CN105115309A - 一种实现加热炉超低氮氧化物排放的装置及其工艺 - Google Patents
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Abstract
一种实现加热炉超低氮氧化物排放的装置及工艺；该装置的烟囱下方设有对流室，对流室与辐射室相通；辐射室内设有燃烧器；所述燃烧器和空气预热器通过风道连接，引风机和空气预热器通过风道连接；空气预热器通过烟道和烟囱连接；所述空气预热器入口或/和出口处设有催化氧化器；所述鼓风机分别供给空气预热器和催化氧化器供给空气；加热炉采用常规低氮氧化物燃烧器，鼓风机为燃烧器提供助燃空气，鼓风机鼓出的助燃空气先通过空气预热器预热，再送入燃烧器为燃料燃烧提供氧气。本发明实现超低氮氧化物排放的同时，又将烟气中的烃类和CO充分氧化成CO2和水，还可提高加热炉热效率。
Description
技术领域
本发明涉及加热炉超低氮氧化物排放技术领域，具体的说是一种实现加热炉超低氮氧化物排放的装置及其工艺。
背景技术
随着环保要求的日益提高。石化工业炉燃烧器排放指标越加严格。为了实现低氮氧化物排放，工业管式炉燃烧器的低氮氧化物燃烧技术得到了高速发展。采用强制烟气回流的低氮氧化物燃烧器已经将烟气中氮氧化物的排放指标要控制在30ppm左右。基本上已经达到了控制热力学氮氧化物生成的极限值。如果想要将氮氧化物降低更低的水平，达到10ppm以下。通过燃烧器的技术革新几乎不可能实现。同时低氮氧化物燃烧器随着排放指标的降低，火焰稳定性也相应降低，特别是加热炉炉膛温度低于700℃的情况下，火焰会出现不完全燃烧，脱火、熄火现象。加热炉烟气中出现大量未燃烃类和CO，严重影响加热炉热效率。同时存在尾燃的安全隐患。
发明内容
本发明提供一种实现加热炉超低氮氧化物排放的装置及其工艺，实现超低氮氧化物排放的同时，又将烟气中的烃类和CO充分氧化成CO2和水，同时提高加热炉热效率1%左右。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种实现加热炉超低氮氧化物排放的装置，该装置包括烟囱、对流室、辐射室、燃烧器、鼓风机、引风机和空气预热器；所述烟囱下方设有对流室，对流室与辐射室相通；辐射室内设有燃烧器；所述燃烧器和空气预热器通过风道连接，引风机和空气预热器通过风道连接；空气预热器通过烟道和烟囱连接；
所述空气预热器入口或/和出口处设有催化氧化器；所述鼓风机为助燃鼓风机，分别供给空气预热器和催化氧化器供给空气；为催化氧化器供风的风道上设有控制供给助燃空气量的燃烧器助燃空气调节阀；所述燃烧器和空气预热器连接的风道上设有催化氧化器空气调节阀；所述燃烧器为低氮氧化物燃烧器。
对流室出口烟气温度450℃以下时，所述催化氧化器设置在对流室出口和空气预热器入口之间，利用催化剂氧化烟气中未燃尽烃类和一氧化碳。所述催化氧化器设置在对流室出口和空气预热器入口之间。
对流室出口烟气温度450℃以上时，所述空气预热器包括高温空气预热器和低温空气预热器；催化氧化器设置在高温空气预热器和低温空气预热器之间。在对流室出口高温空气预热器，将烟气温度降至450℃以下时，再经过催化氧化器，在催化氧化器之后再利用低温空气预热器进行余热回收，提高炉子热效率。
利用所述实现加热炉超低氮氧化物排放的装置的排放工艺，工艺过程如下：鼓风机为燃烧器提供助燃空气；鼓风机鼓出的助燃空气分为两路，一路助燃空气通过空气预热器后经调节阀，按照当量或次当量配入低氮氧化物燃烧器；在辐射室内完成与燃料的燃烧，燃烧为贫氧燃烧，降低氧分压，有效控制燃烧产生的热力学氮氧化物；燃烧产生的热加热辐射室内的被加热介质；由于贫氧燃烧，燃烧过程会出现一部分未燃尽碳氢化合物和CO；含有未燃尽碳氢化合物和CO的烟气，当对流室出***有未燃尽碳氢化合物和CO的烟气的温度低于450℃时，直接进入催化氧化器；当对流室出***有未燃尽碳氢化合物和CO的烟气的温度高于450℃度时，通过高温空气预热器后，将温度降至450℃以下后再进入催化氧化器；
鼓风机鼓出的另一路助燃空气通过催化氧化器空气调节阀调节后通入催化氧化器，在催化氧化器内利用催化剂和空气中的氧将烟气中的未燃烧的碳氢化合物和CO氧化成CO2和H2O，氧化生成的热直接提高烟气温度；催化氧化器内生成的烟气通过催化氧化器后，在引风机的作用下，进入低空气预热器对进行余热回收以提高炉子热效率后，由烟囱排出。
有益效果是：
与烟气脱硝相比，直接通过贫氧燃烧控制氮氧化物生成，不存在氨逃逸，没有二次污染。此发明适合各种工况的加热炉炉膛温度，各种负荷的加热炉都可以采用。适应性强。加热炉可以控制在低过剩空气系数条件下工作，减少加热炉热损失，提高了加热炉效率。催化氧化器可以完全对烟气中的可燃成分进行氧化分解，反应热充分利用，不存在可燃成分超标的情况。充分利用低氧燃烧控制氮氧化物生成，使烟气排放中的氮氧化物达到10ppm以下。本发明实现加热炉超低氮氧化物排放的装置中催化氧化器出口烟气中氧含量控制在干基氧含量3%。催化氧化器出口烟气中CO含量低于50ppm。
附图说明
图1是本发明的实施例1的结构示意图；
图2是本发明的实施例2的结构示意图；
图3是氧气浓度对燃烧产物中NOX形成的影响图；
图中标记是：1、烟囱，2，对流室，3、辐射室，4、燃烧器，5、催化氧化器，6、鼓风机，7、引风机，8、空气预热器，8-1、高温空气预热器；8-2、低温空气预热器，9、催化氧化器空气调节阀，10、燃烧器助燃空气调节阀。
具体实施方式
如图所示，一种实现加热炉超低氮氧化物排放的装置，该装置包括烟囱1、对流室2、辐射室3、燃烧器4、鼓风机6、引风机7和空气预热器8;所述烟囱下方设有对流室，对流室与辐射室相通；辐射室内设有燃烧器；所述燃烧器和空气预热器通过风道连接，引风机和空气预热器通过风道连接；空气预热器通过烟道和烟囱连接；
所述空气预热器入口或/和出口处设有催化氧化器5；所述鼓风机为助燃鼓风机，分别供给空气预热器和催化氧化器供给空气；为催化氧化器供风的风道上设有控制供给助燃空气量的燃烧器助燃空气调节阀10；所述燃烧器和空气预热器连接的风道上设有催化氧化器空气调节阀；9所述燃烧器为低氮氧化物燃烧器。
对流室出口烟气温度450℃以下时，所述催化氧化器5设置在对流室2出口和空气预热器8入口之间，利用催化剂氧化烟气中未燃尽烃类和一氧化碳。所述催化氧化器设置在对流室出口和空气预热器入口之间。
对流室出口烟气温度450℃以上时，所述空气预热器8包括高温空气预热器8-1和低温空气预热器8-2；所述催化氧化器5设置在高温空气预热器和低温空气预热器之间。在对流室出口高温空气预热器，将烟气温度降至450℃以下时，再经过催化氧化器，在催化氧化器之后再利用低温空气预热器进行余热回收，提高炉子热效率。
利用所述实现加热炉超低氮氧化物排放的装置的排放工艺，工艺过程如下：鼓风机6为燃烧器提供助燃空气；鼓风机鼓出的助燃空气分为两路，一路助燃空气通过空气预热器后经调节阀，按照当量或次当量配入低氮氧化物燃烧器；在辐射室内完成与燃料的燃烧，燃烧为贫氧燃烧，降低氧分压，有效控制燃烧产生的热力学氮氧化物；燃烧产生的热加热辐射室内的被加热介质；由于贫氧燃烧，燃烧过程会出现一部分未燃尽碳氢化合物和CO；含有未燃尽碳氢化合物和CO的烟气，当对流室出口烟气温度低于450℃时，直接进入催化氧化器5；当对流室出口烟气温度高于450℃度时，通过高温空气预热器8-1后，将温度降至450℃以下后再进入催化氧化器5；
鼓风机鼓出的另一路助燃空气通过催化氧化器空气调节阀9调节后通入催化氧化器5，在催化氧化器内利用催化剂和空气中的氧将烟气中的未燃烧的碳氢化合物和CO氧化成CO2和H2O，氧化生成的热直接提高烟气温度；催化氧化器内生成的烟气通过催化氧化器5后，在引风机7的作用下，进入低空气预热器8-2对进行余热回收以提高炉子热效率后，由烟囱1排出。
实施例1
如图1所示，实现加热炉超低氮氧化物排放的装置包括烟囱1、对流室2、辐射室3、燃烧器4、鼓风机6、引风机7和空气预热器8;所述烟囱下方设有对流室，对流室与辐射室相通；辐射室内设有燃烧器；所述燃烧器和空气预热器通过风道连接，引风机和空气预热器通过风道连接；空气预热器通过烟道和烟囱连接；
所述空气预热器入口或/和出口处设有催化氧化器5；所述鼓风机为助燃鼓风机，分别供给空气预热器和催化氧化器供给空气；为催化氧化器供风的风道上设有控制供给助燃空气量的燃烧器助燃空气调节阀10；所述燃烧器和空气预热器连接的风道上设有催化氧化器空气调节阀；9所述燃烧器为低氮氧化物燃烧器。
对流室出口烟气温度450℃以下时，所述催化氧化器5设置在对流室2出口和空气预热器8入口之间，利用催化剂氧化烟气中未燃尽烃类和一氧化碳。所述催化氧化器设置在对流室出口和空气预热器入口之间。
利用所述实现加热炉超低氮氧化物排放的装置的排放工艺，工艺过程如下：鼓风机6为燃烧器提供助燃空气；鼓风机鼓出的助燃空气分为两路，一路助燃空气通过空气预热器后经调节阀，按照当量或次当量配入低氮氧化物燃烧器；在辐射室内完成与燃料的燃烧，燃烧为贫氧燃烧，降低氧分压，有效控制燃烧产生的热力学氮氧化物；燃烧产生的热加热辐射室内的被加热介质；由于贫氧燃烧，燃烧过程会出现一部分未燃尽碳氢化合物和CO；含有未燃尽碳氢化合物和CO的烟气，对流室出口烟气温度低于450℃，直接进入催化氧化器5；鼓风机鼓出的另一路助燃空气通过催化氧化器空气调节阀9调节后通入催化氧化器5，在催化氧化器内利用催化剂和空气中的氧将烟气中的未燃烧的碳氢化合物和CO氧化成CO2和H2O，氧化生成的热直接提高烟气温度；催化氧化器内生成的烟气通过催化氧化器5后，在引风机7的作用下，进入低空气预热器8-2对进行余热回收以提高炉子热效率后，由烟囱1排出。
实施例2
如图2所示，一种实现加热炉超低氮氧化物排放的装置，该装置包括烟囱、对流室、辐射室、燃烧器、鼓风机、引风机和空气预热器；所述烟囱下方设有对流室，对流室与辐射室相通；辐射室内设有燃烧器；所述燃烧器和空气预热器通过风道连接，引风机和空气预热器通过风道连接；空气预热器通过烟道和烟囱连接；
所述空气预热器入口或/和出口处设有催化氧化器；所述鼓风机为助燃鼓风机，分别供给空气预热器和催化氧化器供给空气；为催化氧化器供风的风道上设有控制供给助燃空气量的燃烧器助燃空气调节阀；所述燃烧器和空气预热器连接的风道上设有催化氧化器空气调节阀；所述燃烧器为低氮氧化物燃烧器。
对流室出口烟气温度450℃以上时，所述空气预热器8包括高温空气预热器8-1和低温空气预热器8-2；所述催化氧化器5设置在高温空气预热器和低温空气预热器之间。在对流室出口高温空气预热器，将烟气温度降至450℃以下时，再经过催化氧化器，在催化氧化器之后再利用低温空气预热器进行余热回收，提高炉子热效率。
利用所述实现加热炉超低氮氧化物排放的装置的排放工艺，工艺过程如下：鼓风机6为燃烧器提供助燃空气；鼓风机鼓出的助燃空气分为两路，一路助燃空气通过空气预热器后经调节阀，按照当量或次当量配入低氮氧化物燃烧器；在辐射室内完成与燃料的燃烧，燃烧为贫氧燃烧，降低氧分压，有效控制燃烧产生的热力学氮氧化物；燃烧产生的热加热辐射室内的被加热介质；由于贫氧燃烧，燃烧过程会出现一部分未燃尽碳氢化合物和CO；含有未燃尽碳氢化合物和CO的烟气；对流室出口烟气温度高于450℃度，通过高温空气预热器8-1后，将温度降至450℃以下后再进入催化氧化器5；
鼓风机鼓出的另一路助燃空气通过催化氧化器空气调节阀9调节后通入催化氧化器5，在催化氧化器内利用催化剂和空气中的氧将烟气中的未燃烧的碳氢化合物和CO氧化成CO2和H2O，氧化生成的热直接提高烟气温度；催化氧化器内生成的烟气通过催化氧化器5后，在引风机7的作用下，进入低空气预热器8-2对进行余热回收以提高炉子热效率后，由烟囱1排出。
本发明的工作原理
本发明的加热炉采用常规低氮氧化物燃烧器，鼓风机为燃烧器提供助燃空气，鼓风机鼓出的助燃空气先通过空气预热器预热，再送入燃烧器为燃料燃烧提供氧气。燃烧器助燃空气的量依靠调节阀进行调节，燃烧器控制在当量或次当量条件下，燃烧器燃烧为当量燃烧或微欠氧燃烧。
根据燃烧过程中氮氧化物产生的机理主要分为三类：1.燃料型NOx：燃料中的固定氮生成的NOx。2.热力型NOx：高温下N2与O2反应生成的NOx。3.瞬时NO：低温火焰下由于含碳自由基的存在生成的NO。其中在燃气燃烧中主要以热力学氮氧化物为主。影响NOx形成的因素：①空气－燃料比；②燃烧区温度及其分布；③后燃烧区的冷却程度；④燃烧器形式。
本发明利用低空气过程系数运行技术（低氧燃烧）控制燃烧产生的氮氧化物。通过图3可以看出烟气干基氧含量3%和当量燃烧时氮氧化物排放量减少2倍左右。NOX排放量随着过剩空气量的减少而减少，为了降低NOX的排放量，加热炉在过剩空气量较低的工况下运行。采用低空气过剩系数运行技术，不仅可以降低NOX排放，而且减少了加热炉排烟热损失，可提高加热炉热效率。
降低NOx的同时提高加热炉热效率；CO、碳氢化合物未燃尽物质会增加，为了进一步提高加热炉效率，烟气中的CO、碳氢化合物未燃尽物质通过本发明设置的催化氧化器充分氧化分解成CO2和H2O,氧化分解的热量来提高自身烟气温度。由于燃烧采用（低氧燃烧/贫氧燃烧），燃烧烟气中不存在多余的氧气或微量的氧气，催化氧化器氧化烟气中的CO、碳氢化合物未燃尽物质需要的氧由鼓风机提供，通过调节阀9进行调节流量，烟囱出口处进行烟气实时检测，如果检测值出现CO、碳氢化合物超标，反馈信号直接控制调节阀开度。严格控制催化氧化需要的氧气。最终以烟气内氧浓度1%，或CO体积分数为50ppm作为最小过剩空气系数的选择依据。
烟气氧含量降至1%（干基）较烟气氧含量降至3%（干基）可以提高加热炉效率约1%，氮氧化物可以降低约50%，如果采用低氮氧化物燃烧器，氮氧化物可以控制至10ppm以下。催化氧化器采用催化燃烧可以使燃料在较低的温度下实现完全燃烧。
Claims (4)
1.一种实现加热炉超低氮氧化物排放的装置，该装置包括烟囱(1)、对流室(2)、辐射室(3)、燃烧器(4)、鼓风机(6)、引风机(7)和空气预热器(8)，其特征在于：所述烟囱下方设有对流室，对流室与辐射室相通；辐射室内设有燃烧器；所述燃烧器和空气预热器通过风道连接，引风机和空气预热器通过风道连接；空气预热器通过烟道和烟囱连接；
所述空气预热器入口或/和出口处设有催化氧化器(5)；所述鼓风机为助燃鼓风机，分别供给空气预热器和催化氧化器供给空气；为催化氧化器供风的风道上设有控制供给助燃空气量的燃烧器助燃空气调节阀(10)；所述燃烧器和空气预热器连接的风道上设有催化氧化器空气调节阀(9)；所述燃烧器为低氮氧化物燃烧器。
2.如权利要求1所述实现加热炉超低氮氧化物排放的装置，其特征在于：所述催化氧化器(5)设置在对流室(2)出口和空气预热器(8)入口之间。
3.如权利要求1所述实现加热炉超低氮氧化物排放的装置，其特征在于：
所述空气预热器(8)包括高温空气预热器(8-1)和低温空气预热器(8-2)；所述催化氧化器(5)设置在高温空气预热器和低温空气预热器之间。
4.一种利用如权利要求1-3其中之一所述装置的排放工艺，其特征在于，此工艺过程如下：鼓风机(6)为燃烧器提供助燃空气；鼓风机鼓出的助燃空气分为两路，一路助燃空气通过空气预热器后经调节阀，按照当量或次当量配入低氮氧化物燃烧器；在辐射室内完成与燃料的燃烧，燃烧为贫氧燃烧，降低氧分压，有效控制燃烧产生的热力学氮氧化物；燃烧产生的热加热辐射室内的被加热介质；由于贫氧燃烧，燃烧过程会出现一部分未燃尽碳氢化合物和CO；含有未燃尽碳氢化合物和CO的烟气；当对流室出***有未燃尽碳氢化合物和CO的烟气的温度低于450℃时，直接进入催化氧化器(5)；当对流室出***有未燃尽碳氢化合物和CO的烟气的温度高于450℃度时，通过高温空气预热器(8-1)后，将温度降至450℃以下后再进入催化氧化器(5)；
鼓风机鼓出的另一路助燃空气通过催化氧化器空气调节阀(9)调节后通入催化氧化器(5)，在催化氧化器内利用催化剂和空气中的氧将烟气中的未燃烧的碳氢化合物和CO氧化成CO2和H2O，氧化生成的热直接提高烟气温度；催化氧化器内生成的烟气通过催化氧化器(5)后，在引风机(7)的作用下，进入低空气预热器(8-2)对进行余热回收以提高炉子热效率后，由烟囱(1)排出。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |