CN115354140A - 富氧加热炉系统及控制工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种富氧加热炉系统及控制工艺，属于冶金工业炉窑领域。包括煤气管路、空气管路、氧气管路、预热器、加热炉、烧嘴，所述预热器入口分别与空气和煤气相连接且分别设置有切断阀，所述预热器的出口分别与烧嘴前的空气和煤气管道相连接且分别设置有切断阀，所述氧气管道同时连接冷空气管道和烧嘴，且分别设置有阀门，所述加热炉可在空气助燃、低富氧助燃、高富氧助燃和纯氧助燃四种模式下运行，可在不更换设备的前提下，直接在线切换，实现不同浓度的富氧燃烧和低热值煤气燃烧的功能，钢厂可根据自身煤气情况、氧气情况，灵活进行使用，实现能源介质配置的最优化，是一种灵活、高效、低碳的加热系统及工艺。

Description

富氧加热炉系统及控制工艺

技术领域

本发明属于冶金工业炉窑领域，涉及一种富氧加热炉系统及控制工艺。

背景技术

冶金加热炉是钢铁工业生产中不可或缺的重要环节，是轧钢工序的能耗和碳排放大户，冶金加热炉一般采用钢厂副产煤气作为燃料，燃料成本是轧钢工序中占比最大的部分，一般来说，煤气的热值越低，单位热量的煤气价格越低，目前国内外加热炉一般采用空气助燃，为了实现坯料的加热温度，需要煤气热值满足一定条件，近几年高热值煤气的单价逐渐上涨，导致加热炉的燃料成本不断攀升，国内钢铁产能趋于饱和，如果已建成的加热炉需要采用更低热值的燃料，甚至需要加热炉大修或重建，面临巨大的资源浪费。富氧燃烧能在燃料热值降低的条件下满足燃烧温度，是一种低碳、节能的燃烧技术，加热炉如何使用富氧燃烧，在现有加热炉的条件下，灵活地满足各种热值燃料的使用，成为了业内亟待解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种富氧加热炉系统及控制工艺，以实现冶金加热炉节能和降本的目标。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种富氧加热炉系统，包括容量和/或流量不同第一预热器、第二预热器，还包括煤气管路、空气管路、第一氧气管路，所述第一氧气管路连接至空气管路，所述空气管路分别独立连接至第一预热器与第二预热器，所述煤气管路分别独立连接至第一预热器与第二预热器；还包括加热炉，所述加热炉的烧嘴上设有第一入口及第二入口，所述第一预热器与所述第二预热器均分别独立连接至第一入口及第二入口；还包括连接至第一入口和/或第二入口的第二氧气管路；所述第一预热器与第二预热器在不同的燃烧模式下通过调整接入的管路切换功能以预热煤气或空气。

可选的，所述第一氧气管路经第一阀门连接至空气管路，所述空气管路经第三阀门连接至第二预热器，所述空气管路经第五阀门连接至第一预热器；所述煤气管路经第四阀门连接至第二预热器，所述煤气管路经第六阀门连接至第一预热器；所述第二氧气管路经第十二阀门连接至第一入口。

可选的，所述第二预热器经第八阀门连接至第二入口；所述第二预热器经第十阀门连接至第一入口；所述第一预热器经第九阀门连接至第二入口；所述第一预热器经第十一阀门连接至第一入口。

可选的，还包括与空气管路相连的氮气管路。

可选的，所述氮气管路经第二阀门连接至空气管路。

一种富氧加热炉控制工艺，提供上述的富氧加热炉系统，并提供空气助燃、低富氧助燃、高富氧助燃及纯氧助燃四种燃烧模式；所述第一预热器的容量和/或流量低于所述第二预热器；在空气助燃及低富氧助燃的燃烧模式下，采用第一预热器作为煤气预热器，第二预热器作为空气预热器；在高富氧助燃模式下，采用第一预热器作为空气预热器，第二预热器作为煤气预热器；在纯氧助燃模式下，第一预热器与第二预热器并联作为煤气预热器。

可选的，所述低富氧助燃是指富氧浓度≤35％，所述高富氧助燃是指富氧浓度＞35％，所述富氧浓度是指假设供给烧嘴助燃的空气与氧气混合均匀后的氧气浓度。

可选的，在切换燃烧模式时，在管路内接入不可燃且不助燃的气体对空气管路、煤气管路及第一预热器、第二预热器进行吹扫。

可选的，提供与空气管路相连的氮气管路，切换燃烧模式时，通过氮气管路通入氮气进行吹扫。

可选的，加热炉采用的富氧浓度越高，供给加热炉的煤气热值越低。

本发明的有益效果在于：

由于在不同的燃烧模式下，燃烧所需的煤气、氧气量及比例各有不同，因此，本系统采用不同容量/流量/通量的第一预热器与第二预热器，在不同的燃烧模式下，灵活切换第一预热器与第二预热器的功能。在空气助燃或低富氧燃烧模式下，燃烧过程中所需的空气量大于所需的煤气量，因此采用第二预热器(容量/流量/通量较大的预热器)作为空气预热器，采用第一预热器(容量/流量/通量较小的预热器)作为第一预热器进行加热；在高富氧燃烧模式下，所需的空气量小于所需的煤气量，因此采用第二预热器作为煤气预热器，采用第一预热器作为空气预热器；在纯氧燃烧模式下，由于不需要通入空气，因此第一预热器与第二预热器并联同时作为煤气预热器使用以提高加热效率。

采用该系统的加热，可在不更换设备的前提下，直接在线切换，实现不同浓度的富氧燃烧和低热值煤气燃烧的功能，钢厂可根据自身煤气情况、氧气情况，灵活进行使用，实现能源介质配置的最优化，降低甚至避免由于预热器容量不适配燃烧模式所带来的浪费。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明系统示意图。

附图标记：煤气管路1、第六阀门11、第四阀门12、第一预热器13、第九阀门14、第十一阀门15、空气管路2、第五阀门21、第三阀门22、第二预热器23、第八阀门24、第十阀门25、第一氧气管路3、第一阀门31、第十二阀门32、加热炉4、烧嘴5、第一入口51、第二入口52、氮气管路6、第二法门61、第二氧气管路7。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参阅图1，本发明涉及一种富氧加热炉系统及控制工艺，包括：煤气管路1、空气管路2、氧气管路3、第一预热器13、第二预热器23、加热炉4、烧嘴5，第二预热器23和第一预热器13的入口分别与空气管路1和煤气管路2相连接，且分别设置有第六阀门11、第四阀门12、第五阀门21、第三阀门22，第一预热器13和第二预热器23的出口分别与烧嘴5上的第一入口51和第二入口52相连接，且分别设置有、第九阀门14、第十一阀门15、第八阀门24、第十阀门25，氧气管路3同时连接冷空气管道2和烧嘴5，且分别设置有第一阀门31、第十二阀门32。

加热炉4可在空气助燃、低富氧助燃、高富氧助燃和纯氧助燃四种模式下运行，所述低富氧助燃是指富氧浓度≤35％，所述高富氧助燃是指富氧浓度＞35％，所述纯氧助燃是指烧嘴仅供入煤气和氧气燃烧，所述富氧浓度是指假设供给烧嘴助燃的空气与氧气混合均匀后的氧气浓度。

当加热炉4在空气助燃模式下运行时，氧气通道上的第一阀门31、第十二阀门32关闭，空气经过第二预热器23预热后供给烧嘴5的第二入口52，煤气经过第一预热器13预热后供给烧嘴5的第一入口51。第二预热器23前的第三阀门22打开、第一预热器13前的第五阀门21关闭，第一预热器13前的第六阀门11打开、第二预热器23前的第四阀门12关闭，烧嘴第二入口52前的第八阀门24打开，烧嘴第二入口52前的第九阀门14关闭，烧嘴第一入口51前的第十一阀门15打开，烧嘴第一入口51前的第十阀门25关闭。

当所述加热炉4在低富氧助燃模式下运行时，富氧浓度≤35％，空气与氧气混合后经过第二预热器23预热后供给烧嘴第二入口52，煤气经过第一预热器13预热后供给烧嘴第一入口51。冷风总管处的第一阀门31打开、烧嘴的第十二阀门32关闭，冷空气和氧气混合后经过第二预热器23预热后供给烧嘴第二入口52，煤气经过第一预热器13预热后供给烧嘴第一入口51。第二预热器23前的第三阀门22打开、第一预热器13前的第五阀门21关闭，第一预热器13前的第六阀门11打开、第二预热器23前的第四阀门12关闭，烧嘴第二入口52前的第八阀门24打开，烧嘴第二入口52前的第九阀门14关闭，烧嘴第一入口51前的第十一阀门15打开，烧嘴第一入口51前的第十阀门25关闭。

当所述加热炉4在高富氧助燃模式下运行时，富氧浓度＞35％，空气和煤气切换预热器，即空气采用第一预热器13预热，煤气采用第二预热器23预热，烧嘴5前的空气和煤气通道切换，即煤气进入烧嘴上第二入口52，空气进入烧嘴第一入口51，空气经过第一预热器13预热后供给烧嘴第一入口51，煤气经过第二预热器23预热后供给烧嘴第二入口52，氧气直接供给烧嘴5。冷风总管处的氧气通道上的阀门31关闭、烧嘴5前的第十二阀门32打开。第二预热器23前的第三阀门22关闭、第一预热器13前的第五阀门21打开，第一预热器13前的第六阀门11关闭、第二预热器23前的第四阀门12打开，烧嘴第二入口52前的第八阀门24关闭，烧嘴第二入口52前的第九阀门14打开，烧嘴第一入口51前的第十一阀门15关闭，烧嘴第一入口51前的第十阀门25打开。

当所述加热炉在纯氧助燃模式下运行时，第一预热器13和第二预热器23并联，煤气经过第二预热器23和第一预热器13预热后供给烧嘴第二入口52，进第二预热器23和第一预热器13前的第五阀门21、第三阀门22关闭，氧气3直接供给烧嘴5。冷风总管处的第一氧气管路3上的第一阀门31关闭、烧嘴5前第二氧气管路7上的第十二阀门32打开。第二预热器23前的第三阀门22关闭、第一预热器13前的第五阀门21关闭，第一预热器13前的第六阀门11打开、第二预热器23前的第四阀门12打开，烧嘴第二入口52前的第八阀门24打开，烧嘴第二入口52前的第九阀门14打开，烧嘴第一入口51前的第十一阀门15关闭，烧嘴第一入口51前的第十阀门25关闭。

当加热炉4在不同富氧浓度下切换，空气和煤气需要切换预热器或切换烧嘴前的入口管道(第一入口51、第二入口52)前，需要开启氮气阀31对煤气管道1、空气管道2、第二预热器23、第一预热器13进行吹扫。当加热炉4采用的富氧浓度越高时，供给加热炉4的煤气热值越低。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种富氧加热炉系统，其特征在于：包括容量和/或流量不同第一预热器、第二预热器，还包括煤气管路、空气管路、第一氧气管路，所述第一氧气管路连接至空气管路，所述空气管路分别独立连接至第一预热器与第二预热器，所述煤气管路分别独立连接至第一预热器与第二预热器；

还包括加热炉，所述加热炉的烧嘴上设有第一入口及第二入口，所述第一预热器与所述第二预热器均分别独立连接至第一入口及第二入口；还包括连接至第一入口和/或第二入口的第二氧气管路；

所述第一预热器与第二预热器在不同的燃烧模式下通过调整接入的管路切换功能以预热煤气或空气。

2.根据权利要求1所述的富氧加热炉系统，其特征在于：所述第一氧气管路经第一阀门连接至空气管路，所述空气管路经第三阀门连接至第二预热器，所述空气管路经第五阀门连接至第一预热器；所述煤气管路经第四阀门连接至第二预热器，所述煤气管路经第六阀门连接至第一预热器；所述第二氧气管路经第十二阀门连接至第一入口。

3.根据权利要求1所述的富氧加热炉系统，其特征在于：所述第二预热器经第八阀门连接至第二入口；所述第二预热器经第十阀门连接至第一入口；所述第一预热器经第九阀门连接至第二入口；所述第一预热器经第十一阀门连接至第一入口。

4.根据权利要求1所述的富氧加热炉系统，其特征在于：还包括与空气管路相连的氮气管路。

5.根据权利要求4所述的富氧加热炉系统，其特征在于：所述氮气管路经第二阀门连接至空气管路。

6.一种富氧加热炉控制工艺，其特征在于，提供根据权利要求1-5任一项中所述的富氧加热炉系统，并提供空气助燃、低富氧助燃、高富氧助燃及纯氧助燃四种燃烧模式；所述第一预热器的容量和/或流量低于所述第二预热器；在空气助燃及低富氧助燃的燃烧模式下，采用第一预热器作为煤气预热器，第二预热器作为空气预热器；在高富氧助燃模式下，采用第一预热器作为空气预热器，第二预热器作为煤气预热器；在纯氧助燃模式下，第一预热器与第二预热器并联作为煤气预热器。

7.根据权利要求6所述的富氧加热炉控制工艺，其特征在于，所述低富氧助燃是指富氧浓度≤35％，所述高富氧助燃是指富氧浓度＞35％，所述富氧浓度是指假设供给烧嘴助燃的空气与氧气混合均匀后的氧气浓度。

8.根据权利要求6所述的富氧加热炉控制工艺，其特征在于，在切换燃烧模式时，在管路内接入不可燃且不助燃的气体对空气管路、煤气管路及第一预热器、第二预热器进行吹扫。

9.根据权利要求8所述的富氧加热炉控制工艺，其特征在于，提供与空气管路相连的氮气管路，切换燃烧模式时，通过氮气管路通入氮气进行吹扫。

10.根据权利要求6所述的富氧加热炉控制工艺，其特征在于，加热炉采用的富氧浓度越高，供给加热炉的煤气热值越低。

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