低热值不凝气的燃烧利用及富氧燃烧方法

摘要

本发明涉及一种低热值不凝气的燃烧利用及富氧燃烧方法，解决了现有低热值不凝气燃烧不充分、火焰不稳定等问题。技术方案为热风炉包括依次连通的第一燃烧室，第二燃烧室和混合室；不凝气分为两股，第一股不凝气和液化石油气、燃烧空气一起送入所述第一燃烧室中进行预热和燃烧，所述第一燃烧室产生的烟气及部分未燃烧的预热不凝气进入所述第二燃烧室中与通入的第二股不凝气以及燃烧空气进一步充分燃烧，所述第二燃烧室产生的中温烟气进入所述混合室中与循环烟气混合后形成低氧低温烟气排出热风炉。本发明方法方法简单、燃烧效率高、燃烧充分、气体燃烧稳定性好、有效降低燃烧过程中的NOx产量。

说明书

技术领域

本发明涉及煤化工领域，具体的说是一种低热值不凝气的燃烧利用及富氧燃烧方法。

背景技术

我国是一个多煤、贫油、少气的国家，油气资源匮乏，煤炭资源丰富。在内蒙古、云南、黑龙江等地拥有丰富的低阶煤资源。但低阶煤存在水分高、发热量低、易风化和自燃、不适于长期贮存和长距离运输、燃烧热效率较低等特点，制约了其利用。

通过对低阶煤进行干燥、热解处理，得到高热值半焦和中低温煤焦油，最大限度的实现了低阶煤的分级利用。但在热解过程中，低阶煤会产生大量不凝气，这些不凝气中含有可燃组分，但热值很低(一般在300～550kcal/Nm³)，无法直接点燃燃烧，更难以形成稳燃，回收利用困难。直接排放不仅污染环境，且浪费资源。

目前，针对这类低热值气体的回收利用，国内应用较多的是对低热值气体采用高热值燃料(天然气、液化石油气、燃料油等)进行辅助燃烧，提高热风炉炉膛温度以达到低热值气体的着火点，使其稳燃。另外就是对低热值气体或燃烧空气进行适当的预热或蓄热，以优化低热值气体的燃烧性能。

对于低阶煤干燥、热解系统，这些方法存在以下几个方面的问题：

1、低阶煤干燥、热解系统有特定的热负荷要求。在和高热值气体配烧后，低热值不凝气不仅需要全部燃尽，而且热风炉输出的热负荷不能超过给定的热负荷要求。单纯的采用高热值燃气辅助燃烧的方法无法同时满足上述两点要求。

2、不凝气、燃烧空气均为近常压操作，压力低，流量大，对其采用普通的预热或蓄热方法存在设备庞大，系统复杂，经济性和安全性差等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述技术问题，提供一种方法简单、燃烧效率高、燃烧充分、气体燃烧稳定性好、有效降低燃烧过程中的NOx产量的低热值不凝气的燃烧利用及富氧燃烧方法。

技术方案热风炉包括依次连通的第一燃烧室，第二燃烧室和混合室；不凝气分为两股，第一股不凝气和液化石油气(简称LPG)、燃烧空气一起送入所述第一燃烧室中进行预热和燃烧，所述第一燃烧室产生的烟气及部分未燃烧的预热不凝气进入所述第二燃烧室中与通入的第二股不凝气以及燃烧空气进一步充分燃烧，所述第二燃烧室产生的中温烟气进入所述混合室中与循环烟气混合后形成低氧低温烟气排出热风炉。

向所述第二燃烧室内通入的燃烧空气中添加纯氧。

所述不凝气与LPG的燃烧输出热负荷比为3:2。

所述第一股不凝气占不凝气总量的15～20Vol％，所述第二股不凝气占不凝气总量的80～85Vol％。

所述第一燃烧室中，通入的第一股不凝气与液化石油气、燃烧空气的体积比为1:0.07～0.09:2.60～3.27。

所述第二燃烧室中，通入的第二股不凝气与燃烧空气、氧气的体积比为1:0.65:0.05～0.08。

控制所述第一燃烧室内的炉膛温度为1200～1400℃。

控制所述第二燃烧室内的炉膛温度为950～1100℃。

控制混合室内混合后的所述低氧低温烟气温度为300～340℃。

所述液化石油气分两股通入第一燃烧室，两股气体的热负荷调节比例为1：4～6。

针对背景技术中存在的问题，发明人作出如下改进：(1)在热风炉内设置第一燃烧室和第二燃烧室，将不凝气分成两股分别送入两个燃烧室内进行分级燃烧。第一股不凝气进入第一燃烧室内与燃烧火焰和高温烟气混合，实现此部分不凝气的提前预热与燃烧，同时也避免大流量气体对辅助燃料的稳燃产生影响，保证燃烧的稳定性，第二股不凝气进行第二燃烧室与第一燃烧室燃烧产生高温烟气及部分预热不凝气混合并继续燃烧，能够保证燃烧室内的高温，保证能达到不凝气的着火点并燃烧完全；(2)为了进一步保证第二燃烧室内炉膛温度在不凝气的着火点以上以及燃烧的稳定性，提高炉膛温度，还向通入第二燃烧室内的燃烧空气中补入了纯氧，使之形成富氧空气，使炉膛内形成富氧燃烧有助于提高燃烧室的炉膛温度，更有利于不凝气的完全燃烧和完全利用。(3)向混合室内通入循环烟气与第二燃烧室的烟气混合以调节出口烟气的温度，以供给低阶煤干燥热解系统使用。

进一步的，所述不凝气与LPG的燃烧输出热负荷比约为3:2，不凝气中送入第一燃烧室内的第一股不凝气占比较小，优选所述第一股不凝气占不凝气总量的15～20vol％，通过小量通入第一燃烧室内形成低氧燃烧，在此燃烧室内不要求不凝气充分燃烧，而是部分燃烧并预热，以保证燃烧的稳定性，避免大流量气体的冲击影响稳燃。优选所述第一燃烧室中,通入的第一股不凝气与液化石油气、燃烧空气的体积比为1:(0.07～0.09):(2.60～3.27)，保证低氧燃烧的稳定性和可靠性；优选所述所述第二燃烧室中，通入的第二股不凝气与燃烧空气、氧气的体积比为1:0.65:(0.05～0.08)，以保证富氧燃烧的充分，并进一步降低NOx产量，实现低氮燃烧，所述燃烧空气为普通空气。

有益效果：

1、采用分级燃烧，燃烧效率高。既让低热值不凝气与高热值火焰提前接触，尽快燃烧，又避免了因低热值气体大量涌入而干扰高热值气体燃烧稳定性的问题，实现了低热值气体的完全回收利用。

2、采用富氧燃烧，在保证总输出热负荷不变，燃料总量不变的前提下，富氧燃烧有助于提高燃烧室的炉膛温度，更有利于不凝气的完全燃烧和完全利用。氧气来源主要是工厂空分装置的富余氧气，无需新建制氧装置。

3、第一燃烧室高温区控制低氧燃烧，第二燃烧室中温区控制富氧燃烧，有效降低燃烧过程中的NOx产量，低氮燃烧效果显著，环保指标更好。

附图说明

图1为本发明流程图。

其中，：1-第一LPG管路、2-第二LPG管路、3-第一空气管路、4-第二空气管路、5-第一不凝气管路、6-第二不凝气管路、7-氧气管路、8-循环烟气管路、9-热风炉出口烟气管路；

21-第一燃烧室、22-第二燃烧室、23-第三混合室。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作一步解释说明：

参见图1，热风炉包括依次连通的第一燃烧室21、第二燃烧室22和混合室23。

正常运行时，不凝气(来自低阶煤干燥热解系统)分成两股，占总量15～20vol％的第一股不凝气经第一不凝气管路5送入第一燃烧室21，同时，燃烧空气(来自大气)也分为两股，第一股经第一空气管路3通入，LPG(来自界外)也分成两股分别经第一LPG管路1和第二LPG管路2通入第一燃烧室21内，控制第一股不凝气与液化石油气、燃烧空气的体积比为1:(0.07～0.09):(2.60～3.27),可根据根据热风炉出口烟气温度来调节LPG用量。第一LPG管路1负责粗调，第二LPG管路2负责细调，以满足系统热负荷的要求。第一LPG管路和第二LPG管路中LPG用量的热负荷调节比例为4～6。在第一燃烧室21内第一股不凝气与LPG和第一股燃烧空气燃烧产生的火焰和高温烟气提前接触与混合，实现了此部分不凝气的提前预热与燃烧，又避免大流量气体对高热值气体的稳燃产生影响，控制并保持第一燃烧室21的炉膛温度为1200～1400℃，以大幅降低高温区燃烧产生的NOx含量，燃烧后产生的烟气及部分未燃烧的预热不凝气(温度～1350℃)进入第二燃烧室22。

在第二燃烧室22内，第二股不凝气经由第二不凝气管路6送入，第二股燃烧空气经第二空气管路4通入，同时第二空气管路4还接入有氧气管路7用于通入氧气(来自工厂空分装置的富余氧气)，第二股不凝气与燃烧空气、氧气的体积比为1:0.65:0.05～0.08,上述气体与来自第一燃烧室21的烟气一起完全燃烧(即富氧燃烧)，控制并保持第二燃烧室22的炉膛温度为950～1100℃，以保证能达到不凝气的着火点并燃烧完全，产生的烟气(温度～980℃)进入混合室23，在混合室23内与经由循环烟气管路8通入的循环烟气(来自低阶煤干燥热解系统，温度～110℃)混合后形成300～340℃的低温烟气，供给低阶煤干燥热解系统使用。循环烟气流量由低阶煤干燥热解系统负责调节。

本发明热风炉的开工方法同现有技术，在此不作详述。

以热值在356Kcal/Nm3的低热值混合气(组分为CH4和N2，热值在不凝气热值范围内，作为不凝气进行试验)为例进行对比试验，低热值混合气流量为775Nm3/h，燃烧空气总流量为770Nm3/h，LPG流量为10.6Nm3/h，氧气流量85Nm3/h。

实验例:采用本发明方法处理后，检测热风炉出口气体组分，测得低热值混合气的燃尽率为100％，NOx含量为75mg/Nm3，热风炉第一燃烧室内火焰燃烧稳定。

对比实验1：热风炉仅包括一个燃烧室和混合室，将与实验例相同流量的低热值混合气、LPG和燃烧空气一起通入燃烧室内。检测热风炉出口气体组分，测得低热值混合气的燃尽率为96.4％，燃烧室内火焰有一定波动，NOx含量114mg/Nm3。

对比实验2：在对比实验1的基础上，同时向燃烧室内通入与实验例相同流量的氧气，检测热风炉出口气体组分，测得低热值混合气的燃尽率为98.5％，燃烧室内火焰有一定波动，NOx含量173mg/Nm3。

综上，本发明解决了低热值不凝气的稳定燃烧问题，能够完全回收利用低热值不凝气，并且能够实现输出热负荷可控的要求，在工况变化时，还可以利于工厂富余氧气形成富氧燃烧，具有燃烧效率高，系统简便，环保指标好等优点。