纯氧燃烧器方案设计总则及背景

1、本设计方案仅适用于“纯氧燃烧器及燃控系统”项目。

2、纯氧燃烧的优点

2.1 更高的燃烧温度

纯氧燃烧过程与空气燃烧相比，由于空气中约 79% 的氮气不再参与燃烧，可以显著提高燃料火焰的温度，提高升温速度，有效减少升温时间，节省燃料。

2.2 更高的传热效率

由于纯氧燃烧的主要产物是三原子物质（CO₂ 和 H₂O），三原子物质的传热效果高于双原子物质（N₂），因此加热效率得到大幅度提高。

3、本实施方案采用纯氧助燃节能技术，氧浓度为 ≥99%。

4、本方案根据项目技术协议相关要求进行合理化设计，满足需方设计要求，并对其进行优化完善。

5、该方案为项目初步方案，双方不明确的具体技术细节可进一步沟通交流。

二、技术说明

2.1 设备名称

天然气-纯氧燃烧系统。

2.2 纯氧燃烧系统用途

用于回转炉过程中天然气的燃烧。

采用天然气-纯氧燃烧系统达到提高温度、稳定生产、节约燃料、降低能源成本、以及减少排放的目的。

2.3 纯氧燃烧系统装置使用条件

4.3.1 安装地点

安装于回转炉的操作平台。

4.3.2 装置要求

纯氧燃烧系统使用天然气做为燃料，采用氧气作为助燃剂。

4.3.3 装置能力

天然气流量：800 Nm3/h（Max）；

氧气流量：1700 Nm3/h（Max）；

4.4 对外围条件的要求

外围条件及工艺规格
氧气供应
压力	0.1-0.2Mpa
流量	1700Nm3/h（Max）
纯度	≥99%
天然气供应
最大压力	0.1-0.2 Mpa
设计流量	800 Nm3/h（Max）
压缩空气供应
压力	0.4-0.6 Mpa
设计流量	60 Nm3/h（Max）
电源要求
控制柜	380VAC 50HZ 32A
点火箱	220VAC 50HZ 5A

 

三、引用设计标准

GB/T19839-2005  《工业燃油燃气燃烧器通用技术条件》

GB500028-2006   《天然气国标》

GB 16914-2003   《燃气燃烧器具安全技术条件》

GB/T3863-2008   《工业氧》

GB50030-2007    《氧气站设计规范》

GB 50183-2004   《石油天然气工程设计防火规范》

GB16912-2008    《氧气及相关气体安全技术规程》
GB50236-98      《现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范》

GB/T985-2008  《气焊、手工电弧焊及气体保护焊焊缝坡口的基本形式与尺寸 》  

GB6388-1986     《运输包装收发货标志》

GB/T13384       《机电产品包装通用技术条件》

JB/ZQ4000.3-86  《焊接件通用技术条件》

SH3022-1999    《石油化工设备与管道涂料防腐蚀技术规范》  

四、纯氧燃烧器设备描述

6.1 纯氧燃烧系统

6.1.1根据天然气燃料特性结合现场工况，进行初步设计，燃烧器选用中威纯氧燃烧器ZWHB-PO-100/150,燃烧器燃气口管径暂定为DN100，纯氧管径为DN150，烧嘴前端结构采用为浇注料，防止火焰或温度过高对烧嘴及点火装置造成损坏，保护烧嘴和管路避免被浇包热量烤坏等。

燃烧器以天然气作为燃料，采用氧气做为助燃介质的，天然气从燃烧器中心高速引入，与10～15%的助燃氧气进行预混燃烧，形成稳定的根部火焰。85～90%氧气通过氧枪高速喷出，卷吸炉内烟气，降低燃烧器的燃烧温度并补充燃烧器所需燃烧的氧气。

该烧嘴具有如下特点：

• 高火焰温度和高热辐射强度；
• 加快燃烧速度，促进燃烧完全；
• 降低燃料的燃点温度和减少燃尽时间；
• 增加热量利用率；
• 降低过量空气系数，减少燃烧后的烟气量，减少热量损失；
• 降低烟气中氮氧化物含量，达到环保要求。

6.1.2 燃烧器操作灵活性高，调节比范围（20%～100%），燃烧器可满足自动点火启动及缓慢升温烘炉要求。燃烧器施工过程中保证绝对最小的维护工作量。

6.1.3 燃烧器上设有点火烧嘴（长明火装置），通过点火装置产生的能量点燃点火烧嘴，并设置有紫外火焰检测器对其进行检测，若没点着，火检显示无火，立即关断点火进气管路；点着，火检显示有火，燃烧器可投入运行，通过流量调节阀来调整火焰的大小及天然气、氧气的流量比例，且火焰检测器对燃烧器火焰进行实时监测。

燃烧器控制过程中，随着负荷变化及工艺要求，氧气、燃料流量可进行比例调节，最终达到燃料与氧气的理想混合与燃烧。

6.1.4燃烧器采用刚玉耐火材料，耐温及耐冲刷强度高，防止燃烧器因为温度过高而导致烧损，延长燃烧器的寿命。天然气喷枪、氧气喷枪主体材料采用耐热钢(310S)材质。

6.1.5为了考虑炉体旋转时管道连接方便，天然气及氧气连接均为金属软管连接。

6.2阀组及管路系统

管路系统严格按照氧气、天然气相关规范进行设计，所有现场仪表均为防爆型。燃气管路系统包括手阀、过滤器、减压阀、流量计、防爆气动切断球阀、防爆电动调节阀、压力变送器、压力表等设备。

  氧气管路系统包括手动球阀、压力变送器、流量计、防爆气动切断球阀、防爆电动调节阀等

压缩空气管路包括手动球阀、手动调节阀、压力表、仪表阀

6.3控制系统

6.3.1现场阀组上设置一台防爆端子箱将所有设备所需电缆集中到端子箱内，再统一由端子箱转接到PLC控制柜，方便设备的接线及维护，供方负责设备到防爆端子箱所需电缆及接线。

6.3.2 PLC控制系统

PLC控制系统包含对本项目化铁炉纯氧燃烧设备的控制，包括信号采集、显示及控制。

6.3.3 功能介绍

控制系统主要完成如下功能：

纯氧燃烧器控制

• 状态显示：包括现场阀门状态、流量、压力等参数的画面显示。

自动启动/停止：画面上点击“启动”或“停止”按钮，自动控制阀门的开闭和开度，不需人为参与完成自动启停过程，并在程序中设置火检保护功能，提高了系统的安全性和可靠性。

• 熄火保护：烧嘴运行过程中，若火检检测不到火焰，自动关闭相应阀门。
• 流量调节：通过设置适当的PID参数和燃料量/氧气量比值，完成燃料和氧气的流量自动调节。
• 故障报警：在发生流量比超调、火焰丧失等状况时，自动发出声光报警。
• 数据记录：自动记录各种流量、压力等工艺参数，方便日后查找、分析等。
• 历史查询：可对设定时间段内的历史数据进行查询，并可定期备份至指定存储位置。
• 设备现场控制箱及操作室内操作台设置燃烧系统紧急停止开关。

• 控制机柜

控制机柜包括一台PLC程序控制柜和一台防爆就地端子柜。

6.4 压缩空气吹扫系统

  设备投用前，需要对其安装检验合格后的管道和设备进行吹扫和清洗，目的是通过使用压缩空气或氮气，进行吹扫和冲洗，清除施工过程中的残留杂质，置换管道内的空气消除安全隐患。天然气、氧气管道末端都安装有放散装置，置换的气体排放到室外的空旷空间。

采用压缩空气或氮气间接置换方案：先用压缩空气或氮气置换管道中的空气，再用氧气或天然气置换管道中的压缩空气或氮气。

 压缩空气或氮气管道上设有压缩空气或氮气吹扫手动调节阀及球阀。