一种节能低氮型燃气烟气炉的制作方法

1.本实用新型属于工业窑炉技术领域，涉及各类燃气燃烧、产生高温烟气或热风的窑炉，其主要用途是为化工/冶金/建材行业的各类干燥设备和各行业烟气排放前处理系统提供热源。本实用新型特别涉及一种节能低氮型燃气烟气炉。


背景技术：

2.烟气炉一般通过化石或天然气燃料燃烧并释放出热能，在加热外部烟气至工艺要求温度的同时伴随燃烧产生一定量的烟气，该烟气加热至工艺要求的温度，可作为热源进入干燥设备(煤磨/矿渣磨/回转烘干机等)被利用或进入脱硝脱硫类烟气处理设备被净化。对于物料干燥和烟气净化这类配套有烟气炉的系统来说，向外排空的废气都带有较高的显热，废气温度多在70～180℃范围。那么，减少该废气的排放量，不仅有利于环保，更能够明显地节约能源。
3.现有的烟气炉(包括燃煤烟气炉)在燃烧时，普遍采用较高的空气过剩系数，且燃烧不稳定，比如在燃烧天然气时，该系数高达2.3。过高的空气过剩系数会导致烘干或烟气净化系统排放的烟气量增多，不利于节能减排；并且在过高空气系数的强氧化气氛下，烟气炉内氧化氮的生成量较高，无法实现超低氮排放，不能满足现行对氧化氮超低排放的要求。
4.针对上述情况，现有技术处理方法是直接降低烟气炉的空气过剩系数，例如本实用新型的申请人已向国家知识产权局申请的实用新型专利申请“一种超低氮排放燃气热风炉”(申请号为202221119073.9)，该技术通过控制助燃空气量使得循环尾气与助燃空气混合后形成较低空气过剩系数的混合空气喷射至炉内，在炉内形成富燃的高温强还原区将燃料氮被还原成氮气，达到超低氮排放的目的。然而，该项技术虽然解决了超低氮排放的问题，但由于烟气炉是绝热炉体，炉内一般不布置受热面，采用直接降低空气过剩系统的方式可能会导致烟气超温而损坏炉体。因此，本实用新型的申请人对烟气炉的结构进行改进设计，使其能够实现节能减排、低氮排放并且具有较高的安全性能。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于提出一种节能低氮型燃气烟气炉，以降低干燥系统或烟气处理系统中的烟气排放量，并能够利用尾气的余热，实现节能减排的效果。
6.本实用新型为实现上述技术目的所采用的技术方案如下：
7.一种节能低氮型燃气烟气炉，包括炉体和燃烧器，所述炉体包括间隔设置的内壳体和外壳体，所述内壳体和外壳体之间的空腔中形成有反向射流腔和旋流腔，所述燃烧器设置在位于所述反向射流腔一侧的炉体上，所述反向射流腔中的内壳体上设有连通反向射流腔和炉膛的反向喷射器，所述旋流腔中的内壳体上设有连通旋流腔和炉膛的切向叶片式旋流器，所述反向射流腔和旋流腔还分别连接有通气管道，所述通气管道中所通入的气体为带有物理显热的废气，通过所述废气进入到所述反向射流腔中通过所述反向喷射器喷射出多股相对于炉膛内燃烧气流方向相反的高速烟气流，在炉膛内形成多个高温烟气回流
区，以及所述废气进入到所述旋流腔中通过所述切向叶片式旋流器的作用形成强旋稳燃气流，实现烟气炉的充分燃烧。
8.进一步地，与所述反向射流腔和所述旋流腔连接的所述通气管道上均设置有调节阀，所述炉体的炉膛内设置有温度采集器和烟气采集器，通过所述温度采集器和烟气采集器检测到的温度与烟气成份调整所述调节阀的开度以及助燃鼓风机的频率，以达到最佳的空气过剩系数，实现超低氮排放。
9.进一步地，所述温度采集器为热电偶，所述烟气采集器为烟气分析仪。
10.进一步地，所述通气管道上设有循环风机。
11.进一步地，所述燃烧器上连接有助燃空气管道，所述助燃鼓风机设置于所述助燃空气管道上。
12.进一步地，所述反向喷射器倾斜于所述内壳体设置，且所述反向喷射器喷出的废气气流与所述炉体炉膛内的燃烧气流的轴向偏角为20～30
°
。
13.进一步地，所述反向喷射器喷射出的多股高速烟气流与炉膛内燃烧气流方向相反。
14.进一步地，所述反向射流腔和旋流腔内的所述内壳体的外壁面均设置有多个传热翅片。
15.进一步地，所述内壳体的内壁面设置有采用耐火材料制成的内衬。
16.进一步地，所述炉体为双层圆筒型结构。
17.与现有技术相比，本实用新型提供的一种节能低氮型燃气烟气炉具有以下几点有益效果：
18.1、本实用新型设计的烟气炉，通过在内壳体和外壳体之间的空腔设置反向射流腔和旋流腔，且通过反向喷射器连通反向射流腔和炉膛以及通过切向叶片式旋流器连通旋流腔和炉膛，将来自烘干系统或烟气净化系统排放的带有物理显热的废气分配至反向射流腔和旋流腔中，由反向喷射器喷射出多股相对于炉膛内燃烧气流方向相反的高速烟气流，在炉膛内形成多个高温烟气回流区，造成部分高温烟气回流实现稳燃；以及通过所述切向叶片式旋流器的作用形成强旋稳燃气流，强化了余热废气与燃烧烟气的横向混合，燃气在炉内停留时间加长而燃烧得更加充分，实现烟气炉的充分燃烧，从而实现节能减排。
19.2、同时，本实用新型设计的烟气炉充分利用了来自烘干系统或烟气净化系统尾排的带有物理显热的废气，通过温度采集器和烟气采集器检测到温度与一氧化碳及氧含量调整调节阀开度与助燃鼓风机的频率，可达到最佳的空气过剩系数值，实现低氮节能的效果。
20.3、本实用新型设计的烟气炉通过在内壳体的外壁面设置有多个传热翅片，炉内燃烧释放的热量通过耐火材料的额内衬和内壳体传导过来，经传热翅片强化传热，预热了腔体内流动的废热气体，同时调节了内壳体的壁温，可避免内壳体温度过热或超过其使用温度，使得烟气炉的安全性能得到保证。
附图说明
21.图1是本实用新型一种节能低氮型燃气烟气炉的整体结构示意图。
22.图中所示:
23.1-炉体，1.1-内壳体，1.2-外壳体，2-燃烧器，3-反向射流腔，4-旋流腔，5-反向喷
射器，6-切向叶片式旋流器，7-通气管道，8-调节阀，9-温度采集器，10-烟气采集器，11-助燃鼓风机，12-循环风机，13-助燃空气管道，14-传热翅片，15-内衬。
具体实施方式
24.为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
25.请参阅图1所示，本实用新型设计一种节能低氮型燃气烟气炉，包括炉体1和燃烧器2，所述炉体1包括间隔设置的内壳体1.1和外壳体1.2，所述内壳体1.1和外壳体1.2之间的空腔中形成有反向射流腔3和旋流腔4，所述燃烧器2设置在位于所述反向射流腔3一侧的炉体1上，所述反向射流腔3中的内壳体1.1上设有连通反向射流腔3和炉膛的反向喷射器5，所述旋流腔4中的内壳体1.1上设有连通旋流腔4和炉膛的切向叶片式旋流器6，所述反向射流腔3和旋流腔4还分别连接有通气管道7，所述通气管道7中所通入的气体为带有物理显热的废气，通过所述废气进入到所述反向射流腔3中通过所述反向喷射器5喷射出多股相对于炉膛内燃烧气流方向相反的高速烟气流，在炉膛内形成多个高温烟气回流区，以及所述废气进入到所述旋流腔4中通过所述切向叶片式旋流器6的作用形成强旋稳燃气流，实现烟气炉的充分燃烧。
26.本实用新型是以尾排的余热废气作为热载体配入炉体1内，调节炉内温度与燃烧气氛，利用了废气余热达到环保节能的效果。尾排的余热废气进入炉体1的反向射流腔3和旋流腔4中，从反向喷射器5喷射出多股(一般多于4股)相对炉内燃烧气流方向相反的高速烟气流，在炉膛内形成多个回流涡区，造成部分高温烟气回流而实现稳燃；同时，反向射流强化了烟气混合，均化炉内温度场；旋流腔4中的废气经切向叶片式旋流器6的旋流叶片作用，以强旋射流进入炉内的旋转烟气，强化了余热废气与燃烧烟气的横向混合；并且因旋流作用，燃气在炉内停留时间加长而燃烧得更充分，旋流烟气形成的中心旋涡，引起高温烟气回流，强化了稳定燃烧。
27.上述技术方案在具体实施时，在与所述反向射流腔3和所述旋流腔4连接的通气管道7上均设置有调节阀8，所述炉体1的炉膛内设置有温度采集器9和烟气采集器10，通过所述温度采集器9和烟气成分采集器10检测到的温度与烟气调整所述调节阀8的开度以及助燃鼓风机11的频率，得到运行理想的空气过剩系数值，实现超低氮排放的目的。
28.优选的，所述温度采集器9为热电偶，所述烟气采集器10为烟气分析仪，通过热电偶和烟气分析仪检测到的温度和烟气分析仪的结果，调节废热气与助燃空气量，使炉内烟气的氧含量与一氧化碳含量符合干燥或烟气处理工艺的要求，得到运行理想的空气过剩系数值，达到超低氮排放的目的。
29.优选的，所述通气管道7上设有循环风机12。可以理解的是，实际使用中，在引风机压力足够的情况下也可不经过循环风机12即可将废气输入至炉体1中。
30.优选的，所述燃烧器2上连接有助燃空气管道13，所述助燃鼓风机11设置于所述助燃空气管道13上，用于提供燃气燃烧所需要的氧气。
31.上述技术方案在具体实施时，所述反向喷射器5倾斜于所述内壳体1.1设置，且所述反向喷射器5喷出的废气气流与所述炉体1炉膛内的燃烧气流的轴向偏角为20～30
°
，废
气以这种倾斜反向的高速气流射入炉内，在炉膛内造成多个涡流，实现炉内烟气内循环与稳燃的作用。
32.上述技术方案在具体实施时，所述反向喷射器5喷射出的多股高速烟气流与炉膛内燃烧气流方向相反，在炉膛内形成多个高温烟气回流区，造成部分高温烟气回流实现稳燃；余热废气在切向旋流叶片的作用下，沿切线方向进入圆柱形炉膛，从而产生旋转运动。
33.上述技术方案在具体实施时，所述反向射流腔3和旋流腔4内的所述内壳体1.1的外壁面均设置有多个传热翅片14，炉内燃烧释放的热量通过耐火材料的内衬15和内壳体1.1传导过来，经壁面布设的传热翅片14强化传热，预热了腔体内流动的废热气体，同时调节了内壳体1.1的壁温，避免内壳体1.1过热或超过其使用温度，保障生产安全。
34.上述技术方案在具体实施时，所述炉体1为双层圆筒型结构，形成的炉内燃烧腔体为圆柱形空腔，这样根据燃气在炉膛内轴向燃烧份额的分布，及时配入适量的余热废气，在炉膛内轴向形成由低向高的变气速场和烟气等温场，既调控了炉内温度，又让处于扩散燃烧区的燃气在炉内有足够的停留时间燃烬。
35.另外，所述内壳体1.1的内壁面设置有采用耐火材料制成的内衬。
36.下面通过一具体的实例进一步证明本实用新型技术方案的技术效果。
37.实例：福建某钢铁厂一台与矿渣粉磨系统配套的燃气烟气炉(xrrql-y-8型)，其供热能8.0*106kcal/h,燃用天然气(低位热值8500kcal/nm3)，配套低氮燃烧器(xrrq-t-8型),矿渣立磨规格为grms35.31,干料产量60t/h，烘干的矿渣初水份15％，终水份0.5％。该燃气烟气炉采用90℃的烘干尾气循环，经粉磨系统的引风机直接将15400m3/h的尾气送入本实用新型所述的烟气炉内调配，炉膛运行温度950℃，检测氧含量2～3％，一氧化碳含量0，氧化氮48～50mg/nm3。
38.与同样规格矿渣立磨配套的燃气热风炉相比，采用本实用新型所述的燃气烟气炉每小时可节约32.7nm3的天然气，假如天然气价格按当地3元/标方计，则全年节约成本：32.7*24*300*3＝70.6万元。
39.综上，本实用新型提供的一种节能低氮型燃气烟气炉，是将尾排的废热气(惰性余热气体)引入烟气炉内，在燃料燃烧过程中适当配入，以该废热气作为热载体，吸收燃料释放的部分热能，实现了节能减排，特别是与相同供热能力的热风炉相比，减排节能效果明显；采用反向射流与旋流结合技术，实现燃气在低过剩空气系数(低氧条件)，可降低空气过剩系数，并能控制炉内烟气温度，调节炉内氧化气氛，形成有利于抑制氧化氮生成的弱还原氛围，使得燃气在燃烧过程中产生的氧化氮量不超过50mg/m3,甚至更低，并且在大量惰性气体配混下，稳定持续燃烧与高的燃烬率(≥99.9％)；低含氧量有利于煤磨或煤烘干系统控制氧含量，预防煤粉着火与爆燃，保障生产安全。
40.以上所述本实用新型的具体实施方式，并不构成对本实用新型保护范围的限定。任何根据本实用新型的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围内。