CN110160066A - 烟气加热系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种烟气加热系统，适于加热原始烟气，包括：烟道，所述烟道内适于通入原始烟气；至少两个燃烧器，布置在所述烟道相对的两侧，所述燃烧器设有燃烧室，所述燃烧室布置在所述烟道内并适于进行燃料气的燃烧，所述原始烟气适于经过所述燃烧室加热后混合，并形成混合烟气；以及助燃风系统，连接于所述燃烧器和烟道，所述助燃风系统包括助燃风机，所述助燃风机与所述燃烧器下游的烟道连通，以便将所述烟道内的部分混合烟气或大气中的空气抽取至所述燃烧器内。本发明的烟气加热系统，能防止烟道内的混合烟气量增加过快，保证烟道内的负压环境，使烟气加热过程更稳定和安全。

Description

烟气加热系统

技术领域

本发明涉及烟气加热技术领域，尤其涉及一种烟气加热系统。

背景技术

在钢铁、冶金和煤化工行业中，烧结机等设备的排烟温度较低，为了满足后续在SCR设备中的脱氮处理或其它工艺要求，需要对排放的烟气进行加热。烟气加热有多种方式，例如直接增设换热器、设置电加热等通过引来高温热源进行加热，这些方式由于需要额外增加热源，导致运行成本较高。

此外，由于在钢铁、冶金和煤化工行业的工业设备中，通常会产生大量的高炉煤气、焦炉煤气等燃料气。因此，现有技术中，很多企业会利用这些燃料气的燃烧器，通过在烟道外部设置单独的加热炉，根据加热炉的功率设置一个或多个高炉煤气或焦炉煤气燃烧器，燃烧器内的燃料气进行燃烧后产生高温烟气，高温烟气通过支路送入烟道内并与烟道内的原始烟气混合，实现对原始烟气的加热。上述方法由于需要在烟道外部单独设置加热炉，一方面投资成本较高，另一方面，燃料气燃烧后的高温烟气与烟道内的原始烟气混合后，会导致烟道内烟气总量急剧增加，从而对烟气系统造成较大的影响，还会导致现有的引风机出力不足的问题。

发明内容

为此，本发明提供了一种烟气加热系统，以解决或至少缓解上面存在的问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种烟气加热系统，适于加热原始烟气，包括：烟道，所述烟道内适于通入原始烟气；至少两个燃烧器，布置在所述烟道相对的两侧，所述燃烧器设有燃烧室，所述燃烧室布置在所述烟道内并适于进行燃料气的燃烧，所述原始烟气适于经过所述燃烧室加热后混合，并形成混合烟气；以及助燃风系统，连接于所述燃烧器和烟道，所述助燃风系统包括助燃风机，所述助燃风机与所述燃烧器下游的烟道连通，以便将所述烟道内的部分混合烟气或大气中的空气抽取至所述燃烧器内。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述至少两个燃烧器对冲布置在所述烟道的两侧。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，还包括：燃料气系统，与所述燃烧器连通，所述燃料气系统适于将燃料气送入所述燃烧器内；以及点火器，伸入至所述燃烧器内，所述点火器适于点燃所述燃烧器内的燃料气。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，还包括：导流装置，布置在所述烟道内，所述导流装置适于对所述原始烟气进行分流，以便部分所述原始烟气经过所述燃烧室的外壁而加热。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述导流装置包括：分流装置，位于所述燃烧器的上游，所述分流装置适于将所述原始烟气分流为第一烟气和第二烟气，所述第二烟气适于从两个燃烧室之间流向所述燃烧室的下游，所述第一烟气适于经过所述燃烧室的外壁，并在所述燃烧室下游与所述第二烟气、已加热后的高温烟气混合而形成所述混合烟气。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述燃烧器设有两个，且所述两个燃烧器对冲布置在所述烟道的两侧。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述燃烧室远离烟道轴心一端的径向宽度小于靠近烟道轴心一端的径向宽度。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述燃烧室包括：锥形部；以及柱形部，由所述锥形部的尾端向靠近烟道轴心的方向延伸而成。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述锥形部的侧面投影线与水平方向的夹角为a，其中，a≤75°。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述燃烧室壁部的材质为不锈钢，所述不锈钢的耐热温度为T，其中，T≥600℃。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述燃烧室包括：一级燃烧室，所述一级燃烧室环设有一级蓄热环，所述一级燃烧室适于进行第一部分燃料气的燃烧，所述一级蓄热环适于吸收所述第一部分燃料气燃烧释放的热量和点火器释放的热量；以及二级燃烧室，布置在所述燃烧室靠近烟道轴心的一端，并与一级燃烧室沿轴向贯通，所述二级燃烧室环设有二级蓄热环，所述二级燃烧室适于进行第二部分燃料气的燃烧，所述二级蓄热环适于吸收所述第二部分燃料气燃烧释放的热量。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述点火器适于伸入至所述一级燃烧室内，并适于点燃所述一级燃烧室内的第一部分燃料气。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述燃烧器还包括：稳燃钝体，布置在所述一级燃烧室内，所述稳燃钝体适于引燃所述二级燃烧室内的第二部分燃料气。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述点火器为等离子点火器。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述燃料气为高炉煤气或焦炉煤气。

可选地，在根据本发明的烟气加热系统中，所述烟道的长度L的取值范围为L≥2.5m。

根据本发明的技术方案，提供了一种烟气加热系统，在烟道的两侧对冲设置燃烧器，燃烧器包括布置在烟道内两侧的燃烧室，烟道内的原始烟气经过燃烧室进行一次加热后，在燃烧室下游与高温烟气混合，实现二次加热。可见，本发明的烟气加热系统，不用设置单独的加热炉，成本较低，而且烟道内的温度场均匀且稳定，能保证对原始烟气进行充分均匀地加热。此外，通过将烟道内的混合烟气或大气中的空气引入燃烧器内，不仅能达到助燃的效果，而且能防止烟道内的混合烟气增加过快，保证烟道内的负压环境，使烟气加热过程更稳定和安全。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

为了实现上述以及相关目的，本文结合下面的描述和附图来描述某些说明性方面，这些方面指示了可以实践本文所公开的原理的各种方式，并且所有方面及其等效方面旨在落入所要求保护的主题的范围内。通过结合附图阅读下面的详细描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。遍及本公开，相同的附图标记通常指代相同的部件或元素。

图1示出了根据本发明一个实施例的烟气加热系统的结构示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例中的燃烧室的结构示意图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

如前文所述，现有技术中用于烟气加热的加热炉，在使用过程中或多或少存在一定的功能缺陷，因此本发明提出了一种性能更优化的烟气加热系统100。图1示出了本发明的烟气加热系统100的结构示意图。

如图1所示，烟气加热系统100包括烟道110，烟道110是由现有的烟道沿径向扩宽形成。烟道110的上游被通入有原始烟气，原始烟气即是烧结机等设备排放的低温烟气，需对低温的原始烟气进行加热处理，以便烟气达到后续SCR脱硝处理等工艺要求的温度。烟道110的两侧相对地布置有至少两个燃烧器130，换言之，烟气加热系统100包括偶数个燃烧器130，至少包括两个燃烧器130，每两个燃烧器130相对地布置在烟道的两侧。每个燃烧器130均设有燃烧室135，且燃烧室135布置在烟道110的内侧，这样，每两个对应的燃烧室135位于烟道110内的相对的两侧。

具体地，燃烧器130从烟道110的外侧伸入至烟道110内，其中，燃烧室135位于烟道110内部，而燃烧器130的箱壳131布置在烟道110的外侧。燃烧器130的箱壳131与对应的燃烧室135同轴设置。需要说明的是，燃烧器130内适于被通入高炉煤气或焦炉煤气等燃料气，并在燃烧室135内进行燃料气的燃烧。由于燃料气的燃烧释放的热量会被燃烧室135的壁部吸收，从而使燃烧室135的壁部处于高温状态，并能通过辐射将热量散发至燃烧室135的外围，而且，烟道110内每两个相对的燃烧室135之间也会形成高温的温度场。这样，当低温的原始烟气经过燃烧室135时，无论是经过燃烧室135的壁部，还是从相对的两个燃烧室135之间通过，都能实现加热的效果，而且，加热后的烟气在烟道110内位于燃烧室135下游的区域混合，并形成温度均匀的混合烟气。应当理解，烟气混合的过程也是二次加热的过程。

优选地，相对应的每两个燃烧器130对冲布置在烟道110的两侧。通过将每两个燃烧器130对冲布置，能有效支撑与其相对的一个燃烧器130内的火焰，并能加强烟道110内烟气气流的扰动与混合，保证烟道110内温度场的均匀，也有助于烟道110内烟气的受热和混合更均匀，保证烟气加热后的整体温度水平。

另外，燃烧室135壁部的材质为耐热的不锈钢，且不锈钢的耐热温度T的范围为T≥600℃。通过采用耐热不锈钢材质的燃烧室，能有效防止低温的原始烟气气流在经过燃烧器130时影响燃烧器130内的火焰，从而保证燃烧器130内的燃料气的着火和稳定燃烧。而且，原始烟气气流的冲刷会降低燃烧室135的壁温，有助于延长燃烧室135的使用寿命。

根据一个实施例，如图1所示，每个燃烧器130分别设有独立的燃料气系统140，燃料气系统140通过管道与对应的燃烧器130连通，从而能向燃烧器130内送入燃料气。

进一步地，每个燃烧器130还包括一个点火器160。点火器160伸入至燃烧器130内，从而通过点火器160能点燃燃烧器130内的燃料气，实现燃料气在燃烧室135内的燃烧。

应当指出，由于本发明中的燃烧器130一般采用高炉煤气燃烧器或者焦炉煤气燃烧器，燃料气系统140通入的燃料气为高炉煤气或焦炉煤气。由于高炉煤气或焦炉煤气均为劣质的燃料气，容易造成燃烧不稳定的情况。因此，点火器130优选为等离子点火器，等离子点火器具有伴烧功能，能在燃烧器130内的燃料气燃烧不稳定时进行伴烧，从而能保证燃料气的稳定燃烧。

根据一个实施例，如图1所示，烟气加热系统100还包括与燃烧器130连接的助燃风系统170，通过助燃风系统170能向燃烧器130内通入助燃的烟气或空气。烟气和空气会进入燃烧室135内并与燃烧室135内的燃料气一起燃烧，有助于燃料气的着火以及更充分地燃烧。需要说明的是，助燃风系统170的一端与烟道110连接，具体是与燃烧器130下游的烟道110区域连通，且助燃风系统170设有单独的空气入口，从而能将烟道110内的混合烟气或大气中的空气抽取并引入到燃烧器130内。

进一步地，助燃风系统170包括助燃风机175，助燃风机175与燃烧器130下游的烟道110区域连通。一方面，在采用烟气助燃时，助燃风机175是作为引风机使用，助燃风机175适于将烟道110内的部分混合烟气抽取并引入燃烧器130内，从而，通过混合烟气协助燃烧器130内燃料气的着火及燃烧。由于助燃的烟气是从烟道110内抽取的混合烟气，有助于控制烟道110内的混合烟气的总量，防止烟道110内混合烟气增加过快、烟气总量过高，使一定时间内烟道110内的烟气增加的压头较小，从而避免了引风机出力不足的问题，使烟气的加热过程更稳定。另一方面，在采用空气助燃时，助燃风机175适于从大气中抽取空气并将空气送入燃烧器130内，从而为燃烧器130内的燃料气的着火和燃烧提供氧气。

需要说明的是，通过从烟道110内抽取烟气或从大气中抽取空气引入燃烧器130内，不仅能协助燃烧器130内的燃料气的着火和稳定燃烧，而且，能维持烟道110始终处于负压状态，避免了高压引发的爆炸现象。

此外，助燃风系统170还设有控制阀门，通过控制阀门能控制助燃风系统170向燃烧器130内通入烟气或空气的速度，有利于根据燃烧室135内的燃烧情况合理调控通入的烟气量或空气量。

根据一个实施例，烟道110内还设有导流装置150，导流装置150适于将烟道110内的原始烟气进行分流，以便部分原始烟气经过燃烧室135的外壁(即是从燃烧室135的外壁部流过)，从而进行一次加热。具体地，导流装置150包括分流装置151，分流装置151布置在烟道110内相对于燃烧室135的上游区域。原始烟气在流入导流装置150时，先经分流装置151分流，并使分流后的部分原始烟气从燃烧室135的外壁流过，燃烧室135壁部的高温会对该部分原始烟气进行一次加热，一次加热后的烟气继续流至燃烧室135下游的烟道区域。

这里，烟道110内的原始烟气分流后，形成与燃烧室135相对应的至少两股第一烟气，还分流形成一股第二烟气。其中，每股第一烟气适于经过燃烧室135的外壁进行一次加热后继续流至燃烧室135的下游。第二烟气直接沿烟道110的轴向从两个相对的燃烧室135之间流过，应当理解，第二烟气会被燃烧室135之间的高温温度场进行一次加热，并继续流向燃烧室135的下游。这样，经一次加热后的第一烟气、第二烟气与已经加热形成的高温烟气在燃烧室135的下游混合，从而形成温度均匀的混合烟气。烟气混合的过程也是二次加热的过程。需要说明的是，由于烟气加热系统100对原始烟气的加热处理是连续的过程，从而，在烟道110内位于燃烧室135下游的区域已存在经加热后混合形成的高温烟气，这样，经一次加热后的第一烟气、第二烟气在流到燃烧室135下游后，会与燃烧室135下游已存在的高温烟气混合，在混合时实现二次加热并形成温度均匀的混合烟气。

根据一种实施方式，燃烧室135设有两个，且两个燃烧器130对冲布置在烟道110的两侧。分流装置适于将原始烟气分流形成两股第一烟气和一股第二烟气，其中，两股第一烟气分别经过两个相对的燃烧室135的外壁后继续流至燃烧室135的下游。一股第二烟气直接沿烟道110的轴向从两个相对的燃烧室135之间流过，并流至燃烧室135的下游。

如图1所示，燃烧室135远离烟道轴心一端的径向宽度小于靠近烟道轴心一端的径向宽度。燃烧室135的直径和轴向长度与燃烧器130的功率相关。具体地，燃烧室130包括锥形部和柱形部，其中，柱形部是由锥形部的尾端(直径较大的一端)向靠近烟道轴心的方向延伸形成。

可选地，设定锥形部的侧面的投影线(即是图中所示的锥形部截面的斜边)与水平方向的夹角为a，则该夹角a的取值范围为a≤75°。应当理解，燃烧室135采用上述设置，有助于燃烧室135内的火焰和燃料气充分扩散，有利于燃烧室135内的燃料气充分地燃烧，从而保证燃烧室135壁部的高温、以及烟道110内稳定均匀的温度场。

根据一个实施例，如图2所示，燃烧室135包括同轴设置并贯通的一级燃烧室136和二级燃烧室137，且一级燃烧室136和二级燃烧室137沿燃料气流动的方向排列，即是二级燃烧室137布置在靠近烟道110轴心的一端。具体地，二级燃烧室137包括上述锥形部和柱形部，且二级燃烧室137的锥形部环设在一级燃烧室136的外侧。此外，一级燃烧室136的侧壁环设有一级蓄热环138，二级燃烧室137的侧壁环设有二级蓄热环139。

在根据本发明的实施例中，燃料气分两路(即是分成第一部分燃料气和第二部分燃料气)进入燃烧器130中燃烧。具体地，第一部分燃料气是作为点火燃料被通入到一级燃烧室136中，并适于在一级燃烧室136中燃烧；第二部分燃料气是作为主燃料被通入到二级燃烧室137中，并适于在二级燃烧室137中燃烧。首先，通过等离子点火器160将一级燃烧室136中的第一部分燃料气点燃，进而，第一部分燃料气燃烧时的火焰能扩散而引燃二级燃烧室137中的第二部分燃料。

需要说明的是，一级蓄热环138适于吸收第一部分燃料气燃烧时释放的热量以及等离子点火器160点火时的热量，并蓄积部分热量来维持一级蓄热环138的高温，从而能保证第一部分燃料气的稳定燃烧。二级蓄热环139适于吸收第二部分燃料气燃烧释放的热量以及第一部分燃料气燃烧释放的热量，并蓄积部分热量来维持二级蓄热环139的高温，从而通过辐射能将热量传递至二级燃烧室137内，保证二级燃烧室137内的第二部分燃料气稳定充分地燃烧。

进一步地，燃烧器130还包括稳燃钝体133，当等离子点火器160点燃一级燃烧室136内的第一部分燃料气后，一级燃烧室136的燃气火焰能通过稳燃钝体133扩散，从而能将二级燃烧室137内的第二部分燃料气引燃。

应当理解，通过上述设置，能保证燃烧室135内的燃料气充分、稳定地燃烧而释放热量，从而能维持燃烧室135壁部处于稳定的高温状态，并维持烟道110内温度场的均匀稳定，使烟道110内的烟气能充分加热、均匀混合，达到后续工艺要求的温度。

根据一种实施方式，烟道110的总长度L不小于2.5m，即是L≥2.5m。分流装置151距离燃烧器130的距离约为1-5m。这样，能保证烟道110内具有充分、合理的空间，能对烟道加热系统100的导流装置150、燃烧室135进行合理布置，并能保证烟气的分流、一次加热、混合二次加热的过程顺利进行。

A11、如A3所述的烟气加热系统，其中，所述燃烧室包括：一级燃烧室，所述一级燃烧室环设有一级蓄热环，所述一级燃烧室适于进行第一部分燃料气的燃烧，所述一级蓄热环适于吸收所述第一部分燃料气燃烧释放的热量和点火器释放的热量；以及二级燃烧室，布置在所述燃烧室靠近烟道轴心的一端，并与一级燃烧室沿轴向贯通，所述二级燃烧室环设有二级蓄热环，所述二级燃烧室适于进行第二部分燃料气的燃烧，所述二级蓄热环适于吸收所述第二部分燃料气燃烧释放的热量。A12、如A11所述的烟气加热系统，其中，所述点火器适于伸入至所述一级燃烧室内，并适于点燃所述一级燃烧室内的第一部分燃料气。A13、如A12所述的烟气加热系统，其中，所述燃烧器还包括：稳燃钝体，布置在所述一级燃烧室内，所述稳燃钝体适于引燃所述二级燃烧室内的第二部分燃料气。A14、如A3所述的烟气加热系统，其中，所述点火器为等离子点火器。A15、如A1-A14任一项所述的烟气加热系统，其中，所述燃料气为高炉煤气或焦炉煤气。A16、如A1-A15任一项所述的烟气加热系统，其中，所述烟道的长度L的取值范围为L≥2.5m。

本说明书的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等均应做广义理解。此外，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系是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设备或单元必须具有特定的方向、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。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”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一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下被实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

Claims (10)

1.一种烟气加热系统，适于加热原始烟气，包括：

烟道，所述烟道内适于通入原始烟气；

至少两个燃烧器，布置在所述烟道相对的两侧，所述燃烧器设有燃烧室，所述燃烧室布置在所述烟道内并适于进行燃料气的燃烧，所述原始烟气适于经过所述燃烧室加热后混合，并形成混合烟气；以及

助燃风系统，连接于所述燃烧器和烟道，所述助燃风系统包括助燃风机，所述助燃风机与所述燃烧器下游的烟道连通，以便将所述烟道内的部分混合烟气或大气中的空气抽取至所述燃烧器内。

2.如权利要求1所述的烟气加热系统，其中：

所述至少两个燃烧器对冲布置在所述烟道的两侧。

3.如权利要求1或2所述的烟气加热系统，其中，还包括：

燃料气系统，与所述燃烧器连通，所述燃料气系统适于将燃料气送入所述燃烧器内；以及

点火器，伸入至所述燃烧器内，所述点火器适于点燃所述燃烧器内的燃料气。

4.如权利要求1-3任一项所述的烟气加热系统，其中，还包括：

导流装置，布置在所述烟道内，所述导流装置适于对所述原始烟气进行分流，以便部分所述原始烟气经过所述燃烧室的外壁而加热。

5.如权利要求4所述的烟气加热系统，其中，所述导流装置包括：

分流装置，位于所述燃烧器的上游，所述分流装置适于将所述原始烟气分流为第一烟气和第二烟气，所述第二烟气适于从两个燃烧室之间流向所述燃烧室的下游，所述第一烟气适于经过所述燃烧室的外壁，并在所述燃烧室下游与所述第二烟气、已加热后的高温烟气混合而形成所述混合烟气。

6.如权利要求1-5任一项所述的烟气加热系统，其中：

所述燃烧器设有两个，且所述两个燃烧器对冲布置在所述烟道的两侧。

7.如权利要求1-6任一项所述的烟气加热系统，其中：

所述燃烧室远离烟道轴心一端的径向宽度小于靠近烟道轴心一端的径向宽度。

8.如权利要求7所述的烟气加热系统，其中，所述燃烧室包括：

锥形部；以及

柱形部，由所述锥形部的尾端向靠近烟道轴心的方向延伸而成。

9.如权利要求8所述的烟气加热系统，其中：

所述锥形部的侧面投影线与水平方向的夹角为a，其中，a≤75°。

10.如权利要求1-9任一项所述的烟气加热系统，其中：

所述燃烧室壁部的材质为不锈钢，所述不锈钢的耐热温度为T，其中，T≥600℃。