CN112161270A - 一种蓄热式低氮烧嘴 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种蓄热式低氮烧嘴，涉及加热炉烧嘴技术领域，尤其是一种蓄热式低氮烧嘴，其包括：本体以及蓄热体，本体设有相互连通的第一通道、第二通道以及第三通道，蓄热体设置在第一通道内部，第一蓄热器第一孔的内表面涂覆有脱硝催化剂，作为烧嘴时，分别用于通入燃气、通入助燃风以及进行燃烧，作为排烟管道时，第一通道以及第三通道用于排出燃烧后的烟气，燃烧后的烟气逐步加热蓄热体，使得蓄热体温度逐步增高，热量得以保存至蓄热体，节省能源；蓄热体内部有涂覆有脱硝催化剂的孔，燃烧后的烟气余温较高，经过催化剂作用，烟气中的氮氧化物得以分解，降低了燃烧后氮氧化物含量，一举两得。
Description
技术领域
本发明涉及加热炉烧嘴技术领域，尤其是一种蓄热式低氮烧嘴。
背景技术
蓄热式烧嘴是使两个具有蓄热介质的烧嘴构成一对而交替地使炉内气体和燃烧空气流入，而作为高温空气来回收废热并实现燃烧效率的改善的交替燃烧方式的烧嘴装置。近年来，通过不断改进，以更高热效率为目标的装置、追求维护容易性的装置等，高性能化不断推进。
目前蓄热式烧嘴由于蓄热体将空气预热至1000℃左右，导致烧嘴燃烧的火焰温度高达2000℃，燃烧后的烟气中氮氧化物生成量高达1500mg/m³。热力型氮氧化物的产生条件主要是燃烧温度，当燃烧温度在1500℃以上时，氮气和氧气会急剧反应生成氮氧化物。
目前市场上通过降低燃烧温度的方式降低氮氧化物的蓄热式烧嘴比较流行，但是通过降低燃烧温度降低氮氧化物的缺陷是造成炉温低，不能很好的完成工业炉的基本加热功能，导致工件温度达不到工艺要求。新型蓄热式烧嘴既能降低氮氧化物同时也能很好的满足工业炉的生产工艺。
发明内容
本发明提供了一种蓄热式低氮烧嘴，用于解决现有技术中燃烧后烟气含有较高浓度氮氧化物的问题。
本发明采用如下技术方案：
一种蓄热式低氮烧嘴，包括：本体以及蓄热体；
所述本体设有第一通道、第二通道以及第三通道，所述第二通道第一端分别与所述第一通道第二端以及所述第三通道第二端连通；所述蓄热体设置在所述第一通道内部；
所述蓄热体包括：第一蓄热器，所述第一蓄热器为陶瓷材质，所述第一蓄热器设有贯穿上下表面的第一孔，所述第一孔的内表面设有脱硝催化剂层。
进一步地，所述蓄热体还包括：第二蓄热器，所述第二蓄热器为陶瓷材质，所述第二蓄热器设有贯穿上下表面的第二孔，所述第二蓄热器设置在所述第一蓄热器靠近所述第一通道第一端的一侧。
进一步地，所述蓄热体还包括：第三蓄热器，所述第三蓄热器为陶瓷材质，所述第三蓄热器设有贯穿上下表面的第三孔，所述第三蓄热器设置在所述第一蓄热器靠近所述第一通道第二端的一侧。
进一步地，所述第一蓄热器、所述第二蓄热器以及所述第三蓄热器均为蜂窝体，所述第一孔、所述第二孔以及所述第三孔横截面均为正六边形。
进一步地，所述第一通道侧面设有检修盖，所述检修盖与所述第一通道可拆卸连接。
进一步地，所述第二通道横截面面积大于所述第三通道横截面面积，所述第一通道横截面面积大于所述第二通道横截面面积。
进一步地，所述第二通道第一端设有烧嘴砖，所述烧嘴砖为耐火材质，所述烧嘴砖设有贯穿所述烧嘴砖侧面的第四孔，所述第三通道第二端与所述第四孔连通。
进一步地，所述第一蓄热器、所述第二蓄热器以及所述第三蓄热器均为掺有吸氧材料陶瓷材质的蓄热器。
本发明的积极效果如下：
一种蓄热式低氮烧嘴，其包括：本体以及蓄热体，本体设有第一通道、第二通道以及第三通道，蓄热体设置在第一通道内部，第一蓄热器孔的内表面涂覆有脱硝催化剂。该蓄热式低氮烧嘴包括三个互为连通的三个通道，作为烧嘴时，分别用于通入燃气、助燃风以及进行燃烧，作为排烟管道时，第一通道以及第三通道用于排出燃烧后的烟气；燃烧后的烟气同时含有较多的余热以及较浓的氮氧化物，作为排烟管道使用时，燃烧后的烟气逐步加热蓄热体，使得蓄热体温度逐步增高，燃烧后的烟气经过蓄热体冷却后再得以排出，热量得以保存至蓄热体，节省能源；蓄热体设有第一蓄热器，第一蓄热器设有第一孔，第一孔的内表面涂覆有脱硝催化剂，燃烧后的烟气余温较高，经过催化剂作用，烟气中的氮氧化物得以分解，降低了燃烧后氮氧化物含量，一举两得。
该蓄热式低氮烧嘴还设有第二蓄热器，第二蓄热器设置在第一蓄热器更为靠近排烟管道一侧，因最终排烟温度较低导致催化效率低，故第二蓄热器有别于第一蓄热器，其第二孔内不设有脱硝催化剂涂层，由于脱硝催化剂通常含有成本较高的稀土元素，故第二蓄热器成本明显低于第一蓄热器的成本，实现了达到与蓄热体仅设置第一蓄热器等同效果同时，降低了蓄热式低氮烧嘴的成本。
该蓄热式低氮烧嘴还设有第三蓄热器，第三蓄热器设置在第一蓄热器更为远离排烟管道的一侧，因导致蓄热器温度多数时间高于脱销催化剂最佳反应温度导致催化效率明显变低，故第三孔内不再设有脱硝催化剂涂层，此举使得蓄热式低氮烧嘴成本进一步降低。
该蓄热式低氮烧嘴的第一蓄热器、第二蓄热器以及第三蓄热器均为蜂窝体，第一孔、第二孔以及第三孔横截面均为正六边形，蜂窝体为多孔状立方体，孔为正六边形，贯穿蜂窝体本体的上下表面。现有部分技术蓄热体采用球状蓄热块，燃烧后的高温烟气从球状蓄热块的缝隙中流过，热量储存在球状蓄热块中，该方式因接触面相对较小，换热效率低，如同样的排气温度下，需要的蓄热块要比蜂窝体更多。蜂窝体孔和孔之间形成薄壁，其换热效率可以做到很高。形成蜂窝体的孔截面为六边形，相比圆形孔构成的蜂窝体，蜂窝体的壁可以做到均匀一致，且六边形相比三角形、四边形均更接近于圆形，产生的应力更小，更不容易积灰。
该蓄热式低氮烧嘴第一通道侧面设有检修盖，如蓄热体表面沉降较多的烟尘时，可以打开检修盖，将蓄热体从第一通道中取出，进行清扫，设有检修盖的蓄热式烧嘴，不必为清扫或者更换蓄热体大费周折，省工省力。
该蓄热式低氮烧嘴第二通道中间部位作为燃烧室，燃烧产生的火焰喷向炉内，当第三通道横截面面积小于第一通道横截面面积时，使得燃烧室内部压强变得更大，从而使得燃烧室的火焰可以喷的更远，使得炉内火焰更充足，加热区域更广，更均匀。
该蓄热式低氮烧嘴第三通道设有烧嘴转，第二通道作为燃气通道，需要更低的工作温度，而与之相连的第三通道中间部位作为燃烧室，显然其工作温度很高，烧嘴砖采用耐火材料，其耐高温、隔绝高温的能力更佳，从而避免了将第三通道的高温传递到第二通道，设备使用更安全。
该蓄热式低氮烧嘴第一蓄热器、第二蓄热器以及第三蓄热器材质均为掺有吸氧材料的陶瓷，高温烟气中含有极少量的氧气，氧气可以与用来做脱硝还原剂的CH4以及CO产生反应，且氧气与CH4以及CO结合效率，相比NO或者NO2与CH4以及CO结合效率更高，从而降低脱硝的转化效率。吸氧材料用于吸附高温燃气中及少量的氧气，从而提高催化剂的催化效率，降低烟气中的氮氧化物含量。
附图说明
图1为本发明实施方式蓄热式低氮烧嘴剖视示意图；
图2为本发明实施方式第一蓄热器示意图；
图3为本发明实施方式蓄热式低氮烧嘴工作状态示意图。
图中：
本体1；
第一通道2；
第二通道3；
第三通道4；
第一蓄热器5；
第二蓄热器6；
第三蓄热器7；
检修盖8；
烧嘴砖9。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1-3所示，一种蓄热式低氮烧嘴，包括：本体1以及蓄热体；
一种蓄热式低氮烧嘴，其特征在于，包括：本体1以及蓄热体；
所述本体1设有第一通道2、第二通道3以及第三通道4，所述第二通道3第一端分别与所述第一通道2第二端以及所述第三通道4第二端连通；所述蓄热体设置在所述第一通道2内部；
所述蓄热体包括：第一蓄热器5，所述第一蓄热器5为陶瓷材质，所述第一蓄热器5设有贯穿上下表面的第一孔，所述第一孔的内表面设有脱硝催化剂层。
更为具体地，本体1设有三个通道：第一通道2、第二通道3以及第三通道4。
烧嘴用于燃烧嘴时，第一通道2作为助燃风入口，本实施方式第一通道竖直设置，上侧口为第一端，下侧口为第二端，第一口送入助燃风；第二通道3作为燃气入口，本实施方式第二通道3水平设置，左侧为第二通道3第一端，右侧为第二通道3第二端，第一端作为燃气入口；第三通道4本实施方式为水平设置，左侧为第三通道4第一端，右侧为第三通道4第二端，中间部分为燃烧室，该通道为收口结构，即第三通道4第二端端口截面面积小于中间燃烧室部分。
烧嘴用于排烟通道时，第二通道3关闭，第三通道4第二端作为排烟通道的进气口，流入含有氮氧化物的烟气，第一通道2第一端作为排烟管道的出气口，排出经过处理的烟气。
蓄热体作为用于蓄热、处理含有氮氧化物的关键零部件，设置在第一通道的中间部位。
第一蓄热器5为长方体，该长方体设有贯穿上下表面的第一孔，第一孔内涂覆有用于对于氮氧化物分解产生催化作用的脱销催化剂。炉内含NOx的烟气，在一定温度和催化剂的作用下，与还原剂发生反应，其中的二氧化氮还原为氮气，同时还原剂与气体中的氧发生反应生成水和二氧化碳，还原剂主要是作为燃料的CO、CH4。
主要化学反应原理
CH4+4NO2→CO2+4NO+2H2O；
CH4+4NO→CO2+2N2+2H2O；
4CO+2NO2→4CO2+N2；
2CO+2NO→2CO2+N2；
一套蓄热式低氮烧嘴组成的燃烧系统通常包括至少两个烧嘴，一个热能回收系统以及相应的控制装置。蓄热式低氮烧嘴可根据现场实际情况直接连接在一起或选择用耐火材料浇注的管道连接在一起。
本实施方式为两个蓄热式低氮烧嘴：第一蓄热式低氮烧嘴以及第二蓄热式低氮烧嘴，当第一蓄热式低氮烧嘴里的可燃气体进行燃烧时，第二蓄热式低氮烧嘴起到排烟口的功能，由于经过炉体的烟气仍旧有较高的温度，甚至温度高达2000℃，利用抽烟风机抽出炉子里的热空气通过第二蓄热式低氮烧嘴，烟气的余热加热第二蓄热式低氮烧嘴，使得第二蓄热式低氮烧嘴得以蓄热。当到达温度阈值时，用于控制第一蓄热式低氮烧嘴和第二蓄热式低氮烧嘴切换的蝶阀动作，转换两个蓄热式低氮烧嘴功能切换。即每当其中一个蓄热式低氮烧嘴在用于烧嘴功能时，则另一个则用于充当蓄热器排烟管道进行蓄热。
在热交换中，从作为排烟管道中排出的烟气温度通常在150-200℃，因而不管是蝶阀还是抽烟风机均能长期安全可靠的工作。
正确地安装和选用蓄热式烧嘴可成功地节省能源70%，提高燃烧效率90%。
上述烧嘴在实际应用中有个较为关键的问题，在于因为燃烧后的烟气中含有较高浓度的氮氧化物，如果排出的烟气低至150-200℃，则如果在后续设置脱硝装置，因脱销装置催化温度通常在400℃以上，脱硝装置不能够正常运转，脱销效率低。如果提高排出烟气的温度，如提高到500℃以上，虽然后续设置的脱硝装置能够达到良好的脱硝效果，但同时也会带来能源浪费的问题。
故作为进一步的改进，将用于蓄热的蓄热体设置成带有孔的结构，孔内表面涂覆有脱硝催化剂；炉内含有较高浓度氮氧化物的烟气，经过作为蓄热排烟管道的蓄热式低氮烧嘴时，由于蓄热体设有脱销催化剂，氮氧化物如上述化学式所示得以分解，然后再经过冷却，直至冷却至150-200℃的温度时，再行排出。
该蓄热式低氮烧嘴包括三个互为连通的三个通道，作为烧嘴时，分别用于通入燃气、助燃风以及进行燃烧，作为排烟管道时，第一通道2以及第三通道4用于排出燃烧后的烟气；燃烧后的烟气同时含有较多的余热以及较浓的氮氧化物，作为排烟管道使用时，燃烧后的烟气逐步加热蓄热体，使得蓄热体温度逐步增高，燃烧后的烟气经过蓄热体冷却后再得以排出，热量得以保存至蓄热体，节省能源；蓄热体设有第一蓄热器5，蓄热器5设有第一孔，第一孔的内表面涂覆有脱硝催化剂，燃烧后的烟气余温较高，经过催化剂作用，烟气中的氮氧化物得以分解，降低了燃烧后氮氧化物含量，一举两得。
进一步地，所述蓄热体还包括：第二蓄热器6，所述第二蓄热器6为陶瓷材质，所述第二蓄热器6设有贯穿上下表面的第二孔，所述第二蓄热器6设置在所述第一蓄热器5靠近所述第一通道2第一端的一侧。
更为具体地，第二蓄热器6除第二孔内不涂覆脱硝催化剂以外，其余与第一蓄热器5具有相同的结构。当蓄热式低氮烧嘴作为排烟管道时，第二蓄热器6设置在更为靠近排烟管道口的一侧；本实施方式中，更为靠近第一通道2的第一端。
如果我们所知，燃烧后的烟气经过蓄热体时，烟气温度逐步降低，体现在蓄热体上，即蓄热体本身呈现一个温度梯度，也就是靠近排烟管道口一侧的蓄热体温度明显低于远离排烟管道口一侧的蓄热体。
由于排烟温度通常在150-200℃之间，蓄热体最靠近排烟管道一侧的部分，催化效率低，故作为改进，设置在更为靠近排烟管道一侧的第二蓄热器6第二孔内不涂覆脱硝催化剂。
第二蓄热器6设置在第一蓄热器5更为靠近排烟管道一侧，因最终排烟温度较低导致催化效率低，故第二蓄热器6有别于第一蓄热器5，第二孔内不设有脱硝催化剂涂层，由于脱硝催化剂通常含有成本较高的稀土元素，故第二蓄热器6成本明显低于第一蓄热器5的成本，实现了达到与蓄热体仅设置第一蓄热器5等同效果同时，降低了蓄热式低氮烧嘴的成本。
进一步地，所述蓄热体还包括：第三蓄热器7，所述第三蓄热器7为陶瓷材质，所述第三蓄热器7设有贯穿上下表面的第三孔，所述第三蓄热器7设置在所述第一蓄热器5靠近所述第一通道2第二端的一侧。
更为具体地，第三蓄热器7与第二蓄热器6具有完全相同的结构，第三蓄热器7设置在第一蓄热器更为远离排烟管道的一侧，也就是烟气首先经过第三蓄热器7，然后经过第一蓄热器5，最后经过第二蓄热器6，因燃烧后产生的烟气温度较高，有的情况下接近2000℃，通常而言，脱硝催化剂转化效率最高的温度区间在于400-900℃，较高的温度的烟气反倒使得转化效率变低，因为烟气首先经过第三蓄热器7，导致蓄热器7温度往往高于900℃，故蓄热器7第三孔内不再设有脱硝催化剂涂层。
第三蓄热器7设置在第一蓄热器5更为远离排烟管道的一侧，因导致第三蓄热器7温度多数时间高于脱销催化剂最佳反应温度导致催化效率明显变低，故第三蓄热器7第三孔内不再设有脱硝催化剂涂层，此举使得蓄热式低氮烧嘴成本进一步降低。
进一步地，所述第一蓄热器5、所述第二蓄热器6以及所述第三蓄热器7均为蜂窝体，所述第一孔、所述第二孔以及所述第三孔横截面均为正六边形。
更为具体地，蜂窝体为多孔状立方体，孔横截面为正六边形，贯穿蜂窝体本体的上下表面。现有部分技术蓄热体采用球状蓄热块，燃烧后的高温烟气从球状蓄热块的缝隙中流过，热量储存在球状蓄热块中，该方式因接触面相对较小，换热效率低，如同样的排气温度下，需要的蓄热块要比蜂窝体更多。蜂窝体孔和孔之间形成薄壁，其换热效率可以做到很高。形成蜂窝体的孔横截面为六边形，相比圆形孔构成的蜂窝体，蜂窝体的壁可以做到均匀一致，且六边形相比三角形、四边形均更接近于圆形，产生的应力更小，更不容易积灰。
进一步地，所述第一通道2侧面设有检修盖8，所述检修盖8与所述第一通道2可拆卸连接。
更为具体地，检修盖8设置在第一通道2的侧面，如蓄热体表面沉降较多的烟尘时，可以打开检修盖8，将蓄热体从第一通道2中取出，进行清扫，设有检修盖8的蓄热式烧嘴，不必为清扫或者更换蓄热体大费周折，省工省力。
进一步地，所述第二通道3横截面面积大于所述第三通道4横截面面积，所述第一通道2横截面面积大于所述第二通道3横截面面积。
更为具体地，第二通道3中间部位作为燃烧室，燃烧产生的火焰喷向炉内，当第三通道4横截面面积小于第一通道2横截面面积时，使得燃烧室内部压强变得更大，从而使得燃烧室的火焰可以喷的更远，使得炉内火焰更充足，加热区域更广，更均匀。
进一步地，所述第二通道3第一端设有烧嘴砖9，所述烧嘴砖9为耐火材质，所述烧嘴砖9设有贯穿所述烧嘴砖9侧面的第四孔，所述第三通道4第二端与所述第四孔连通。
更为具体地，第二通道3作为燃气通道，需要更低的工作温度，而与之相连的第三通道4中间部位作为燃烧室，显然其工作温度很高，烧嘴砖9采用耐火材料，其耐高温、隔绝高温的能力更佳，从而避免了将第三通道4的高温传递到第二通道3，设备使用更安全。
进一步地，所述第一蓄热器5、所述第二蓄热器6以及所述第三蓄热器7材质均为掺有吸氧材料的陶瓷。
更为具体地，第一蓄热器5、第二蓄热器6以及第三蓄热器7材质均为掺有吸氧材料的陶瓷，高温烟气中含有极少量的氧气，氧气可以与用来做脱硝还原剂的CH4以及CO产生反应，且氧气与CH4以及CO结合效率，相比NO或者NO2与CH4以及CO结合效率更高，从而降低脱硝的转化效率。吸氧材料用于吸附高温燃气中及少量的氧气，从而提高催化剂的催化效率，降低烟气中的氮氧化物含量。
以上实施方式仅为本发明的优选实施例，而并非本发明可行实施的穷举。对于本领域一般技术人员而言，在不背离本发明原理和精神的前提下对其所做出的任何显而易见的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (8)
1.一种蓄热式低氮烧嘴，其特征在于，包括：本体（1）以及蓄热体；
所述本体（1）设有第一通道（2）、第二通道（3）以及第三通道（4），所述第二通道（3）第一端分别与所述第一通道（2）第二端以及所述第三通道（4）第二端连通；所述蓄热体设置在所述第一通道（2）内部；
所述蓄热体包括：第一蓄热器（5），所述第一蓄热器（5）为陶瓷材质，所述第一蓄热器（5）设有贯穿上下表面的第一孔，所述第一孔的内表面设有脱硝催化剂层。
2.根据权利要求1所述的一种蓄热式低氮烧嘴，其特征在于，所述蓄热体还包括：第二蓄热器（6），所述第二蓄热器（6）为陶瓷材质，所述第二蓄热器（6）设有贯穿上下表面的第二孔，所述第二蓄热器（6）设置在所述第一蓄热器（5）靠近所述第一通道（2）第一端的一侧。
3.根据权利要求2所述的一种蓄热式低氮烧嘴，其特征在于，所述蓄热体还包括：第三蓄热器（7），所述第三蓄热器（7）为陶瓷材质，所述第三蓄热器（7）设有贯穿上下表面的第三孔，所述第三蓄热器（7）设置在所述第一蓄热器（5）靠近所述第一通道（2）第二端的一侧。
4.根据权利要求3所述的一种蓄热式低氮烧嘴，其特征在于，所述第一蓄热器（5）、所述第二蓄热器（6）以及所述第三蓄热器（7）均为蜂窝体，所述第一孔、所述第二孔以及所述第三孔横截面均为正六边形。
5.根据权利要求1-4任一权利要求所述的一种蓄热式低氮烧嘴，其特征在于，所述第一通道（2）侧面设有检修盖（8），所述检修盖（8）与所述第一通道（2）可拆卸连接。
6.根据权利要求5所述的一种蓄热式低氮烧嘴，其特征在于，所述第二通道（3）横截面面积大于所述第三通道（4）横截面面积，所述第一通道（2）横截面面积大于所述第二通道（3）横截面面积。
7.根据权利要求6所述的一种蓄热式低氮烧嘴，其特征在于，所述第二通道（3）第一端设有烧嘴砖（9），所述烧嘴砖（9）为耐火材质，所述烧嘴砖（9）设有贯穿所述烧嘴砖（9）侧面的第四孔，所述第三通道（4）第二端与所述第四孔连通。
8.根据权利要求7所述的一种蓄热式低氮烧嘴，其特征在于，所述第一蓄热器（5）、所述第二蓄热器（6）以及所述第三蓄热器（7）均为掺有吸氧材料陶瓷材质的蓄热器。
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