CN101898075A - 烟气反馈节能脱硝燃烧技术 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种锅炉燃烧技术，特别是在工业锅炉燃烧系统上广泛使用的烟气反馈节能脱硝燃烧技术。它采用了烟气反馈燃烧理念，运用集中换热方式高效回收锅炉尾气余热，实现节能、贫氧、高温燃烧，调节火焰温度，创造中性烟气环境，降低材料氧化烧损，有效降低NO_X的生成，既大幅节约能源，减少CO₂排放，又实现减硝(NO_X)。

Description

烟气反馈节能脱硝燃烧技术

技术领域

本发明涉及一种锅炉燃烧系统中的燃烧技术，特别是在工业锅炉、冶金加热炉、热风炉、辊底炉、水泥炉窑、玻璃熔窑等等燃烧系统上广泛使用的烟气反馈节能脱硝燃烧技术。

技术背景

现在广泛使用的锅炉，尤其是冶金行业里的加热炉或锻造炉，由于生产工艺的需要，为满足大型工件升温保温要求，炉膛内的烟气温度非常高，达1200℃，由于没有其他低温受热面，炉膛出口烟气温度非常高，和炉内烟气温度相差无几，热负荷较的大型锅炉，在烟道尾部装有金属换热器，但由于自身结构上的局限性，导致平均换热效率通常不超过40％，空气预热温度通常不会超过400℃，约有60％的烟气热量流失掉。

通过计算可知：入炉空气温度每提高100℃，可节约燃料约5％。因此，采用高温空气助燃，可以达到节约燃料的目的。

单方面提高空气温度，虽然可以节约燃料，不利的因素是：1、空气温度提高后，燃料理论(绝热)火焰温度可达到2400℃，如此高的火焰温度很容易形成炉内局部过热，煤粉炉容易形成燃烧器口结焦，影响锅炉运行；2、对冶金加热炉来讲，钢坯的氧化烧损将会变得极为严重，严重影响钢坯表面质量，产量也会随之下降；3、不管对何种锅炉，都会出现较高的NO_X生成率。因为NO_X生成都是热力型的，即在低温下很难生成，火焰辐射能力之所以随温度上升，一个决定性的因素就是NO的辐射作用开始显现，也就是N₂在高温下开始与O₂反应。NO_X对人体危害远超SO₂，主要来自空气中的N₂，被人体吸入后会影响中枢神经系统，所以必须予以高度重视，尽可能降低其产生率。

随着全球一次能源供应趋紧，价格日趋高涨，节约能源已成为全人类的共识，特别是在环保要求日益迫切的今天，脱硫已被广泛重视，并在燃煤电站锅炉广泛实施，而脱销就不仅在电站锅炉需要实施，在一般工业炉窑，如玻璃熔窑、水泥回转窑、冶金加热炉等NO_X产生率很高的高温场合都必须加以实施。

如果能在生产的初始环节把污染物控制住，无疑会给下游的治理环节减轻诸多压力和降低环保投入。

如何在实现节约燃料的同时，能够防止锅炉结焦，又能减少工件氧化烧损，又能从根本上抑制NO_X的生成？减低对环境、对人体的侵害，一种新型燃烧技术应运而生，这就是烟气反馈节能脱硝燃烧技术。

发明内容

解决这一问题的途径是：采用烟气反馈节能脱硝燃烧技术，可以大幅节约燃料，平抑理论火焰温度，真正实现贫氧燃烧，创造炉内中性烟气环境，降低坯料氧化烧损，控制并降低NO_X生成。既节约能源，又减少CO₂、NO_X排放，实现减碳、脱硝。

附图说明

附图是本发明烟气反馈节能脱硝燃烧技术的三维立体视图。

具体实施方式

下面参照附图对本发明作进一步详述：

参照附图所示：烟气反馈节能脱硝燃烧技术，包括有：1加热炉主厂房，2加热炉炉体，3高效换热器组，4高温空气回送管甲，5设备地面支架，6鼓风机，7烟气反馈管，8引风机，9低温烟气排放口，10加热炉鼓风机，11除尘器，12原空气预热器，13原煤气预热器，14加热炉烟囱，15烟气取出点，16加热炉烟气总管，17加热炉助燃风总管，18高温空气回送管乙，19烟气导管。

如图所示：工作机理如下，对于低热值的煤气燃料系统，通常采用煤气、空气双预热方式，如图所示，在加热炉烟气总管16管路中分别设置了空气换热器12，煤气换热器13，系统工作时，在逻辑控制系统的操控下，先将加热炉烟囱14中的烟气闸板关闭，开启引风机8，加热炉高温烟气在引风机8的牵引下由烟气总管16引出，顺序经过原空气换热器12，原煤气换热器13，两次换热后烟气温度有一定幅度下降，由烟气取出点15进入除尘器11进行除尘净化，净化后的烟气通过烟气导管19送往换热器组3，烟气在经过其中一个换热器单元时被高效换热，烟气热量被暂时储存起来，烟气被大幅度降温后，通过引风机8由排烟口9以经济温度排出；此吸热过程达到饱和后，在控制系统的作用下，鼓风机6将环境温度助燃用的较冷空气鼓进换热器组刚刚达到吸热饱和状态的换热器单元内，并在其中将上个过程所聚集的热量充分吸收后，形成高温空气，由高温空气回送管甲4送至加热炉鼓风机10的进口处，再由高温空气回送管乙18送至原空气换热器12的空气通道，再次受热升温后进入原燃烧系统助燃风总管17，入炉参与燃烧；这样，在自动控制系统的控制下，换热器组各单元交替循环工作，冷空气被烟气余热源源不断地加热变成热空气，全部送至原炉膛内参与燃烧，就构成高温空气燃烧；由于原加热炉鼓风机10入口空气温度为改造前为常温环境空气，采用本发明技术改造后，入口空气温度由环境温度升高到200℃，甚至更高(这取决于烟气来流温度)，助燃空气焓大大增加，增加的空气焓也就是节约的燃料热值。

当系统为单预热系统时，即只预热助燃空气，此时可将烟气取出点15前移至空气换热器12前，此时原空气换热器12被旁路，不再使用，这样，又为生产节约了部分开支。同时，原加热炉所配鼓风机10可以不用，加热后的高温空气可以由高温空气回送管甲4和高温空气回送管乙18，直接送入加热炉助燃风总管17，无需再进入原空气换热器12。

特别地，为调节炉内气氛，降低氧化烧损，降低有害气体NO的产生，在烟气排放口9设置了一支烟气反馈管7，其作用是：它将最后的烟气(乏气)部分送至鼓风机6的入口处，与燃烧用的助燃空气混合后形成新的氧气比配风系统，进入上述换热循环系统。由于此种系统，氧气体积含量可以控制并适当降低，可以有效调节燃料的燃烧温度，就整个燃烧系统来看，烟气反馈带来的直接效果是调节了烟气中的惰性气体或中性气体的体积占比，直接调控了烟气特性，并有效降低氮氧化物产生。

综上所述，通过采用烟气反馈并通过高效换热器加热烟气、空气混气系统，实现了高效利用余热、节约燃料、降低坯料氧化烧损、降低NO产生等功效，形成了烟气反馈节能脱硝燃烧技术，这就是本发明的意义所在。

此技术对双预热系统和单预热系统均适用。

采用烟气反馈节能脱硝燃烧技术的好处是：

1、助燃空气中的氧气浓度远远小于21％，可控制并降低燃烧火焰的温度；

2、助燃空气中的氧气浓度远远小于21％，真正实现贫氧燃烧；

3、由于极大地利用了烟气中余热，助燃空气温度可以提高到稍低于炉膛烟气温度，空气活化能大幅提高，燃烧所耗能量减小，空气过剩系数可小于1，也就是空气用量大幅下降，炉膛排烟量随之下降，烟气带走的热量总量自然减少，燃料消耗自然减少。

4、火焰温度被控制并适当降低，显著改善由现有技术高温空气燃烧单边形成的高温烟气对坯料的氧化烧损，提高钢坯表面质量，减少气孔率；

5、可控制并保持炉内烟气成分为惰性或中性气氛，形成最佳烟气环境；

6、可控制燃烧火焰的温度，显著改善由高温空气燃烧形成的NO_X产生率过高的问题，实现减硝；

7、显著降低燃料消耗，节能效果明显；

8、燃料消耗下降，冷风用量自然下降，烟气排放量CO₂自然下降。

Claims (10)

1.烟气反馈节能脱硝燃烧技术，其特征是燃料在加热炉燃烧后排出的高温烟气进入烟气总管16后由高效换热器组3集中换热后将烟气热能释放给已含有烟气成分的、相对低温的、新鲜的、助燃用的混合空气，混和气被加热升温后再送入炉膛与燃料一起燃烧。

2.根据权利要求1所述的烟气反馈节能脱硝燃烧技术，其特征是燃料燃烧后排出的烟气与燃料燃烧所需的新鲜助燃环境空气混合后一起被烟气余热加热后以高温状态进入炉膛与燃料相遇燃烧。

3.根据权利要求1所述的烟气反馈节能脱硝燃烧技术，其特征是在烟道总管设置了高效换热器组3，对烟气实施集中换热。

4.根据权利要求3所述的烟气反馈节能脱硝燃烧技术，其特征是集中高效换热换热器组3通常以四个功能单元为一组。

5.根据权利要求4所述的烟气反馈节能脱硝燃烧技术，换热器组3每个单元的数量可根据实际热负荷需要进行设计或进行组合。

6.根据权利要求1所述的烟气反馈节能脱硝燃烧技术，其特征是在低温烟气排放出口9位置设置了烟气反馈管7。

7.根据权利要求1所述的烟气反馈节能脱硝燃烧技术，其特征是高温烟气取出点15设在空气换热器12及煤气换热器13后部，对不同的燃烧系统，高温烟气取出点15也可以直接设在空气换热器及煤气换热器两设备之前部。

8.根据权利要求1所述的烟气反馈节能脱硝燃烧技术，除尘器11可以根据炉内烟气特性进行选择和位置配置。

9.根据权利要求1所述的烟气反馈节能脱硝燃烧技术，其特征是从高效换热器组3出来的高温空气经过高温空气回送管甲4送往原加热炉或锅炉鼓风机10的进风口，再由高温空气回送管乙18送往原空气换热器12后进入助燃风总管17，根据燃烧系统情况，也可以由高温空气回送管乙18直接送往加热炉原助燃风总管17，而不再进入空气换热器12。

10.根据权利要求1所述的烟气反馈节能脱硝燃烧技术，其特征是被烟气余热加热的介质可以是助燃空气，也可以是需要加热的燃料或其它介质。

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