一种燃气导热油炉综合利用系统及控制方法与流程

1.本技术涉及燃气导热油炉的安全高效节能利用技术，具体为一种燃气导热油炉和蒸汽余热锅炉耦合运行的系统。


背景技术：

2.导热油又称有机热载体或热介质油，具有在较低压力、甚至常压下实现高温的特性，具备较高的导热系数，因此是一种性能优良的工艺加热介质。导热油作为一种热媒介质广泛应用在化工、化纤、纺织、印染、食品、造纸等诸多领域，可在更宽的温度范围内满足不同温度加热、冷却的工艺需求，或在同一个系统中用同一种导热油同时实现高温加热和低温冷却的工艺要求。
3.导热油炉以导热油为热媒介质，利用循环油泵，强制导热油进行液相循环，将热能输送给用热设备后，再返回加热炉重新加热。导热油炉可以精密地控制工作温度，无需水处理设备，系统中热利用率高，运行和维修方便，便于锅炉房布置。
4.导热油作为中间传热介质在工业换热过程中的应用，一般以煤、水煤浆、天然气为燃料的锅炉，以导热油为介质，利用热油循环油泵强制介质液相循环，将热能输送给用热设备后再返回加热炉重新加热，可在低压力下获得高工作温度。
5.传统的导热油加热通常采用燃煤加热方式，链条炉是较常见的炉型。这类锅炉由于容量小、燃烧方式落后，因此锅炉效率通常不高，并且污染物控制难度高，难以适应逐渐提高的环保要求。并且由于这类锅炉导热油换热面直接布置在锅炉内部，因此当换热管发生泄漏时，锅炉发生爆燃、爆炸的事故概率高。
6.通常导热油的出口温度范围在260℃-320℃之间，如果只通过导热油吸收锅炉燃烧产生的烟气热量，即使尾部烟道布置空气预热器，锅炉的排烟损失仍较蒸汽锅炉明显偏高。根据不同的运行情况，其烟气出口处的烟气温度可能达到350摄氏度左右。如果将这些高温烟气直接排放到环境中，不但会造成能源浪费还会对环境造成一定程度的破坏。
7.近几年，企业为了提升生产工艺水平与产品市场竞争力，在化工、化纤领域以煤为燃料、采用大型流化床技术直接或间接加热导热油的工程应用逐渐增多。这种方式虽然提高了燃烧效率、降低了污染物排放，但仍然难以满足日益提升的环保要求。因此导热油加热方案需要有革新性技术，以满足工艺用热的安全性、稳定性、以及逐渐提高的环保要求。


技术实现要素：

8.现有的导热油炉无法充分利用烟气余热、燃烧效率低下，而且存在泄漏爆炸等风险，安全性低。
9.一方面，本技术提出了一种燃气导热油炉综合利用系统，包括导热油炉，导热油炉分别与导热油循环系统和蒸汽余热锅炉相连，所述导热油炉的炉膛与水平方向设置的燃烧器相连，炉膛壁于燃烧器周边开设有一次风口、二次风口以通入燃烧所需的空气，炉膛为密闭炉膛，炉膛内负压燃烧；燃烧所需的总空气量的50%-70%由一次风口进入炉膛，余下空气
量由二次风口进入，二次风口的喷口角度向下，与水平面成30
°‑
45
°
，风速15m/s
ꢀ‑
25 m/s；所述炉膛内设油冷壁受热面，油冷壁受热面布设有并联的平行管束，管束倾斜围绕炉膛布置，管束与炉膛侧壁间的倾斜角度6
°‑
10
°
，管束内导热油流速为1 m/s-3 m/s，炉膛顶端与几字形烟道一端相连，几字形烟道另一端通过连接烟道与蒸汽余热锅炉相连接；所述几字形烟道的上升段内由下向上设有依次连接的下辐射管组、上辐射管组，所述几字形烟道的下降段内由上向下设有依次连接的高温对流蛇形管、低温对流蛇形管，所述油冷壁受热面布设的管束的一端与进油集箱连接，另一端与下辐射管组连接，所述上辐射管组与高温对流蛇形管连接，所述低温对流蛇形管与出油集箱连接；所述蒸汽余热锅炉采用光管烟道，包括依次连接的省煤器、锅炉对流管束和过热器，所述锅炉对流管束包括并联的多组管束，所述管束并联连接在上锅筒和下锅筒之间，所述省煤器包括省煤器进口集箱和省煤器出口集箱，所述过热器包括过热器进口集箱和过热器出口集箱，过热器出口集箱与减温器连接；所述导热油循环系统包括相互连通的主循环系统和注油系统，所述主循环系统包括出油集箱以及通过管路分别连接的用热设备和旁通管，所述用热设备和旁通管分别与油气分离器连接，油气分离器与设置在高位的膨胀槽连接,膨胀槽依次与循环泵和进油集箱连接，进而形成导热油循环回路，所述注油系统包括与膨胀槽相互连通的储油槽，所述储油槽连接有注油泵，注油泵与注油管线连接。
10.进一步，所述燃气选用高炉煤气、液化石油气或者焦炉煤气。
11.进一步，燃烧所需的总空气量的60%由一次风口进入炉膛，40%由二次风口进入，二次风口的喷口角度向下，与水平面成40
°
，风速20 m/s。
12.进一步，所述管束与炉膛侧壁间的倾斜角度8
°
，管束内导热油流速为2 m/s。
13.进一步，燃烧器为旋流燃烧器，燃气经旋流叶片进入炉膛后再与一次风充分混合形成旋流火焰。
14.进一步，所述燃气为高炉煤气时，所述几字形烟道下降段内还布置空气预热器，吸收烟气余热以加热冷空气，加热后的热空气通过风道回送至一次风口或二次风口。
15.进一步，所述蒸汽余热锅炉通过给水通道供给不饱和水，给水依次进入省煤器进口集箱、省煤器、省煤器出口集箱、上锅筒，后在锅炉对流管束内吸热成为汽水混合物，汽水混合物在上锅筒内进行汽水分离，分离的饱和水返回锅炉对流管束吸热，分离的饱和蒸汽随后通过过热器入口集箱进入过热器吸热，经过过热器出口集箱再进入减温器，通过减温水通道调节过热蒸汽的温度，成为压力和温度符合要求的过热蒸汽以供应用户。
16.进一步，所述注油系统包括与膨胀槽相互连通的储油槽，所述储油槽连接有注油泵，导热油通过储油槽注入导热油循环系统，导热油在进油集箱和出油集箱之间的导热油炉获得能量，加热到工艺要求的温度后，作为热载体向用热设备供热。
17.另一方面，本技术还提出了根据上述一种燃气导热油炉综合利用系统的控制方法，燃气从旋流式燃烧器进入导热油锅炉，采用分级送风的燃烧方式，先与一次风充分混合形成旋流火焰，二次风提供余下空气并能压火、延长燃气的停留时间，燃烧产生的烟气依次经过油冷壁受热面、下辐射管组、上辐射管组、高温对流蛇形管和低温对流蛇形管，烟气换热后经连接烟道进入蒸汽余热锅炉，具体依次经过锅炉对流管束、过热器和省煤器，通过减温水通道供给的减温水以调节过热蒸汽的温度，使其成为压力和温度符合要求的过热蒸汽以供应用户；导热油通过注油管线进入导热油循环系统，具体为先进入注油系统，依次经注
油泵、储油槽，后注入主循环系统，导热油在进油集箱和出油集箱之间的导热油炉获得能量，具体依次经油冷壁受热面、下辐射管组、上辐射管组、高温对流蛇形管和低温对流蛇形管换热获得能量，后经出油集箱和管路送至用热设备换热，换热后的导热油返回膨胀槽，进而形成循环回路。
18.进一步，当停止或减少向用热设备供热时，使一部分加热后的导热油经出油集箱、旁通管直接返回膨胀槽，进而保持导热油炉内各受热面布设的管束内导热油流量和流速稳定，带走导热油中的气体，不致在局部形成气泡，降低传热。
19.上述技术方案具有如下优点或有益效果：(1)提高系统热效率，利用蒸汽余热锅炉充分回收导热油燃烧烟气的余热；(2)蒸汽余热锅炉布置在锅炉以外的烟道中，布置灵活，导热油系统和蒸汽系统相对独立，互不干扰，提高了安全性和可操作性；(3)蒸汽余热锅炉采用光管烟道式对流受热面，替代高成本热管式余热锅炉，投资少，可与工艺蒸汽系统有效整合；(4)蒸汽余热锅炉内布置足量的蒸发受热面，运行稳定性高，安全性好；(5)与燃煤导热油炉相比，燃气燃烧导热油炉烟气中灰分降低，减轻对流受热面的磨损，大大降低，导热油受热面管子安全性提高；(6)可根据不同燃气的发热量、元素成分的不同合理布置导热油辐射受热面和对流受热面，系统兼容性好。
附图说明
20.图1为本发明所述的燃燃气导热油和蒸汽双介质锅炉受热面布置示意图。
21.图2为本发明所述的蒸汽余热锅炉受热面布置示意图。
22.图3为本发明所述的导热油循环系统工艺流程示意图。
23.图中：膨胀槽1；储油槽2；油气分离器3；循环泵6；注油泵8；导热油炉10；进油集箱11；出油集箱12；燃烧器13；油冷壁受热面14；下辐射管组15；上辐射管组16；高温对流蛇形管区17；低温对流蛇形管区18；空气预热器19；蒸汽余热锅炉20；连接烟道21；旁路烟道22；尾部烟道23；烟囱25；注油管线26；旁通管29；一次风口31；二次风口32；省煤器40；锅炉对流管束41；过热器42；上锅筒43；下锅筒44；省煤器进口集箱45；省煤器出口集箱46；过热器入口集箱47；过热器出口集箱48；减温器49；减温水通道50；过热蒸汽51；给水通道52；炉膛53；几字形烟道54；注油系统57；主循环系统58；导热油循环系统59。
具体实施方式
24.下面结合本技术的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术的一部分实施例，旨在用于解释发明构思。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
25.描述所用术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
26.描述所用术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明
示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。术语“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
27.除非另有明确的规定和限定，描述所用术语“相连”、“连通”等应做广义理解，例如，可以是固定连接、可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接、电连接；可以是直接相连、通过中间媒介间接相连；可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在实施例中的具体含义。
28.除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“之上”、“之下”或“上面”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”或“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”或“下面”，可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之下”、“下方”或“下面”可是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
29.描述所用术语“一个具体实施例”意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
30.参考图1，本技术的一个具体实施例提出了一种燃气导热油炉综合利用系统，所述系统包括导热油炉10、导热油循环系统59和蒸汽余热锅炉20。
31.所述导热油炉10的炉膛53与水平方向设置的燃烧器13相连，炉膛53于燃烧器13周边开设有一次风口31、二次风口32以通入燃气燃烧所需的空气。所述炉膛53为密闭炉膛，以减少炉膛漏风量，在炉膛内形成负压燃烧，防止燃气外泄到周围环境中。
32.由一次风口31进入的一次风量占总风量的50%-70%，优选60%；由二次风口32进入的二次风量占总风量的30%-50%，优选40%。优选的，二次风口32在一次风口31之上1.5 m-3 m的位置，优选2 m。二次风口32的喷口角度向下，与水平面成30
°‑
45
°
，优选40
°
；风速12 m/s
ꢀ‑
20 m/s，优选16 m/s。
33.所述炉膛53内设油冷壁受热面14，油冷壁受热面14布设有并联的平行管束。管束内导热油流速1 m/s-3 m/s，优选2 m/s。管束倾斜围绕炉膛布置，管束与炉膛侧壁间的倾斜角度6
°‑
10
°
，优选8
°
。炉膛53顶端与几字形烟道54一端相连接，几字形烟道54另一端通过连接烟道21与蒸汽余热锅炉20相连接，几字形烟道54另一端也可通过旁路烟道22依次与尾部烟道23、烟囱25相连接。当蒸汽余热锅炉20的蒸汽需求量降低，或者蒸汽余热锅炉20发生故障时，导热油炉10的部分或者全部烟气可通过旁路烟道22、尾部烟道23直接通往烟囱25。
34.燃烧器13可采用旋流燃烧器，燃气经旋流叶片进入炉膛53与一次风充分混合形成旋流火焰，可降低nox排放量。
35.所述几字形烟道54的上升段内由下向上设有依次连接的下辐射管组15、上辐射管组16，几字形烟道54的下降段内由上向下设有依次连接的高温对流蛇形管17、低温对流蛇形管18。
36.燃气可选用高炉煤气、液化石油气或者焦炉煤气，根据不同的燃气特性配置燃烧系统和尾部脱硫脱硝系统。高炉煤气热值较低，燃烧产生的nox较低，如果高炉煤气燃烧器采用空气分级燃烧，则尾部可不设置脱硝系统。液化石油气和焦炉煤气热值较高，即使采用空气分级燃烧，其nox排量依然有可能较高，尾部需要考虑设立scr装置脱除nox，达到环保排放要求。
37.当燃烧热值较低的燃气，如高炉煤气，为了达到导热油所要求的温度，需要产生更多的烟气，为进一步吸收烟气热量，在几字形烟道54下降段内还可布置空气预热器19，吸收烟气余热以加热冷空气，加热后的热空气通过风道回送至一次风口31和二次风口32，有利于燃气的燃烧，提高锅炉系统的效率。
38.如图2所示，所述蒸汽余热锅炉20包括依次连接的省煤器40、锅炉对流管束41、上锅筒43和过热器42等。所述锅炉对流管束41包括并联的多组管束，管束并联连接在上锅筒43和下锅筒44之间。所述省煤器40包括省煤器进口集箱45和省煤器出口集箱46，通过给水通道52为蒸汽余热锅炉20供水。所述过热器42包括过热器进口集箱47和过热器出口集箱48，过热器出口集箱48与减温器49连接，减温器49与减温水通道50连接。
39.导热油炉产生的高温烟气经连接烟道21进入蒸汽余热锅炉20，蒸汽余热锅炉20采用光管烟道形式，不需要成本较高的热管式。高温烟气先后经锅炉对流管束41、过热器42和省煤器40放热后流出蒸汽余热锅炉20。蒸汽余热锅炉20的给水通道52供给不饱和水，所述给水通道52依次进入省煤器进口集箱45、省煤器40、省煤器出口集箱46，然后进入上锅筒43，在锅炉对流管束41内吸热成为汽水混合物，汽水混合物在上锅筒43内进行汽水分离，分离的饱和水返回锅炉对流管束41吸热，分离的饱和蒸汽随后通过过热器入口集箱47进入过热器42吸热，经过过热器出口集箱48再进入减温器49。通过减温水通道50供给的减温水以调节过热蒸汽的温度，使其成为压力和温度符合要求的过热蒸汽51以供应用户。所述蒸汽余热锅炉20可布置多种压力等级的汽水系统，进而生成不同压力等级的蒸汽，以供应不同的生产或生活使用，例如1.0 mpa和0.5 mpa。
40.为了吸收燃气燃料燃烧生成的大量烟气，相对于燃煤燃料而言，蒸汽余热锅炉20的需要布置更多的蒸发受热面，即锅炉对流管束41的管子排数量更多，或者管子长度更长，以产生与所要求蒸汽量相匹配的汽水混合物，否则难以提供足量的饱和蒸汽进入下一级过热受热面，进而导致出现无法达到要求的蒸汽量的情况。
41.如图3所示，所述导热油循环系统59包括相互连通的主循环系统58和注油系统57，所述主循环系统58包括出油集箱12以及通过管路分别连接的用热设备和旁通管29，所述用热设备和旁通管29分别与油气分离器3连接，油气分离器3与设置在高水平位置的膨胀槽1连接，膨胀槽1依次与循环泵6和进油集箱11连接，进而形成循环回路。所述油冷壁受热面14布设管束的一端与进油集箱11连接，另一端与下辐射管组15连接；所述上辐射管组16与高温对流蛇形管17连接，所述低温对流蛇形管18与出油集箱12连接。所述注油系统57包括与膨胀槽1相互连通的储油槽2，所述储油槽2连接有注油泵8，注油泵8与注油管线26连接。
42.导热油通过注油管线26进入导热油循环系统59，具体为先进入注油系统57，依次经注油泵8、储油槽2，后注入主循环系统58，导热油在进油集箱11和出油集箱12之间的导热油炉10获得能量，导热油被加热到工艺要求的温度后，作为热载体向用热设备供热。当停止或减少向用热设备供热时，开启旁通管29，使一部分导热油经旁通管29循环，进而保持导热
油炉10内各受热面布设的管束内导热油流量和流速稳定，进而带走导热油中的气体，不致在局部形成气泡，降低传热。
43.本技术的一个具体实施例提出的一种燃气导热油炉综合利用系统的工作，燃气从燃烧器13进入导热油锅炉，采用分级送风的燃烧方式，以降低污染物的排放量。燃气经旋流叶片进入炉膛53，后与一次风口31进入一次风充分混合燃烧形成旋流火焰，旋流火焰小，不冲墙，提高了油冷壁受热面14的安全性。二次风口32在提供剩余空气的同时，还有压火、延长燃气停留时间的作用，将未燃烧的燃气充分燃尽，燃烧产生的烟气中粉尘含量低，减轻了对导热油炉10各个受热面的冲刷，安全性进一步提高。燃烧产生的烟气依次经过油冷壁受热面14、下辐射管组15、上辐射管组16、高温对流蛇形管17和低温对流蛇形管18，烟气换热后经连接烟道21进入蒸汽余热锅炉20，最后产生中低压蒸汽。完成换热的烟气经尾部烟道23、引风机24、烟囱25后排入大气。导热油通过注油管线26进入导热油循环系统59，导热油在进油集箱11和出油集箱12之间的导热油炉10获得能量，加热到工艺要求的温度后，作为热载体向用热设备供热。
44.尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制。在不脱离本技术精神和范围的前提下，本技术还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本技术范围内。