CN116026159B - 一种加热炉配氧燃烧工艺系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种加热炉配氧燃烧工艺系统，涉及工业加热技术领域，其包括：用于混合氧气和待混合气作为助燃气体的混合器、用于监控助燃气体中氧气含量的第一在线分析仪、空气预热器、工业炉、燃料装置、用于监控从工业炉流出的烟气中氧气含量的第二在线分析仪、冷却器以及回收装置；混合器、第一在线分析仪、空气预热器以及工业炉的进气口依次连接，以使气流依次通过；燃料装置和进气口连接；工业炉的出气口、空气预热器、第二在线分析仪、冷却器以及回收装置依次连接，以使气流依次通过。本系统通过对加热炉燃烧工艺进行优化，可有效降低燃烧气体中CO2的排放。
Description
技术领域
本发明涉及工业加热技术领域，更具体地说，涉及一种加热炉配氧燃烧工艺系统。
背景技术
随着我国大气环境状况不断恶化以及环保要求的不断提升，我国各种燃烧产生的污染物排放控制越发严格，目前，我国已成为世界上污染物排放控制最为严格的国家之一。化石燃料能源转化过程中大量排放的CO2是加剧温室效应的主要原因。因此，降低燃烧产生的CO2或对燃烧产生烟气中的CO2回收，是实现无碳排放或减排的关键技术之一。然而，现有技术中的石油化工、冶炼行业加热炉基本都是通过空气作为助燃气体，对燃料气、煤炭等燃料进行燃烧，进而为行业生产提供不可或缺的热能。在供热过程中，加热炉燃烧燃料时会产生大量的CO2排放至大气中。
综上所述，如何通过对加热炉燃烧工艺进行优化来降低燃烧气体中CO2的排放，是目前本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种加热炉配氧燃烧工艺系统，通过对加热炉燃烧工艺进行优化，可有效降低燃烧气体中CO2的排放。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种加热炉配氧燃烧工艺系统，包括：用于混合氧气和待混合气作为助燃气体的混合器、用于监控助燃气体中氧气含量的第一在线分析仪、空气预热器、工业炉、用于向所述工业炉提供燃料气的燃料装置、用于监控从所述工业炉流出的烟气中氧气含量的第二在线分析仪、冷却器以及用于回收利用烟气的回收装置；
所述混合器、所述第一在线分析仪、所述空气预热器以及所述工业炉的进气口依次连接，以使气流依次通过；所述燃料装置和所述进气口连接；所述工业炉的出气口、所述空气预热器、所述第二在线分析仪、所述冷却器以及所述回收装置依次连接，以使气流依次通过。
优选的，还包括用于提供氧气的供氧装置和用于提供待混合气的供混装置，所述供氧装置和所述混合器之间设有第一控制阀，所述供混装置和所述混合器之间设有第二控制阀。
优选的，所述供混装置为用于提供氮气的供氮装置；
或所述供混装置包括与引风机的出口连接的第一管路、设于所述第一管路上的第九控制阀、与所述回收装置的出口连接的第二管路、设于所述第二管路上的第十一控制阀。
优选的，还包括用于向所述工业炉供入空气的供气装置，所述供气装置和所述混合器之间设有第三控制阀，所述供气装置和所述空气预热器之间设有第七控制阀。
优选的，所述第一在线分析仪和所述空气预热器之间设有至少两台可燃气体在线分析仪，所述可燃气体在线分析仪用于监控助燃气体中可燃气体爆炸极限值百分数。
优选的，所述可燃气体在线分析仪和所述工业炉之间设有第三管路，所述第三管路上设有第八控制阀。
优选的，所述第一在线分析仪和所述第二在线分析仪的台数均大于或等于2台。
优选的，所述冷却器和所述回收装置之间设有用于检测烟气温度的温度在线分析仪。
优选的，还包括鼓风机，所述鼓风机与所述混合器的入口相连通，或所述鼓风机与所述混合器的出口相连通。
优选的，还包括用于检测烟气中CO2浓度的CO2浓度分析仪和用于检测烟气中O2浓度的O2浓度分析仪，所述CO2浓度分析仪和所述O2浓度分析仪均与引风机的出口相连通。
在使用本发明所提供的加热炉配氧燃烧工艺系统时，首先，氧气和待混合气在混合器中混合均匀，以替代空气作为助燃气体。而后，助燃气体依次经过空气预热器后进入工业炉内，燃料装置的燃料气可同步进入工业炉内进行燃烧，燃烧后的烟气可依次进入空气预热器、冷却器以及回收装置，通过冷却器进行冷却。冷却后的一部分烟气进入回收装置内、以回收提纯二氧化碳再次利用，冷却后的另一部分烟气可循环配氧进工业炉内助燃。期间，第一在线分析仪可对混合后助燃气体中氧气含量进行监控，以指导并调节进入混合器内的氧气流量，确保助燃气体的含氧量符合预设需求，第二在线分析仪可对混合后烟气中氧气含量进行监控，当烟气中氧气含量大于预设值时，则可降低助燃气体中氧气含量，当烟气中氧气含量低于预设值时，则可提高助燃气体中氧气含量，以保证燃料燃烧充分。本系统通过将氧气和待混合气混合后的气体作为助燃气体，以替代原有的将纯空气作为助燃气体方式，可有效提升工业炉的热效率，降低烟气排放量。
综上所述，本发明所提供的加热炉配氧燃烧工艺系统，通过对加热炉燃烧工艺进行优化，可有效降低燃烧气体中CO2的排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的加热炉配氧燃烧工艺系统的流程示意图。
图1中：
1为混合器、2为第一在线分析仪、3为空气预热器、4为工业炉、5为燃料装置、6为引风机、7为第二在线分析仪、8为冷却器、9为回收装置、10为供氧装置、11为第十二控制阀、12为第一控制阀、13为第二控制阀、14为第一管路、15为第九控制阀、16为第二管路、17为第十一控制阀、18为供气装置、19为第三控制阀、20为第七控制阀、21为可燃气体在线分析仪、22为第三管路、23为第八控制阀、24为温度在线分析仪、25为鼓风机、26为第四控制阀、27为第五控制阀、28为第六控制阀、29为第十控制阀。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
本发明的核心是提供一种加热炉配氧燃烧工艺系统，通过对加热炉燃烧工艺进行优化，可有效降低燃烧气体中CO2的排放。
请参考图1，图1为本发明所提供的加热炉配氧燃烧工艺系统的流程示意图。
本具体实施例提供了一种加热炉配氧燃烧工艺系统，包括：用于混合氧气和待混合气作为助燃气体的混合器1、用于监控助燃气体中氧气含量的第一在线分析仪2、空气预热器3、工业炉4、用于向工业炉4提供燃料气的燃料装置5、用于监控从工业炉4流出的烟气中氧气含量的第二在线分析仪7、冷却器8以及用于回收利用烟气的回收装置9；混合器1、第一在线分析仪2、空气预热器3以及工业炉4的进气口依次连接，以使气流依次通过；燃料装置5和进气口连接；工业炉4的出气口、空气预热器3、第二在线分析仪7、冷却器8以及回收装置9依次连接，以使气流依次通过。
在使用本发明所提供的加热炉配氧燃烧工艺系统时，首先，氧气和待混合气在混合器1中混合均匀，以替代空气作为助燃气体。而后，助燃气体依次经过空气预热器3后进入工业炉4内，燃料装置5的燃料气可同步进入工业炉4内进行燃烧，燃烧后的烟气可依次进入空气预热器3、冷却器8以及回收装置9，通过冷却器8进行冷却。冷却后的一部分烟气进入回收装置9内、以回收提纯二氧化碳再次利用，冷却后的另一部分烟气可循环配氧进工业炉4内助燃。期间，第一在线分析仪2可对混合后助燃气体中氧气含量进行监控，以指导并调节进入混合器1内的氧气流量，确保助燃气体的含氧量符合预设需求，第二在线分析仪7可对混合后烟气中氧气含量进行监控，当烟气中氧气含量大于预设值时，则可降低助燃气体中氧气含量，当烟气中氧气含量低于预设值时，则可提高助燃气体中氧气含量，以保证燃料燃烧充分。本系统通过将氧气和待混合气混合后的气体作为助燃气体，以替代原有的将纯空气作为助燃气体方式，可有效提升工业炉4的热效率，降低烟气排放量。
综上所述，本发明所提供的加热炉配氧燃烧工艺系统，通过对加热炉燃烧工艺进行优化，可有效降低燃烧气体中CO2的排放。
在上述实施例的基础上，优选的，还包括用于提供氧气的供氧装置10和用于提供待混合气的供混装置，供氧装置10和混合器1之间设有第一控制阀12，供混装置和混合器1之间设有第二控制阀13。因此，可以根据第一在线分析仪2的氧气含量监测数据，对第一控制阀12和第二控制阀13进行调节，以调节氧气和待混合气的输送量。并且，燃料装置5和工业炉4之间可以设置第五控制阀27，以调节控制燃料气的流量。
优选的，供混装置为用于提供氮气的供氮装置；或供混装置包括与引风机6的出口连接的第一管路14、设于第一管路14上的第九控制阀15、与回收装置9的出口连接的第二管路16、设于第二管路16上的第十一控制阀17。
需要说明的是，可以采用氮气作为待混合气与氧气进行混合，以获得氧气浓度在21％的助燃气体。也可以采用工业炉4产生的烟气作为待混合气，该混合气和燃料气可通过空气预热器3进行换热，以降低烟气温度、并实现烟气的回收利用。其中，可以通过打开第九控制阀15，以使从引风机6排出的烟气作为待混合气，再通过第二控制阀13进入混合器1中。也可以通过打开第十一控制阀17，以使从回收装置9排出的部分烟气作为待混合气，再通过第二控制阀13进入混合器1中。
优选的，还包括用于向工业炉4供入空气的供气装置18，供气装置18和混合器1之间设有第三控制阀19，供气装置18和空气预热器3之间设有第七控制阀20。当系统中的检测装置检测到运行过程中存在安全风险时，可以直接利用空气作为助燃气体，也即可直接通过第七控制阀20将空气输送至工业炉4内。
优选的，第一在线分析仪2和空气预热器3之间设有至少两台可燃气体在线分析仪21，可燃气体在线分析仪21用于监控助燃气体中可燃气体爆炸极限值百分数。
需要说明的是，由于烟气中可能存在不充分燃烧产生的一氧化碳、未燃烧的甲烷等烷类可燃气体，通过可燃气体在线分析仪21对助燃气体中可燃气体爆炸极限值百分数进行监控，以确保配氧后的烟气进工业炉4遇明火后不发生爆炸。并且，可以将可燃气体在线分析仪21的可燃气体爆炸极限值百分数设置在30％左右，当可燃气体爆炸极限值百分数超过30％时可进行报警、以提醒操作人员进行相关安全操作。也即当可燃气体在线分析仪21报警时说明烟气配氧后可能存在遇到明火爆炸的可能，此时，可以关闭混合器1和空气预热器3之间的第六控制阀28，并开启第七控制阀20，以禁止配氧后的气体进入工业炉4造成安全风险。
优选的，可燃气体在线分析仪21和工业炉4之间设有第三管路22，第三管路22上设有第八控制阀23。也即氧气和待混合气混合后无需冷却、直接进入工业炉4内进行助燃，以实现高温烟气与氧气混合配置作为助燃气体，此时的第六控制阀28关闭，形成高温循环烟气配氧工艺流程。
在上述实施例的基础上，优选的，第一在线分析仪2和第二在线分析仪7的台数均大于或等于2台。
需要说明的是，设置至少两台第一在线分析仪2的目的是为了对配氧后的助燃气体中的氧气含量进行实时检测，以确保两台用于检测氧气含量的在线分析仪数据一致，数据偏差在0-10％内，避免单台的在线分析仪出现数据检测失灵现象。设置至少两台第二在线分析仪7的目的是为了对工业炉4产生的烟气中含氧量进行检测，以控制烟气中氧气含量在1％-10％，避免氧气随烟气进入回收装置9。
优选的，冷却器8和回收装置9之间设有用于检测烟气温度的温度在线分析仪24。
需要说明的是，可以在工业炉4出口和空气预热器3之间设置第十二控制阀11，以控制调节从工业炉4流出的烟气量。并且，可以在引风机6和冷却器8之间设置第十控制阀29，将回收装置9设置为聚结器，聚结器的某一出口与第二控制阀13连接，且连接管路上设有第十一控制阀17，聚结器的另一出口与收集装置连接，且连接管路上设有第四控制阀26。
还需要说明的是，从工业炉4流出的烟气可进入空气预热器3内与助燃气体进行热交换，实现初步的烟气降温操作，而后，烟气可流入冷却器8内进行二次降温，以使烟气中的水蒸气冷凝成液体后，再流入聚结器内实现水与烟气分离，聚结器底部的水排出系统，聚结器顶部的一部分烟气通过第十一控制阀17循环配氧做助燃气体，聚结器顶部的另一部分烟气可通过第四控制阀26被送至二氧化碳的收集装置内。
优选的，还包括鼓风机25，鼓风机25与混合器1的入口相连通，或鼓风机25与混合器1的出口相连通。也即氧气和待混合气混合后，经由鼓风机25送至混合气内，进而在混合器1中实现氧气和待混合气充分混合。
优选的，还包括用于检测烟气中CO2浓度的CO2浓度分析仪和用于检测烟气中O2浓度的O2浓度分析仪，CO2浓度分析仪和O2浓度分析仪均与引风机6的出口相连通。CO2浓度分析仪和O2浓度分析仪的检测数据可表征工业炉4的燃烧充分度。
为了进一步说明本发明所提供的加热炉配氧燃烧工艺系统的使用方法，接下来进行举例说明。
在使用本发明所提供的加热炉配氧燃烧工艺系统时，可以根据实际情况和实际需求，选择利用氧气和氮气混合作为助燃气体、选择利用氧气和回收烟气混合作为助燃气体，可以选择氧气和空气混合作为助燃气体，也可以选择纯空气作为助燃气体，当第一在线分析仪2检测到助燃气体中氧气含量低于21％时，通过调节第一控制阀12的开度调整氧气流量，实现配氧助燃气体含量的调整操作。
其中，第一在线分析仪2用于检测从混合器1内流出的助燃气体中氧气含量，如果两个第一在线分析仪2的检测数据偏差超出10％时，则关闭第一控制阀12、第二控制阀13以及第六控制阀28，并开启第七控制阀20，恢复空气助燃工艺。而且，当两台或两台以上的可燃气体在线分析仪21的检测数据大于30％时，则关闭第一控制阀12、第二控制阀13以及第六控制阀28，并开启第七控制阀20，以恢复纯空气助燃工艺，确保工艺运行的安全性。另外，当第二在线分析仪7检测到烟气中氧气含量大于5％时，则降低助燃气体中对的氧气含量，当第二在线分析仪7检测到烟气中氧气含量小于1％时，则提高助燃气体中对的氧气含量，确保燃料燃烧充分。
相比于现有技术，本申请提供的加热炉配氧燃烧工艺系统具有如下有益效果，工业炉4的热效率大幅度上涨，工业炉4效率可由93.1％上升至94.4％，通过热效率数据对比可知，投用工业炉4富氧后工业炉4热效率可提至1.3％。同时，工业炉4烟气中二氧化碳含量由2％提高至40％以上，二氧化碳含量与工业炉4的密封性紧密关联，也即工业炉4的密封性越好，烟气中二氧化碳含量越高。与此同时，工业炉4的烟气中氮氧化合物含量由20ppm降低至10ppm以内，氮氧化合物含量与工业炉4的密封性、燃料气中氮气含量有紧密关系，工业炉4的燃烧密封性越好，烟气中氮氧化合物越低。
需要进行说明的是，本申请文件中提到的第一控制阀12和第二控制阀13和第三控制阀19和第四控制阀26和第五控制阀27和第六控制阀28和第七控制阀20和第八控制阀23和第九控制阀15和第十控制阀29和第十一控制阀17以及第十二控制阀11，其中，第一和第二和第三和第四和第五和第六和第七和第八和第九和第十和第十一以及第十二只是为了区分位置的不同，并没有先后顺序之分。
另外，还需要说明的是，本申请的“进出”等指示的方位或位置关系，是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述和便于理解，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。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。本发明所提供的所有实施例的任意组合方式均在此发明的保护范围内，在此不做赘述。
以上对本发明所提供的加热炉配氧燃烧工艺系统进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (6)
1.一种加热炉配氧燃烧工艺系统，其特征在于，包括：用于混合氧气和待混合气作为助燃气体的混合器(1)、用于监控助燃气体中氧气含量的第一在线分析仪(2)、空气预热器(3)、工业炉(4)、用于向所述工业炉(4)提供燃料气的燃料装置(5)、用于监控从所述工业炉(4)流出的烟气中氧气含量的第二在线分析仪(7)、冷却器(8)以及用于回收利用烟气的回收装置(9)；
所述混合器(1)、所述第一在线分析仪(2)、所述空气预热器(3)以及所述工业炉(4)的进气口依次连接，以使气流依次通过；所述燃料装置(5)和所述进气口连接；所述工业炉(4)的出气口、所述空气预热器(3)、所述第二在线分析仪(7)、所述冷却器(8)以及所述回收装置(9)依次连接，以使气流依次通过；所述第一在线分析仪(2)和所述第二在线分析仪(7)的台数均大于或等于2台，以确保两台用于检测氧气含量的在线分析仪数据偏差在0-10％内，并控制烟气中氧气含量在1％-10％；
供混装置为用于提供氮气的供氮装置；或所述供混装置包括与引风机(6)的出口连接的第一管路(14)、设于所述第一管路(14)上的第九控制阀(15)、与所述回收装置(9)的出口连接的第二管路(16)、设于所述第二管路(16)上的第十一控制阀(17)；
选择利用氧气和氮气混合作为助燃气体、选择利用氧气和回收烟气混合作为助燃气体，选择氧气和空气混合作为助燃气体，选择纯空气作为助燃气体；所述第一在线分析仪(2)和所述空气预热器(3)之间设有至少两台可燃气体在线分析仪(21)，所述可燃气体在线分析仪(21)用于监控助燃气体中可燃气体爆炸极限值百分数；所述可燃气体在线分析仪(21)和所述工业炉(4)之间设有第三管路(22)，所述第三管路(22)上设有第八控制阀(23)；
在所述引风机(6)和所述冷却器(8)之间设置第十控制阀(29)，所述回收装置(9)为聚结器，所述聚结器的某一出口与第二控制阀(13)连接，且连接管路上设有第十一控制阀(17)，所述聚结器的另一出口与收集装置连接，且连接管路上设有第四控制阀(26)。
2.根据权利要求1所述的加热炉配氧燃烧工艺系统，其特征在于，还包括用于提供氧气的供氧装置(10)和用于提供待混合气的供混装置，所述供氧装置(10)和所述混合器(1)之间设有第一控制阀(12)，所述供混装置和所述混合器(1)之间设有第二控制阀(13)。
3.根据权利要求1所述的加热炉配氧燃烧工艺系统，其特征在于，还包括用于向所述工业炉(4)供入空气的供气装置(18)，所述供气装置(18)和所述混合器(1)之间设有第三控制阀(19)，所述供气装置(18)和所述空气预热器(3)之间设有第七控制阀(20)。
4.根据权利要求1至3任一项所述的加热炉配氧燃烧工艺系统，其特征在于，所述冷却器(8)和所述回收装置(9)之间设有用于检测烟气温度的温度在线分析仪(24)。
5.根据权利要求1至3任一项所述的加热炉配氧燃烧工艺系统，其特征在于，还包括鼓风机(25)，所述鼓风机(25)与所述混合器(1)的入口相连通，或所述鼓风机(25)与所述混合器(1)的出口相连通。
6.根据权利要求1至3任一项所述的加热炉配氧燃烧工艺系统，其特征在于，还包括用于检测烟气中CO2浓度的CO2浓度分析仪和用于检测烟气中O2浓度的O2浓度分析仪，所述CO2浓度分析仪和所述O2浓度分析仪均与引风机(6)的出口相连通。
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