一种工业窑炉多氧燃烧烟气还原再利用装置及其运行方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及工业窑炉烟气循环再利用技术领域，尤其涉及一种工业窑炉多氧燃烧烟气还原再利用装置及其运行方法。
【背景技术】
[0002]在我国以煤为主的能源结构下，工业窑炉是主要污染排放源之一，也是耗能大户。工业窑炉普遍存在能源效率低下，污染物排放超标等问题。中国已成为全球二氧化碳排放量最多的国家，中国计划在2017年启动全国碳排放交易体系，将覆盖钢铁、电力、化工、建材、造纸和有色金属等重点工业行业。从全球角度和长远发展来看，碳减排将是一个争夺新兴碳金融市场话语权战略问题。
[0003]针对现有工业窑炉存在的问题，研究一种新的工业窑炉多氧燃烧烟气循环再利用技术，对于降低工业窖炉能耗成本、减少氮氧化物和co2温室气体排放，对于工业节能减排，发展低碳经济具有重要的研究意义。
【发明内容】
[0004]针对现有技术中工业窑炉存在的上述问题，本发明的目的在于:提供一种工业窑炉多氧燃烧烟气还原再利用装置及其运行方法，其具有:结构简单、设计合理、实现了工业废气资源化、节能减排等优点，一方面降低了燃料成本，另一方面减少了氮氧化物和二氧化碳气体的排放，具有广泛的应用前景。
[0005]为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案实现:
[0006]—种工业窑炉多氧燃烧烟气还原再利用装置，其特征在于:所述烟气还原再利用装置包括窑炉、设置在窑炉上的多氧燃烧器、向多氧燃烧器提供氧气的氧气阀站、二氧化碳还原炉、余热锅炉、脱硫除尘除湿装置、压缩机、第一储气罐和第二储气罐；其中，窑炉(1)的烟气排放管连接至二氧化碳还原炉的进气管，二氧化碳还原炉的还原气体排放管依序连接至余热锅炉、脱硫除尘除湿装置、压缩机和第一储气罐；第一储气罐还分别连接至多氧燃烧器(2)的还原气体进气管和第二储气罐。
[0007]所述多氧燃烧器包括燃料喷枪、一次氧枪和二次氧枪；其中，一次氧枪与燃料喷枪同轴套管结构布置，一次氧枪设置在燃料喷枪的内部，二次氧枪与燃料喷枪平行布置；所述还原气体排放管燃料喷枪连通，在还原气体排放管上设有还原气体流量计和还原气体流量调节阀。
[0008]所述多氧燃烧器还设有高能点火器和火焰检测器，均靠近燃料喷枪布置。
[0009]所述氧气阀站设有氧气总管，氧气总管又与一次氧管路和二次氧管路连通。从氧气进口到氧气出口，氧气总管上分别设有依序连接的截止阀、压力表、稳压阀、第一压力变送器、第一热电阻，一次氧管路上还设有依序连接的第一流量计、第一流量调节阀、第一切断阀和第二压力变送器；二次氧管路上还设有依序连接的第二流量计、第二流量调节阀、第二切断阀和第三压力变送器；一次氧管路连接至一次氧枪，二次氧管路连接至二次氧枪。
[0010]所述窑炉设有启路用点火燃料喷枪、防爆报警和泄窑炉炉膛内压力的泄压装置。
[0011]所述燃烧装置还包括自动控制系统，该自动控制系统通过PLC上位机分别与多氧燃烧器、氧气阀站、二氧化碳还原炉控制连接；其中，窑炉上还设置有热电偶，该热电偶与还原气体进气管的进料阀组成串级调节系统，PLC上位机通过第二热电偶获取窑炉的炉内温度以调整还原气体的进气量，PLC上位机根据预设的窑炉温度对一次氧供应量、二次氧供应量和还原气体供应量进行调节。
[0012]上述的一种工业窑炉多氧燃烧烟气还原再利用装置及其运行方法，其特征在于，该使用方法包括如下步骤:
[0013]1)启炉阶段:检查自动控制系统、氧气阀站各个管路及阀组件、多氧燃烧器及点火燃料供给管路、二氧化碳还原炉及其管路、余热锅炉、脱硫除尘除湿装置、压缩机的状态是否正常；开始启炉点火，向窑炉内提供点火燃料和一次氧，高能点火器自动点火使得点火燃料和一次氧混合燃烧并形成稳定根部火焰；开启二次氧管路，自动控制系统根据点火燃料供给量、预设炉温要求自动调节一次氧和二次氧的流量；根据点火燃料的热值设定氧燃比，氧气与点火燃料流量比例设定值介于1.5?2.4之间，其中一次氧量占总氧量的10%?30%，二次氧量占总氧量的90%?70%。开启二氧化碳还原炉氧气管路，根据点火燃料量调节进入二氧化碳还原炉的氧气量。控制PLC上位机界面上设有燃料总量与氧气总量比值输入块、一次氧与二次氧比值输入块和烟气量与还原炉氧气量比值输入模块，操作人员在PLC上位机界面上输入比例数值，PLC上位机根据数值进行相应的PID运算，控制现场调节阀自动调整燃料总量与总氧气量、一次氧与二次氧流量、烟气量与还原炉氧气量比值，通过流量计反馈值进行比较达到最佳的比例关系；
[0014]2)烟气还原阶段:点火燃料在多氧燃烧器中燃烧生成的高温烟气输送至二氧化碳还原炉中与碳发生还原反应产生还原气体即一氧化碳气体；还原气体与余热锅炉换热温度降至130?200°C，通过脱硫除尘除湿装置的处理后经过压缩机将一氧化碳压送至第一储气罐，当第一储气罐内的一氧化碳气体达到lOkPa压力后，停止向窑炉内输送点火燃料，进行下一步；
[0015]3)还原气体循环阶段:在步骤2)中第一储气罐储存的一氧化碳气体达到所需压力后，开启储气罐的出气阀门，一氧化碳气体经过多氧燃烧器的还原气体进气管输送至多氧燃烧器中进行燃烧，多余的一氧化碳输送至第二储气罐中被收集，第二储气罐中的一氧化碳气体可作为燃料供给其它窑炉燃烧，也可以通过燃气发电机组发电后并网，或者作为化工原料使用。一氧化碳进入多氧燃烧器后，首先与一次氧混合燃烧并形成稳定根部火焰，二次氧从喷嘴中高速喷出迅速掺混在周围烟气中，此时窑炉内形成多氧状态，并继续与一氧化碳逐级掺混燃烧使得窑炉内火焰覆盖面大并且炉内温度分布均匀；燃烧生成的高温气体继续被输送至二氧化碳还原炉中进行高温还原反应制备一氧化碳气体；同时二氧化碳还原炉内还通入氧气，氧气与碳产生的反应生成热提供还原反应所需热量。自动控制系统根据窑炉内总氧气量与一氧化碳的氧燃比值大小控制一氧化碳和总氧气量的流量大小，并且根据一次氧和二次氧预设比例设定值控制一次氧和二次氧的流量大小实现自动调节；根据一氧化碳气体浓度设定氧燃比，氧气与一氧化碳流量比例设定值介于0.35?1之间，其中一次氧量占总氧量的10%?30%，二次氧量占总氧量的90%?70%。根据二氧化碳气体流量调节进入二氧化碳还原炉的氧气量，氧气与二氧化碳的体积比在0.25?0.5之间。控制PLC上位机界面上设有燃料总量与氧气总量比值输入块、一次氧与二次氧比值输入块和烟气量与还原炉氧气量比值输入模块，操作人员在PLC上位机界面上输入比例数值，PLC上位机根据数值进行相应的PID运算，控制现场调节阀自动调整燃料总量与总氧气量、一次氧与二次氧流量和烟气量与还原炉氧气量比值，通过流量计反馈值进行比较达到最佳的比例关系；
[0016]4)上述步骤3)连续运行，实现窑炉的节能环保高效安全运行。
[0017]在步骤1)、2)、3)运行中，始终开启防爆报警和泄压装置。
[0018]所述点火燃料为点炉用天然气或者燃油。
[0019]与现有技术中的工业窑炉相比，采用本发明的工业窑炉多氧燃烧烟气还原再利用装置具有如下优点:
[0020](1)结构简单、设计合理，通过对窑炉烟气再循环实现工业废气资源化及节能减排。
[0021](2)由于多氧燃烧以纯氧助燃，烟气中C02浓度高，烟气通入二氧化碳还原炉后与炭发生还原反应，高温烟气为还原反应提供一部分热量，减少了二氧化碳还原炉内通入的氧气量，可制取高纯度C0气体，C0气体与余热锅炉换热，降温后的C0气体经脱硫除尘除湿后，被压缩机压送至第一储气罐，第一储气罐中的C0气体作为燃料再送至窑炉进行多氧燃烧，多余的C0气体有多种利用途径，可作为燃料供给其它窑炉燃烧，也可以