高而导致炉内保护气排放不畅的问题，实现了炉压稳定控制。
3、本发明通过采用高温换热器与炉壳出口集成设计和一级罗茨风机缓慢增压的工艺，为保护气排放提供引射动力，剔除因安全和检修等必要条件下的保护气对大气放散，本发明实现了保护气零排放功能，提高了保护气回收效率。
4、本发明通过采用高温换热器与炉壳出口集成设计和两级罗茨风机增压的工艺，可以将保护气集气装置和一级增压子系统与过滤和二级增压子系统分开模块化布置，打破空间布局限制，解决了改造项目中氢气回收装置布置空间受限的问题，扩大了保护气回收装置的实际适用范围。
5、本发明通过采用一级罗茨风机和二级罗茨风机增压耦合控制的工艺，实现了同一套回收装置下输出不同级别压力的功能，通过在调压子系统中设置两套不同规格的调压装置，实现了同一流量不同压力下稳定输出的功能，解决了保护气回收压力输出与退火炉保护气输入压力匹配的问题。
6、本发明通过在干燥器吸附再生管路增加冷凝器和汽水分离器工艺，实现了再生气体有效脱水功能，降低了回收装置除氧除水系统造价。
7、本发明通过采用一级罗茨风机和二级罗茨风机增压耦合控制的工艺，消除了回收装置背压的影响，对退火炉炉压无影响。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明中的整体结构示意图；
图2为本发明中的炉区集气与一级增压子系统示意图；
图3为本发明中的过滤与二级增压子系统示意图；
图4为本发明中的除水除氧子系统示意图；
图5为本发明中的调压子系统示意图。
图中：
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明提供了一种具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，包括：炉区集气与一级增压子系统、过滤与二级增压子系统、除氧干燥子系统和调压子系统，其中，由退火炉排放出来的保护气经过炉区集气与一级增压子系统进行集气和一级增压同步操作，一级增压后的保护气通过管道输送至过滤与二级增压子系统进行二级增压，二级增压后的保护气通过管道输送至除氧除水子系统完成保护气的回收处理，回收处理后的保护气通过管道进入调压子系统输出到混气站或直接供应给退火炉使用。不仅实现了退火炉保护气排放时炉压稳定运行，而且实现了保护气回收装置双级压力运行，满足了退火炉入口保护气工艺需求，实现了退火炉与保护气回收装置的设备耦合和工艺融合。
进一步来说，如图2所示，炉区集气与一级增压子系统包括高温换热器1、一级缓冲罐2、一级罗茨风机3、第一过滤器4、压力变送器组件21、气动阀组件24、手动阀组件25和第一微氧分析仪26，由退火炉排放出来的保护气约750-1100℃，首先经过高温换热器1进行冷却、第一过滤器4进行过滤，在进入一级缓冲罐2，然后进入一级罗茨风机进行增压；在一级缓冲罐2的一端设置第一微氧分析仪26，贯通连接氢气放空口的管道上连接有气动阀组件24和手动阀组件25；一级罗茨风机3的两端并联设置有压力变送器组件21。
再进一步来说，如图3所示，过滤与二级增压子系统包括第二过滤器5、二级罗茨风机6、第三过滤器15、压力变送器组件21、压差变送器22、气动阀组件24、手动阀组件25和二级缓冲罐30，经过一级增压后的回收保护气通过管道输送至过滤与二级增压子系统，首先进入第二过滤器5、第三过滤器15进一步去除杂质，之后进入二级缓冲罐30，然后再经二级罗茨风机6进行二级增压；第二过滤器5和第三过滤器15的官路商分别设置有手动阀组件25，第二过滤器5、第三过滤器15和压差变送器22并联设置；二级罗茨风机6两端并联设置有压力变送器组件21；第二过滤器5、第三过滤器15出口的管路上设置有气动阀组件24和手动阀组件25。
更进一步来说，如图4所示，除氧除水子系统包括除氧器7、冷却器8、第一冷凝器9、第一汽水分离器10、第一干燥器11、第二干燥器12、第三干燥器13、第四干燥器14、第二冷凝器16、第二汽水分离器17、第一压力表18、第二压力表19、第三压力表20和压力变送器组件21，经过二级增压的回收保护气首先进入除氧器7进行除氧，除氧后的保护气进入冷取其8进行冷却，再经过第一冷凝器9、第一汽水分离器10进行除水；初步除水后的保护气在进入第一干燥器11、第二干燥器12、第三干燥器13、第四干燥器14进行深度除水、除一氧化碳、除二氧化碳等微量杂质，最终通过第二冷凝器16和第二汽水分离器17完成保护气的回收处理，回收处理的管道出口设置又氢气放空口连通子系统内外；压力变化器组件21设置在第一汽水分离器10与吸附式干燥器之间；
又进一步来说，如图5所示，调压子系统包括压力变送器组件21、减压阀组件23、气动阀组件24、手动阀组件25、氢气分析仪27、第二微氧分析仪28、露点仪29和三级缓冲罐31，经过回收处理后的保护气进入三级缓冲罐31，通过减压阀组件23进行调压，然后输出给混气站或者直接供应给退火炉使用；在保护气进入三级缓冲罐31前设置有氢气分析仪27、第二微氧分析仪28、露点仪29分别检测氢气、氧气的含量，在经过三级缓冲罐31出来的保护气流出调压系统的管路上并联设置有减压阀组件23，两条并联设置的管路上均设置有气动阀组件24、手动阀组件25；在减压阀组件23设置的减压管路两端均设置有压力变送器组件21。
本发明采用回流部分处理的保护气作为吸附干燥器的再生气体解吸适应，再生气体进行冷凝和气液分离后通过过滤与二级增压子系统入口处，实现了再生气循环利用；并且在一级罗茨风机3前、再生解吸气、调压子系统前设置保护气放空工艺，确保系统安全稳定运行。
根据本发明提供的一种具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收方法，包括如下步骤：
集气与一级增压步骤：由退火炉排放出来的保护气统一收集至高温换热器中进行冷却，冷却后的保护气被过滤，过滤后的保护气通过第一气体缓冲区进入一级罗茨风机进行一级增压；
过滤与二级增压步骤：经过一级增压后的保护气进行再次过滤，再次过滤后的气体通过第二气体缓冲区进入二级罗茨风机进行二级增压；
除氧除水步骤：经过二级增压后的保护气进行除氧、除水和除杂质的处理后完成保护气的回收处理；
调压步骤：经过回收处理完成的气体进入第三气体缓冲区，通过压力调节装置进行调压之后输出给混气站或者直接供应给退火炉使用。
本发明尤其适用于具有保护气氢气和氮气浓度比例变化要求和压力变化需求的连续退火炉，具有更为灵活的调控特点。使用两级罗茨风机提供输送和循环动力，根据退火炉保护气排气压力，通过变频调速对两级风机进行调节，有效控制了退火炉炉压不受影响，同时对退火炉排放的保护气以合适的流量和压力进行回收。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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申请和简化描述，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申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，其特征在于，包括：炉区集气与一级增压子系统、过滤与二级增压子系统、除氧干燥子系统和调压子系统，
由退火炉排放出来的保护气经过所述炉区集气与一级增压子系统进行集气和一级增压同步操作，一级增压后的保护气通过管道输送至过滤与二级增压子系统进行二级增压，二级增压后的保护气通过管道输送至除氧除水子系统完成保护气的回收处理，回收处理后的保护气通过管道进入调压子系统输出到混气站或直接供应给退火炉使用。
2.根据权利要求1所述的具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，其特征在于，所述炉区集气与一级增压子系统包括高温换热器(1)、一级缓冲罐(2)、一级罗茨风机(3)和第一过滤器(4)，
所述保护气经过所述高温换热器(1)进行冷却，经由所述第一过滤器(4)后进入所述一级缓冲罐(2)，再通过所述一级罗茨风机(3)进行一级增压。
3.根据权利要求1所述的具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，其特征在于，所述炉区集气与一级增压子系统能够设置在退火炉本体上或者退火炉本体旁。
4.根据权利要求1所述的具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，其特征在于，所述炉区集气与一级增压子系统设置有氢气放空口贯穿子系统内部和外部。
5.根据权利要求1所述的具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，其特征在于，所述过滤与二级增压子系统包括第二过滤器(5)、二级罗茨机(6)、第三过滤器(15)和二级缓冲罐(30)，
经过一级增压后的保护气进入所述第二过滤器(5)、第三过滤器(15)去除杂质，后经过所述二级缓冲罐(30)再通过二级罗茨机(6)进行二级增压。
6.根据权利要求5所述的具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，其特征在于，所述的第二过滤器(5)和第三过滤器(15)并联设置，一备一用，能够在线切换，所述过滤与二级增压子系统还包括压差变送器(22)，所述压差变送器与所述第二过滤器(5)和第三过滤器(15)并联设置。
7.根据权利要求1所述的具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，其特征在于，所述除氧除水子系统包括除氧器(7)、冷却器(8)、第一冷凝器(9)和第一汽水分离器(10)，
经过二级增压的保护气进入所述除氧器(7)进行除氧，除氧后的保护气再依次经由冷却器(8)、第一冷凝器(9)和第一汽水分离器(10)进行除水。
8.根据权利要求7所述的具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，其特征在于，所述除氧除水子系统还包括第一干燥器(11)、第二干燥器(12)、第三干燥器(13)和第四干燥器(14)，进行初步除氧除水后的保护气进入所述第一干燥器(11)、第二干燥器(12)或第三干燥器(13)、第四干燥器(14)进行深度除水和除杂质，所述第一干燥器(11)、第二干燥器(12)与第三干燥器(13)、第四干燥器(14)并联设置，一备一用，能够在线切换。
9.根据权利要求1所述的具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收装置，其特征在于，所述调压子系统包括减压阀组件(23)和三级缓冲罐(31)，经过除氧除水处理后的保护气进入所述三级缓冲罐(31)，通过所述减压阀组件(23)进行调压。
10.一种具有两级压力调节功能的退火炉保护气回收方法，其特征在于，包括如下步骤：
集气与一级增压步骤：由退火炉排放出来的保护气统一收集至高温换热器中进行冷却，冷却后的保护气被过滤，过滤后的保护气通过第一气体缓冲区进入一级罗茨风机进行一级增压；
过滤与二级增压步骤：经过一级增压后的保护气进行再次过滤，再次过滤后的气体通过第二气体缓冲区进入二级罗茨风机进行二级增压；
除氧除水步骤：经过二级增压后的保护气进行除氧、除水和除杂质的处理后完成保护气的回收处理；
调压步骤：经过回收处理完成的气体进入第三气体缓冲区，通过压力调节装置进行调压之后输出给混气站或者直接供应给退火炉使用。
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