一种工业炉窑近零排放系统及方法与流程

本发明属于工业加热领域领域，涉及一种以天然气等高热值燃料为燃料的工业炉窑近零排放系统及方法。

背景技术：

能源是人类社会赖以生存和发展的物质基础，能源的每一次改进和更替都大大推进了人类文明的进步，但能源资源在为人类创造极大财富的同时也带来了一系列的环境污染问题，同时资源、能源也在一定程度上制约着社会的发展和进步。工业炉窑是一种利用燃料燃烧释放的能量来加热物料的装置，在我国工业领域中广泛应用于物料的焙烧、干燥、熔化、熔炼、加热和热处理等生产环节，耗能巨大，例如轧钢加热炉能耗占到了轧钢工序能耗的60％以上，同时排放了大量的co2和相关污染物，因此如何进一步工业炉窑能源的利用效率，降低污染物的排放对我国节能减排目标的实现十分重要。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种工业炉窑近零排放系统及方法，进一步提高工业炉窑的燃料利用效率，降低污染物和co2排放，实现工业炉窑燃料的高效利用，烟气余热的极限回收，高纯co2的收集，冷凝水蒸气的收集，基本实现工业炉窑的近零排放。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种工业炉窑近零排放系统，包括炉窑本体、氧气供给系统、热交换器、排烟管道、排烟风机、循环烟气系统、燃烧器和烟气后处理系统；

所述循环烟气系统和烟气后处理系统并联在排烟风机后，炉窑本体的烟气经热交换器、排烟管道和排烟风机后排出，部分烟气进入循环烟气系统，部分烟气进入烟气后处理系统；

所述氧气供给系统包括供氧管道和阀门，用于向炉窑本体提供助燃的氧气；所述循环烟气系统包括烟气流量控制阀ii和循环烟气管道；所述循环烟气管道和供氧管道相连通并汇合成助燃剂管道；所述助燃剂管道接入热交换器，然后接入燃烧器；所述烟气流量控制阀ii控制循环烟气流量；

所述烟气后处理系统作为单独模块存在，包括冷凝式换热装置、冷凝水收集系统、二氧化碳捕集系统和余热利用系统；所述冷凝式换热装置分别与余热利用系统、冷凝水收集系统和二氧化碳捕集系统相连，用于烟气余热的极限回收利用、烟气中水蒸气的回收以及二氧化碳的捕集；燃烧物在炉窑本体内利用助燃系统燃烧后，通过烟气后处理系统实现烟气的近零排放。

进一步，烟气后处理系统上还设置有烟气流量控制阀i和烟囱；所述烟气流量控制阀i位于排烟风机与冷凝式换热装置之间，用于控制烟气的流量；所述烟囱位于烟气处理系统的最末端，用于排出未能彻底捕及的气体。

进一步，该系统还包括燃料管道，用于向所述燃烧器提供燃料；所述燃料管道接到燃烧器上，在接到燃气器前设有燃料控制阀。

进一步，所述燃烧器是蓄热式燃烧器或常规燃烧器：

当所述燃烧器为常规燃烧器时，所述热交换器为自身预热式热交换器或集中式的常规预热器，助燃剂管道上设置助燃剂控制阀，所述燃料控制阀配合助燃剂控制阀工作；

当所述燃烧器为蓄热式燃烧器时，所述热交换器为蓄热式热交换器，并在所述蓄热式热交换器与循环烟气系统之间设置换向阀，实现蓄热换向燃烧，所述燃料控制阀配合换向阀工作。

进一步，所述燃料为高热值燃料，包括液化石油气、天然气或油。

基于所述系统的一种工业炉窑近零排放方法，包括以下步骤：

s1：燃料供给系统向燃烧器供给燃料；

s2：氧气供给系统和循环烟气系统向燃烧器供给助燃剂；

s3：燃料和助燃剂经燃烧器在炉窑本体内燃烧放热，供给物料加热使用；

s4：燃烧产生的烟气经循环烟气系统一部分循环和氧气混合作为助燃剂使用，另一部分经冷凝式换热装置降温回收冷凝水，而后进入二氧化碳捕集系统进行二氧化碳捕集；冷凝式换热装置放出的冷凝水潜热供给余热利用系统使用；

s5：未能捕及的气体经烟囱排出。

本发明的有益效果在于：本发明的工业炉窑近零排放系统使用烟气+氧气替代了传统燃烧中的助燃空气，大大增加了烟气中的三原子气体的量，增强了炉内的辐射换热强度，有利于工业炉窑的节能减排，有效提高了炉内的传热效率，提高炉窑的燃料利用水平，缩短物料的加热时间，缩短炉长，降低成本，降低燃料消耗，同时减少了氮氧化物的产生，此外烟气处理系统可实现烟气中水蒸气的回收、二氧化碳的捕集、及烟气余热的极限回收利用，整体上实现工业炉窑的能效提升和近零排放。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，本发明提供如下附图进行说明：

图1为实施例一的结构示意图；

图2为实施例二的结构示意图。

图中标记为：1-炉窑本体；2-1常规燃烧器；2-2蓄热式燃烧器；3-热交换器；3-1蓄热式热交换器；4-燃料控制阀；5-燃料供给系统；6-排烟风机；7-冷凝式换热装置；8-烟气流量控制阀i；9-冷凝水收集系统；10-二氧化碳捕集系统；11-余热利用系统；12-氧气供给系统；13-烟气流量控制阀ii；14-燃料管道；15-循环烟气系统；17-烟囱；18-常规燃烧器；19-换向阀；20-烟气后处理系统；21-供氧管道；22-阀门；23-循环烟气管道；24-排烟管道。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的描述。

如图1所示，一种基于常规燃烧器的工业炉窑近零排放系统，包括：包括炉窑本体1、常规燃烧器2-2、热交换器3、燃料控制阀4、燃料供给系统5、排烟风机6、冷凝式换热装置7、烟气流量控制阀i8、冷凝水收集系统9、二氧化碳捕集系统10、余热利用系统11、氧气供给系统12、烟气流量控制阀ii13、燃料管道14、循环烟气系统15和烟囱17。

如图2所示，一种基于蓄热式燃烧器的工业炉窑近零排放系统，包括：包括炉窑本体1、蓄热式燃烧器2-2、热交换器3、换向阀19、燃料控制阀4、燃料供给系统5、排烟风机6、冷凝式换热装置7、烟气流量控制阀i8、冷凝水收集系统9、二氧化碳捕集系统10、余热利用系统11、氧气供给系统12、烟气流量控制阀ii13、燃料管道14、循环烟气系统15和烟囱17。

循环烟气系统15和烟气后处理系统20并联在排烟风机6后，炉窑本体1的烟气经热交换器3、排烟管道24和排烟风机6后排出，部分烟气进入循环烟气系统15，部分烟气进入烟气后处理系统20；

氧气供给系统12包括供氧管道21和阀门22，用于向炉窑本体1提供助燃的氧气；所述循环烟气系统15包括烟气流量控制阀ii13和循环烟气管道23；所述循环烟气管道23和供氧管道21相连通并汇合成助燃剂管道；所述助燃剂管道接入热交换器3，然后接入燃烧器；所述烟气流量控制阀ii13控制循环烟气流量；

烟气后处理系统20作为单独模块存在，包括冷凝式换热装置7、冷凝水收集系统9、二氧化碳捕集系统10和余热利用系统；所述冷凝式换热装置7分别与余热利用系统11、冷凝水收集系统9和二氧化碳捕集系统10相连，用于烟气余热的极限回收利用、烟气中水蒸气的回收以及二氧化碳的捕集；燃烧物在炉窑本体1内利用助燃系统燃烧后，通过烟气后处理系统20实现烟气的近零排放。

烟气后处理系统20上还设置有烟气流量控制阀i8和烟囱17；烟气流量控制阀i8位于排烟风机6与冷凝式换热装置7之间，用于控制烟气的流量；烟囱17位于烟气处理系统的最末端，用于排出未能彻底捕及的气体。

实际运行中，燃料系统向炉窑本体1内供给燃料，助燃系统向炉窑本体1内供给烟气+氧气的助燃剂，燃料和助燃剂在炉窑本体1内燃烧放热，供给物料加热使用。燃烧产生的烟气一部分循环经循环烟气系统15和氧气混合作为助燃剂使用，一部分经冷凝式换热装置7降温回收冷凝水，而后进入二氧化碳捕集系统10进行二氧化碳捕集。冷凝式换热装置7放出的冷凝水潜热供给余热利用系统11使用。

同时，根据使用场合不同，该系统的循环烟气系统15可置于冷凝式换热装置7之前，也可置于冷凝式换热装置7之后。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。