一种提高加热炉热效率和环保减排的装置及方法与流程

本发明属于能源工业供热设备,具体涉及一种提高加热炉热效率和环保减排的方法。

背景技术：

1、供热设备是石油化工企业中的主要耗能装置，以加热炉为例，利用燃料在炉膛内的燃烧时产生高温火焰为热源，将工艺介质加热，达到后续工艺过程所要求的温度。

2、目前，加热炉燃料多采用燃料油或燃料气，空气为助燃介质。

3、随着节能工作的不断进展，要求加热炉的排烟温度越来越低，以有效提高加热炉热效率。但作为燃料的燃料油或燃料气通常含有部分硫元素，燃烧过程中会产生so3。在加热炉排烟温度较低时，so3与水蒸气化合生成硫酸蒸汽，其会在低温换热设备的换热面上产生强烈的低温露点腐蚀，在较短的运转时间内，换热面就会发生严重的腐蚀穿孔，严重影响加热炉正常运行，难以有效提升加热炉热效率。

4、同时，以空气作为助燃介质，由于空气中含有大量氮气，在燃烧过程中会产生大量nox，这部分氮氧化物与燃料中的硫产生的so2\so3随着烟气排放到大气中，会造成严重的空气污染。

5、另外，燃料燃烧会产生大量co2，这部分co2经烟囱排放到大气中，会加剧温室效应。并且加热炉排放的烟气温度较高，co2含量低，难以通过吸附方法将其捕获。

技术实现思路

1、针对现有技术的局限性，本发明提出了一种提高加热炉热效率和环保减排的装置及方法，根据加热炉工艺状况要求，结合绿电电解水制氢工艺，解决加热炉热效率较低，同时造成大量污染物及温室气体排放的问题，并形成资源循环利用。

2、本发明的具体技术方案如下：

3、一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，包括发电站、电存储设备、增量配网、电解水装置、加热炉装置、余热回收装置及纯水装置，所述发电站、电存储设备、增量配网、电解水装置、加热炉装置、余热回收装置、纯水装置依次连接。

4、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，其进一步特征在于：所述电解水装置包括：原料水箱、电解槽、气液分离系统、碱液冷却器、碱液循环泵及过滤器。

5、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，其进一步特征在于：所述加热炉装置包括炉本体、炉管系统、燃烧器及bms燃烧控制系统。

6、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，其进一步特征在于：所述发电站为绿电发电站，包括风力发电站、太阳能发电站及地热能发电站。

7、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，其进一步特征在于：所述加热炉装置采用密闭式筒体结构。

8、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，包括以下步骤：

9、1)发电站产生的电能输送至电存储设备，再经区域增量配网分配至电解水装置，以保证电解水装置的最大用电负荷；

10、2)新鲜水经过纯水装置处理，产生纯水输送至电解水装置；

11、3)电解水装置产生的氢气和氧气输送至加热炉；

12、4)氢气和氧气在加热炉中燃烧，产生的水蒸气经冷凝形成液态水，液态水输送至纯水装置，产生纯水输送至电解水装置。

13、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其进一步特征在于：所述发电站为绿电发电站，包括风力发电站、太阳能发电站及地热能发电站。

14、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其进一步特征在于：所述加热炉采用烟气内循环流程或烟气外循环流程。

15、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其进一步特征在于：所述加热炉采用采用富氧燃烧技术，过剩氧气系数为15％-20％。

16、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其进一步特征在于：来自步骤2)及步骤4)的纯水送至电解水装置原料水箱，经补水泵输入电解槽，补充电解消耗的水；电解槽中的水在直流电的作用下被分解成为氢气和氧气，并与循环电解液一起分别进入气液分离系统进行气液分离、洗涤、冷却；分离后的电解液与补充的纯水混合后依次经碱液冷却器、碱液循环泵、过滤器处理后送回电解槽电解；调节碱液冷却器冷却水流量，控制回流碱液的温度，来控制电解槽的工作温度，使系统安全运行；分离后的氢气和氧气分别由调节阀控制输送至加热炉。

17、本发明一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其进一步特征在于：在所述余热回收装置中回收氧气与水蒸气的混合物返回加热炉再次参与燃烧。

18、发明相比较于常规加热炉，具有以下优点：

19、1)电解水装置产生的氢气与氧气在加热炉装置内燃烧生成水蒸气，经余热回收装置冷凝成液态循环水，输送至纯水装置，经纯水装置处理后由补水泵输送至电解水装置，整个过程形成水资源循环利用，节约能源。

20、2)与传统技术燃料油或天然气燃料相比，本发明采用氢气作为加热炉燃料，来源于电解水装置。电解水所需的电能来源于风力、太阳能或地热能，整个过程绿色低碳环保。

21、3)与燃料油或天然气燃料相比，以氢气作为燃料，燃烧产生的烟气中只有水蒸气，不存在so2\so3，不会造成大气污染，也不会对低温换热设备造成露点腐蚀，可大幅降低排烟温度，提升加热炉热效率。

22、4)与燃料油或天然气燃料相比，氢气作为燃料，不会有ch4和co2等温室气体的排放，。

23、5)与空气作助燃介质相比，电解氧气作助燃介质在燃烧时不会产生nox，也不会造成大气污染。

24、6)以高热值的氢气和氧气作原料，燃烧反应完全，不完全燃烧损失很少，可有效提高加热炉效率。

25、7)使用电解氧气作助燃介质，为电解水制氢装置产生的氧气提供了一种新的利用途径。

26、8)为保证燃料的充分燃烧，氧气都必须部分过剩，与常规加热炉相比，本发明可以将过剩的氧气回收循环利用，从而节约了工质和能源。

技术特征：

1.一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，其特征在于：包括发电站、电存储设备、增量配网、电解水装置、加热炉装置、余热回收装置及纯水装置，所述发电站、电存储设备、增量配网、电解水装置、加热炉装置、余热回收装置、纯水装置依次连接。

2.如权利要求1所述的一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，其特征在于：所述电解水装置包括原料水箱、电解槽、气液分离系统、碱液冷却器、碱液循环泵及过滤器。

3.如权利要求1所述的一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，其特征在于：所述加热炉装置包括炉本体、炉管系统、燃烧器及bms燃烧控制系统。

4.如权利要求1所述的一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，其特征在于：所述发电站包括绿电发电站，包括风力发电站、太阳能发电站及地热能发电站。

5.如权利要求1所述的一种提高加热炉热效率和环保减排的装置，其特征在于：所述加热炉装置采用密闭式筒体结构。

6.一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其特征在于包括以下步骤：

7.如权利要求6所述的一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其特征在于：所述发电站为绿电发电站，包括风力发电站、太阳能发电站及地热能发电站。

8.如权利要求6所述的一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其特征在于：所述加热炉采用烟气内循环流程或烟气外循环流程。

9.如权利要求6所述的一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其特征在于：所述加热炉采用富氧燃烧技术，过剩氧气系数为15％-20％。

10.如权利要求6所述的一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其特征在于：来自步骤2)及步骤4)的纯水送至电解水装置原料水箱，经补水泵输入电解槽，补充电解消耗的水；电解槽中的水在直流电的作用下被分解成为氢气和氧气，并与循环电解液一起分别进入气液分离系统进行气液分离、洗涤、冷却；分离后的电解液与补充的纯水混合后依次经碱液冷却器、碱液循环泵、过滤器处理后送回电解槽电解；调节碱液冷却器冷却水流量，控制回流碱液的温度，来控制电解槽的工作温度，使系统安全运行；分离后的氢气和氧气分别由调节阀控制输送至加热炉。

11.如权利要求6所述的一种提高加热炉热效率和环保减排的方法，其特征在于：步骤4)冷凝后回收过剩氧气与水蒸气的混合物返回加热炉再次参与燃烧。

技术总结
本发明提供了一种提高加热炉热效率和环保减排的装置及方法，通过结合绿电电解水制氢工艺，有效解决了目前加热炉热效率较低，同时造成大量污染物及温室气体排放的问题，并形成资源循环利用，满足现阶段日益提高的环保及“双碳”要求。

技术研发人员：张帆,杨旭东,杨利然,任荣昊,杨少杰,李刚
受保护的技术使用者：中国石油化工股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/2/8