一种用于烟气加热的烟道式纯氧燃烧器的制作方法

1.本实用新型涉及烟气处理技术领域，特别是指一种用于烟气加热的烟道式纯氧燃烧器。


背景技术：

2.选择性催化还原(scr)技术是电力行业中主流的烟气氮氧化物(nox)脱除工艺，技术已趋于成熟，脱硝效率高。近年来，随着烟气超低排放改造工作的大力推广，scr技术在钢铁、有色冶金、玻璃、陶瓷等行业的应用越来越多。烟气温度是影响scr技术使用效果的关键因素之一。作为scr技术的核心，脱硝催化剂必须合适的温度范围内运行，同时首层催化剂上方温度相对标准偏差需控制在
±
10％以内，否则催化剂的活性和使用寿命无法得到保证。电力行业中的大量应用案例证实，scr技术在烟气温度300～420℃区间内效果显著。目前，尽管市场上已有部分低温脱硝催化剂产品，但仍需要在烟气不低于180℃的条件下连续运行，且需要间歇性将烟气温度升高至300℃以上来进行热解析。钢铁、有色冶金、玻璃、陶瓷等行业中多种窑炉的排烟温度在100～150℃左右，且scr前端的烟气处理过程会使烟气温度进一步降低，必须对烟气加热升温后才能进行scr脱硝。
3.目前常用的烟气加热方式是在烟道外设置热风炉，通过燃烧产生高温烟气，再通过管道将高温烟气通入烟道与烟道内的低温烟气混合，完成烟气升温。这种方式主要有以下不足：(1)既需要在烟道外部单独设置加热炉产生高温烟气，也需要在烟道内设置专门的喷射格栅来保证混合后烟气温度的均匀性，系统复杂，投资成本较高；(2)燃料气在热风炉内燃烧也会产生nox，为避免加热后的烟气中nox浓度明显升高，往往需要提高过剩空气系数，降低燃烧温度，使得燃料的实际消耗量远高于理论值，运行费用高；(3)scr系统中烟道和反应器通常采用q355b材质，设计使用温度450℃。为避免热风炉中产生的高温烟气对scr设备及催化剂造成破坏，通常要在热风炉出口配入了一定量的空气或低温烟气以控制燃烧及输送管道内烟气温度，这就造成了加热后的烟气量增加明显，从而对scr系统造成较大的影响，还可能会导致现有的引风机出力不足的问题。
4.将燃烧设备置于烟道内部，使燃烧产生的高温烟气直接与烟道中低温烟气接触混合，可以有效减少加热后的烟气增加量。另一方面，钢铁、有色冶金、玻璃、陶瓷等行业的多种窑炉采用的是纯氧燃烧。纯氧燃烧技术不仅产生的烟气量小，还具有燃烧效率高、对燃料热值依赖程度低、nox生成量低、温室气体排放量少等优点。制造纯氧用于燃烧增加了企业的生产成本，因此将企业中过量的氧气利用起来具有重要的经济及技术价值。
5.中国专利(cn208269402u)公开了一种直燃式烟气加热装置，另外中国专利(cn209783322u)公开了一种烟气加热装置，均采用相对排布的方式将两个燃烧器安装于烟道壁，这种方式火焰燃烧区域较小且相对固定，不利于热量的快速传递，尤其在大截面的烟道进行加热时，烟气很难在短距离内混合均匀，在达到首层催化剂上方时，烟气温度的相对标准偏差难以保证在
±
10％以内。另外，燃烧产生的火焰方向与烟道内烟气流量呈一定夹角，烟气会冲刷火焰根部，既影响火焰的稳定性，又可能使火焰直接接触到燃烧器或烟道
壁，进而对设备的安全性和使用寿命产生不利影响。
6.中国专利(cn209501296u)公开了一种用于脱硝系统的直燃式温升加热装置，包含对称设置于脱硝烟道两侧的稳燃管，燃料气在稳燃管内燃烧，避免了烟气对火焰根部的直接冲刷，使确保低热值的燃料气也可以持续稳定地燃烧，但火焰被限制在稳燃管内，燃烧产生的高温烟气仅能从稳燃管口进入烟道，高温烟气刚性强且与烟道内低温烟气直接接触的区域小，更加难以混合均匀。稳燃管内的热量无法及时传递出去，燃烧温度高，而热力型nox是氮气在高温条件下氧化而成的，其生成量随温度升高而增大。助燃空气、燃料气、低温烟气中都含有n2，在高温下均能氧化成nox。
7.中国专利(cn209213903u)公开了一种烟气脱硝用管道内直接加热燃烧器，通过空气导向管和燃料气导向管使火焰方向与烟道内低温烟气流向一致，同时设置开有多个小孔的稳焰罩保证燃烧的稳定性。但燃烧器只具有一个燃烧点，所产生的火源集中在其周围，直接与火焰接触的烟气升温高，而离火焰远的烟气升温低，故烟气温度不均匀的问题仍存在。燃烧器中喷管、空气二次旋流板、混合室等可能与火焰直接接触的部件不方便更换，出现损坏维修时间长，装置可用率低。
8.纯氧燃烧比空气助燃燃烧温度更高、产生的高温烟气量少，更加不易与烟道内的低温烟气混合均匀。纯氧，若方式不当，燃料气、低温烟气中n2会大量氧化成nox，增加脱硝设备的运行负担。另一方面，火焰若与设备部件直接接触，很有可能将设备烧损，设备的使用寿命将大幅缩短，且影响运行安全。纯氧燃烧通常不采用全预混燃烧，因为火孔直径在高温灼烧和高温氧腐蚀的双重作用下会快速变大，混合气的喷出速度逐渐减少，更加大了回火的风险，即使改用全预混喷嘴也需要经常检查更换。纯氧燃烧反应剧烈，发生回火危害极大。
9.因此，现有的烟道式燃烧器还不能直接适用于纯氧燃烧，必须根据纯氧燃烧的特点进行针对性设计，才能发挥纯氧燃烧高效、节能及环保的优势。


技术实现要素：

10.本实用新型的目的是为了解决上述技术的不足而提供一种用于烟气加热的烟道式纯氧燃烧器，该燃烧器不但达到了烟道内纯氧燃烧的目的，而且烟气混合快速，氮氧化物生成量少，设备使用寿命长。
11.为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
12.一种用于烟气加热的烟道式纯氧燃烧器，包括：由外至内同轴设置的烟道、多孔板、燃烧分布环；所述烟道的侧面安装有火焰检测器、点火装置、氧气管道、燃料气管道、视镜、检修人孔；所述多孔板的烟气出口装有绕流格栅；所述燃烧分布环包括迎风导流部、中间壳体、耐火蓄热体，所述的迎风导流部位于中间壳体的一侧，耐火蓄热体安装在中间壳体内；所述氧气管道穿入烟道内部与氧气供气环相连接，所述氧气供气环安装于迎风导流部内部，所述氧气供气环与多个氧气供气支管相连接，所述氧气供气支管末端与氧气喷嘴相连接；所述燃料气管道穿入烟道内部与燃料气供气环相连接，所述燃料气供气环安装于中间壳体内部，所述燃料气供气环与多个燃料气供气支管相连接，所述燃料气供气支管末端与燃料气喷嘴相连接；所述氧气喷嘴和燃料气喷嘴相间、成对安装于耐火蓄热体的开孔内部。
13.进一步，所述烟道和所述多孔板之间留有间隙，所述多孔板和所述燃烧分布环的中心节距为所述烟道之间留有间隙。所述烟道和所述多孔板的中心节距为300～500mm，所述烟道和所述燃烧分布环的中心节距为所述烟道长宽的四分之一。
14.进一步，所述燃烧分布环的宽度为200～400mm。
15.进一步，所述迎风导流部的迎风面与烟气流向的夹角为45～60
°
。
16.进一步，所述氧气喷嘴和所述燃料气喷嘴安装于所述耐火蓄热体开孔深度的5～20mm处。
17.进一步，一对所述氧气喷嘴和所述燃料气喷嘴的热负荷为100～300kw。
18.进一步，所述绕流格栅由角钢、圆钢、扁钢中的一种或多种组成。
19.本实用新型的有益效果为：
20.1、采用纯氧燃烧及烟道内直接加热的方式，加热过程烟气量变化不明显，对原烟气系统影响小。
21.2、一定条件下的定常来流绕过某些物体时，物体两侧会周期性地脱落出旋转方向相反、并排列成有规则的双列线涡，即卡门涡街。烟气在迎风导流部的导流作用下绕过燃烧分布环，在燃烧分布环背风面形成卡门涡街，不断卷吸从氧气喷嘴和燃料气喷嘴喷出的氧气和燃料气，既可以使得氧气和燃气充分混合、稀释，又降低了浓度梯度，形成了扩散式燃烧，随着助燃的氧气浓度不断降低，因此燃料的氧化反应逐渐变慢，燃烧温度逐渐减低，生成的nox量很少。
22.3、氧气喷嘴和燃料气喷嘴安装于耐火蓄热体开孔内部，蓄热体起到了稳燃过渡和蓄热作用，避免烟气直接冲刷火焰根部，保证了燃烧的稳定性。同时避免了火焰直接接触燃烧器金属部件的可能，燃烧器使用寿命长，装置利用率高。
23.4、燃烧器具有多个燃烧点，且均匀分布，火焰长度短但燃烧覆盖面积大；同时在烟气在经过绕流格栅时也会产生卡门涡街，使得烟道内原烟气和燃烧产生的高温烟气、燃烧分布环内侧流过的烟气和外侧流过的烟气能够快速混合，从而在短距离内实现对烟道内气体进行均匀加热。
附图说明
24.为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
25.图1为本实用新型的整体结构示意图。
26.图2为烟道内燃烧分布环的结构示意图。
27.图3为耐火蓄热体的结构示意图。
28.图4为氧气管道与燃料气管道布置的示意图。
29.图中：
30.1、烟道；2、多孔板；3、燃烧分布环；301、迎风导流部；302、中间壳体；303、耐火蓄热体；4、火焰检测器；5、点火装置；6、氧气管道；601、氧气供气环；602、氧气供气支管；7、燃料气管道；701、燃料气供气环；702、燃料气供气支管；8、视镜；9、绕流格栅；10、检修人孔；11、
氧气喷嘴；12、燃料气喷嘴。
具体实施方式
31.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
32.如图1所示，本实用新型所述的一种用于烟气加热的烟道式纯氧燃烧器，包括：由外至内同轴设置的烟道1、多孔板2、燃烧分布环3；烟道1的侧面安装有火焰检测器4、点火装置5、氧气管道6、燃料气管道7、视镜8、检修人孔10；
33.多孔板2的烟气出口装有绕流格栅9；
34.如图2所示，燃烧分布环3包括迎风导流部301、中间壳体302、耐火蓄热体303，所述的迎风导流部301位于中间壳体302的一侧，耐火蓄热体303安装在中间壳体302内；
35.如图3和图4所示，氧气管道6穿入烟道1内部与氧气供气环601相连接，氧气供气环601安装于迎风导流部301内部，氧气供气环601与多个氧气供气支管602相连接，氧气供气支管602末端与氧气喷嘴11相连接；
36.燃料气管道7穿入烟道1内部与燃料气供气环701相连接，燃料气供气环701安装于中间壳体302内部，燃料气供气环701与多个燃料气供气支管702相连接，燃料气供气支管702末端与燃料气喷嘴12相连接；
37.氧气喷嘴11和燃料气喷嘴12相间、成对安装于耐火蓄热体303的开孔内部。采用纯氧燃烧及烟道内直接加热的方式，加热过程烟气量变化不明显，对原烟气系统影响小。
38.具体地，烟道1和多孔板2的中心节距为300～500mm，烟道1和燃烧分布环3的中心节距为烟道1长宽的四分之一。烟道通常为q235b、q355b等碳钢材质，最高连续使用温度不高于450℃。纯氧燃烧温度高，辐射传热作用强，增加一层贴近烟道内壁的不锈钢多孔板可对烟道起到保护。燃烧分布环的位置决定着燃烧点的分布情况，其与烟道1的中心节距为烟道1长宽的四分之一，可以保证燃烧点均匀分布，燃烧区域覆盖范围的最大化。
39.具体地，优选地，燃烧分布环3的宽度为200～400mm。燃烧器安装于烟道内部，使得烟气流通截面变小，烟气局部流速增加，压降增大，需优化燃烧分布环3的宽度。
40.具体地，迎风导流部301的迎风面与烟气流向的夹角为45～60
°
。烟气在迎风导流部的导流作用下绕过燃烧分布环，在燃烧分布环背风面形成卡门涡街，不断卷吸从氧气喷嘴和燃料气喷嘴喷出的氧气和燃料气，既可以使得氧气和燃气充分混合、稀释，又降低了浓度梯度，形成了扩散式燃烧，随着助燃的氧气浓度不断降低，因此燃料的氧化反应逐渐变慢，燃烧温度逐渐减低，生成的nox量很少。
41.具体地，氧气喷嘴11和燃料气喷嘴12安装于所述耐火蓄热体303开孔深度的5～20mm处。氧气喷嘴和燃料气喷嘴安装于耐火蓄热体开孔内部，蓄热体起到了稳燃过渡和蓄热作用，避免烟气直接冲刷火焰根部，保证了燃烧的稳定性。同时避免了火焰直接接触燃烧器金属部件的可能，燃烧器使用寿命长，装置利用率高。
42.具体地，一对氧气喷嘴11和燃料气喷嘴12的热负荷为100～300kw。通过优化一对喷嘴的热负荷，使燃烧器具有多个均匀分布燃烧点，火焰长度短但燃烧覆盖面积大。
43.具体地，绕流格栅9由角钢、圆钢、扁钢中的一种或多种组成。烟气在经过绕流格栅时产生卡门涡街，使得烟道内原烟气和燃烧产生的高温烟气、燃烧分布环内侧流过的烟气和外侧流过的烟气能够快速混合。
44.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。