一种低碳排放的加热炉富氧燃烧系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115930617A(43)申请公布日2023.04.07(21)申请号202211595864.3F28B1/02(2006.01)(22)申请日2022.12.12F23D14/60(2006.01)F23L7/00(2006.01)(71)申请人中国特种设备检测研究院地址100029北京市朝阳区和平街西苑2号申请人中国石油大学（北京）(72)发明人张永民张一鸣刘岑凡张冲冲段林林(74)专利代理机构北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)11639专利代理师邬晓楠(51)Int.Cl.F27D17/00(2006.01)F27D19/00(2006.01)F23J15/06(2006.01)F23D14/32(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图1页(54)发明名称一种低碳排放的加热炉富氧燃烧系统(57)摘要本发明公开的一种低碳排放的加热炉富氧燃烧系统，属于石油化工领域。本发明包括加热炉燃烧系统、余热回收系统、冷凝脱水系统、烟气循环补氧系统和压缩冷凝CO2系统。加热炉采用副产品纯氧，与烟气循环补氧系统的烟气混合形成“O2/CO2”气氛替代传统加热炉中使用的空气，作为燃料的助燃剂。余热回收系统用于高温烟气与助燃剂之间的换热，起到降低烟气温度和预热助燃剂的目的。冷凝脱水系统用于进一步降低烟气温度，使烟气温度降至水凝结温度，实现脱水。压缩冷凝CO2系统用于液化CO2，便于后续收集储存CO2。本发明结合CO2捕集技术和富氧燃烧技术，能够实现经济、高效地降低碳排放和氮氧化物排放，又能够减小纯氧燃烧带来的对流段换热效率低等问题。CN115930617ACN115930617A权利要求书1/2页1.一种低碳排放的加热炉富氧燃烧系统，其特征在于：包括加热炉燃烧系统、余热回收系统、冷凝脱水系统、烟气循环补氧系统和压缩冷凝CO2系统；加热炉燃烧系统中的加热炉，主要采用空气分离系统或“绿氢”生产中的副产品纯氧，与所述烟气循环补氧系统的烟气混合形成“O2/CO2”气氛替代传统加热炉中使用的空气，作为燃料的助燃剂；所述余热回收系统主要用于高温烟气与助燃剂之间的换热，起到降低烟气温度和预热助燃剂的作用；所述冷凝脱水系统主要用于进一步降低烟气温度，使烟气温度降至水凝结温度，实现脱水；所述压缩冷凝CO2系统用于液化CO2，便于后续收集储存CO2。2.如权利要求1所述的一种低碳排放的加热炉富氧燃烧系统，其特征在于：所述加热炉燃烧系统由加热炉、燃烧器Ⅰ、燃烧器Ⅱ、燃气源、燃料侧流量计、燃料侧调节阀、燃气管路、助燃剂管路、助燃剂侧流量计和助燃剂侧调节阀组成；所述余热回收系统由高温烟气管路、孔板流量计、高温烟气侧调节阀、风机和换热器组成；所述冷凝脱水系统由低温烟气管路、冷凝器组成；所述烟气循环补氧系统由循环烟气管路、循环烟气流量计、循环烟气调节阀、风机、氧气源、氧气侧流量计、氧气侧调节阀、氧气管路组成；所述压缩冷凝CO2系统由压缩机构成；其中燃气源通过燃气管路与加热炉底部的燃烧器Ⅰ、燃烧器Ⅱ相连，高温烟气管路通过风机与换热器相连，换热器出口通过低温烟气管路与冷凝器相连；冷凝器出口分为两条支路，一路通过循环烟气管路与通过风机与氧气管路相连构成助燃剂管路，另一路与压缩机相连；所述助燃剂管路与换热器相连接，从换热器出来后与燃烧器Ⅰ、燃烧器Ⅱ相连；管路均配备相关燃料侧流量计、助燃剂侧流量计、孔板流量计、循环烟气流量计、燃料侧调节阀、助燃剂侧调节阀、高温烟气侧调节阀、循环烟气调节阀。3.如权利要求1或2所述的一种低碳排放的加热炉富氧燃烧系统，其特征在于：所述加热炉富氧燃烧系统主要燃烧以天然气为主的燃料气，天然气中主要成分为甲烷；所述加热炉富氧燃烧系统使用O2/CO2作为助燃剂，当助燃剂中富氧量为x时，燃烧反应如下：CH4+2[O2+(1‑x)/xCO2]→[1+2(1‑x)/x]CO2+2H2O所述加热炉富氧燃烧系统所需O2/CO2助燃剂量为V0’：V0’＝2×[1+(1‑x)/x]α式中：α为空气过量系数；333V0’为1m气体燃料燃烧所需的助燃剂量，m/m。4.如权利要求1或2所述的一种低碳排放的加热炉富氧燃烧系统，其特征在于：所述加热炉富氧燃烧系统提高加热炉效率的方法是降低高温烟气带走的热损失；所述加热炉富氧燃烧系统排放的烟气成分主要为CO2+H2O+O2，各组分含量如下：VCO2’＝1+(1‑x)V0’2CN115930617A权利要求书2/2页VH2O’＝2VO2’＝x(α‑1)V0’333式中：VCO2’、VH2O’、VO2’分别为1m气体燃料燃烧时，CO2、H2O、O2的生成量，m/m；所述加热炉富氧燃烧系统若以甲烷为燃料气，空气过量系数定为1.05，所述加热炉富氧燃烧系统与传统空气助