CN109945668A - 一种蓄热式加热炉低NOx燃烧系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于工业炉窑燃烧与烟气排放领域，具体涉及一种蓄热式加热炉低NOx燃烧系统及其控制方法。该燃烧系统中的煤气蓄热式烧嘴和空气蓄热式烧嘴成对配合且均采用低氮燃烧技术，而煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴将催化反应与蓄热过程相结合，兼具了蓄热、低温催化脱硝的功能，同时配合炉窑本体外的低温脱硝系统，即通过先后进行的低氮燃烧技术、蓄热式烧嘴催化脱硝技术、炉外低温脱硝技术，可有效控制燃烧过程中氮氧化物的产生，实现烟气氮氧化物的超净排放，最终将氮氧化物控制在50mg/Nm³以下，甚至是20mg/Nm³以下，实现了蓄热式加热炉NOx的超低排放，满足最新环保指标的要求。

Description

一种蓄热式加热炉低NOx燃烧系统及其控制方法

技术领域

本发明属于工业炉窑燃烧与烟气排放领域，具体涉及一种蓄热式加热炉低NOx燃烧系统及其控制方法。

背景技术

蓄热式加热炉是一种利用燃料燃烧释放的能量来加热物料的装置，依靠独特的蓄热式换热技术可以将排烟温度降低至150℃，大大提高了炉窑热效率，但由于其独特的蓄热式排烟方式和较低的排烟温度，使其烟气中的NOx不能采用常规方式进行处理。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种蓄热式加热炉低NOx燃烧系统及其控制方法，以实现蓄热式加热炉NOx的超低排放，满足最新环保指标的要求。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种蓄热式加热炉低NOx燃烧系统，包括炉窑本体、煤气蓄热式烧嘴、空气蓄热式烧嘴、煤气煤烟三通换向阀、空气空烟三通换向阀、燃料供给系统以及助燃空气供给系统；煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴成对设置在炉窑本体上，煤气煤烟三通换向阀对应与煤气蓄热式烧嘴相连，空气空烟三通换向阀对应与空气蓄热式烧嘴相连，燃料供给系统通过管路对应与煤气煤烟三通换向阀相连，助燃空气供给系统通过管路对应与空气空烟三通换向阀相连；煤气煤烟三通换向阀上的出烟口通过管路与低温脱硝系统的入口相连，空气空烟三通换向阀上的出烟口通过管路与另一低温脱硝系统的入口相连；

煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴均包括烧嘴箱体、设置在烧嘴箱体内的耐材、以及设置在耐材内的蓄热体，沿烟气流动方向，耐材内位于蓄热体的后方处还设有催化蓄热体，催化蓄热体与蓄热体间隔设置且两者间形成脱硝腔体，脱硝腔体上设有氨气喷枪。

进一步，与煤气煤烟三通换向阀相连的低温脱硝系统的出口端通过煤烟风机与煤烟烟囱相连。

进一步，与空气空烟三通换向阀相连的低温脱硝系统的出口端通过空烟风机与空烟烟囱相连。

进一步，煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴中的脱硝腔体内设有温度检测器。

进一步，还包括对应与煤气蓄热式烧嘴、空气蓄热式烧嘴以及低温脱硝系统相连的脱硝剂雾化系统。

一种适用于上述蓄热式加热炉低NOx燃烧系统的燃烧控制方法，包括：

(1)控制流经煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴中蓄热体的热流体流量，使经过蓄热体吸热后进入脱硝腔体内的热流体温度在280℃～450℃之间；

(2)控制氨气喷枪的喷吹时间并使之位于煤气蓄热式烧嘴以及空气蓄热式烧嘴的换向时间间隔内。

进一步，控制进入低温脱硝系统中的煤气煤烟温度在150℃以下；控制进入低温脱硝系统中的空气空烟温度在150℃以下。

本发明的有益效果在于：

煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴将催化反应与蓄热过程相结合，使得蓄热体仅具有蓄热功能，催化蓄热体兼具了蓄热和脱硝催化的双重功能，在不增加/延长设备运行流程的前提下，不仅实现了分层蓄热，还实现了低温烟气脱硝处理；其也能根据具体使用需求，兼具单蓄热烧嘴和双蓄热式烧嘴的多重功能，使用更加灵活。

系统中的煤气蓄热式烧嘴和空气蓄热式烧嘴成对配合且均采用低氮燃烧技术，而其内部的蓄热体可对应实现蓄热、低温催化脱硝的功能，同时配合炉窑本体外的低温脱硝系统，即通过先后进行的低氮燃烧技术、蓄热式烧嘴催化脱硝技术、炉外低温脱硝技术，可有效控制燃烧过程中氮氧化物的产生，实现烟气氮氧化物的超净排放，最终将氮氧化物控制在50mg/Nm³以下，甚至是20mg/Nm³以下。通过多重技术手段的组合运用，可实现蓄热式加热炉NOx的超低排放，满足最新环保指标的要求。

本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。

附图说明

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：

图1为本发明的系统示意图；

图2为煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴的结构示意图。

附图标记：

燃料供给系统—1、助燃空气供给系统—2、煤气煤烟三通换向阀—3、空气空烟三通换向阀—4、煤气蓄热式烧嘴—5、空气蓄热式烧嘴—6、炉窑本体—7、煤烟风机—8、空烟风机—9、低温脱硝系统—10、煤烟烟囱—11、空烟烟囱—12、脱硝剂雾化系统—13；

烧嘴箱体—501、耐材—502、蓄热体—503、催化蓄热体—504、脱硝腔体—505、氨气喷枪—506。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。

其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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的具体含义。

请参阅图1～图2，为一种蓄热式加热炉低NOx燃烧系统，包括炉窑本体7、煤气蓄热式烧嘴5、空气蓄热式烧嘴6、煤气煤烟三通换向阀3、空气空烟三通换向阀4、燃料供给系统1以及助燃空气供给系统2；其中煤气蓄热式烧嘴5与空气蓄热式烧嘴6各有两组，相对设置在炉窑本体7两侧并与炉窑本体7相连通，煤气煤烟三通换向阀3也有两组，对应与两组煤气蓄热式烧嘴5相连，空气空烟三通换向阀4也有两组，对应与空气蓄热式烧嘴6相连，燃料供给系统1通过管路对应与炉窑本体7两侧的煤气煤烟三通换向阀3一端口相连，助燃空气供给系统2通过管路对应与炉窑本体7两侧的空气空烟三通换向阀4一端口相连；煤气煤烟三通换向阀上的另一端口(出烟口)通过管路与低温脱硝系统10的入口相连，空气空烟三通换向阀4上的另一端口(出烟口)通过管路与另一低温脱硝系统10的入口相连。

本实施例中的煤气蓄热式烧嘴5与空气蓄热式烧嘴6均包括烧嘴箱体501、设置在烧嘴箱体501内的耐材502、以及设置在耐材502内的蓄热体503，沿烟气流动方向，耐材502内位于蓄热体503的后方处还设有催化蓄热体504，催化蓄热体504与蓄热体503间隔设置且两者间形成脱硝腔体505，脱硝腔体505上设有氨气喷枪506。

该燃烧系统中，煤气蓄热式烧嘴5与空气蓄热式烧嘴6的结构形式相同，即耐材502位于烧嘴箱体501的内部，催化蓄热体504、蓄热体503和脱硝腔体505则位于由耐材502和烧嘴箱体501所形成的腔体内，蓄热体503位于烟气流动方向的前部，催化蓄热体504位于烟气流动方向的后部，脱硝腔体505位于蓄热体503和催化蓄热体504之间，氨气喷枪506设置在脱硝腔体505内。

该燃烧系统的连接路径为：

煤气蓄热式烧嘴5、空气蓄热式烧嘴6成对安装在炉窑本体7上，同时分别与煤气煤烟三通换向阀3和空气空烟三通换向阀4相连，燃料供给系统1提供的燃料经煤气煤烟三通换向阀3进入煤气蓄热式烧嘴5，助燃空气供给系统2提供的助燃空气经空气空烟三通换向阀4进入空气蓄热式烧嘴6，成对布置的煤气蓄热式烧嘴5和空气蓄热式烧嘴6喷入炉窑本体7内的煤气和空气在炉窑本体7内部燃烧，将燃料的化学能转化为热能，燃烧后的烟气分别经其对面的煤气蓄热式烧嘴5和空气蓄热式烧嘴6进入煤气煤烟三通换向阀和空气空烟三通换向阀，然后通过管路对应输送至低温脱硝系统10中。

该系统中的煤气蓄热式烧嘴5与空气蓄热式烧嘴6在作为排烟口工作时，烟气依次流经蓄热体503、脱硝腔体505和催化蓄热体504，在排烟过程中，氨气喷枪506不断向脱硝腔体505内喷入脱硝剂，经由蓄热体503吸热后的烟气在脱硝腔体505中与脱硝剂充分混合，后带有脱硝剂的低温烟气(经由蓄热体503吸热后的烟气)进入催化蓄热体504处，与催化蓄热体504中的催化剂发生反应，从而进一步降低低温烟气中的氮氧化物。

该系统中的煤气蓄热式烧嘴5和空气蓄热式烧嘴6成对配合且均采用低氮燃烧技术，而其内部的蓄热体分为两个部分(蓄热体503和催化蓄热体504)，可对应实现蓄热、低温催化脱硝的功能；同时，配合炉窑本体7外的低温脱硝系统10，可有效控制燃烧过程氮氧化物的产生，实现烟气氮氧化物的超净排放。

本实施例中，与煤气煤烟三通换向阀3相连的低温脱硝系统10的出口端通过煤烟风机8与煤烟烟囱11相连；与空气空烟三通换向阀4相连的低温脱硝系统10的出口端通过空烟风机9与空烟烟囱12相连。即经低温脱硝系统10脱硝后的烟气在煤烟风机8与空烟风机9的作用下，经由煤烟烟囱11和空烟烟囱12排入大气。

该燃烧系统还包括对应与煤气蓄热式烧嘴5、空气蓄热式烧嘴6以及低温脱硝系统10相连的脱硝剂雾化系统13，用以向其内部喷吹脱硝剂。

一种适用于上述蓄热式加热炉低NOx燃烧系统的燃烧控制方法，包括：

(1)煤气蓄热式烧嘴5和空气蓄热式烧嘴6成对配合且均采用低氮燃烧技术。

(2)控制流经煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴中蓄热体503的烟气流量，使经过蓄热体503吸热后进入脱硝腔体505内的烟气温度在280℃～450℃之间；通过控制烟气流量，保证烟气温度范围，可使烟气与催化剂的反应达到最优状态。

(3)控制氨气喷枪的喷吹时间并使之位于煤气蓄热式烧嘴以及空气蓄热式烧嘴的换向时间间隔内；在(换向阀)换向时进行脱硝剂喷吹，达到了充分利用间隙时间、保证设备运行平稳性的目的。

(4)控制进入低温脱硝系统10中的煤气煤烟温度以及空气空烟温度在150℃以下。

作为上述方案的进一步改进，煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴中的脱硝腔体4中设有温度检测器。通过温度检测，可实现对流经蓄热体的烟气流量的控制，达到保证烟气温度的目的。

该燃烧系统的控制方法包括了：低氮燃烧技术、蓄热式烧嘴催化脱硝技术以及炉外低温脱硝技术三个独立控制部分。实际运行中，脱硝剂雾化系统13对应向煤气蓄热式烧嘴5、空气蓄热式烧嘴6和低温脱硝系统10供给脱硝剂，在煤气蓄热式烧嘴5、空气蓄热式烧嘴6和低温脱硝系统10中与烟气中的氮氧化物发生反应，通过先后进行的低氮燃烧技术、蓄热式烧嘴催化脱硝技术、炉外低温脱硝技术，可有效控制燃烧过程中氮氧化物的产生，实现烟气氮氧化物的超净排放，最终将氮氧化物控制在50mg/Nm³以下，甚至是20mg/Nm³以下。

需要说明的是：整个燃烧系统的控制过程可根据实际需求进行选择性调控，包括可选择是否采用具有催化脱硝功能的蓄热式烧嘴，也可选择是否采用炉外低温脱硝系统。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (7)

1.一种蓄热式加热炉低NOx燃烧系统，包括炉窑本体、煤气蓄热式烧嘴、空气蓄热式烧嘴、煤气煤烟三通换向阀、空气空烟三通换向阀、燃料供给系统以及助燃空气供给系统；煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴成对设置在炉窑本体上，煤气煤烟三通换向阀对应与煤气蓄热式烧嘴相连，空气空烟三通换向阀对应与空气蓄热式烧嘴相连，燃料供给系统通过管路对应与煤气煤烟三通换向阀相连，助燃空气供给系统通过管路对应与空气空烟三通换向阀相连；其特征在于：煤气煤烟三通换向阀上的出烟口通过管路与低温脱硝系统的入口相连，空气空烟三通换向阀上的出烟口通过管路与另一低温脱硝系统的入口相连；

煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴均包括烧嘴箱体、设置在烧嘴箱体内的耐材、以及设置在耐材内的蓄热体，沿烟气流动方向，耐材内位于蓄热体的后方处还设有催化蓄热体，催化蓄热体与蓄热体间隔设置且两者间形成脱硝腔体，脱硝腔体上设有氨气喷枪。

2.根据权利要求1所述的蓄热式加热炉低NOx燃烧系统，其特征在于：与煤气煤烟三通换向阀相连的低温脱硝系统的出口端通过煤烟风机与煤烟烟囱相连。

3.根据权利要求1所述的蓄热式加热炉低NOx燃烧系统，其特征在于：与空气空烟三通换向阀相连的低温脱硝系统的出口端通过空烟风机与空烟烟囱相连。

4.根据权利要求1所述的蓄热式加热炉低NOx燃烧系统，其特征在于：煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴中的脱硝腔体内设有温度检测器。

5.根据权利要求1所述的蓄热式加热炉低NOx燃烧系统，其特征在于：还包括对应与煤气蓄热式烧嘴、空气蓄热式烧嘴以及低温脱硝系统相连的脱硝剂雾化系统。

6.一种适用于如权利要求1～5任一所述的蓄热式加热炉低NOx燃烧系统的控制方法，其特征在于：

(1)控制流经煤气蓄热式烧嘴与空气蓄热式烧嘴中蓄热体的热流体流量，使经过蓄热体吸热后进入脱硝腔体内的热流体温度在280℃～450℃之间；

(2)控制氨气喷枪的喷吹时间并使之位于煤气蓄热式烧嘴以及空气蓄热式烧嘴的换向时间间隔内。

7.根据权利要求6所述的蓄热式加热炉低NOx燃烧系统的控制方法，其特征在于：控制进入低温脱硝系统中的煤气煤烟温度在150℃以下；控制进入低温脱硝系统中的空气空烟温度在150℃以下。