反射炉-纯氧燃烧装置

配置方案

2022 年11 月 15 日

一、 项目概况

本项目改造纯氧燃烧装置，该装置由供氧单元、供气单元、燃烧单元、控制单元、仪表单元及安全控制系统等组成，采用90%～99.6%的氧气代替空气作为助燃剂，避免空气中78%的氮气进入，提高燃烧效率，减少烟气排放。项目实施后，纯氧助燃，燃烧更充分，炉内温度上升时间短，热效率高，炉内温度场分布均匀，炉膛内壁受热覆盖面积大，减少燃料消耗量和高温烟气带走的热能，达到节能、降耗、减排的目的。同时该装置采用全自动化控制及安全控制系统，操作人员在控制屏幕上点击鼠标即可调节流量比例，按生产要求改变负荷，实现天然气、氧气用量的改变，操作安全、简单、快捷。

二、 基础数据

天然气燃气压力：0.2—0.4Mpa   耗量：100m3/h  

氧气压力：0.3-0.5Mpa          耗量：100m3/h

氮气/仪表气：  0.4-0.6Mpa      耗量：1m3/h

三、设计依据

1、设计选型基本原则

（1）设备的装备水平与造价进行综合考虑，实现技术先进性和经济性的较好统一。

（2）优先采用技术成熟、通用性较强的定型设备，以利于维护和采购。

（4）操作安全方面，考虑必要的安全与保护措施。

（5）在自动化水平方面，以操作方便，简单实用为出发点。

（6）牵涉到操作安全的关键阀门和调节装置，使用可靠性高、使用寿命长、性价比较好的进口品牌产品。

（7）根据现场设备布置的具体情况，合理设置必需的天然气泄漏报警装置，以及相应燃气切断措施。

2、 设计和制造、安装标准

设备的设计与制造、安装和试验符合或参照下列标准和规范的要求：

(1) GB6222—2005     《工业企业煤气安全规程》

(2) GB50028—2006    《城镇燃气设计规范》

(3) GB16914—2012    《燃气燃烧器安全技术条件》

(4) GB/T19839—2005  《工业燃油燃气燃烧器通用技术条件》

(5) GB/T30597—2014   《燃气燃烧器和燃烧器具用安全和控制装置通用要求》

(6) CJ/T450—2014   《燃气燃烧器具气动式燃气与空气比例调节装置》

(7) GB50235—2010   《工业金属管道工程施工规范》

(8) GB50236—2011   《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》

(9) GB/T28475.1—2012 《工业炉窑控制装置 (第1部分：通用技术条件)》

(10) GB50054—2011    《低压配电设计规范》

(11) GB50169—2006    《电气装置安装工程接地装置施工及验收规范》

(12) GB50171—2012    《电气装置安装工程盘、柜及二次回路结线施工规范》

(13) GB50093—2013   《自动化仪表工程施工及验收规范》

(14) GB50397—2007   《冶金电气设备工程安装验收规范》

（15）其它适用于本项目的国家最新规范和标准。

四、 技术分析

1、原理

纯氧燃烧器的燃烧原理与一般燃烧器有本质上的不同，就天然气燃料而言，它是天然气与纯氧在炉内混合后均匀分布在炉膛中弥漫性燃烧，可以使燃料燃烧更加充分，节约能源，减少烟气量。多氧燃烧器彻底抛弃了以往普通燃烧器用空气助燃的方式，提出了纯氧弥漫性燃烧技术。这种燃烧方式没有明显着火点，火焰分布均匀，燃料燃烧完全，炉窑中的烟气量会比使用普通燃烧器减少 70%左右，可以大幅度减少热量损失，节约燃料40%。

纯氧燃烧器采用逐级供氧，逐级掺混的燃烧方式，扩大了燃烧空间，降低了火焰燃烧强度， 随之降低了火焰温度。 炉膛内的燃料先与一次氧发生反应， 形成根部火焰， 未燃烧的燃料与二次氧逐级掺混并发生反应，从而形成逐级燃烧， 炉膛内没有明显高温区，温度分布均匀。 纯氧燃烧器的氧气供应压力大于 0.1MPa，氧气高速喷射产生的动能，卷吸周围已燃烧完的烟气， 进行掺混， 降低了氧气单位体积供应浓度， 随之降低了火焰燃烧生成物的总能量，降低了火焰温度。逐级燃烧和氧气卷吸烟气技术是保证低温燃烧的有效措施，炉膛温度控制在1150～1200℃。

2、阀组           

每套流量控制阀组包含氧气管路、天然气管路、压缩空气管路、仪表气管路；各气体管路均具有调压、稳压、流量调节、安全切断、安全连锁功能，满足氧气燃烧系统的正常使用功能。阀组和接线端子箱集成于一个标准撬块内（长3000mm；宽200mm；高2500mm，设计时根据现场场地调整阀组大小）。

3、烧嘴

在燃烧过程中，高动量的氧气-燃料射流，卷吸带动炉内烟气，实现炉内气体的炉内循环，促进了温度的均匀分布和热量传递。氧气和燃料经由不同烧嘴以不同的速度进入炉内，在反应前和炉内气体发生卷吸作用，弥散混合后燃烧，使得燃烧稳定，且火焰均匀而弥散，减少炉内热点的产生，有效地保护了炉衬。经过多年使用实践，目前烧嘴砖采用铬刚玉砖，气孔率低，致密性较高，且采用分体设计，增强了其抗侵蚀、抗高温的能力。

4、控制柜及控制系统

将利用现有PLC控制柜和控制系统；更换上位机和人机界面，并对控制软件和程序模块进行升级和重新组态。

5、工艺及操作描述

系统需要的氧气源于客户制氧系统，供应的氧气进入燃烧控制阀组，在燃烧控制阀组上根据系统要求控制进入氧气流量，然后进入枪前；燃料来源于天然气供应系统，经过调压、稳压后进入控制阀组，在流量阀组上根据系统需求进行流量控制后进入枪前；氧气、燃料到枪前后，通过软管与燃烧器连接，燃烧器安装在专门的烧嘴砖上，在烧嘴砖上，另外预设了用于安装火焰探测器的火焰探测孔和用于安装点火枪的点火孔；系统采取自动控制，所有的燃烧工艺参数可以在人机界面进行调节，包括燃料流量手动设定，系统自动跟踪设定值进行稳定运行，氧气流量将根据预设燃烧比例进行自动调节控制，氧气流量按照按照设计按固定比例在枪前分配，也可以根据需要，更换枪前氧气分配装置；

6、安全控制

包括火焰探测安全连锁，无火焰系统自动关断；氧、燃比例安全控制，在设定时间内超出设定范围系统自动关断；系统压力范围安全连锁，燃料、氧气、压缩空气 、仪表气压力低系统关断；紧急停车，紧急情况在按下紧急停止按钮，系统自动关断；安全控制包括火焰探测安全连锁；氧、燃比例安全连锁；系统压力范围安全连锁；紧急停车等；所有事故报警都将导致系统自动关断或者进入低流量运行模式。

具体事故预警和安全连锁详见设备交付时供方提供的《氧气燃烧设备操作手册》。

五、设备选型

1、设备名称

2、  对外围条件的要求

4、设备清单

6  阀组设备组件说明

7  控制系统组件说明

8  设备防腐及表面颜色

9、图纸设计