CN106642677B - 双风冷全金属结构的热风炉 - Google Patents

Abstract

一种双风冷全金属结构的热风炉，包括炉体，炉体的一端与烧嘴连接，另一端设有热烟气出口，炉体采用双筒体结构，由内筒体与外筒体构成，所述炉体上在与烧嘴连接的这一端设有循环冷却风一次接口，循环冷却风一次接口与内筒体内部相连通，所述外筒体上在靠近烧嘴的一端设有循环冷却风二次接口，循环冷却风二次接口与由内筒体和外筒体构成的炉体夹层相连通，炉体内在靠近热烟气出口的一端设有混风装置。该热风炉炉体为全金属结构，密闭性好，炉体内压力调节范围广，且该热风炉可根据现场情况采用卧式或立式布置。

Description

双风冷全金属结构的热风炉

技术领域

本发明属于热风炉技术领域，尤其涉及一种双风冷全金属结构的热风炉。

背景技术

目前，钢铁企业烧结烟气脱硫脱硝工艺采用活性炭(活性焦)居多，该工艺的活性炭(活性焦)再生需要采用500℃左右烟气进行间接加热，换热后烟气温度340℃左右。为提高供热效率，烟气通常采用循环方式，如图1中所示。热风炉主要作用就是对该循环烟气再加热设备。在此工艺下热风炉炉膛为正压操作，为防止热烟气冒出，该类型热风炉整体密封性要求高。

活性炭干法工艺是目前烧结烟气处置主要推广技术，可实现烧结烟气处置过程中同时脱硫、脱硝、脱二恶英、脱重金属、除尘。

脱硫脱硝系统主要包括活性炭吸附、活性炭解析及活性炭运输系统，活性炭补给系统，热循环及富SO₂输送系统。烧结废气中的有害杂质，通过吸附塔吸附，可去除粉尘、重金属、 SO₂、NOx；解析塔可去除二恶英、并将富集SO₂输送到制酸系统。活性炭在解析塔解析过程中，需要有高温烟气进行间接供热。

由于解析塔需要的高温烟气气量大，进出口温差相对小，仅100～200℃，为节省能源，目前都采用循环烟气对解析塔供热。

热风炉对解析塔出口低温循环烟气进行加热。

由于钢铁企业烧结烟气脱硫脱硝工艺通常是对原有设施进行改造，场地通常都十分紧张，要求设备占地小，炉型布置尽可能满足场地实际要求。

而现有技术的热风炉由燃烧室和混风室组成，并有隔墙隔开，燃气在燃烧室完全燃烧后高温烟气在混风室与循环冷却风混合，混合烟气达到工艺要求温度后排出，如图2所示。热风炉通常采用全内衬结构，设备重量较大；燃烧室温度高，高温生成的N0_X量较大；循环冷却风只通过一个或几个管口直接进入混风室与高温烟气混合，混风均匀性差，需要有较大的混合空间，设备体积较大。且该炉型布置通常只能采用水平布置，不适合垂直布置。

发明内容

工业规模的解析塔(再生塔)一般具有20-30米的高度，直径达到几米至十几米，对循环热风的需求量大，同时，要求热风的温度与活性炭的解析温度匹配。

本发明的目的是针对包括活性炭吸附塔)、解析塔(再生塔)和热风炉(或加热炉)的现有技术的大型活性炭脱硫脱硝装置中热风炉所存在的问题，设计新的热风炉，一方面能够稳定地产生大量的合适温度的热风，另一方面，减少氮氧化物的生产。

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种双风冷全金属结构的热风炉。该热风炉炉体为全金属结构，密闭性好，炉体内压力调节范围广，同时该热风炉可根据现场情况采用卧式或立式布置。

根据本发明的第一个实施方案，提供一种(卧式或立式)双风冷全金属结构的热风炉，它包括炉体，该炉体的一端与烧嘴连接，另一端设有热烟气出口(根据布置需要，热烟气出口也可侧向布置)，其特征在于：炉体采用由内筒体与外筒体构成的双筒体结构(或双圆筒体结构)，所述炉体上在与烧嘴连接的这一端设有循环冷却风一次接口，循环冷却风一次接口与内筒体内部相连通，所述外筒体上在靠近烧嘴的一端设有循环冷却风二次接口，循环冷却风二次接口与由内筒体和外筒体构成的炉体夹层相连通，炉体内在靠近热烟气出口的一端设有混风装置。

优选，热风炉炉体为全金属结构；更优选为不锈钢结构。

一般，热烟气出口位于炉体的末端或侧部。即，根据布置需要，热烟气出口也可侧向布置。

优选，热风炉外筒体的外周上还设有外保温材料。

优选，炉体内的混风装置为金属结构的混风装置。更优选的是，混风装置的形状设置为具有穿孔的斗状或圆椎体结构。

一般，作为混风装置，可有多种结构设计，例如可采用多管混合装置或多孔板混合装置。多管混合装置要求设备烟道上同时设置多个小管道，烟气混流后被分成多组独立气流通过小管，在小管快速均匀混合。该设备(即多管混合装置)混合均匀，但混流小管布置需要一定长度空间且烟气阻力较大。另外，多孔板混合装置(相对简单)，在烟道上设一多孔板装置，烟气混流后通过该孔板被分成多组独立气流进行混合。

优选，循环冷却风一次接口和/或循环冷却风二次接口分别连通至(例如从活性炭解析塔的加热区或冷却区所引出的)总循环风管。更优选的是，循环冷却风一次接口的数量是2-8，更优选3-6，和循环冷却风二次接口的数量是1或2。

优选，热风炉的热烟气出口与(例如从活性炭解析塔的加热区所引出的)热风输送总管连通。

优选，烧嘴设有助燃空气接口和燃气接口。

热风炉炉体内的压力范围(表压)为零压到正压5000Pa(现场可调)。

一般来说，热风炉可以采用卧式或立式布置。

热风炉的内筒体的内腔是圆筒形或是横截面为正方形或长方形的筒体形。内筒体的内腔的长度为0.7-3米，优选0.8-2.6米，优选0.85-2.2米，例如0.9、1.2、1.5或1.8米。圆筒形的内腔的直径为0.5-2.5米，优选0.6-2.3米，优选0.7-2.0米，例如0.8、1或1.2米。一般，内腔的长度与内直径之比是1.3-2.5:1，优选1.4-2.2:1，优选1.5-2.0:1。

热风炉炉体的内壁上设有耐火材料隔热层，和/或，外壁设有保温层。

根据本发明的第二个实施方案，提供一种活性炭解析塔装置，它包括活性炭解析塔和以上所述的热风炉，其中该解析塔具有：上部的加热区和下部的冷却区，位于塔顶的用于输入待再生活性炭的进口和位于塔底的输出再生的活性炭的出口；

其中热风炉的热烟气出口经由热风输送总管连通至解析塔上部的加热区的热风入口；和

其中循环冷却风一次接口和/或循环冷却风二次接口分别连通至总循环风管，而总循环风管连接至解析塔上部的加热区的热风出口或连接至解析塔下部的冷却区的出风口。

对于双筒体结构，在两个筒体之间有环形气体空间。

还提供上述双风冷全金属结构热风炉的使用方法，该方法包括以下步骤：燃气在热风炉内筒体内部燃烧供热；来自活性炭解析塔的加热区的热风(或冷却风或回流冷却烟气)通过循环冷却风一次接口直接进入内筒体内部，降低内部温度，减少高温NO_X生成，同时冷却炉体金属温度；同时，来自活性炭解析塔的加热区的热风(或冷却风或回流冷却烟气)通过循环冷却风二次接口进入炉体的夹层(即环形气体空间)，对炉体金属直接冷却，同时迅速提高混合前热风(或冷却风或回流冷却烟气)的温度；混风装置将高温烟气与热风(或冷却风或回流冷却烟气)在小空间、以高流速直接相互混合；混合完成后的烟气通过热烟气出口排出并经由热风输送总管输送至解析塔的加热区。

在本发明中，来自活性炭解析塔的加热区的热风(或冷却风或回流冷却烟气)分两部分进入炉体内，即，一部分通过循环冷却风一次接口进入内筒体，另一部分通过循环冷却风二次接口进入炉体夹层。

一般，活性炭再生温度Td是在390-500℃，优选400-470℃，更优选405-450℃，更优选在410-440℃，更优选410-430℃的范围。一般来说，高温热风(G0)具有1100-1900℃。

通常，输入加热区内的热风具有400～500℃，优选410～480℃，更优选415-470℃,更优选420-460℃,进一步优选420-450℃的温度。

一般，外排的热风具有300-380℃，优选320-375℃，优选约340-370℃的温度。

本发明的解析塔是用于钢铁工业的废气处理的干法脱硫、脱硝装置中的解析塔或再生塔，通常具有10-45米、优选15-40米、更优选20-35米的塔高。解吸塔通常具有6-100米²、优选8-50米²、更优选10-30米²、进一步优选15-20米²的主体横截面积。而脱硫脱硝装置中的(脱硫、脱硝)吸附塔(或反应塔)通常具有更大的尺寸，例如吸附塔的塔高为15-60，优选20-50，更优选25-45米。吸附塔的塔高是指从吸附塔底部活性炭出口到吸附塔顶部活性炭入口的高度，即塔的主体结构的高度。

对于烟气(或废气)吸附塔的设计及其吸附工艺，现有技术中已经有很多文献进行了披露，参见例如US5932179，JP2004209332A，和JP3581090B2(JP2002095930A)和JP3351658B2 (JPH08332347A)，JP2005313035A。本申请不再进行详细描述。

在本发明中，对于解析塔没有特别的要求，现有技术的解析塔都可用于本发明中。优选的是，解析塔是管壳型的立式解析塔，其中活性炭从塔顶输入，向下流经管程，然后到达塔底，而加热气体则流经壳程，加热气体从塔的一侧进入，与流经管程的活性炭进行热交换而降温，然后从塔的另一侧输出。在本发明中，对于解析塔没有特别的要求，现有技术的解析塔都可用于本发明中。优选的是，解析塔是管壳型(或壳管型)或列管型的立式解析塔，其中活性炭从塔顶输入，向下流经上部加热区的管程，然后到达一个处于上部加热区与下部冷却区之间的一个缓冲空间，然后流经下部冷却区的管程，然后到达塔底，而加热气体(或高温热风)则流经加热区的壳程，加热气体(400-500℃)从解析塔的加热区的一侧进入，与流经加热区管程的活性炭进行间接热交换而降温，然后从塔的加热区的另一侧输出。冷却风从解析塔的冷却区的一侧进入，与流经冷却区管程的已解析、再生的活性炭进行间接热交换。在间接热交换之后，冷却风升温至120±20℃,如约120℃。

对于活性炭解析塔的设计及活性炭再生方法，现有技术中已经有很多文献进行了披露， JP3217627B2(JPH08155299A)公开了一种解析塔(即解吸塔)，它采用双密封阀，通惰气密封，筛分，水冷(参见该专利中的图3)。JP3485453B2(JPH11104457A)公开了再生塔，可采用预热段，双密封阀，通惰气，空气冷却或水冷。JPS59142824A公开了来自冷却段的气体用于预热活性炭。中国专利申请201210050541.6(上海克硫公司)公开了再生塔的能量再利用的方案，其中使用了干燥器2。JPS4918355B公开了采用高炉煤气(blast furnace gas)来再生活性炭。 JPH08323144A公开了采用燃料(重油或轻油)的再生塔，使用空气加热炉(参见该专利的图 2，11-热风炉，12-燃料供给装置)。中国实用新型201320075942.7涉及加热装置及具备该加热装置的废气处理装置(燃煤、空气加热)，参见该实用新型专利中的图2。

本发明的解析塔采用风冷。

例如，对于解析塔解析能力为每小时20t活性炭的情形，传统工艺保持解析塔内的温度在430℃所需焦炉煤气约为1000Nm³/h，助燃空气约为5500Nm³/h，外排热风约为6000Nm³/h；所需冷却空气60000Nm³/h，冷却后活性炭温度为140℃。

在本发明中，该热风炉按燃烧区、混风区两段布置，热风炉炉体为全金属结构，密闭性好，炉体内压力调节范围广。循环冷却风或回流冷却烟气分两部分进入炉体内，少部分进入内筒体，降低内筒体内部燃烧温度，减少高温NO_X生成，又能在中心冷却内层金属温度；进入炉体夹层的循环冷却风或回流冷却烟气，既能冷却内层金属，又可最大限度增强换热效率，尽量提高混合前循环冷却风或回流冷却烟气的温度。该热风炉的混风区取消了隔墙，采用斗状混风板金属结构，循环冷却风或回流冷却烟气以小空间、高流速直接与高温烟气混合，在有限的空间内烟气快速均匀混合。

在本发明中，该热风炉全部采用了外保温结构，外筒体上还设有外保温材料，有效减轻了设备重量。

与现有的热风炉相比，本发明所具有的有益效果为：

1、热风流量大、且热风温度容易控制在解析塔所需要的温度范围。

2、热风炉炉体采用全金属结构，重量轻，密闭性能好，炉体升温快；

3、热风炉主要为外保温，内衬少、散热少、施工安装方便；

4、热风炉燃烧室接入冷却风或回流冷却烟气，可降低燃烧温度，减少NO_X生成；

5、热风炉混合效果好，整体设备紧凑、尺寸小；

6、热风炉炉体内压力调节范围广，可实现从零压到正压5000Pa以上均可正常运行。

7、热风炉可根据现场情况采用卧式或立式布置。

附图说明

图1是现有技术的包括活性炭吸附塔B、解析塔(再生塔)A和热风炉(或称作加热炉)1)的一种常见的活性炭脱硫脱硝装置的示意图。

图2是现有技术的包括活性炭吸附塔B、解析塔(再生塔)A和热风炉(或加热炉)1的另一种活性炭脱硫脱硝装置的示意图。

图1和图2中附图标记：

A：解析塔；A01：加热区；A02：冷却区；A03：解析塔的中间过渡区；A04：热风循环风机；A05：活性炭冷却风机；A06：助燃风机；A07：煤气(或高炉煤气)； A08：活性炭振动筛；A09：氮气加热器；A10：富硫气体去制酸系统；A11：空气；A12：氮气；A13：排放；A14：余热利用；A15：排放或余热利用；B：吸附塔；B01：增压风机； B02：稀氨气；B03：第一活性炭输送机；B04：第二活性炭输送机；B05：来自烧结机的热烟气；B06：空气；B07：净烟气；B08：去烟囱；1：热风炉。L1：热风输送总管；L2：总循环风管。

图3是现有热风炉的示意图。

1’-供热烧嘴；2’-燃烧室；3’-隔墙；4’-循环冷却风；5’-混风室；6’-烟气排出口。

图4为本发明双风冷全金属结构热风炉立式布置的结构示意图。

图5为本发明双风冷全金属结构热风炉卧式布置的结构示意图。

附图标记：1：热风炉(或热风炉炉体)；101：内筒体；102：外筒体；2：烧嘴；201：燃气接口；202：助燃空气接口；3：热烟气出口；4：循环冷却风一次接口；5：循环冷却风二次接口；6：混风装置；7：外保温材料。

具体实施方式

图1是现有技术的包括活性炭吸附塔B、解析塔(再生塔)A和热风炉(或加热炉)1的一种活性炭脱硫脱硝装置的示意图。

图2是现有技术的包括活性炭吸附塔B、解析塔(再生塔)A和热风炉(或加热炉)1的另一种常见的活性炭脱硫脱硝装置的示意图。

根据本发明提供的第一个实施方案，提供一种(卧式或立式)双风冷全金属结构的热风炉，它包括炉体1，炉体1的一端与烧嘴2连接，另一端设有热烟气出口3，其特征在于：炉体1 采用由内筒体101与外筒体102构成的双筒体结构(或双圆筒体结构)，所述炉体1上在与烧嘴2连接的这一端设有循环冷却风一次接口4，循环冷却风一次接口4与内筒体101内部相连通，所述外筒体102上在靠近烧嘴2的一端设有循环冷却风二次接口5，循环冷却风二次接口5与由内筒体101和外筒体102构成的炉体夹层相连通，炉体1内在靠近热烟气出口3 的一端设有混风装置6。

优选，热风炉炉体1为全金属结构；更优选为不锈钢结构。

热烟气出口3位于炉体1的末端或侧部。即，根据布置需要，热烟气出口3也可侧向布置。

优选，热风炉外筒体102的外周上还设有外保温材料7。

优选，炉体1内的混风装置6为金属结构的混风装置。更优选的是，混风装置6的形状设置为具有穿孔的斗状或圆椎体结构。

一般，作为混风装置6，可有多种结构设计，例如可采用多管混合装置或多孔板混合装置。多管混合装置要求设备烟道上同时设置多个小管道，烟气混流后被分成多组独立气流通过小管，在小管快速均匀混合。该设备(即多管混合装置)混合均匀，但混流小管布置需要一定长度空间且烟气阻力较大。另外，多孔板混合装置(相对简单)，在烟道上设一多孔板装置，烟气混流后通过该孔板被分成多组独立气流进行混合。

优选，循环冷却风一次接口4和/或循环冷却风二次接口5分别连通至(例如从活性炭解析塔A的加热区A01或冷却区A02所引出的)总循环风管L2。更优选的是，循环冷却风一次接口4的数量是2-8，更优选3-6，和循环冷却风二次接口5的数量是1或2。

优选，热风炉1的热烟气出口3与(例如从活性炭解析塔的加热区A01所引出的)热风输送总管L1连通。

优选，烧嘴2设有燃气接口201和助燃空气接口202。

热风炉炉体1内的压力范围(表压)为零压到正压5000Pa。

一般来说，热风炉可以采用卧式或立式布置。

根据本发明的第二个实施方案，提供一种活性炭解析塔装置，它包括活性炭解析塔A和以上所述的热风炉1，其中该解析塔A具有：上部的加热区A01和下部的冷却区A02，位于塔顶的用于输入待再生活性炭的进口和位于塔底的输出再生的活性炭的出口；

其中热风炉1的热烟气出口3经由热风输送总管L1连通至解析塔A上部的加热区A01 的热风入口；和

其中循环冷却风一次接口4和/或循环冷却风二次接口5分别连通至总循环风管L2，而总循环风管L2连接至解析塔A上部的加热区A01的热风出口(如图1中所示)或连接至解析塔 A下部的冷却区A02的出风口(如图2中所示)。

一种双风冷全金属结构热风炉的使用方法，该方法包括以下步骤：燃气在热风炉内筒体 101内部燃烧供热；来自活性炭解析塔的加热区的热风(或冷却风或回流冷却烟气)通过循环冷却风一次接口4直接进入内筒体101内部，降低内部温度，减少高温NO_X生成，同时冷却炉体金属温度；同时，来自活性炭解析塔的加热区的热风(或冷却风或回流冷却烟气)通过循环冷却风二次接口5进入炉体1夹层，对炉体金属直接冷却，同时迅速提高混合前热风(或冷却风或回流冷却烟气)的温度；混风装置6将高温烟气与热风(或冷却风或回流冷却烟气)在小空间、以高流速直接相互混合；混合完成后的烟气通过热烟气出口3排出并经由热风输送总管 L1输送至解析塔的加热区。

在本发明中，来自活性炭解析塔的加热区的热风(或冷却风或回流冷却烟气)分两部分进入炉体1内，即，一部分通过循环冷却风一次接口4进入内筒体101，另一部分通过循环冷却风二次接口5进入炉体夹层。

如图1中所示，脱硫、脱硝装置包括活性炭吸附塔B(塔高30米，横截面积120m²)和解析塔A(塔高20米，横截面积15m²)。图3是现有热风炉的示意图。

实施例1

如图4，一种立式布置的双风冷全金属结构的热风炉，包括炉体1，热风炉炉体1为全金属结构。炉体1的一端与烧嘴2连接，另一端设有热烟气出口3。炉体1采用双筒体结构，由内筒体101与外筒体102构成。所述炉体1上在与烧嘴2连接的这一端设有循环冷却风一次接口4，循环冷却风一次接口4与内筒体101内部相连通，所述外筒体102上在靠近烧嘴2 的一端设有循环冷却风二次接口5，循环冷却风二次接口5与由内筒体101和外筒体102构成的炉体夹层相连通。炉体1内在靠近热烟气出口3的一端设有斗状金属混风装置6。该混风装置6为多管混合装置。

循环冷却风一次接口4和循环冷却风二次接口5分别连通至总循环风管L2。循环冷却风一次接口4和循环冷却风二次接口5的数量分别是5和2。

优选，热风炉1的热烟气出口3与热风输送总管L1连通。

在实际应用中，在脱硫脱硝装置连续运行1周之后，通过从热风输送总管L1输送的气体取样分析，氮氧化物的含量保持在0.022vol％，而现有技术的氮氧化物含量高达0.1vol％。热风输送总管L1输送的气体(热风)的温度稳定地维持在430-450℃。

对于解析塔解析能力为每小时20t活性炭的情形，新工艺保持解析塔内的温度在430℃，所需焦炉煤气约为700Nm³/h，助燃空气约为4000Nm³/h，外排热风约为5000Nm³/h；冷却后活性炭温度为120℃。

实施例2

如图5，一种卧式布置的双风冷全金属结构的热风炉，包括炉体1，热风炉炉体1为全金属结构。炉体1的一端与烧嘴2连接，另一端设有热烟气出口3。炉体1采用双筒体结构，由内筒体101与外筒体102构成。所述炉体1上在与烧嘴2连接的这一端设有循环冷却风一次接口4，循环冷却风一次接口4与内筒体101内部相连通，所述外筒体102上在靠近烧嘴2 的一端设有循环冷却风二次接口5，循环冷却风二次接口5与由内筒体101和外筒体102构成的炉体夹层相连通。炉体1内在靠近热烟气出口3的一端设有斗状金属混风装置6。该混风装置6为多孔板混合装置。

循环冷却风一次接口4和循环冷却风二次接口5分别连通至总循环风管L2。循环冷却风一次接口4和循环冷却风二次接口5的数量分别是5和1。.

优选，热风炉1的热烟气出口3与热风输送总管L1连通。

实施例3

重复实施例1，只是该热风炉外筒体102上还设有外保温材料7。

Claims (5)

1.一种包含立式双风冷全金属结构热风炉的活性炭解析塔装置，它包括活性炭解析塔(A)和双风冷全金属结构的热风炉，其中该解析塔(A)具有：上部的加热区(A01)和下部的冷却区(A02)，位于塔顶的用于输入待再生活性炭的进口和位于塔底的输出再生的活性炭的出口；

所述立式双风冷全金属结构的热风炉包括炉体(1)，炉体(1)的一端与烧嘴(2)连接，另一端设有热烟气出口(3)，其特征在于：炉体(1)采用由内筒体(101)与外筒体(102)构成的双筒体结构，所述炉体(1)上在与烧嘴(2)连接的这一端设有循环冷却风一次接口(4)，循环冷却风一次接口(4)与内筒体(101)内部相连通，所述外筒体(102)上在靠近烧嘴(2)的一端设有循环冷却风二次接口(5)，循环冷却风二次接口(5)与由内筒体(101)和外筒体(102)构成的炉体夹层相连通，炉体(1)内在靠近热烟气出口(3)的一端设有混风装置(6)；所述烧嘴(2)设有燃气接口(201)和助燃空气接口(202)；

其中热风炉(1)的热烟气出口(3)经由热风输送总管(L1)连通至解析塔(A)上部的加热区(A01)的热风入口；循环冷却风一次接口(4)和循环冷却风二次接口(5)分别连通至总循环风管(L2)，而总循环风管(L2)连接至解析塔(A)上部的加热区(A01)的热风出口；循环冷却风一次接口(4)的数量是3-8，循环冷却风二次接口(5)的数量是1或2；

其中热风炉炉体(1)为全金属结构；混风装置(6)的形状设置为具有穿孔的斗状或圆椎体结构。

2.根据权利要求1所述的活性炭解析塔装置，其中循环冷却风一次接口(4)的数量是5-6。

3.根据权利要求1或2所述的活性炭解析塔装置，其特征在于：热烟气出口(3)位于炉体(1)的末端或侧部。

4.根据权利要求1或2所述的活性炭解析塔装置，其特征在于：热风炉外筒体(102)的外周上还设有外保温材料(7)。

5.根据权利要求1或2所述的活性炭解析塔装置，其特征在于：炉体(1)内的混风装置(6)为金属结构的混风装置。

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