一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统的制作方法

1.本实用新型涉及节能环保技术领域，尤其涉及一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统。


背景技术：

2.现有焦炉的加热系统，煤气采用焦炉煤气或高炉煤气，助燃气体均采用空气，空气与煤气在燃烧室掺混燃烧。为保证燃烧完全，操作过程中空气过剩系数通常在1.2以上，由于空气中约78％都是不可燃烧的氮气，使得燃烧后废气中氮气含量均在75％以上甚至更高。虽然燃烧废气经蓄热室换热降温到300℃后排出，但仍然带走了大量的热量；同时氮气作为非极性双原子分子，不具有辐射能力，降低了燃烧室内的辐射强度，降低了炉内辐射传热效率。因此，助燃气体中大量氮气的存在，造成了焦炉加热过程中热量的损失与浪费。
3.由于空气含氧量的限制，为了保证焦炉燃烧室内燃烧稳定，现有焦炉大多采用焦炉煤气或者高炉煤气掺混焦炉煤气等高品质的煤气进行加热，而无法使用发生炉煤气、驰放气等低品质煤气。除此之外，现有焦炉加热方式中，空气与煤气进入燃烧室的流速基本相当，空气与煤气掺混燃烧后的高温区集中，燃烧温度高，导致高温区生成了大量的氮氧化物。
4.综上，现有的焦炉加热系统在节能减排方面仍有较大的优化空间。


技术实现要素：

5.本实用新型提供了一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统，能够提高炉内辐射传热效率、减少废气量、降低焦炉炼焦能耗、缩短结焦时间、节省优质煤气资源、减少燃烧过程中氮氧化物生成。
6.为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：
7.一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统，包括富煤气管路和/或贫煤气管路、富氧气体管路及废气回配管路；所述富煤气管路的一端连接燃烧室，另一端连接富煤气管网，富煤气管路上设富煤气调节阀；所述贫煤气管路的一端连接蓄热室，另一端连接贫煤气管网，贫煤气管路上设贫煤气调节阀；所述富氧气体管路的一端连接蓄热室，另一端连接氧气管网，富氧气体管路上沿气体流动方向依次设氧气调节阀、回配废气入口、氧气浓度分析仪及富氧风机，回配废气入口通过废气回配管路连接自蓄热室引出的废气管路，废气回配管路上沿废气流动方向依次设回配废气调节阀及回配废气风机。
8.一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统，包括富煤气管路、贫煤气管路、富氧气体管路及废气回配管路；富煤气调节阀、贫煤气调节阀、氧气调节阀、氧气浓度分析仪、富氧风机、回配废气调节阀及回配废气风机分别连接控制系统。
9.一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统，包括富煤气管路、富氧气体管路及废气回配管路；富煤气调节阀、氧气调节阀、氧气浓度分析仪、富氧风机、回配废气调节阀及回配废气风机分别连接控制系统。
10.一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统，包括贫煤气管路、富氧气体管路及废气回配管路；贫煤气调节阀、氧气调节阀、氧气浓度分析仪、富氧风机、回配废气调节阀及回配废气风机分别连接控制系统。
11.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
12.1)助燃气体为富氧气体，使燃烧后的废气量降低，减少了废气带走的热量损失，降低了焦炉炼焦能耗；
13.2)燃烧废气的主要成分是二氧化碳和水蒸气，均为极性三原子分子，具有较强的辐射能力，可以提高燃烧室内的辐射传热效率，缩短结焦时间；
14.3)采用富氧燃烧的焦炉加热系统可以使用发生炉煤气、驰放气等低品质煤气作为燃料，节省焦炉煤气等优质燃料资源；
15.4)采用富氧燃烧可以实现燃烧室内无焰燃烧，从而降低高温区温度，减少燃烧室内氮氧化物的生成；保证燃烧废气中氮氧化物含量满足国家氮氧化物排放标准，燃烧废气无需经过后续脱硝处理，节省建设和运营成本；
16.5)适用于新建焦炉及现有焦炉的改造，对于现有焦炉，只需简单调整即可实现，实施方便，建设成本低。
附图说明
17.图1是本实用新型所述采用富氧燃烧的焦炉加热系统的结构示意图。
18.图2是本实用新型实施例1所述采用富氧燃烧的焦炉加热系统的结构示意图。
19.图3是本实用新型实施例2所述采用富氧燃烧的焦炉加热系统的结构示意图。
20.图4是本实用新型实施例1焦炉加热系统改造前燃烧室内部的温度分布图。
21.图5是本实用新型实施例1焦炉加热系统改造后燃烧室内部的温度分布图。
22.图中：1.富氧气体管路 2.废气管路 3.贫煤气管路 4.富煤气管路 5.蓄热室 6.燃烧室 7.氧气管网 8.富煤气管网 9.贫煤气管网 10.富氧风机 11.氧气调节阀 12.贫煤气调节阀 13.富煤气调节阀 14.回配废气调节阀 15.回配废气风机 16.氧气浓度分析仪 17.废气回配管路
具体实施方式
23.下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
24.如图1-图3所示，本实用新型所述一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统，包括富煤气管路4和/或贫煤气管路3、富氧气体管路1及废气回配管路17；所述富煤气管路4的一端连接燃烧室6，另一端连接富煤气管网8，富煤气管路4上设富煤气调节阀13；所述贫煤气管路3的一端连接蓄热室5，另一端连接贫煤气管网9，贫煤气管路3上设贫煤气调节阀12；所述富氧气体管路1的一端连接蓄热室5，另一端连接氧气管网7，富氧气体管路1上沿气体流动方向依次设氧气调节阀11、回配废气入口、氧气浓度分析仪16及富氧风机10，回配废气入口通过废气回配管路17连接自蓄热室5引出的废气管路2，废气回配管路17上沿废气流动方向依次设回配废气调节阀14及回配废气风机15。
25.如图1所示，本实用新型所述一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统，包括富煤气管路4、贫煤气管路3、富氧气体管路1及废气回配管路17；富煤气调节阀13、贫煤气调节阀12、氧
气调节阀11、氧气浓度分析仪16、富氧风机10、回配废气调节阀14及回配废气风机15分别连接控制系统。
26.如图2所示，本实用新型所述一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统，包括富煤气管路4、富氧气体管路1及废气回配管路17；富煤气调节阀13、氧气调节阀11、氧气浓度分析仪16、富氧风机10、回配废气调节阀14及回配废气风机15分别连接控制系统。
27.如图3所示，本实用新型所述一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统，包括贫煤气管路3、富氧气体管路1及废气回配管路17；贫煤气调节阀12、氧气调节阀11、氧气浓度分析仪16、富氧风机10、回配废气调节阀14及回配废气风机15分别连接控制系统。
28.基于本实用新型所述一种采用富氧燃烧的焦炉加热系统的焦炉加热方法如下：
29.1)来自氧气管网7的氧气与回配的燃烧废气掺混后进入富氧气体管路1，通过富氧风机10鼓入蓄热室5进行预热后进入燃烧室6，通过氧气浓度分析仪16监测富氧气体中的氧气含量，根据监测值联锁控制氧气调节阀11调节进入富氧气体管路1的氧气量；
30.2)来自富煤气管网8的富煤气经过富煤气管路4进入燃烧室6，通过富煤气调节阀13调节进入燃烧室6的富煤气量；仅采用贫煤气加热时该步骤省略；
31.3)来自贫煤气管网9的贫煤气经过贫煤气管路3进入蓄热室5，经过预热后进入燃烧室6，通过贫煤气调节阀12调节进入燃烧室6的贫煤气量；仅采用富煤气加热时该步骤省略；
32.4)控制进入燃烧室6的富氧气体流速大于进入燃烧室6的富煤气和/或贫煤气流速。
33.5)从燃烧室6出来的燃烧废气经过蓄热室5冷却后，一部分通过回配废气风机15鼓入富氧气体管路1与氧气汇合形成富氧气体，另一部分通过净化处理后由烟囱排出，通过回配废气调节阀14调节进入富氧气体管路1的回配燃烧废气流量。
34.所述富氧气体的氧气含量为21％～80％。
35.进入燃烧室6的富氧气体流速是进入燃烧室6的富煤气和/或贫煤气流速的1.5倍～2.5倍。
36.所述富煤气是指煤气热值＞7500kj/nm3的煤气。
37.所述贫煤气是指煤气热值≤7500kj/nm3的煤气。
38.根据实际气源情况，可选择只配备富煤气管路4或者只配备贫煤气管路3，也可以二者均配备。具体的，对于复热式焦炉，其加热系统组成如图1所示，煤气供给单元既配备富煤气管路4又配备贫煤气管路3，当采用富煤气加热时，关闭贫煤气调节阀12，切断贫煤气的供给，打开富煤气调节阀13，通过富煤气调节阀13调节进入燃烧室6的富煤气量。当采用贫煤气加热时，关闭富煤气调节阀13，切断富煤气的供给，打开贫煤气调节阀12，通过贫煤气调节阀12调节进入燃烧室6的贫煤气量。对于仅采用富煤气加热的单热式焦炉，其加热系统组成如图2所示，煤气供给单元只配备富煤气管路4。对于仅采用贫煤气的加热的单热式焦炉，其加热系统组成如图3所示，煤气供给单元只配备贫煤气管路3。
39.富氧气体和煤气(富煤气和/或贫煤气，下同)在燃烧室6相遇燃烧，富氧气体进入燃烧室6的流速是煤气进入燃烧室6流速的1.5倍～2.5倍，通过富氧气体卷吸煤气和燃烧后的烟气，避免煤气在燃烧室6局部区域内的集聚，提高煤气在燃烧室6内的均匀分布程度，使煤气与氧气均匀充分接触，在燃烧室6内形成无焰燃烧状态，扩大燃烧室6内高温区域的同
时通过降低燃烧区燃烧强度降低高温区的温度。
40.焦炉加热系统采用富氧无焰燃烧，具有如下优点:
41.1)通过无焰燃烧，提高焦炉高向加热均匀性；
42.2)通过无焰燃烧，扩大燃烧发生区域，扩大高温区域，提高加热效率，缩短结焦时间；
43.3)通过增加燃烧废气中二氧化碳、水蒸气等极性三原子分子数量，增强辐射性能，提高加热效率，缩短结焦时间；
44.4)通过提高助燃气体氧含量，降低助燃气体中无关气体量，减少外排废气量，减少热损失，降低炼焦耗热量。
45.5)通过无焰燃烧，减少或消除局部高温现象，减少氮氧化物的生成。
46.以下实施例在以本实用新型技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本实用新型的保护范围不限于下述的实施例。
47.【实施例1】
48.某单热式焦炉采用焦炉煤气加热，焦炉煤气热值17500kj/nm3，原有加热系统采用的助燃气体为空气，由于其具有炼焦耗热量过高、焦饼上部存在生焦、氮氧化物排放超标等情况，因此对现有加热系统进行改造。
49.如图2所示，改造后的焦炉加热系统中增加了富氧气体管路及废气回配管路17，配备了回配废气调节阀14和回配废气风机15。
50.改造后的焦炉加热系统工作时，从氧气管网7输送的氧气与回配的燃烧废气掺混形成氧含量为50％的富氧气体，富氧气体经过富氧气体管路1进入蓄热室5，经蓄热室5预热后，富氧气体温度达到1100℃，然后进入燃烧室6。来自富煤气管网8的热值为17500kj/nm3的焦炉煤气经过富煤气管路4进入燃烧室6。通过调节燃烧室6内焦炉煤气和富氧气体入口的流通面积，使得进入燃烧室6时富氧气体的流速是焦炉煤气流速的二倍，富氧气体卷吸焦炉煤气和燃烧后的烟气，在燃烧室6内形成无焰燃烧。
51.改造前及改造后的焦炉燃烧室内温度分布分别如图3、图4所示，改造前，炉内最高温度高达2100k，高温区集中在焦炉煤气出口上部区域；改造后，炉内最高温度只有1900k，且整个高温区被拉长，炉组高向加热均匀性更好。
52.本实施例所述焦炉加热系统改造前、后的燃烧室内部温度分布图如图4、图5所示。
53.本实施例中，焦炉加热系统改造后的焦炉氮氧化物排放降低到150mg/nm3以下，满足直接排放标准；焦饼中心温度高向温差在50℃以内，焦炉废气量减少了60％，结焦时间缩短0.5小时以上，炼焦耗热量降低约5％。
54.【实施例2】
55.某新建焦化厂，拟采用厂内已有甲醇合成时的驰放气作为焦炉加热气源，而将高热值的焦炉煤气另作它用。驰放气的热值为9800kj/nm3。由于驰放气中氢气含量高，甲烷和一氧化碳含量较低，其热值低于焦炉煤气。同时由于驰放气中的氢气含量较高，经蓄热室预热可能存在爆炸风险，因此驰放气需经富煤气管路直接进入燃烧室，无预热、低热值的驰放气，与氧气浓度为21％的空气相遇，容易在燃烧室内发生脱火而无法稳定燃烧，即采用现有焦炉加热系统，可能导致驰放气在燃烧室内无法实现稳定燃烧。
56.新建焦炉的加热系统如图3所示，包括富氧气体供给单元、煤气供给单元、废气回
配单元、蓄热室5和燃烧室6。富氧气体供给单元包含富氧气体管路1、安装在富氧气体管路1上的氧气浓度分析仪16和富氧风机10；煤气供给单元包含富煤气管路4、设置在富煤气管路4上的富煤气调节阀13；废气回配单元包括废气回配管路17、安装在废气回配管路17上的回配废气调节阀14和回配废气风机15。
57.富氧气体管路1中的富氧气体的氧气含量为70％。进入燃烧室6的富氧气体流速是驰放气流速的1.8倍。
58.焦炉加热系统工作时，来自氧气管网7的氧气与回配的燃烧废气掺混后进入富氧气体管路1，通过富氧风机10鼓入蓄热室进5行预热后进入燃烧室6，通过氧气调节阀11调节进入富氧气体管路1的氧气量，通过氧气浓度分析仪16监测富氧气体中的氧气含量。来自富煤气管网8的驰放气经过富煤气管路4进入燃烧室6，通过富煤气调节阀13调节进入燃烧室6的驰放气流量；从燃烧室6出来的燃烧废气经过蓄热室5冷却后，一部分通过回配废气风机15鼓入富氧气体管路1与氧气汇合形成富氧气体，另一部分经净化处理后通过烟囱排出，通过回配废气调节阀14调节进入富氧气体管路1的回配废气流量。
59.以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。