天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统的制作方法

1.本实用新型涉及陶瓷窑炉燃烧技术领域，具体涉及一种天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统。

背景技术：

2.随着人类工业的发展，环境、气候变化问题已经成为全世界关注的问题，十四五国家经济发展规划纲要中提出碳达峰、碳中和目标，既是对世界的庄严承诺，也是为了经济社会长期可持续发展的必然选择。作为传统制造业的陶瓷行业，助力国家碳达峰、碳中和战略目标的达成，已成为陶瓷行业不可推卸的历史使命。陶瓷窑炉燃气的燃烧产生的烟气带来了大量的硫化物、氮氧化物以及大量的二氧化碳，燃气燃烧产生的燃烧产物对环境和气候产生了巨大的不良影响。然而，以燃气作为燃料在陶瓷窑炉上使用占有重要地位，同时也成为比较集中的二氧化碳和其他污染物排放源头，排放量巨大。因此，针对陶瓷窑炉二氧化碳排放和其他污染物排放的控制和处理十分关键。目前，随着煤改气工作的推进，陶瓷企业基本完成了陶瓷窑炉燃料从发生炉煤气转变为天然气的改造，天然气作为一种相对清洁的燃料，其主要成分为ch4，燃烧产生的污染物，相比发生炉煤气要减少很多，但燃烧产生的co2和nox的排放量仍然非常巨大。窑炉设备厂商基本还是沿用传统的燃烧技术新建各种大型陶瓷窑炉，这对于实现碳达峰、碳中和目标是不利的。按照大气污染物排放标准，陶瓷企业需要建立除尘、脱硫、脱硝等废气处理设施，以达到排放标准，这样既增加运行成本，又造成了资源的浪费。

3.传统陶瓷窑炉燃烧方式采用空气作为燃烧氧化剂，提供燃烧所需氧量，由于空气中的n2含量较高，导致烟气中含有大量n2和其它大气污染物，导致co2不易收集。本领域的技术人员致力于开发一种新型的适用于天然气陶瓷窑炉的烟气近零排放的富氧燃烧技术。

4.目前，富氧燃烧技术作为一种重要的co2捕捉技术，得到了越来越多的关注。它既可用于现有窑炉的技术改造，也可应用于新的窑炉系统设计。在富氧燃烧技术中，纯氧和部分再循环烟气混合进入炉膛燃烧，可使烟气中co2浓度达90％以上，大大利于co2的捕捉。为使富氧燃烧的温度与空气燃烧时接近，需控制再循环烟气量，使进入炉膛的o2浓度维持在一定值(约20～40％)。但是如何在既能最大限度地减少co2、nox等大气污染物的排放量的前提下，又能节省能源的消耗量，节约运行成本，减少资源浪费，是目前的窑炉燃烧系统急需解决的技术问题。

5.针对于以上需求，需要提出一种能减少天然气燃烧产生的灰尘、硫化物和氮氧化物，同时能将二氧化碳回收利用，并使排烟温度降到接近大气温度的烟气近零排放燃烧系统。

技术实现要素：

6.为了解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，通过将二氧化碳回收用于和氧气混合形成富氧混合气体，并通过改

变二次风氧气浓度以保证进入窑炉的天然气得到充分燃烧，同时烟气中的co2浓度得到大幅度提升，提高co2的捕捉效果，且最大限度地减少co2、nox等大气污染物的排放量，以及将烟气排烟温度降到接近大气温度，使该富氧燃烧系统解决上述问题。

7.为实现上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案如下：

8.一种天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，包括窑炉、与所述窑炉连接的助燃风管、置于所述窑炉内的燃烧器、与所述窑炉连接的排烟风管，所述燃烧系统还包括：

9.空气分离装置，所述空气分离装置用于分离空气中的氮气和氧气，所述空气分离装置设置氮气出口和氧气出口；氮气从氮气出口进行回收利用；

10.氧气引风机，所述氧气引风机连接空气分离装置的氧气出口，所述氧气引风机将所述氧气送入所述助燃风管中；

11.二氧化碳回收循环组件，所述二氧化碳回收循环组件与所述排烟风管连接，所述二氧化碳回收循环组件用于对排烟风管排出的烟气进行除尘过滤、回收及循环使用；

12.二氧化碳循环风机，所述二氧化碳循环风机与所述二氧化碳回收循环组件连接，所述二氧化碳循环风机将二氧化碳回收循环组件中经除尘后的烟气或空气送入助燃风管中与所述氧气引风机送入的氧气混合形成混合气体，所述混合气体通入所述助燃风管中。

13.优选的，所述二氧化碳回收循环组件包括与所述排烟风管连接的排烟风机、与所述排烟风机连接的除尘器、与所述除尘器连接的烟气回收/排放装置、与所述除尘器连接的烟气循环装置，所述烟气回收/排放装置包括烟气排放装置和烟气回收装置，所述烟气循环装置与所述二氧化碳循环风机连接。

14.优选的，所述烟气循环装置包括烟气循环管、设置在烟气循环管上的再循环风机和脱水装置，所述脱水装置设置在所述再循环风机的后端，所述烟气依次经过除尘器、所述再循环风机、所述脱水装置进入所述二氧化碳循环风机。排烟风机排出的烟气经过除尘器除尘后，排出的烟气被分成两部分，一路经过排烟管道中的烟气引风机后从烟气排放装置中的烟囱排入大气，或经过烟气引风机后通过烟气回收装置中的二氧化碳压缩和净化单元进行处理和回收利用；另一路烟气由再循环风机升压后进入烟气循环回路，将烟气经过脱水装置脱水后送入二氧化碳循环风机中，从而使得烟气中的二氧化碳与氧气引风机送入的氧气混合。

15.优选的，所述二氧化碳回收循环组件还包括烟气换热器，所述烟气换热器设置在所述排烟风机与所述除尘器之间的管道上，所述排烟风机将烟气通过所述烟气换热器换热后送入除尘器中。

16.优选的，所述烟气循环装置与所述烟气换热器连接，经过除尘后的烟气依次经过所述烟气循环装置、烟气换热器后进入所述二氧化碳循环风机中，从而将温度较低的循环湿烟气转换为温度较高的循环干烟气，使得进入二氧化碳循环风机中的二次烟气与氧气混合后，保证富氧混合气体的干燥性，使得天然气的燃烧更加充分。

17.优选的，所述再循环风机与所述除尘器之间的管道中设置烟气循环管蝶阀，所述再循环风机还连接空气管道，所述空气管道中设置空气截止阀，所述再循环风机通过空气截止阀与空气管道直接相通。这样设置可以在烟气循环管蝶阀关闭时，再循环风机可以将空气直接引入本技术的富氧燃烧系统中，直接将空气与氧气混合后调节氧气的浓度。

18.优选的，所述燃烧系统还包括温度压力氧传感器，所述氧气引风机和所述二氧化

碳循环风机均连接混合气管，所述混合气管的出气端连接在所述助燃风管上，所述混合气管用于混合所述氧气引风机输入的氧气和所述二氧化碳循环风机输入的烟气或空气，所述温度压力氧传感器设置在混合气管的出气端。设置温度压力氧传感器以实时监测和控制混合气管中的混合气体的温度、压力及含氧量，通过阀门开度调节、变频器频率调节等控制手段，使混合气体的温度稳定在240℃～260℃、压力稳定在0.8～0.9kpa、氧含量20～25％。

19.作为更优选的，混合气体的温度稳定在250℃、压力稳定在0.85kpa、氧含量25％，以保证天然气的稳定燃烧。

20.优选的，所述助燃风管中设置若干个支管、若干个燃烧器和燃气管，所述支管和燃气管均与所述燃烧器相连，所述混合气体通过所述支管进入所述燃烧器并与所述燃气管送入的天然气混合燃烧。产生的大量热气体被喷入陶瓷窑炉内，以满足陶瓷制品的烧成要求。

21.优选的，所述再循环风机和所述脱水装置之间的管道中还设置循环烟气脱水管蝶阀，所述再循环风机和所述循环烟气脱水管蝶阀之间的管道上还连接一个空气传输管道，所述空气传输管道上设置循环烟气旁管蝶阀，所述空气传输管道的出口端与连接所述脱水装置出口端的管道连接。这样设置可以在关闭烟气循环管蝶阀的情况下，根据空气的湿度选择是否启用脱水装置，若空气的干燥度符合条件，此时空气不需要经过脱水装置，可以关闭循环烟气脱水管蝶阀，打开循环烟气旁管蝶阀，直接将空气送入烟气换热器及二氧化碳循环风机中。

22.优选的，所述烟气循环装置和所述二氧化碳循环风机之间设置增压风机。设置增压风机可以增加空气或经过除尘和脱水后的烟气的输送压力，使得空气或经过除尘和脱水后的烟气能够顺利快速进入二氧化循环风机中。

23.相对于现有技术，本实用新型取得了有益的技术效果：

24.1、本实用新型的燃烧系统可以实现烟气中有害气体、微量元素一体化脱除，从而解决了现有烟气脱硫、脱氮、脱碳和有害微量元素工艺的分级治理难题；

25.2、本实用新型的燃烧系统与传统的脱nox工艺技术相比，不需要脱nox所需的化学物质，也没有脱nox装置，避免了脱nox的运行费用和脱nox装置设备费用；

26.3、本实用新型的燃烧系统可以实现水、co2以及n2的回收，液化回收的水可作工业用水，为企业创造收益，而且节约了水资源；回收的n2是重要的工业原料，具有很好的商业价值；烟气中co2体积分数达90％以上，便于回收利用co2，co2在制碱、食品等行业有很好的用途，也可填埋，以减缓温室效应；

27.4、本实用新型的燃烧系统没有引入和产生新的污染物，也没有二次污染问题，系统正常运行时，没有烟气外排，通过设置多级换热器，将排烟温度降至接近于大气温度，从而将天然气产生的热量充分利用；

28.5、本实用新型的燃烧系统可以通过改变二次风氧气的浓度以保证天然气稳定燃烧燃尽，提高了窑炉效率，增强了窑炉对负荷的适应性。

附图说明

29.图1是本实用新型天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统的结构示意图；

30.其中，各附图标记所指代的技术特征如下：

31.1、窑炉；2、二氧化碳循环风机；3、空气分离装置；4、氧气引风机；5、助燃风管；6、燃

烧器；7、排烟风管；8、排烟风机；9、烟气换热器；10、除尘器；11、烟气引风机；12、二氧化碳收集管蝶阀；13、二氧化碳压缩和净化单元；14、烟气排放管蝶阀；15、烟囱；16、烟气循环管蝶阀；17、空气截止阀；18、再循环风机；19、循环烟气脱水管蝶阀；20、脱水装置；21、循环烟气旁管蝶阀；22、增压风机；23、温度压力氧传感器。

具体实施方式

32.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本实用新型进行进一步详细说明，但本实用新型要求保护的范围并不局限于下述具体实施例。

33.实施例一

34.参考图1所示，本实施例公开了一种天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，包括窑炉1、与所述窑炉1连接的助燃风管5、置于所述窑炉1内的燃烧器6、与所述窑炉1连接的排烟风管7，窑炉1为陶瓷窑炉，同时燃烧系统还包括：空气分离装置3、氧气引风机4、二氧化碳回收循环组件、二氧化碳循环风机2；所述空气分离装置3用于分离空气中的氮气和氧气，所述空气分离装置3设置氮气出口和氧气出口；氮气从氮气出口进行回收利用；所述氧气引风机4连接空气分离装置3的氧气出口，所述氧气引风机4将所述氧气送入所述助燃风管5中；所述二氧化碳回收循环组件与所述排烟风管7连接，所述二氧化碳回收循环组件用于对排烟风管7排出的烟气进行除尘过滤、回收及循环使用；所述二氧化碳循环风机2与所述二氧化碳回收循环组件连接，所述二氧化碳循环风机2将二氧化碳回收循环组件中经除尘后的烟气或空气送入助燃风管5中与所述氧气引风机4送入的氧气混合形成混合气体，所述混合气体通入所述助燃风管5中。燃烧器6与助燃风管5连通，使得助燃风管5中的混合气体进入窑炉1各个区域的燃烧器5中。

35.所述燃烧系统还包括温度压力氧传感器23，所述氧气引风机4和所述二氧化碳循环风机2均连接混合气管，所述混合气管的出气端连接在所述助燃风管5上，所述混合气管用于混合所述氧气引风机4输入的氧气和所述二氧化碳循环风机2输入的烟气或空气，所述温度压力氧传感器23设置在混合气管的出气端。设置温度压力氧传感器23以实时监测和控制混合气管中的混合气体的温度、压力及含氧量，通过阀门开度调节、变频器频率调节等控制手段，使混合气体的温度稳定在240℃～260℃、压力稳定在0.8～0.9kpa、氧含量20～25％。本实施例优选的，混合气体的温度稳定在250℃、压力稳定在0.85kpa、氧含量25％，以保证天然气的稳定燃烧。在所述助燃风管5中设置若干个支管、若干个燃烧器6和燃气管，所述支管和燃气管均与所述燃烧器6相连，所述混合气体通过所述支管进入所述燃烧器6并与所述燃气管送入的天然气混合燃烧。产生的大量热气体被喷入陶瓷窑炉1内，以满足陶瓷制品的烧成要求。

36.本实施例中，所述二氧化碳回收循环组件包括与所述排烟风管7连接的排烟风机8、与所述排烟风机8连接的除尘器10、与所述除尘器10连接的烟气回收/排放装置、与所述除尘器10连接的烟气循环装置，且所述烟气循环装置与所述二氧化碳循环风机2连接。所述烟气回收/排放装置包括烟气排放装置和烟气回收装置，烟气排放装置所连接的管道中设置烟气排放管蝶阀14，烟气回收装置所连接的管道中设置二氧化碳收集管蝶阀12，烟气排放装置所连接的管道和烟气回收装置所连接的管道均与排烟管道连接，排烟管道的进气端

连接所述除尘器10，在排烟管道上还设置烟气引风机11。所述烟气循环装置包括烟气循环管、设置在烟气循环管上的再循环风机18和脱水装置20，所述脱水装置20设置在所述再循环风机18的后端，所述烟气依次经过除尘器10、所述再循环风机18、所述脱水装置20进入所述二氧化碳循环风机2。

37.所述二氧化碳回收循环组件还包括烟气换热器9，所述烟气换热器9设置在所述排烟风机8与所述除尘器10之间的管道上，所述排烟风机8将烟气通过所述烟气换热器9换热后送入除尘器10中，从而实现对烟气热量的回收利用，以加热后续经脱水后的烟气。所述烟气循环装置与所述烟气换热器9连接，经过除尘后的烟气依次经过所述烟气循环装置中的再循环风机18、脱水装置20、烟气换热器9后进入所述二氧化碳循环风机2中，从而将温度较低的循环湿烟气转换为温度较高的循环干烟气，使得进入二氧化碳循环风机2中的二次烟气与氧气混合后，保证富氧混合气体的干燥性，使得天然气的燃烧更加充分。

38.所述烟气循环装置和所述二氧化碳循环风机2之间还设置增压风机22。设置增压风机22可以增加空气或经过除尘和脱水后的烟气的输送压力，使得空气或经过除尘和脱水后的烟气能够顺利快速进入二氧化循环风机中。

39.本实施例中的排烟风机8排出的烟气经过除尘器10除尘后，排出的烟气被分成两部分：其中一路的烟气在燃烧系统启动阶段，co2浓度《80％时，可以打开烟气排放管蝶阀14，从而将排烟管道中的烟气经引风机后从烟气排放装置中的烟囱15排入大气中，或在系统稳定运行阶段，co2浓度≥80％时，将排烟管道中的烟气经过烟气引风机11后通过烟气回收装置中的二氧化碳压缩和净化单元13进行处理和回收利用；另一路烟气由再循环风机18升压后进入烟气循环回路，由于天然气燃烧产生的水分较多，在运行烟气循环系统的状态下，循环烟气需经过脱水装置20，烟气脱水后再经过增压风机22进入烟气换热器9，从而将被吸热和除尘后的温度较低的循环湿烟气转换为温度较高的循环干烟气，并由二氧化碳循环风机2通过变频控制引入到混合气管中与氧气混合后进入助燃风管5中，在二氧化碳循环风机2引入循环干烟气的同时可以实时调节调节和氧气的比例，以调节氧气的浓度，使进入窑炉1的氧气浓度维持在20～40％，保证天然气的充分燃烧。

40.实施例二

41.基于实施例一，本实施例与实施例一不同的地方在于：

42.所述再循环风机18与所述除尘器10之间的管道中设置烟气循环管蝶阀16，所述再循环风机18还连接空气管道，所述空气管道中设置空气截止阀17，所述再循环风机18通过空气截止阀17与空气管道直接相通。这样设置可以在烟气循环管蝶阀16关闭时，再循环风机18可以将空气直接引入本技术的富氧燃烧系统中，直接将空气与氧气混合后调节氧气的浓度。

43.本实施例还可以在所述再循环风机18和所述脱水装置20之间的管道中设置循环烟气脱水管蝶阀19，同时所述再循环风机18和所述循环烟气脱水管蝶阀19之间的管道上还连接一个空气传输管道，所述空气传输管道上设置循环烟气旁管蝶阀21，所述空气传输管道的出口端与连接所述脱水装置20出口端的管道连接。这样设置可以在关闭烟气循环管蝶阀16的情况下，根据空气的湿度选择是否启用脱水装置20，若空气的干燥度符合条件，此时空气不需要经过脱水装置20，可以关闭循环烟气脱水管蝶阀19，打开循环烟气旁管蝶阀21，直接将空气送入烟气换热器9及二氧化碳循环风机2中。

44.上述实施例的天然气陶瓷窑炉1烟气近零排放富氧燃烧系统是一个完整的循环系统，在该系统边界范围内物质和能量均遵守守恒的定律，在特定的工况参数下，整个系统收入和支出是一个相对稳态的，因此，可以调整特定的工况参数，通过理论计算设计出最佳的控制参数，从而达到近零排放的目的。

45.根据上述说明书的揭示和教导，本实用新型所属领域的技术人员还可以对上述实施方式进行变更和修改。因此，本实用新型并不局限于上面揭示和描述的具体实施方式，对实用新型的一些修改和变更也应当落入本实用新型的权利要求的保护范围内。此外，尽管本说明书中使用了一些特定的术语，但这些术语只是为了方便说明，并不对实用新型构成任何限制。技术特征：

1.一种天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，包括窑炉(1)、与所述窑炉(1)连接的助燃风管(5)、置于所述窑炉(1)内的燃烧器(6)、与所述窑炉(1)连接的排烟风管(7)，其特征在于，所述燃烧系统还包括：空气分离装置(3)，所述空气分离装置(3)用于分离空气中的氮气和氧气，所述空气分离装置(3)设置氮气出口和氧气出口；氧气引风机(4)，所述氧气引风机(4)连接空气分离装置(3)的氧气出口；二氧化碳回收循环组件，所述二氧化碳回收循环组件与所述排烟风管(7)连接，所述二氧化碳回收循环组件用于对排烟风管(7)排出的烟气进行除尘过滤、回收及循环使用；二氧化碳循环风机(2)，所述二氧化碳循环风机(2)与所述二氧化碳回收循环组件连接，所述二氧化碳循环风机(2)将二氧化碳回收循环组件中经除尘后的烟气或空气送入助燃风管(5)中与所述氧气引风机(4)送入的氧气混合形成混合气体，所述混合气体通入所述助燃风管(5)中。2.根据权利要求1所述的天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，其特征在于，所述二氧化碳回收循环组件包括与所述排烟风管(7)连接的排烟风机(8)、与所述排烟风机(8)连接的除尘器(10)、与所述除尘器(10)连接的烟气回收/排放装置、与所述除尘器(10)连接的烟气循环装置，所述烟气回收/排放装置包括烟气排放装置和烟气回收装置，所述烟气循环装置与所述二氧化碳循环风机(2)连接。3.根据权利要求2所述的天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，其特征在于，所述烟气循环装置包括烟气循环管、设置在烟气循环管上的再循环风机(18)和脱水装置(20)，所述脱水装置(20)设置在所述再循环风机(18)的后端，所述烟气依次经过除尘器(10)、所述再循环风机(18)、所述脱水装置(20)进入所述二氧化碳循环风机(2)。4.根据权利要求2或3所述的天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，其特征在于，所述二氧化碳回收循环组件还包括烟气换热器(9)，所述烟气换热器(9)设置在所述排烟风机(8)与所述除尘器(10)之间的管道上，所述排烟风机(8)将烟气通过所述烟气换热器(9)换热后送入除尘器(10)中。5.根据权利要求4所述的天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，其特征在于，所述烟气循环装置与所述烟气换热器(9)连接，经过除尘后的烟气依次经过所述烟气循环装置、烟气换热器(9)后进入所述二氧化碳循环风机(2)中。6.根据权利要求3所述的天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，其特征在于，所述再循环风机(18)与所述除尘器(10)之间的管道中设置烟气循环管蝶阀(16)，所述再循环风机(18)还连接空气管道，所述空气管道中设置空气截止阀(17)，所述再循环风机(18)通过空气截止阀(17)与空气管道直接相通。7.根据权利要求1或6所述的天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，其特征在于，所述燃烧系统还包括温度压力氧传感器(23)，所述氧气引风机(4)和所述二氧化碳循环风机(2)均连接混合气管，所述混合气管的出气端连接在所述助燃风管(5)上，所述混合气管用于混合所述氧气引风机(4)输入的氧气和所述二氧化碳循环风机(2)输入的烟气或空气，所述温度压力氧传感器(23)设置在混合气管的出气端。8.根据权利要求1所述的天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，其特征在于，所述助燃风管(5)中设置若干个支管、若干个燃烧器(6)和燃气管，所述支管和燃气管均与所

述燃烧器(6)相连，所述混合气体通过所述支管进入所述燃烧器(6)并与所述燃气管送入的天然气混合燃烧。9.根据权利要求6所述的天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，其特征在于，所述再循环风机(18)和所述脱水装置(20)之间的管道中还设置循环烟气脱水管蝶阀(19)，所述再循环风机(18)和所述循环烟气脱水管蝶阀(19)之间的管道上还连接一个空气传输管道，所述空气传输管道上设置循环烟气旁管蝶阀(21)，所述空气传输管道的出口端与连接所述脱水装置(20)出口端的管道连接。10.根据权利要求2、3、6或9所述的天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，其特征在于，所述烟气循环装置和所述二氧化碳循环风机(2)之间设置增压风机(22)。

技术总结

本实用新型公开了一种天然气陶瓷窑炉烟气近零排放富氧燃烧系统，包括窑炉、助燃风管、燃烧器、排烟风管、空气分离装置、氧气引风机、二氧化碳回收循环组件和二氧化碳循环风机，空气分离装置用于分离空气中的氮气和氧气；二氧化碳回收循环组件与排烟风管连接，二氧化碳回收循环组件用于对排烟风管排出的烟气进行除尘过滤、回收及循环使用；二氧化碳循环风机将二氧化碳回收循环组件中经除尘后的烟气或空气送入助燃风管中与氧气引风机送入的氧气混合形成混合气体。本实用新型不仅能将天然气燃烧带来的水蒸气和二氧化碳等回收利用，同时将烟气排烟温度降到接近大气温度，实现天然气燃烧烟气近零排放，既保护了环境，又实现了资源利用的最大化。利用的最大化。利用的最大化。

技术研发人员：李萍 袁俊宇 简润桐 张永伟

受保护的技术使用者：新明珠集团股份有限公司

技术研发日：2021.08.19

技术公布日：2022/3/11