一種工業爐窯資源循環利用系統的製作方法

2023-05-31 05:24:11 1

專利名稱：一種工業爐窯資源循環利用系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及エ業生產的資源回收領域，更具體的涉及ー種エ業爐窯資源循環利用系統。
背景技術：
以爐煤氣作為燃料的エ業爐窯種類繁多，應用十分廣泛。一般的傳統エ藝為由煤氣發生站制出煤氣，然後輸送給エ業爐窯，通過燃燒器進行燃燒後對エ件進行加熱。煤氣發生站制氣和エ業爐窯燃燒加熱各自形成獨立的エ藝流程，エ業爐窯所產生的煙氣餘熱、冷卻介質(水蒸氣)、煙氣成分(C02、H2O,)等資源大都直接排放或利用甚少。近些年關於這種エ業爐窯資源回收的研究主要集中在煙氣餘熱的回收利用方面，現有技術中已存在利用煙氣餘熱來加熱自身需要的助燃空氣，如使用高溫空氣換熱器從爐 窯排放的高溫煙氣中回收部分熱量將助燃空氣預熱，預熱空氣在燒嘴中與爐煤氣燃燒，這種現有燃燒エ藝提高了爐膛工作溫度，降低了能源消耗，但其仍將煙氣全部排放入大氣層中，對煙氣成分(co2、H2o)、冷卻介質等資源不回收，而且煙氣餘熱回收利用也很少，因此這種現有燃燒エ藝仍然存在著兩大問題
1、窯爐最終排放的煙氣帶走大量熱量和資源，浪費能源；
2、窯爐最終排放的煙氣中含有大量CO2溫室氣體和灰塵，造成環境問題。

發明內容
本發明基於上述技術問題而提出，將煤氣發生站制氣系統和エ業爐窯燃燒系統整合為ー個整體エ藝系統，形成將煙氣餘熱、冷卻介質(水蒸氣)、煙氣成分(C02、H20、)等資源一體化回收利用的一種エ業爐窯資源循環利用系統。本發明的主要技術核心為將通過換熱器回收了部分餘熱之後的爐窯排放煙氣同冷卻水蒸氣、助燃空氣一起引入煤氣發生爐進行回收利用，煙氣中的CO2 (約佔16 —18%)在發生爐內被還原為CO，煙氣中的H20(g)(約佔10—11%)以及冷卻水蒸氣在發生爐與C反應生成爐煤氣，並與原爐煤氣一起供給爐窯燃燒，循環利用，而煙氣中的少部分O2 (約佔1%)以及助燃空氣則與C反應提供各反應所需熱量。本發明具體採取的技術方案為
一種エ業爐窯資源循環利用系統，包括煤氣發生站、エ業爐窯、換熱器、冷卻系統、混合器以及各通氣管路，其中煤氣發生站為エ業爐窯提供可燃氣體，エ業爐窯內燃燒後的煙氣經排煙煙道排出，所述的換熱器設置於該排煙煙道上以利用煙氣餘熱來預熱空氣，預熱後的空氣通過管路一部分輸出至混合器，另一部分與所述可燃氣體混合助燃；所述冷卻系統在冷卻エ業爐窯過程中所產生的水蒸氣通過管路輸出至混合器；其特徵在於，所述排煙煙道經換熱後的下遊連接有煙氣回收管路，該煙氣回收管路的輸出端連接至混合器，所述混合器將其內按預定比例混合的所述預熱空氣、水蒸氣和回收煙氣一同輸入至煤氣發生站內進行資源循環利用。
進一步的根據本發明所述的系統，其中所述工業爐窯上設置有燃燒器，所述另一部分預熱空氣和煤氣發生站提供的可燃氣體在該燃燒器內混合併燃燒，生成的熾熱氣流噴入工業爐窯內。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述換熱器包括高溫換熱器和低溫換熱器。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述高溫換熱器設置於排煙煙道的上遊，且其一端通過管路連接於進氣鼓風機，另一端通過管路連接於所述燃燒器，用於向其提供 預熱的助燃空氣。進一步的根據本發明所述的系統，其中經所述高溫換熱器預熱後的助燃空氣溫度達到350°C—450°C，且所述高溫換熱器的進氣和出氣管路上均設置有調節閥。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述低溫換熱器設置於高溫換熱器的下遊，且其一端通過管路連接於進氣鼓風機，另一端通過管路連接於所述混合器，用於向其提供預熱空氣。進一步的根據本發明所述的系統，其中經所述低溫換熱器預熱後的空氣溫度達到200°C以上，且所述低溫換熱器的進氣和出氣管路上均設置有調節閥。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述冷卻系統是設置於工業爐窯上的汽化冷卻系統，且在其水蒸氣輸出管路上設置有調節閥。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述排煙煙道經排煙機而連接於煙囪，所述煙氣回收管路連接於所述煙 ，並設置有煙氣輸入風機和調節閥，通過所述煙氣回收管路將排放的全部或部分煙氣資源回收至混合器內。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述回收煙氣中的資源成分主要是CO2和H2O。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述混合器內的各回收成分在送入含有C的煤氣發生站內後發生的循環造氣反應如下
C+C02=2C0-Q，其中的CO2主要來自回收煙氣中；
C+H20=C0+H2-Q，其中的H2O主要來自回收煙氣和冷卻系統提供的水蒸氣；
C+02=C02+Q，其中的O2主要來自預熱空氣，且通過該反應補充上述其他反應所需的熱量。進一步的根據本發明所述的系統，其中通過連接於所述混合器的各管路上的調節閥來控制混合器內各回收成分的混合比例。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述可燃氣體主要成分為CO和H2。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述煤氣發生站產生的可燃氣體通過除塵器後經管路送入所述燃燒器，所述回收煙氣中的灰塵經煤氣發生站內的煤層過濾後落入成渣區，並隨爐渣一起排入水封除渣坑。進一步的根據本發明所述的系統，其中所述工業爐窯為軋鋼連續加熱爐。進一步的根據本發明所述的系統，其中的鼓風機、煙氣輸入風機、排煙機均能變頻調速。本發明達到的技術效果
I、本發明通過將煙氣餘熱、冷卻介質、煙氣成分等資源一體回收，極大的提高了煤氣發生站的氣化強度和產氣量，並降低了對原煤資源的使用量，有效地節約了能源；
2、通過本發明所述的裝置極大的減少了溫室氣體ニ氧化碳以及煙塵等的排放，降低了エ業燃燒對環境的汙染。


附圖I為本發明所述エ業爐窯資源循環利用系統的結構圖。附圖I中各附圖標記的含義如下
I.煤氣發生站；2.燃燒器；3.エ業爐窯；4.排煙煙道；5.高溫換熱器；6.低溫換熱器；7.排煙機；8.煙囪；9.エ業爐窯用鼓風機；10.煤氣站用鼓風機；11.調節閥；12.調節閥；13.放散閥；14.放散閥；15.煙氣輸入風機；16.放散閥；17.汽包；18蒸汽調節閥；19.混合器。
具體實施例方式以下結合附圖對本發明的技術方案進行詳細的描述以更充分的理解本發明的技術方案，但並不意味著將本發明局限於這些具體的實施方式中。本發明所述的エ業爐窯資源循環利用系統如附圖I所示，包括煤氣發生站I、燃燒器2、エ業爐窯3、排煙煙道4、高溫換熱器5、低溫換熱器6、排煙機7、煙囪8、エ業爐窯用鼓風機9、煤氣站用鼓風機10、調節閥11-12、放散閥13-14、16、煙氣輸入風機15、汽化冷卻系統17、蒸汽調節閥18、混合器19和若干通氣管道。其中煤氣發生站I用於產生燃燒用的爐煤氣(主要成分為氫氣和一氧化碳)，其產生的爐煤氣通過除塵器後經管道送入燃燒器2，エ業爐窯用鼓風機9將常溫空氣通過調節閥11鼓入高溫換熱器5中，交換熱量後變成高溫空氣(一般350°C — 450°C)送入燃燒器2中，並用放散閥13進行比例調節，這種高溫空氣和爐煤氣在燃燒器2中混合燃燒，生成的熾熱氣流噴入エ業爐窯3中以加熱其中的エ件。燃燒形成的煙氣通過エ業爐窯3尾部安裝的排煙煙道4排出，並依次通過排煙煙道4上設置的高溫換熱器5和低溫換熱器6，最後由排煙機7將煙氣引入煙囪8中而排入大氣，其中該高溫換熱器5可為設置於排煙煙道4前端(高溫端)的普通換熱管路，其一端通過管路連接於エ業爐窯用鼓風機9、另一端通過管路連接於燃燒器2，在高溫燃燒煙氣(約650°C以上)通過該段排煙煙道4後，其熱量經高溫換熱器5而傳遞給由鼓風機9提供的常溫助燃空氣並將其預熱成高溫空氣(約350°C _450°C)，而燃燒煙氣本身的溫度則降低到450°C左右，從而通過該高溫換熱器5有效的利用燃燒煙氣的餘熱對送入燃燒器2中的助燃空氣進行了預熱，提高了熱能利用率。進ー步的在排煙煙道4的後端也設置有換熱器6，因燃燒煙氣傳輸至該段時溫度已有降低(約到450°C左右)，因此該換熱器即為ー種低溫換熱器6，其一端通過管路連接於煤氣站用鼓風機10，另一端通過管路連接於混合器19，該煤氣站用鼓風機10為煤氣發生站I內的資源回收反應提供制氣空氣(主要利用其氧氣成分)，其將常溫空氣通過調節閥12鼓入低溫換熱器6中，並經其預熱到200°C左右後送入混合器19，可用放散閥14進行比例調節。同時煙氣經該低溫換熱器換熱後溫度降低到300°C以下，經安裝於排煙煙道4出ロ端的排煙機7而向煙囪8內排出。上述エ業爐窯3通常可為軋鋼連續加熱爐，並帶有汽化冷卻系統17，該汽化冷卻系統17內裝有冷卻液體如水並設置於エ業爐窯3上以對其進行冷卻(在附圖I中汽化冷卻系統17與エ業爐窯3分開繪製是為了便於觀察，通常兩者都集成在一起)，該汽化冷卻系統17在吸收エ業爐窯3的熱量後，其中的冷卻水變成高溫水蒸氣並通過管路輸入至混合器19內以作為氣化劑成分參與煤氣發生站I內的制氣反應，通過調節閥18可控制其混合比例。本發明創新性的在煙氣排出端，優選在畑 上設置有煙氣回收管路，並設置有煙氣輸入風機和調節閥，以通過這種煙氣回收管路將排放的全部或部分煙氣資源回收至混合器內，具體的通過煙氣輸入風機15將煙 8內的煙氣吸入回收管路內，然後通過調節閥16進行比例控制後輸送入混合器19。至此混合器19中混合有排放煙氣-主要成分為CO2 (約佔16 18%)、H20(g)(約佔l(Tll%)和O2 (約佔1%)、來自煤氣站用鼓風機10的熱空氣(含有02)、以及來自汽化冷卻系統17的高溫水蒸氣H2O,這些氣體成分作為了氣化劑能夠有效的參與到煤氣發生站I內的氧化ー還原造氣反應，並重新生成爐煤氣供給エ業爐窯燃燒，以達到循環利用的目的，而回收煙氣中的灰塵經煤氣發生站內煤層過濾落入成渣區，隨爐渣一起排入水封除渣坑。具體的混合器19內的混合氣體送入煤氣發生站I後與其內的C所發生的造氣反應如下
C+02=C02+Q (其中的O2主要來自鼓風機10，且通過該反應為下述其他造氣反應提供必要的熱量); C+C02=2C0-Q (其中的CO2主要來自煙囪8中回收的煙氣成分，通過利用煙氣中的CO2有效的補充了 C成分)；
C+H20=C0+H2-Q (其中的H2O來自煙氣和汽化冷卻系統17，極大的降低了對原始反應水分的需求)。從上述反應過程可以看出本發明所述的系統不但將煙氣中C02、H2O成分補充為氣化劑，而且利用煙氣餘熱迫使上述反應化學平衡更趨向有利於還原反應方向的進行，從而有效的節約了原煤(C)，達到節能的目的。另外，上述鼓風機9、10以及煙氣輸入風機15、排煙機7等均系變頻調速，根據現場エ況，可方便調節各自的流量、壓力。且如附圖I所示在各空氣管道和煙氣管道上均設有調節閥或放散閥，可調節系統均衡運行。本發明通過上述附圖I所示的系統，既有效的利用了煙氣的餘熱(通過換熱器為燃燒器和混合器提供了熱空氣)，更為重要的是循環利用了煙氣中的CO2和H2O資源成分、以及冷卻介質，從而達到將煙氣餘熱、冷卻介質(水蒸氣)、煙氣成分(C02、H20)等資源一體化回收的目的，在國內外首創了煤氣發生站-エ業爐窯餘熱和資源循環利用系統，提高了煤氣發生站的氣化強度和產氣量，並降低了對原煤(C)資源的使用量，具有節約能源資源、減少煙塵排放等多重重大的社會經濟效益。以上僅是對本發明的優選實施方式進行了描述，並不將本發明的技術方案限制於此，本領域技術人員在本發明的主要技術構思的基礎上所作的任何公知變形都屬於本發明所要保護的技術範疇，如儘管在上述實施例中煙氣回收管路連接於煙囪，但本領域技術人員根據實際需要和使用方便也能夠將其連接於排煙機、排煙煙道等位置，儘管在附圖I所示的實施例中包括有単獨的燃燒器，但本領域技術人員根據需要也能夠使用本身在內部具有燃燒裝置的エ業爐窯，上述各溫度條件可因本發明所述系統應用領域的不同而有所變化，等等這些都屬於本發明的技術範疇，本發明具體的保護範圍以權利要求書的記載為準。
權利要求
1.一種工業爐窯資源循環利用系統，包括煤氣發生站、工業爐窯、換熱器、冷卻系統、混合器以及各通氣管路，其中煤氣發生站為工業爐窯提供可燃氣體，工業爐窯內燃燒後的煙氣經排煙煙道排出，所述的換熱器設置於該排煙煙道上以利用煙氣餘熱來預熱空氣，預熱後的空氣通過管路一部分輸出至混合器，另一部分與所述可燃氣體混合助燃；所述冷卻系統在冷卻工業爐窯過程中所產生的水蒸氣通過管路輸出至混合器；其特徵在於，所述排煙煙道經換熱後的下遊連接有煙氣回收管路，該煙氣回收管路的輸出端連接至混合器，所述混合器將其內按預定比例混合的所述預熱空氣、水蒸氣和回收煙氣一同輸入至煤氣發生站內進行資源循環利用。
2.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述工業爐窯上設置有燃燒器，所述另一部分預熱空氣和煤氣發生站提供的可燃氣體在該燃燒器內混合併燃燒，生成的熾熱氣流噴入工業爐窯內。
3.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述換熱器包括高溫換熱器和低溫換熱器。
4.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述高溫換熱器設置於排煙煙道的上遊，且其一端通過管路連接於進氣鼓風機，另一端通過管路連接於所述燃燒器，用於向其提供預熱的助燃空氣。
5.根據權利要求4所述的系統，其特徵在於，經所述高溫換熱器預熱後的助燃空氣溫度達到350°C—450°C，且所述高溫換熱器的進氣和出氣管路上均設置有調節閥。
6.根據權利要求3所述的系統，其特徵在於，所述低溫換熱器設置於高溫換熱器的下遊，且其一端通過管路連接於進氣鼓風機，另一端通過管路連接於所述混合器，用於向其提供預熱空氣。
7.根據權利要求6所述的系統，其特徵在於，經所述低溫換熱器預熱後的空氣溫度達到200°C以上，且所述低溫換熱器的進氣和出氣管路上均設置有調節閥。
8.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述冷卻系統是設置於工業爐窯上的汽化冷卻系統，且在其水蒸氣輸出管路上設置有調節閥。
9.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述排煙煙道經排煙機而連接於煙囪，所述煙氣回收管路連接於所述煙園，並設置有煙氣輸入風機和調節閥，通過所述煙氣回收管路將排放的全部或部分煙氣資源回收至混合器內。
10.根據權利要求9所述的系統，其特徵在於，所述回收煙氣中的資源成分主要是CO2和 H2O。
11.根據權利要求10所述的系統，其特徵在於，所述混合器內的各回收成分在送入含有C的煤氣發生站內後發生的循環造氣反應如下 (1)C+C02=2C0-Q,其中的CO2主要來自回收煙氣中； (2)C+H20=C0+H2-Q，其中的H2O主要來自回收煙氣和冷卻系統提供的水蒸氣； (3)C+02=C02+Q，其中的O2主要來自預熱空氣，且通過該反應補充上述其他反應所需的熱量。
12.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，通過連接於所述混合器的各管路上的調節閥來控制混合器內各回收成分的混合比例。
13.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述可燃氣體主要成分為CO和H2。
14.根據權利要求2所述的系統，其特徵在於，所述煤氣發生站產生的可燃氣體通過除塵器後經管路送入所述燃燒器，所述回收煙氣中的灰塵經煤氣發生站內的煤層過濾後落入成渣區，並隨爐渣一起排入水封除渣坑。
15.根據權利要求I所述的系統，其特徵在於，所述工業爐窯為軋鋼連續加熱爐。
16.根據權利要求4、6或9所述的系統,其特徵在於,其中的鼓風機、煙氣輸入風機、排煙機均能變頻調速。
全文摘要
本發明涉及一種工業爐窯資源循環利用系統，將通過換熱器回收了部分餘熱之後的爐窯排放煙氣同冷卻水蒸氣、助燃空氣一起引入煤氣發生爐進行回收利用，使煙氣中的CO2在發生爐內被還原為CO，煙氣中的H2O以及冷卻水蒸氣在發生爐內與C反應生成爐煤氣，並與原爐煤氣一起供給工業爐窯燃燒，循環利用，從而實現了對煙氣餘熱、冷卻介質-水蒸氣、煙氣成分等資源的一體化回收利用，並極大的提高了煤氣發生站的氣化強度和產氣量，降低了對原煤資源的使用量和溫室氣體的排放量，有效地節約了能源，並保護了環境。
文檔編號F27D17/00GK102620569SQ20121006108
公開日2012年8月1日 申請日期2012年3月9日 優先權日2012年3月9日
發明者侯英武, 趙守義, 趙曉雯 申請人:唐山京兆科技開發有限公司