一种富氧燃烧系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种磁法富氧燃烧系统。所述系统中，助燃风机进口通过过滤器与大气相通，助燃风机出口经空气电离组件后通过吸附通道入口与磁富氧转盘连接；磁富氧转盘吸附通道出口连通大气，脱附通道入口与换热器冷端出口连通，脱附通道出口与燃气炉助燃风入口连接；磁富氧转盘冷却通道入口与脱水罐气相出口连接，冷却通道出口与换热器冷端入口连接；燃烧炉烟气出口与换热器热端入口连接，换热器热端出口连接通过烟气循环风机后分成两路，第一路与脱水罐入口连接，第二路外排出系统。本发明专利技术利用氧分子和氮分子的不同顺磁性和逆磁性，通过磁场及聚磁介质的相互配合，高效低成本地实现大气量富氧气体的供应。气量富氧气体的供应。气量富氧气体的供应。

【技术实现步骤摘要】
一种富氧燃烧系统及方法


[0001]本专利技术属于加热炉
，涉及一种加热炉节能减排降碳技术和方法，特别是一种利用磁法富氧燃烧方式实现加热炉节能减排降碳的系统及方法。

技术介绍

[0002]在碳达峰、碳中和的大背景下，国内碳减排政策会愈发严格，企业在节能减排的基础上，进一步逐渐实施碳捕集措施势在必行。目前中国碳减排及捕集技术已经比较成熟，碳捕集主要在煤化工、火电行业、钢铁制造、天然气加工、水泥生产、甲醇、合成氨、制氢及炼油等行业。经济成本是制约中国CCUS发展的重要因素，在CCUS捕集、输送、利用与封存环节中，捕集是能耗和成本最高的环节。相对中国的二氧化碳排放量和减排需求，当前CCUS的减排贡献难以满足中国低碳发展的迫切需求。
[0003]富氧燃烧是一项高效节能的燃烧技术，富氧燃烧是指用比空气含氧浓度高的富氧气体进行燃烧，与用普通空气燃烧相比，可以有效提高火焰温度、提高热利用率、减少排烟损失，且随着富氧制备技术的不断发展，富氧燃烧技术应用越来越广，并逐步推广到煤粉炉、循环流化床和工业加热炉。
[0004]在富氧燃烧过程中，同时辅助以烟气循环的燃烧技术，则可获得高浓度的富含CO2烟气，实现碳富集，从而减低燃烧后碳捕集装置的规模、投资及运行成本，以较小的代价实现CO2回收或资源化利用，被认为是最可能大规模推广和商业化的CCUS技术之一。
[0005]富氧成本是影响富氧燃烧技术整体投资和运行费用的关键，目前的富氧技术主要有深冷分离、变压吸附、膜分离及磁法富氧等方法。深冷分离是利用液化后各组分沸点差异来精馏分离，工艺成熟、氧纯度高，但能耗较大，主要用于大型企业纯氧燃烧捕获CO2。变压吸附（PSA）是利用吸附剂对特定气体的吸附和脱附能力对气体进行分离，一般用于中、小规模气体分离，通常需要两罐或多罐切换进行吸附再生操作，存在切换阀高频动作泄露和故障高等问题，并且再生能耗较高。膜分离技术是利用具有特殊选择分离性的膜材料，在一定压力作用下，对空气中氮氧进行分离，适用于中、小规模低纯度制氧，膜分离技术的关键是制造高通量、高选择性、使用寿命长又易于清洗的膜材料。但是在实际应用中存在粉尘、杂质等造成富氧膜的膜孔堵塞的问题，缩短了膜的使用寿命。磁法富氧是利用氧分子和氮分子的不同的顺磁性和逆磁性，使得两种气体分子通过高磁磁场时，发生不同方向偏转而得到富氧和富氮气体，具有能耗低、成本低的优点，但是现有磁法富氧装置普遍存在效率较低，富氧浓度不高，富氧气量小，且氧气难从富集磁场中脱离等问题。
[0006]富氧燃烧条件下的氮氧化合物排放控制是制约该项技术的另一关键，因为随着富氧体积分数的增加，火焰温度升高，会生成更多的热力型氮氧化物，导致烟气中氮氧化物浓度增加，这也在一定程度上制约了富氧燃烧的推广应用，因此在富氧燃烧过程中，采取合适的低氮减排技术十分关键。
[0007]CN104271217A公开了一种氧气分离器和产生氧气的方法，利用氧气分离吸附剂通过多周期间续运行实现氧气分离过程，该技术要实现氧气连续供应需要多组氧气分离器切
换运行，且仅能提供小气量的氧气供应。专利CN101450792A公开了一种空气分离制氧气和氮气的方法，整个过程是在由混合导体透氧陶瓷膜分离器和复杂金属氧化物作为氧吸附剂的变压吸附分离器构成的平台上进行，空气中的大部分氧气被混合导体透氧陶瓷膜吸附，剩余的空气为贫氧空气，复杂金属氧化物作为吸附剂的变压吸附分离器吸附贫氧空气中氧气，再真空脱附得到氧气，通过渗透和变压吸附两步实现空气中氮气和氧气的分离，该系统复杂，对膜材料性能要求较高，且需要频繁切换真空再生，再生过程需要吸附剂解吸并穿透膜材料，系统能耗高。专利CN101857200A利用磁分离技术，公开了一种新型组合式磁力富氧装置，富氧装置采用三级串联富氧，逐级提高氧气纯度，但在实际运行过程中存在氧气难从磁场脱离的问题。
[0008]专利CN103343965A公开了一种利用富氧燃烧的加热炉系统，该专利技术涉及一种空气与氧气预先混合后供入烧嘴燃烧加热炉系统，采用富氧燃烧技术，可实现低热值煤气的有效利用，更加高效、节能、环保，但需要将原有加热系统燃烧器全部改为富氧燃烧器后才能应用，投资成本较高。
[0009]专利CN106545846A公开了一种加热炉低NOx烟气循环富氧燃烧装置及方法，装置包括主烟道和烟气循环支烟道，通过将加热炉排出的一部分烟气进行循环，同时掺入氧气进行混合形成氧含量为21％～30％的混合气体送入燃烧器作为助燃气体，大幅度降低了烟气中的NOx生成，但该技术需要配套有稳定的氧气源供给，并未考虑富氧成本问题。

技术实现思路

[0010]本专利技术提出一种磁法富氧燃烧系统及方法，能够为富氧燃烧高效低成本的提供大气量富氧气体，并能够从源头减少和控制氮氧化物排放，提高加热炉热效率，降低烟气排放量并将烟气余热回收，同时富集烟气中CO2浓度，为后续CO2的捕集和回收提供便利条件。
[0011]为实现上述目的，本专利技术第一方面提供了一种富氧燃烧系统。
[0012]所述富氧燃烧系统包括空气过滤器、助燃风机、空气电离组件、换热器、燃烧炉、烟气循环风机、脱水罐、磁场组件、磁富氧转盘及配套吸附通道、冷却通道、脱附通道；其中，所述助燃风机进口通过过滤器与大气相通；助燃风机出口经空气电离组件后通过吸附通道入口与磁富氧转盘连接；所述磁富氧转盘吸附通道出口连通大气；所述磁富氧转盘脱附通道入口与换热器冷端出口连通，磁富氧转盘脱附通道出口与燃气炉助燃风入口连接；所述磁富氧转盘冷却通道入口与脱水罐气相出口连接，磁富氧转盘冷却通道出口与换热器冷端入口连接；所述燃烧炉烟气出口与换热器热端入口连接，换热器热端出口连接通过烟气循环风机后分成两路，第一路与脱水罐入口连接，第二路外排出系统。
[0013]进一步，所述脱水罐为冷却脱水气液分离罐，内部设置有冷媒取热设施。
[0014]进一步，所述换热器为气
‑
气换热器，换热器形式不限。
[0015]进一步，所述空气电离组件为等离子发生器，优选非平衡等离子发生器。
[0016]进一步，所述磁富氧转盘由外壳体、富氧材料转轮、隔板、驱动电机组成。所述富氧材料转轮为装满聚磁介质的旋转轮；所述外壳体内部通过隔板被分为吸附区、脱附区、冷却区，并分别与外壳体上的吸附通道、冷却通道、脱附通道对应连通。所述吸附区占整体富氧
材料转轮的1/2~3/4，脱附区占整体富氧材料转轮的1/4~1/8，冷却区占整体富氧材料转轮的1/4~1/8。所述富氧材料转轮通过驱动电机带动进行旋转，转速根据需求可调。转速的调节范围一般为0.5~20转/小时，优选2~8转/小时。
[0017]进一步，所述磁富氧转盘的吸附区两侧设置磁场组件，所述磁场组件为多组磁体构成，所述磁体可以是永磁体、电磁体或超导磁体。
[0018]进一步，所述富氧材料转轮中的聚磁介质为能够将均匀磁场变成高梯度的非均匀磁场的物质，可以为球介质、齿板介质、网介质、棒介质、钢毛介质的一种或几种组合，材质为纯铁、低碳钢、铁素本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种富氧燃烧系统包括空气过滤器、助燃风机、空气电离组件、换热器、燃烧炉、烟气循环风机、脱水罐、磁场组件、磁富氧转盘及配套吸附通道、冷却通道、脱附通道；其中，所述助燃风机进口通过过滤器与大气相通；助燃风机出口经空气电离组件后通过吸附通道入口与磁富氧转盘连接；所述磁富氧转盘吸附通道出口连通大气；所述磁富氧转盘脱附通道入口与换热器冷端出口连通，磁富氧转盘脱附通道出口与燃烧炉助燃风入口连接；所述磁富氧转盘冷却通道入口与脱水罐气体出口连接，磁富氧转盘冷却通道出口与换热器冷端入口连接；所述燃烧炉烟气出口与换热器热端入口连接，换热器热端出口连接通过烟气循环风机后分成两路，第一路与脱水罐入口连接，第二路外排出系统；所述的磁富氧转盘由外壳体、富氧材料转轮、隔板、驱动电机组成；所述富氧材料转轮填充聚磁介质；富氧材料转轮内部通过隔板被分为吸附区、脱附区、冷却区，并分别与外壳体上的吸附通道、冷却通道、脱附通道对应连通；所述磁富氧转盘吸附区的两侧设置磁场组件。2.按照权利要求1所述的富氧燃烧系统，其特征在于，所述脱水罐为冷却脱水气液分离罐，内部设置有冷媒取热设施。3.按照权利要求1所述的富氧燃烧系统，其特征在于，所述空气电离组件为等离子发生器，优选非平衡等离子发生器。4.按照权利要求1所述的富氧燃烧系统，其特征在于，所述吸附区占整体富氧材料转轮聚磁介质的1/2~3/4，脱附区占整体富氧材料转轮聚磁介质的1/4~1/8，冷却区占整体富氧材料转轮聚磁介质的1/4~1/8。5.按照权利要求1所述的富氧燃烧系统，其特征在于，所述富氧材料转轮通过驱动电机带动进行旋转，转速根据需求可调。6.按照权利要求1所述的富氧燃烧系统，其特征在于，所述磁场组件由多组磁体构成，所述磁体为永磁体、电磁体或超导磁体。7.按照权利要求1所述的富氧燃烧系统，其特征在于，所述聚磁介质用于吸附区内均匀磁场变成高梯度的非均匀磁场的物质。8.按照权利要求1所述的富氧燃烧系统，其特征在于，所述聚磁介质为球介质、齿板介质、网介质、棒介质、钢毛介质的一种或几种组合；聚磁介质材质为纯铁、低碳钢、铁素体导磁不锈钢及铁钴钕硼合金等中的一种或几种。9.一种富氧燃烧的方法，其中应用了权利要...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟凡飞，廖昌建，王海波，曾翔宇，刘志禹，
申请(专利权)人：中国石油化工股份有限公司大连石油化工研究院，
类型：发明
国别省市：