一種工業(yè)窯爐多氧燃燒煙氣還原再利用裝置及其運(yùn)行方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及工業(yè)窯爐煙氣循環(huán)再利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種工業(yè)窯爐多氧燃燒煙氣還原再利用裝置及其運(yùn)行方法。
【背景技術(shù)】
[0002]在我國(guó)以煤為主的能源結(jié)構(gòu)下，工業(yè)窯爐是主要污染排放源之一，也是耗能大戶。工業(yè)窯爐普遍存在能源效率低下，污染物排放超標(biāo)等問題。中國(guó)已成為全球二氧化碳排放量最多的國(guó)家，中國(guó)計(jì)劃在2017年啟動(dòng)全國(guó)碳排放交易體系，將覆蓋鋼鐵、電力、化工、建材、造紙和有色金屬等重點(diǎn)工業(yè)行業(yè)。從全球角度和長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，碳減排將是一個(gè)爭(zhēng)奪新興碳金融市場(chǎng)話語權(quán)戰(zhàn)略問題。
[0003]針對(duì)現(xiàn)有工業(yè)窯爐存在的問題，研究一種新的工業(yè)窯爐多氧燃燒煙氣循環(huán)再利用技術(shù)，對(duì)于降低工業(yè)窖爐能耗成本、減少氮氧化物和co2溫室氣體排放，對(duì)于工業(yè)節(jié)能減排，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)具有重要的研究意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中工業(yè)窯爐存在的上述問題，本發(fā)明的目的在于:提供一種工業(yè)窯爐多氧燃燒煙氣還原再利用裝置及其運(yùn)行方法，其具有:結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理、實(shí)現(xiàn)了工業(yè)廢氣資源化、節(jié)能減排等優(yōu)點(diǎn)，一方面降低了燃料成本，另一方面減少了氮氧化物和二氧化碳?xì)怏w的排放，具有廣泛的應(yīng)用前景。
[0005]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0006]—種工業(yè)窯爐多氧燃燒煙氣還原再利用裝置，其特征在于:所述煙氣還原再利用裝置包括窯爐、設(shè)置在窯爐上的多氧燃燒器、向多氧燃燒器提供氧氣的氧氣閥站、二氧化碳還原爐、余熱鍋爐、脫硫除塵除濕裝置、壓縮機(jī)、第一儲(chǔ)氣罐和第二儲(chǔ)氣罐；其中，窯爐(1)的煙氣排放管連接至二氧化碳還原爐的進(jìn)氣管，二氧化碳還原爐的還原氣體排放管依序連接至余熱鍋爐、脫硫除塵除濕裝置、壓縮機(jī)和第一儲(chǔ)氣罐；第一儲(chǔ)氣罐還分別連接至多氧燃燒器(2)的還原氣體進(jìn)氣管和第二儲(chǔ)氣罐。
[0007]所述多氧燃燒器包括燃料噴槍、一次氧槍和二次氧槍；其中，一次氧槍與燃料噴槍同軸套管結(jié)構(gòu)布置，一次氧槍設(shè)置在燃料噴槍的內(nèi)部，二次氧槍與燃料噴槍平行布置；所述還原氣體排放管燃料噴槍連通，在還原氣體排放管上設(shè)有還原氣體流量計(jì)和還原氣體流量調(diào)節(jié)閥。
[0008]所述多氧燃燒器還設(shè)有高能點(diǎn)火器和火焰檢測(cè)器，均靠近燃料噴槍布置。
[0009]所述氧氣閥站設(shè)有氧氣總管，氧氣總管又與一次氧管路和二次氧管路連通。從氧氣進(jìn)口到氧氣出口，氧氣總管上分別設(shè)有依序連接的截止閥、壓力表、穩(wěn)壓閥、第一壓力變送器、第一熱電阻，一次氧管路上還設(shè)有依序連接的第一流量計(jì)、第一流量調(diào)節(jié)閥、第一切斷閥和第二壓力變送器；二次氧管路上還設(shè)有依序連接的第二流量計(jì)、第二流量調(diào)節(jié)閥、第二切斷閥和第三壓力變送器；一次氧管路連接至一次氧槍，二次氧管路連接至二次氧槍。
[0010]所述窯爐設(shè)有啟路用點(diǎn)火燃料噴槍、防爆報(bào)警和泄窯爐爐膛內(nèi)壓力的泄壓裝置。
[0011]所述燃燒裝置還包括自動(dòng)控制系統(tǒng)，該自動(dòng)控制系統(tǒng)通過PLC上位機(jī)分別與多氧燃燒器、氧氣閥站、二氧化碳還原爐控制連接；其中，窯爐上還設(shè)置有熱電偶，該熱電偶與還原氣體進(jìn)氣管的進(jìn)料閥組成串級(jí)調(diào)節(jié)系統(tǒng)，PLC上位機(jī)通過第二熱電偶獲取窯爐的爐內(nèi)溫度以調(diào)整還原氣體的進(jìn)氣量，PLC上位機(jī)根據(jù)預(yù)設(shè)的窯爐溫度對(duì)一次氧供應(yīng)量、二次氧供應(yīng)量和還原氣體供應(yīng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)。
[0012]上述的一種工業(yè)窯爐多氧燃燒煙氣還原再利用裝置及其運(yùn)行方法，其特征在于，該使用方法包括如下步驟:
[0013]1)啟爐階段:檢查自動(dòng)控制系統(tǒng)、氧氣閥站各個(gè)管路及閥組件、多氧燃燒器及點(diǎn)火燃料供給管路、二氧化碳還原爐及其管路、余熱鍋爐、脫硫除塵除濕裝置、壓縮機(jī)的狀態(tài)是否正常；開始啟爐點(diǎn)火，向窯爐內(nèi)提供點(diǎn)火燃料和一次氧，高能點(diǎn)火器自動(dòng)點(diǎn)火使得點(diǎn)火燃料和一次氧混合燃燒并形成穩(wěn)定根部火焰；開啟二次氧管路，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)點(diǎn)火燃料供給量、預(yù)設(shè)爐溫要求自動(dòng)調(diào)節(jié)一次氧和二次氧的流量；根據(jù)點(diǎn)火燃料的熱值設(shè)定氧燃比，氧氣與點(diǎn)火燃料流量比例設(shè)定值介于1.5?2.4之間，其中一次氧量占總氧量的10%?30%，二次氧量占總氧量的90%?70%。開啟二氧化碳還原爐氧氣管路，根據(jù)點(diǎn)火燃料量調(diào)節(jié)進(jìn)入二氧化碳還原爐的氧氣量。控制PLC上位機(jī)界面上設(shè)有燃料總量與氧氣總量比值輸入塊、一次氧與二次氧比值輸入塊和煙氣量與還原爐氧氣量比值輸入模塊，操作人員在PLC上位機(jī)界面上輸入比例數(shù)值，PLC上位機(jī)根據(jù)數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的PID運(yùn)算，控制現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)整燃料總量與總氧氣量、一次氧與二次氧流量、煙氣量與還原爐氧氣量比值，通過流量計(jì)反饋值進(jìn)行比較達(dá)到最佳的比例關(guān)系；
[0014]2)煙氣還原階段:點(diǎn)火燃料在多氧燃燒器中燃燒生成的高溫?zé)煔廨斔椭炼趸歼€原爐中與碳發(fā)生還原反應(yīng)產(chǎn)生還原氣體即一氧化碳?xì)怏w；還原氣體與余熱鍋爐換熱溫度降至130?200°C，通過脫硫除塵除濕裝置的處理后經(jīng)過壓縮機(jī)將一氧化碳?jí)核椭恋谝粌?chǔ)氣罐，當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)氣罐內(nèi)的一氧化碳?xì)怏w達(dá)到lOkPa壓力后，停止向窯爐內(nèi)輸送點(diǎn)火燃料，進(jìn)行下一步；
[0015]3)還原氣體循環(huán)階段:在步驟2)中第一儲(chǔ)氣罐儲(chǔ)存的一氧化碳?xì)怏w達(dá)到所需壓力后，開啟儲(chǔ)氣罐的出氣閥門，一氧化碳?xì)怏w經(jīng)過多氧燃燒器的還原氣體進(jìn)氣管輸送至多氧燃燒器中進(jìn)行燃燒，多余的一氧化碳輸送至第二儲(chǔ)氣罐中被收集，第二儲(chǔ)氣罐中的一氧化碳?xì)怏w可作為燃料供給其它窯爐燃燒，也可以通過燃?xì)獍l(fā)電機(jī)組發(fā)電后并網(wǎng)，或者作為化工原料使用。一氧化碳進(jìn)入多氧燃燒器后，首先與一次氧混合燃燒并形成穩(wěn)定根部火焰，二次氧從噴嘴中高速噴出迅速摻混在周圍煙氣中，此時(shí)窯爐內(nèi)形成多氧狀態(tài)，并繼續(xù)與一氧化碳逐級(jí)摻混燃燒使得窯爐內(nèi)火焰覆蓋面大并且爐內(nèi)溫度分布均勻；燃燒生成的高溫氣體繼續(xù)被輸送至二氧化碳還原爐中進(jìn)行高溫還原反應(yīng)制備一氧化碳?xì)怏w；同時(shí)二氧化碳還原爐內(nèi)還通入氧氣，氧氣與碳產(chǎn)生的反應(yīng)生成熱提供還原反應(yīng)所需熱量。自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)窯爐內(nèi)總氧氣量與一氧化碳的氧燃比值大小控制一氧化碳和總氧氣量的流量大小，并且根據(jù)一次氧和二次氧預(yù)設(shè)比例設(shè)定值控制一次氧和二次氧的流量大小實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)；根據(jù)一氧化碳?xì)怏w濃度設(shè)定氧燃比，氧氣與一氧化碳流量比例設(shè)定值介于0.35?1之間，其中一次氧量占總氧量的10%?30%，二次氧量占總氧量的90%?70%。根據(jù)二氧化碳?xì)怏w流量調(diào)節(jié)進(jìn)入二氧化碳還原爐的氧氣量，氧氣與二氧化碳的體積比在0.25?0.5之間?？刂芇LC上位機(jī)界面上設(shè)有燃料總量與氧氣總量比值輸入塊、一次氧與二次氧比值輸入塊和煙氣量與還原爐氧氣量比值輸入模塊，操作人員在PLC上位機(jī)界面上輸入比例數(shù)值，PLC上位機(jī)根據(jù)數(shù)值進(jìn)行相應(yīng)的PID運(yùn)算，控制現(xiàn)場(chǎng)調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)整燃料總量與總氧氣量、一次氧與二次氧流量和煙氣量與還原爐氧氣量比值，通過流量計(jì)反饋值進(jìn)行比較達(dá)到最佳的比例關(guān)系；
[0016]4)上述步驟3)連續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)窯爐的節(jié)能環(huán)保高效安全運(yùn)行。
[0017]在步驟1)、2)、3)運(yùn)行中，始終開啟防爆報(bào)警和泄壓裝置。
[0018]所述點(diǎn)火燃料為點(diǎn)爐用天然氣或者燃油。
[0019]與現(xiàn)有技術(shù)中的工業(yè)窯爐相比，采用本發(fā)明的工業(yè)窯爐多氧燃燒煙氣還原再利用裝置具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0020](1)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、設(shè)計(jì)合理，通過對(duì)窯爐煙氣再循環(huán)實(shí)現(xiàn)工業(yè)廢氣資源化及節(jié)能減排。
[0021](2)由于多氧燃燒以純氧助燃，煙氣中C02濃度高，煙氣通入二氧化碳還原爐后與炭發(fā)生還原反應(yīng)，高溫?zé)煔鉃檫€原反應(yīng)提供一部分熱量，減少了二氧化碳還原爐內(nèi)通入的氧氣量，可制取高純度C0氣體，C0氣體與余熱鍋爐換熱，降溫后的C0氣體經(jīng)脫硫除塵除濕后，被壓縮機(jī)壓送至第一儲(chǔ)氣罐，第一儲(chǔ)氣罐中的C0氣體作為燃料再送至窯爐進(jìn)行多氧燃燒，多余的C0氣體有多種利用途徑，可作為燃料供給其它窯爐燃燒，也可以