一種加熱爐純氧燃燒和二氧化碳捕獲系統(tǒng)及工藝的制作方法
【技術(shù)領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種加熱爐純氧燃燒及二氧化碳捕獲工藝，屬于工業(yè)爐窯和氣體分離凈化技術(shù)領域。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有乳鋼加熱爐一般采用火焰燃燒，火焰燃燒都是以空氣作為助燃介質(zhì)。加熱爐燃燒所需的空氣通常由助燃風機從大氣中獲得，風機產(chǎn)生的高壓風依次進入管道、燃燒器，由儀表設備控制其流量、壓力并參與燃燒?？諝馀c燃料燃燒產(chǎn)生的煙氣由煙囪或是引風機提供抽力直接排入大氣。助燃風機在工作時產(chǎn)生的噪音不可避免。
[0003]其中，空氣中存在約79%的氮氣對燃燒過程毫無益處:一方面，氮氣為結(jié)構(gòu)對稱的雙原子氣體，沒有發(fā)射和吸收輻射的能力，消弱了爐內(nèi)傳熱效果；另一方面，燃燒產(chǎn)生的高溫氮氣最終隨煙氣排入大氣造成很大的熱損失；此外，伴隨燃燒產(chǎn)生的N0X等對大氣污染嚴重。通常在煙道中設置換熱器來預熱空氣或是燃氣，這僅回收利用了部分煙氣余熱。由于加熱爐煙氣中NOJ^度較低，采用脫硝技術(shù)措施代價昂貴。目前，加熱爐煙氣中的勵夂等污染物均沒有采取脫硝措施。
[0004]加熱爐燃燒產(chǎn)生大量的C02將加劇全球大氣溫室效應。加熱爐排出的煙氣溫度高、C02含量低，無論是采用物理吸附/吸收法還是化學吸收法其C02的分離捕獲都非常困難。加熱爐按現(xiàn)有技術(shù)還無法實現(xiàn)C02的減量排放。現(xiàn)在中國鋼鐵工業(yè)能源消耗已占全國總能耗15%，乳鋼工序能耗占鋼鐵冶金總能耗的10%?20%，其中加熱爐是乳鋼工序最主要的能耗設備。因此，加熱爐ay咸排的潛力巨大。
[0005]近年來，冶金、石化、電子等行業(yè)廣泛采用低溫法或常溫法空分設備。低溫法大型空分制氧的氧氣純度可達99.6%。常溫法空分制氧的氧氣純度為90%?95%。當前鋼鐵企業(yè)建設的低溫空分設備日益大型化，存在氧氣富裕放散的問題，不少鋼鐵企業(yè)氧氣放散率高達5%以上，造成氧氣資源的極大浪費，而鋼鐵企業(yè)富裕的氧氣可以供加熱爐燃燒使用。
[0006]為了運輸和存儲方便，氧氣大多采用液氧的方式存儲。液氧汽化時需要吸收大量的熱量，從而釋放出大量的可用冷能。目前，液氧汽化吸收的熱量通常來源于大氣，或是額外提供蒸汽、電等能源。液氧汽化的冷量沒有得到利用，白白浪費，十分可惜。
[0007]C02廣泛存在于大氣層中、溶解于水中。常溫下，C0 2是無色、無味的氣體，屬于不活潑分子，化學性質(zhì)較為穩(wěn)定。C02是造成“溫室效應”的主要氣體，同時0)2也是一種非常寶貴的資源，具有較高的民用和工業(yè)價值。我國工業(yè)所需C02多采用煅燒石灰石、利用化工和釀酒尾氣等方式來獲得，但工藝能耗都較高。而常規(guī)燃燒和較低濃度的富氧燃燒產(chǎn)物煙氣中成分大部分為氮氣，0)2濃度偏低，其C0 2捕獲較為困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]針對現(xiàn)有技術(shù)的局限性，本發(fā)明根據(jù)加熱工藝要求并結(jié)合氣體分離凈化技術(shù)，提供一種加熱爐純氧燃燒和二氧化碳捕獲系統(tǒng)及工藝。
[0009]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的一種加熱爐純氧燃燒和二氧化碳捕獲系統(tǒng)及工藝的具體技術(shù)方案為:
[0010]—種加熱爐純氧燃燒和二氧化碳捕獲系統(tǒng)，包括:液氧儲槽；汽化器，入口與液氧儲槽相連通，出口與加熱爐相連通，來自液氧儲槽的液氧在汽化器中與冷媒進行熱交換，產(chǎn)生的氧氣輸送至加熱爐中；加熱爐，內(nèi)部設置有純氧燃燒器，中高熱值燃氣與來自汽化器的氧氣在純氧燃燒器中燃燒，產(chǎn)生的煙氣排入到加熱爐煙道中；余熱回收裝置，設置在加熱爐煙道中，用于回收煙氣中的熱量；二氧化碳回收裝置，設置在加熱爐煙道中，位于余熱回收裝置的后面，利用汽化器輸出的低溫冷媒對煙氣進行冷卻，以回收煙氣中的二氧化碳。
[0011]—種加熱爐純氧燃燒和二氧化碳捕獲工藝，包括以下步驟:液氧與冷媒在汽化器中進行熱交換，液氧受熱后變成氧氣并輸送到加熱爐中，冷媒被冷卻；氧氣在加熱爐的純氧燃燒器中與中高熱值燃氣進行燃燒，燃燒產(chǎn)生的煙氣排入加熱爐煙道中；煙氣經(jīng)過加熱爐煙道中的汽化冷卻裝置，汽化冷卻裝置回收煙氣余熱，煙氣溫度降低到300°C以下；煙氣經(jīng)過加熱爐煙道中的殘氧分析儀，殘氧分析儀檢測煙氣中的氧含量，根據(jù)檢測結(jié)果調(diào)整加熱爐所需的氧氣量；煙氣經(jīng)過加熱爐煙道中的氣-氣換熱器，氣-氣換熱器利用煙氣預熱輸入到加熱爐中的中高熱值燃氣，煙氣溫度降低到200°C以下；煙氣經(jīng)過加熱爐煙道中的氣-水換熱器，氣-水換熱器利用煙氣預熱輸入到汽化冷卻裝置中的汽化冷卻補水，煙氣溫度降低到100°C以下；煙氣經(jīng)過加熱爐煙道中的第一冷卻換熱器，第一冷卻換熱器利用來自汽化器中的冷媒對煙氣進行冷卻降溫，使煙氣溫度降低到_5至5°C，以除去煙氣中的水；煙氣經(jīng)過加熱爐煙道中的壓縮機和第二冷卻換熱器，壓縮機對煙氣進行加壓，第二冷卻換熱器利用來自汽化器中的冷媒對煙氣進行冷卻降溫，使煙氣壓力達到0.5?2.5MPa，溫度降低到-56至-10°C，以液化煙氣中的二氧化碳；回收液化后的二氧化碳，并將剩余煙氣排出。
[0012]本發(fā)明的加熱爐純氧燃燒和二氧化碳捕獲系統(tǒng)及工藝具有以下優(yōu)點:
[0013]1)加熱爐采用純氧燃燒不需要額外提供空氣，從而可以有效減少助燃風機的噪聲污染。
[0014]2)純氧燃燒與空氣助燃相比，助燃劑中氮氣的含量非常低，大大減少了氮氣在高溫氧化生成的^.的機率，從而可以實現(xiàn)NO x的減量排放。
[0015]3)純氧燃燒產(chǎn)生的煙氣量大大減少。以天然氣為例，助燃劑為空氣時，天然氣完全燃燒的煙氣量為?12m3/m3天然氣；助燃劑為純氧時，天然氣完全燃燒的煙氣量為?3m 3/m3天然氣。因此，純氧燃燒煙氣中SOjP NO x等污染物的濃度較高，這有利于提高脫硫脫硝的效率。
[0016]4)純氧燃燒的氣體輻射能力增大。純氧燃燒產(chǎn)物主要是C02和水蒸氣，C0 2和水蒸氣為不對稱氣體分子，具體很強的輻射本領，有利于提高爐內(nèi)傳熱效果。因此，加熱爐采用純氧燃燒具有提高產(chǎn)量、減少加熱時間、節(jié)約燃料的優(yōu)點。
[0017]5)對煙氣余熱和氣體冷量進行了綜合利用，減少了系統(tǒng)的能耗，使C02捕集成本大大降低。C(V液化過程中，一般要根據(jù)溫度和壓力所決定的生產(chǎn)成本來確定操作條件:溫度較低時，而操作壓力可以降低，但冷卻系統(tǒng)制冷負荷大；溫度較高時，則操作壓力需提高，導致壓縮成本增加。本發(fā)明C(V液化所需的冷能完全由液氧汽化提供，從而大大降低了系統(tǒng)的壓縮能耗。
[0018]6)有效的提高了二氧化碳的捕集純度、增加了二氧化碳的捕集率，并對C02捕集產(chǎn)品進行循環(huán)利用，實現(xiàn)了 co2總量控制和C02產(chǎn)品資源化，具有很好的應用效果。
[0019]7)回收C02的同時還可以回收煙氣中的水分，從而增加了水資源。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的加熱爐純氧燃燒和二氧化碳捕獲系統(tǒng)的流程示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為了更好的了解本發(fā)明的目的、結(jié)構(gòu)及功能，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的一種加熱爐純氧燃燒和二氧化碳捕獲系統(tǒng)及工藝做進一步詳細的描述。
[0022]如圖1所示，本發(fā)明的加熱爐純氧燃燒和二氧化碳捕獲系統(tǒng)包括液氧儲槽1、汽化器2、加熱爐5，以及設置在加熱爐煙道中的余熱回收裝置和二氧化碳回收裝置。其中，液氧儲槽1主要用于儲存液氧。
[0023]進一步，汽化器2的入口與液氧儲槽1相連通，出口與加熱爐5相連通，來自液氧儲槽1的液氧在汽化器2中與冷媒進行熱交換，產(chǎn)生的氧氣輸送至加熱爐5中。應注意的是，本發(fā)明中的汽化器2可采用循環(huán)冷媒浴式汽化器，冷媒可以選用液氨、氯化鈣水溶液、R170 等。
[0024]其中，液氧儲槽1與汽化器2通過液氧管道連接，汽化器2與加熱爐5通過氧氣管道3連接，且液氧管道和氧氣管道上均設有閥門(液氧管道上采用低溫專用閥門，氧氣管道上采用氧氣專用閥門)和流量計，以此控制液氧和氧氣的流量。應注意的是，氧氣管道3上主要設有流量儀表、測壓儀表、切斷