一种高效超低排放的燃气有机热载体炉系统技术方案

本发明专利技术属于热能技术领域，具体涉及一种高效超低排放的燃气有机热载体炉系统。有机热载体炉安装燃烧器，燃烧器与燃气管和助燃风混合段连接；助燃风混合段由预热后氧气管和回流烟气管汇总而成，助燃风混合段上设有氧分析仪；助燃风预热器分别与纯氧助燃风管、预热后氧气管、预热器后烟气管道和预热器前烟气管道连接；预热器后烟气管道分支出回流烟气管，回流烟气管上设有烟气外循环引风机和烟气调节阀，并与预热后氧气管、回流烟气管和氧分析仪联合组成烟气外循环设备；预热器后烟气管道与冷凝器连接，冷凝器与气液分离器连接，气液分离器与CO2管道连接。本发明专利技术可以实现NOx和CO的超低排放，同时大幅度提高热效率。

【技术实现步骤摘要】
一种高效超低排放的燃气有机热载体炉系统
本专利技术属于热能
，具体涉及一种高效超低排放的燃气有机热载体炉系统。
技术介绍
常规降低NOx排放主要是烟气脱硝或者低氮燃烧。烟气脱硝投资成本高昂，并有较高运行成本。而低氮燃烧，基本原理是通过组织燃烧降低火焰峰值温度，使得热力NOx生成下降。低氮燃烧会导致辐射换热效率下降，降低NOx排放比例越高，热效率下降越多。同时在炉膛温度较高(≥850℃)并带有空气预热器时，NOx排放很难低于60mg/Nm3。而随着国家环保日趋严格，NOx排放指标在最严格环保标准要求≤30mg/Nm3，如果采用低氮燃烧技术，系统一般要放弃空气预热器回收烟气余热，将使得热效率下降10-15％。采取捕集、储存和利用由燃料燃烧产生的CO2的方法被认为是近期内减缓CO2排放较为可行的措施与技术。从炉体设备排烟中分离CO2将在一定程度上使炉体热效率降低，运行成本增加，其主要原因是排烟中CO2浓度一般仅为3％～15％，在较低的压力下从以氮气为主要成分的混合气体中分离较低浓度的CO2气体的难度很大，从而导致分离设备复杂，成本高。因此难以在工业进一步推广应用。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种高效超低排放的燃气有机热载体炉系统，可以实现NOx和CO的超低排放，同时大幅度提高热效率。为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种高效超低排放的燃气有机热载体炉系统，有机热载体炉安装燃烧器，燃烧器与燃气管和助燃风混合段连接；助燃风混合段由预热后氧气管和回流烟气管汇总而成，助燃风混合段上设有氧分析仪；助燃风预热器分别与纯氧助燃风管、预热后氧气管、预热器后烟气管道和预热器前烟气管道连接；预热器后烟气管道分支出回流烟气管，回流烟气管上设有烟气外循环引风机和烟气调节阀，并与预热后氧气管、回流烟气管和氧分析仪联合组成烟气外循环设备；预热器后烟气管道与冷凝器连接，冷凝器与气液分离器连接，气液分离器与CO2管道连接。所述的有机热载体炉下部或顶部安装燃烧器。该系统工作过程如下：纯氧通过纯氧助燃风管进入助燃风预热器与烟气换热实现烟气余热回收；预热后氧气进入预热后氧气管，与回流烟气管内回流烟气在助燃风混合段进行掺混，掺混后助燃风由氧分析仪测量氧气比例，将氧气比例控制在18％-30％之间；燃气由燃气管进入燃烧器，与助燃风在有机热载体炉炉膛内进行燃烧和换热，加热有机热载体炉的热媒；燃烧产生的烟气由预热器前烟气管道进入助燃风预热器去加热纯氧助燃风，实现烟气余热回收，烟气温度从300℃以上降低到170℃以下；降低温度后的烟气进入预热器后烟气管道，其中一部分被烟气外循环设备抽走；烟气外循环设备通过烟气外循环引风机抽走部分烟气，由烟气调节阀进行流量调节后进入回流烟气管，再进入助燃风混合段；剩余的烟气再进入冷凝器，使烟气温度降低到100℃以下，将烟气中的水蒸气冷凝排出；再通过气液分离器进一步将烟气中的冷凝水汽排出；之后烟气基本为CO2进入CO2管道。本专利技术所取得的有益效果为：本专利技术适用于微正压的有机热载体炉、工业锅炉、工业窑炉的燃烧工艺系统，可以实现NOx和CO的超低排放，同时大幅度提高热效率，也可应用于其他石化加热炉。正常运行后助燃风将由O2、CO2、H2O(气)组成。由于助燃风中不含有N2，同时燃气燃料中也不含N，那么即可实现NOx的几乎零排放。助燃风采用纯氧与系统排放的烟气相互掺混，即使天然气等燃气中含有少量N2，由于采用烟气外循环技术，将火焰温度降低到常规燃烧温度，NOx排放也将极少。在正常运行后，烟气中基本以CO2和水蒸气为主要成分，通过水洗除尘，再通过冷凝器和气液分离器将蒸汽冷凝为水即可将CO2分离，CO2浓度可达98％以上，所得CO2气流可管输至加工装置，在进一步精馏后可供用户使用，可以实现CO的几乎零排放。同时整个燃烧过程中，排出的烟气量相当于纯氧燃烧的烟气量，只有通常烟气量的1/5，大大减少了烟气排放的热损失，从而有效提高了热媒炉自身热效率，与烟气余热回收技术配合，可将热效率提高至97％以上。同时空气预热器设备将大大缩小，只有原来的20％-25％左右，大大减小占地面积和设备投资。附图说明图1为高效超低排放的燃气有机热载体炉系统结构图；图中：1、有机热载体炉；2、燃烧器；3、燃气管；4、烟气外循环设备；5、预热后氧气管；6、助燃风混合段；7、助燃风预热器；8、预热器前烟气管道；9、纯氧助燃风管；10、预热器后烟气管道；11、烟气外循环引风机；12、烟气调节阀；13、回流烟气管；14、氧分析仪；15、冷凝器；16、气液分离器；17、CO2管道。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术所述高效超低排放的燃气有机热载体炉系统连接方式为：有机热载体炉1下部或顶部安装燃烧器2，燃烧器2与燃气管3和助燃风混合段6相连接。助燃风混合段6由预热后氧气管5和回流烟气管13汇总而成，助燃风混合段6上设有氧分析仪14。助燃风预热器7分别与纯氧助燃风管9、预热后氧气管5、预热器后烟气管道10和预热器前烟气管道8相连接。预热器后烟气管道10分支出回流烟气管13，回流烟气管13上设有烟气外循环引风机11和烟气调节阀12，并与预热后氧气管5、回流烟气管13、氧分析仪14联合组成烟气外循环设备4。预热器后烟气管道10与冷凝器15相连，冷凝器15与气液分离器16相连，气液分离器16与CO2管道17相连。本专利技术的工作过程如下：纯氧通过纯氧助燃风管9进入助燃风预热器7与烟气换热实现烟气余热回收。预热后氧气进入预热后氧气管5，与回流烟气管13内回流烟气在助燃风混合段6进行掺混，掺混后助燃风由氧分析仪14测量氧气比例，将氧气比例控制在18％-30％之间。燃气由燃气管3进入燃烧器2，与助燃风在有机热载体炉1炉膛内进行燃烧和换热，加热有机热载体炉1的热媒。燃烧产生的烟气由预热器前烟气管道8进入助燃风预热器7去加热纯氧助燃风，实现烟气余热回收，烟气温度可从300℃以上降低到170℃以下。降低温度后的烟气进入预热器后烟气管道10，其中一部分被烟气外循环设备4抽走。烟气外循环设备4通过烟气外循环引风机11抽走部分烟气，由烟气调节阀12进行流量调节后进入回流烟气管13，再进入助燃风混合段6。剩余的烟气再进入冷凝器15，使烟气温度降低到100℃以下，将烟气中的水蒸气冷凝排出。再通过气液分离器16进一步将烟气中的冷凝水汽排出。之后烟气基本为CO2进入CO2管道17。在燃烧过程中需要阶段控制掺混比例，实现燃烧稳定可靠：采用自动控制系统控制外循环风机抽取烟囱内空气和少量纯氧掺混作为起始火焰的助燃风，然后按照设定的提升曲线，逐步提高纯氧比例，降低外循环比例，实现平稳过度。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高效超低排放的燃气有机热载体炉系统，其特征在于：有机热载体炉安装燃烧器，燃烧器与燃气管和助燃风混合段连接；助燃风混合段由预热后氧气管和回流烟气管汇总而成，助燃风混合段上设有氧分析仪；助燃风预热器分别与纯氧助燃风管、预热后氧气管、预热器后烟气管道和预热器前烟气管道连接；预热器后烟气管道分支出回流烟气管，回流烟气管上设有烟气外循环引风机和烟气调节阀，并与预热后氧气管、回流烟气管和氧分析仪联合组成烟气外循环设备；预热器后烟气管道与冷凝器连接，冷凝器与气液分离器连接，气液分离器与CO2管道连接。

【技术特征摘要】
1.一种高效超低排放的燃气有机热载体炉系统，其特征在于：有机热载体炉安装燃烧器，燃烧器与燃气管和助燃风混合段连接；助燃风混合段由预热后氧气管和回流烟气管汇总而成，助燃风混合段上设有氧分析仪；助燃风预热器分别与纯氧助燃风管、预热后氧气管、预热器后烟气管道和预热器前烟气管道连接；预热器后烟气管道分支出回流烟气管，回流烟气管上设有烟气外循环引风机和烟气调节阀，并与预热后氧气管、回流烟气管和氧分析仪联合组成烟气外循环设备；预热器后烟气管道与冷凝器连接，冷凝器与气液分离器连接，气液分离器与CO2管道连接。2.根据权利要求1所述的高效超低排放的燃气有机热载体炉系统，其特征在于：所述的有机热载体炉下部或顶部安装燃烧器。3.根据权利要求1所述的高效超低排放的燃气有机热载体炉系统，其特征在于：该系统工作过程如下：纯氧通过纯氧助燃风管进入助燃风预...

【专利技术属性】
技术研发人员：俞维根，杨阳，李易峰，蒋玮，闫玉平，杨刚，顾学颖，
申请(专利权)人：北京航天石化技术装备工程有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11