CN106765103A - 分层蓄热式脱硝燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了分层蓄热式脱硝燃烧器，包括：燃烧器本体，其内包括依次连通的气流通道、蓄热室和燃烧室，蓄热室包括内层高温蓄热室和外层低温蓄热室，内层高温蓄热室和燃烧室连通，外层低温蓄热室环绕在内层高温蓄热室至少一部分外表面上，并且内层高温蓄热室与外层低温蓄热室之间设置隔板墙，外层低温蓄热室沿着远离流体通道方向依次包括脱硝蓄热室和低温蓄热室；气流驱动件，其设置在内层高温蓄热室和燃烧室之间；催化剂入口，其设置在气流通道上；开口，其设置在燃烧器本体上且与低温蓄热室连通；煤气入口，其与燃烧室连通。采用该燃烧器可以显著降低烟气中氮氧化物排放，并且散热损失明显降低。

Description

分层蓄热式脱硝燃烧器
技术领域
本发明属于燃气蓄热脱硝技术领域，具体而言，本发明涉及分层蓄热式脱硝燃烧器。
背景技术
随着我国经济的飞速发展，天然气、石油和煤等化石燃料等能源得到更加广泛的应用，使得环境问题日益严峻，因此引起了一系列环境问题，如酸雨、臭氧层破坏、温室效应等，使得我们的生存环境愈加严峻。我国以煤炭为主的能源结构决定了我国的氮氧化物和硫氧化物排放量一直处于居高不下的状况，大量污染性气体的排放，使得环境问题日益严峻，不仅严重影响我国人民的生产生活，而且不利于我国经济的可持续发展。因此，环境问题得到了国家越来越多的关注。
人类活动排放的NOx90％以上来自燃料燃烧过程。各种工业炉窑、民用炉灶、机动车及其他内燃机中的燃料高温燃烧时，燃料中的含氮物质氧化生成NOx，参与燃烧的空气中的N2和O2也会生成NOx，因此，相当长的时期内，烟气中的NOx排放是导致我国大气NOx污染的一个主要因素，如何减少固定源排放的NOx是大气环境治理的一个重要课题。
蓄热式燃烧技术，即蓄热式余热回收技术，目前蓄热式余热回收技术，其蓄热室多为单一的直通蓄热室，单蓄热室布置方式多为横向排列布置，这就造成蓄热室占地面积较大，且高温蓄热室直接与外界接触，造成散热损失较大。
因此，现有的蓄热技术以及燃烧过程产生二氧化氮污染环境的问题亟待解决。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种分层蓄热式脱硝燃烧器，采用该燃烧器可以显著降低烟气中氮氧化物排放，并且散热损失明显降低。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种分层式蓄热式脱硝燃烧器。根据本发明的实施例，所述分层蓄热式脱硝燃烧器包括：
燃烧器本体，所述燃烧器本体内包括依次连通的气流通道、蓄热室和燃烧室，所述蓄热室包括内层高温蓄热室和外层低温蓄热室，所述内层高温蓄热室和所述燃烧室连通，所述外层低温蓄热室环绕在所述内层高温蓄热室至少一部分外表面上，并且所述内层高温蓄热室与所述外层低温蓄热室之间设置隔板墙，所述外层低温蓄热室沿着远离所述流体通道方向依次包括脱硝蓄热室和低温蓄热室；
气流驱动件，所述气流驱动件设置在所述内层高温蓄热室和所述燃烧室之间；
催化剂入口，所述催化剂入口设置在所述气流通道上；
开口，所述开口设置在所述燃烧器本体上且与所述低温蓄热室连通；
煤气入口，所述煤气入口与所述燃烧室连通。
由此，根据本发明实施例的分层蓄热式脱硝燃烧器通过采用由内层高温蓄热室和外层低温蓄热室组成的蓄热室，并且外层低温蓄热室环绕设置在内层高温蓄热室外表面上，从而可以有效避免内层高温蓄热室直接与外界接触，进而降低蓄热室内的热量损失，同时通过采用由脱硝蓄热室和低温蓄热室组成的外层低温蓄热室，并且在气流通道上布置催化剂入口，使得燃烧室内产生的高温烟气经内层高温蓄热室换热后再经气流通道与催化剂接触，然后进入外层低温蓄热室中的脱硝蓄热室，烟气中的氮氧化物在脱硝蓄热室中被脱除，最后脱硝后的烟气经低温蓄热室换热后再排出燃烧器，从而使得烟气达标排放。由此，本申请中通过将脱硝和蓄热技术有效结合，可以在实现降低烟气中氮氧化物排放的同时降低蓄热室中散热损失。
另外，根据本发明上述实施例的分层蓄热式脱硝燃烧器还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述燃烧器进一步包括：隔热层，所述隔热层设置在所述气流通道、所述蓄热室和所述燃烧室的外表面上；保温层，所述保温层设置在所述隔热层的外表面上。由此，可以进一步降低蓄热室中散热损失。
在本发明的一些实施例中，所述气流通道和所述外层低温蓄热室外表面的隔热层材质为耐火砖，剩余部分的隔热层材质为烧嘴砖。由此，可以进一步降低蓄热室中散热损失。
在本发明的一些实施例中，所述保温层材质为轻质浇注料。由此，可以进一步降低蓄热室中散热损失。
在本发明的一些实施例中，所述燃烧器包括多个所述开口，所述多个开口均匀布置在所述燃烧器本体的外表面。
在本发明的一些实施例中，所述燃烧器包括多个所述催化剂入口，所述多个催化剂入口靠近所述外层低温蓄热室设置。由此，可以显著降低烟气中的氮氧化物。
在本发明的一些实施例中，所述多个催化剂入口均匀布置在所述气流通道上。由此，可以进一步降低烟气中的氮氧化物。
在本发明的一些实施例中，所述隔板墙为耐高温隔墙。由此，可以进一步降低蓄热室中散热损失。
在本发明的一些实施例中，所述内层高温蓄热室、所述脱硝蓄热室和所述低温蓄热室中的蓄热体分别独立地填充陶瓷蜂窝体。由此，可以显著提高换热效率。
在本发明的一些实施例中，所述陶瓷蜂窝体截面为四边形、六边形或圆形，优选六边形。由此，可以进一步提高换热效率。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的分层蓄热式脱硝燃烧器的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种分层蓄热式脱硝燃烧器。根据本发明的实施例，参考图1，该分层蓄热式脱硝燃烧器包括：燃烧器本体100、气流驱动件200、催化剂入口101、开口102和煤气入口103。
根据本发明的实施例，参考图1，燃烧器本体100内包括依次连通的气流通道11、蓄热室12和燃烧室13，蓄热室12包括内层高温蓄热室14和外层低温蓄热室15，并且内层高温蓄热室14和燃烧室13连通。
根据本发明的一个实施例，参考图1，外层低温蓄热室15环绕在内层高温蓄热室14至少一部分外表面上，并且内层高温蓄热室14与外层低温蓄热室15之间设置隔板墙16。发明人发现，通过采用由内层高温蓄热室和外层低温蓄热室组成的蓄热室，并且外层低温蓄热室环绕设置在内层高温蓄热室外表面上，从而可以有效避免内层高温蓄热室直接与外界接触，进而降低蓄热室内的热量损失。
根据本发明的一个具体实施例，隔板墙16可以为耐高温隔墙。由此，既能耐受高温又具有很好的隔热效果，减小内层高温蓄热室与外层低温蓄热室之间的传热，从而进一步降低蓄热室内热量损失。
根据本发明的再一个实施例，外层低温蓄热室15沿着远离流体通道11方向依次包括脱硝蓄热室17和低温蓄热室18，即使得气流通道中的烟气经脱硝蓄热室处理后再经低温蓄热室换热后再排出燃烧器。发明人发现，通过采用由脱硝蓄热室和低温蓄热室组成的外层低温蓄热室，使得烟气中的氮氧化物在脱硝蓄热室中被脱除，脱硝后的烟气经低温蓄热室换热后再排出燃烧器，从而使得烟气达标排放。
根据本发明的一个具体实施例，内层高温蓄热室14、脱硝蓄热室17和低温蓄热室18中的蓄热体可以分别独立地填充陶瓷蜂窝体，并且陶瓷蜂窝体截面可以为四边形、六边形或圆形，优选六边形。由此，可以显著提高内层高温蓄热室、脱硝蓄热室和低温蓄热室的换热效率，从而提高烟气余热的充分利用。具体的，内层高温蓄热室14可以承受烟气的温度超过1200℃，外层低温蓄热室可以承受烟气的温度在800℃以内。
需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对脱硝蓄热室中进行去脱硝化合物进行选择，只要能够实现去除烟气中氮氧化物的作用即可。
根据本发明的再一个实施例，参考图1，气流驱动件200设置在内层高温蓄热室14和燃烧室13之间，当内层高温蓄热室和外层低温蓄热室处于蓄热状态时，在气流驱动件的作用下，燃烧室内燃烧产生的高温烟气从燃烧室内进入内层高温蓄热室中进行蓄热，然后再经外层低温蓄热室蓄热后从开口排出；而当内层高温蓄热室和外层低温蓄热室处于放热状态时，在气流驱动件的作用下，空气经开口进入外层低温蓄热室预热后，再经内层高温蓄热室预热后进入燃烧室作为助燃空气使用。
根据本发明的一个具体实施例，气流驱动件可以为旋流叶片。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，催化剂入口101可以设置在气流通道11上。具体的，在内层高温蓄热室和外层低温蓄热室处于蓄热状态时，即燃烧室产生的高温烟气气流驱动件的作用下进入内层高温蓄热室中进行蓄热，经内层高温蓄热室换热后的烟气进入到气流通道中，此时从催化剂入口喷入催化剂(例如：氨水或尿素)与换热后的烟气混合后进入到外层低温蓄热室中的脱硝蓄热室进行脱硝处理，最后经低温蓄热室换热后经开口排出，而当内层高温蓄热室和外层低温蓄热室处于放热状态(即预热空气状态)，催化剂入口关闭。
根据本发明的一个具体实施例，可以包括多个催化剂入口101，并且多个催化剂入口101靠近外层低温蓄热室15设置，并且多个催化剂入口均匀布置在气流通道上。参考图1，催化剂入口101可以为两个，并且连个催化剂入口相对于内层高温蓄热室对称设置在气流通道的侧壁上。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，开口102设置在燃烧器本体100上且与低温蓄热室18连通，且适于在当内层高温蓄热室和外层低温蓄热室处于蓄热状态时，排出换热和脱硝后的烟气(温度降低至120℃以下)；而当内层高温蓄热室和外层低温蓄热室处于放热状态时，通过开口向燃烧器中供给常温空气。
根据本发明的一个具体实施例，可以包括多个开口102，多个开口102均匀布置在燃烧器本体100的外表面，参考图1，开口102可以为两个，并且两个开口对称设置在燃烧器本体100的上下表面上。
根据本发明的又一个实施例，煤气入口103与燃烧室13连通，且适于向燃烧室中供给煤气，参考图1，煤气入口103可以为两个，并且两个煤气入口103可以对称设置在燃烧器本体100的上下表面上。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，分层蓄热式脱硝式燃烧器进一步包括隔热层300和保温层400。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，隔热层300设置在气流通道11、蓄热室12和燃烧室13的外表面上，从而可以有效避免蓄热室与外界接触而导致热量损失。根据本发明的一个具体实施例，气流通道11和外层低温蓄热室外表面15的隔热层材质为耐火砖，剩余部分的隔热层材质为烧嘴砖。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，保温层400设置在隔热层300的外表面上。由此，可以进一步避免蓄热室热量散失，进而提高烟气余热的充分利用。根据本发明的一个具体实施例，所述保温层材质可以为轻质浇注料。
根据本发明的一个实施例，本申请的分层蓄热式脱硝燃烧器可以应用于燃气锅炉上。具体的，该分层蓄热室脱硝燃烧器上的蓄热室布置在锅炉的侧壁上且通过开口与锅炉炉膛连通。
为了方便理解，下面对分层蓄热室脱硝燃烧器的工作过程进行详细描述。
以该分层蓄热式脱硝燃烧器应用于燃气锅炉为例，首先，通过设置在燃烧器本体上下表面的开口向燃烧器供给常温空气，同时通过煤气入口向燃烧室中供给煤气，在气流驱动件的作用下，使得煤气与空气在燃烧室混合后燃烧为锅炉炉膛供热，而当内层高温蓄热室和外层低温蓄热室处于蓄热状态时，切断开口处常温空气的供给，并且打开催化剂入口，使得炉膛中产生的高温烟气在气流驱动件的作用下进入内层高温蓄热室进行换热，换热后的烟气进入气流通道与催化剂混合后进入外层低温蓄热室中的脱硝蓄热室进行脱硝蓄热，最后再经低温蓄热室换热后经开口排出；而当内层高温蓄热室和外层低温蓄热室蓄热完全后，关闭催化剂入口，通过开口供给常温空气，使得常温空气经低温蓄热室和脱硝蓄热室预热后再经内层高温蓄热室预热后供给至燃烧室与煤气混合进行燃烧为炉膛供热，然后待内层高温蓄热室和外层低温蓄热室放热完全后，切换其状态。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对蓄热室的蓄热和放热时间间隔进行调整。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种分层蓄热式脱硝燃烧器，其特征在于，包括：
燃烧器本体，所述燃烧器本体内包括依次连通的气流通道、蓄热室和燃烧室，所述蓄热室包括内层高温蓄热室和外层低温蓄热室，所述内层高温蓄热室和所述燃烧室连通，所述外层低温蓄热室环绕在所述内层高温蓄热室至少一部分外表面上，并且所述内层高温蓄热室与所述外层低温蓄热室之间设置隔板墙，所述外层低温蓄热室沿着远离所述流体通道方向依次包括脱硝蓄热室和低温蓄热室；
气流驱动件，所述气流驱动件设置在所述内层高温蓄热室和所述燃烧室之间；
催化剂入口，所述催化剂入口设置在所述气流通道上；
开口，所述开口设置在所述燃烧器本体上且与所述低温蓄热室连通；
煤气入口，所述煤气入口与所述燃烧室连通。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，进一步包括：
隔热层，所述隔热层设置在所述气流通道、所述蓄热室和所述燃烧室的外表面上；
保温层，所述保温层设置在所述隔热层的外表面上。
3.根据权利要求2所述的燃烧器，其特征在于，所述气流通道和所述外层低温蓄热室外表面的隔热层材质为耐火砖，剩余部分的隔热层材质为烧嘴砖。
4.根据权利要求2所述的燃烧器，所述保温层材质为轻质浇注料。
5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，包括多个所述开口，所述多个开口均匀布置在所述燃烧器本体的外表面。
6.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，包括多个所述催化剂入口，所述多个催化剂入口靠近所述外层低温蓄热室设置。
7.根据权利要求4所述的燃烧器，其特征在于，所述多个催化剂入口均匀布置在所述气流通道上。
8.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述隔板墙为耐高温隔墙。
9.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于，所述内层高温蓄热室、所述脱硝蓄热室和所述低温蓄热室中的蓄热体分别独立地填充陶瓷蜂窝体。
10.根据权利要求9所述的燃烧器，其特征在于，所述陶瓷蜂窝体截面为四边形、六边形或圆形，优选六边形。
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