純氧燃燒器方案設計總則及背景

1、本設計方案僅適用于“純氧燃燒器及燃控系統”項目。

2、純氧燃燒的優點

2.1 更高的燃燒溫度

純氧燃燒過程與空氣燃燒相比，由于空氣中約 79% 的氮氣不再參與燃燒，可以顯著提高燃料火焰的溫度，提高升溫速度，有效減少升溫時間，節省燃料。

2.2 更高的傳熱效率

由于純氧燃燒的主要產物是三原子物質（CO₂ 和 H₂O），三原子物質的傳熱效果高于雙原子物質（N₂），因此加熱效率得到大幅度提高。

3、本實施方案采用純氧助燃節能技術，氧濃度為 ≥99%。

4、本方案根據項目技術協議相關要求進行合理化設計，滿足需方設計要求，并對其進行優化完善。

5、該方案為項目初步方案，雙方不明確的具體技術細節可進一步溝通交流。

二、技術說明

2.1 設備名稱

天然氣-純氧燃燒系統。

2.2 純氧燃燒系統用途

用于回轉爐過程中天然氣的燃燒。

采用天然氣-純氧燃燒系統達到提高溫度、穩定生產、節約燃料、降低能源成本、以及減少排放的目的。

2.3 純氧燃燒系統裝置使用條件

4.3.1 安裝地點

安裝于回轉爐的操作平臺。

4.3.2 裝置要求

純氧燃燒系統使用天然氣做為燃料，采用氧氣作為助燃劑。

4.3.3 裝置能力

天然氣流量：800 Nm3/h（Max）；

氧氣流量：1700 Nm3/h（Max）；

4.4 對外圍條件的要求

外圍條件及工藝規格
氧氣供應
壓力	0.1-0.2Mpa
流量	1700Nm3/h（Max）
純度	≥99%
天然氣供應
最大壓力	0.1-0.2 Mpa
設計流量	800 Nm3/h（Max）
壓縮空氣供應
壓力	0.4-0.6 Mpa
設計流量	60 Nm3/h（Max）
電源要求
控制柜	380VAC 50HZ 32A
點火箱	220VAC 50HZ 5A

 

三、引用設計標準

GB/T19839-2005  《工業燃油燃氣燃燒器通用技術條件》

GB500028-2006   《天然氣國標》

GB 16914-2003   《燃氣燃燒器具安全技術條件》

GB/T3863-2008   《工業氧》

GB50030-2007    《氧氣站設計規范》

GB 50183-2004   《石油天然氣工程設計防火規范》

GB16912-2008    《氧氣及相關氣體安全技術規程》
GB50236-98      《現場設備、工業管道焊接工程施工及驗收規范》

GB/T985-2008  《氣焊、手工電弧焊及氣體保護焊焊縫坡口的基本形式與尺寸 》  

GB6388-1986     《運輸包裝收發貨標志》

GB/T13384       《機電產品包裝通用技術條件》

JB/ZQ4000.3-86  《焊接件通用技術條件》

SH3022-1999    《石油化工設備與管道涂料防腐蝕技術規范》  

四、純氧燃燒器設備描述

6.1 純氧燃燒系統

6.1.1根據天然氣燃料特性結合現場工況，進行初步設計，燃燒器選用中威純氧燃燒器ZWHB-PO-100/150,燃燒器燃氣口管徑暫定為DN100，純氧管徑為DN150，燒嘴前端結構采用為澆注料，防止火焰或溫度過高對燒嘴及點火裝置造成損壞，保護燒嘴和管路避免被澆包熱量烤壞等。

燃燒器以天然氣作為燃料，采用氧氣做為助燃介質的，天然氣從燃燒器中心高速引入，與10～15%的助燃氧氣進行預混燃燒，形成穩定的根部火焰。85～90%氧氣通過氧槍高速噴出，卷吸爐內煙氣，降低燃燒器的燃燒溫度并補充燃燒器所需燃燒的氧氣。

該燒嘴具有如下特點：

• 高火焰溫度和高熱輻射強度；
• 加快燃燒速度，促進燃燒完全；
• 降低燃料的燃點溫度和減少燃盡時間；
• 增加熱量利用率；
• 降低過量空氣系數，減少燃燒后的煙氣量，減少熱量損失；
• 降低煙氣中氮氧化物含量，達到環保要求。

6.1.2 燃燒器操作靈活性高，調節比范圍（20%～100%），燃燒器可滿足自動點火啟動及緩慢升溫烘爐要求。燃燒器施工過程中保證絕對最小的維護工作量。

6.1.3 燃燒器上設有點火燒嘴（長明火裝置），通過點火裝置產生的能量點燃點火燒嘴，并設置有紫外火焰檢測器對其進行檢測，若沒點著，火檢顯示無火，立即關斷點火進氣管路；點著，火檢顯示有火，燃燒器可投入運行，通過流量調節閥來調整火焰的大小及天然氣、氧氣的流量比例，且火焰檢測器對燃燒器火焰進行實時監測。

燃燒器控制過程中，隨著負荷變化及工藝要求，氧氣、燃料流量可進行比例調節，最終達到燃料與氧氣的理想混合與燃燒。

6.1.4燃燒器采用剛玉耐火材料，耐溫及耐沖刷強度高，防止燃燒器因為溫度過高而導致燒損，延長燃燒器的壽命。天然氣噴槍、氧氣噴槍主體材料采用耐熱鋼(310S)材質。

6.1.5為了考慮爐體旋轉時管道連接方便，天然氣及氧氣連接均為金屬軟管連接。

6.2閥組及管路系統

管路系統嚴格按照氧氣、天然氣相關規范進行設計，所有現場儀表均為防爆型。燃氣管路系統包括手閥、過濾器、減壓閥、流量計、防爆氣動切斷球閥、防爆電動調節閥、壓力變送器、壓力表等設備。

  氧氣管路系統包括手動球閥、壓力變送器、流量計、防爆氣動切斷球閥、防爆電動調節閥等

壓縮空氣管路包括手動球閥、手動調節閥、壓力表、儀表閥

6.3控制系統

6.3.1現場閥組上設置一臺防爆端子箱將所有設備所需電纜集中到端子箱內，再統一由端子箱轉接到PLC控制柜，方便設備的接線及維護，供方負責設備到防爆端子箱所需電纜及接線。

6.3.2 PLC控制系統

PLC控制系統包含對本項目化鐵爐純氧燃燒設備的控制，包括信號采集、顯示及控制。

6.3.3 功能介紹

控制系統主要完成如下功能：

純氧燃燒器控制

• 狀態顯示：包括現場閥門狀態、流量、壓力等參數的畫面顯示。

自動啟動/停止：畫面上點擊“啟動”或“停止”按鈕，自動控制閥門的開閉和開度，不需人為參與完成自動啟停過程，并在程序中設置火檢保護功能，提高了系統的安全性和可靠性。

• 熄火保護：燒嘴運行過程中，若火檢檢測不到火焰，自動關閉相應閥門。
• 流量調節：通過設置適當的PID參數和燃料量/氧氣量比值，完成燃料和氧氣的流量自動調節。
• 故障報警：在發生流量比超調、火焰喪失等狀況時，自動發出聲光報警。
• 數據記錄：自動記錄各種流量、壓力等工藝參數，方便日后查找、分析等。
• 歷史查詢：可對設定時間段內的歷史數據進行查詢，并可定期備份至指定存儲位置。
• 設備現場控制箱及操作室內操作臺設置燃燒系統緊急停止開關。

• 控制機柜

控制機柜包括一臺PLC程序控制柜和一臺防爆就地端子柜。

6.4 壓縮空氣吹掃系統

  設備投用前，需要對其安裝檢驗合格后的管道和設備進行吹掃和清洗，目的是通過使用壓縮空氣或氮氣，進行吹掃和沖洗，清除施工過程中的殘留雜質，置換管道內的空氣消除安全隱患。天然氣、氧氣管道末端都安裝有放散裝置，置換的氣體排放到室外的空曠空間。

采用壓縮空氣或氮氣間接置換方案：先用壓縮空氣或氮氣置換管道中的空氣，再用氧氣或天然氣置換管道中的壓縮空氣或氮氣。

 壓縮空氣或氮氣管道上設有壓縮空氣或氮氣吹掃手動調節閥及球閥。