CN113074382A - 用于脱硝系统的直燃式加热装置 - Google Patents

Abstract

本发明为一种用于脱硝系统的直燃式加热装置，包括多个火焰燃烧器，各火焰燃烧器用于直接加热升温烟气；多个火焰燃烧器构成至少两个燃烧器组；每个燃烧器组的各火焰燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，且相邻两个燃烧器组的切入方向呈相反设置；各火焰燃烧器的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，且火焰喷射长度呈能调整地设置；各火焰燃烧器的中心轴线与水平方向呈能调整的第一夹角设置，各火焰燃烧器的中心轴线与竖直方向呈能调整的第二夹角设置。本发明直接为烟气升温，促使烟气温度达到催化剂理想脱硝反应的温度范围，实现预期的脱硝反应，达到超低排放要求，提高设备运行经济效益。

Description

用于脱硝系统的直燃式加热装置

技术领域

本发明涉及烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种用于脱硝系统的直燃式加热装置。

背景技术

大气污染的治理是环境治理的重要组成部分，随着工业发展和生活水平的提高，人们愈来愈注重环境问题和大气环保问题。

氮氧化物(NOx)是一类主要的大气污染物，是形成酸雨、光化学烟雾以及PM2.5污染的主要因素之一。目前我国工业源NOx排放占NOx排放总量的70％以上，工业烟气中NOx的控制排放技术主要包括燃烧控制技术和燃烧后控制技术。燃烧控制技术包括低氮燃烧技术、再燃烧技术和烟气再循环技术。在燃烧后控制技术中，选择性催化还原(SCR)、选择性非催化还原(SNCR)和SCR－SNCR混合技术是主要技术。从经济和技术效益考虑，选择性催化还原是最有效的NOx后控制技术。

燃煤过程中会产生大量的SO₂、NOx等大气污染物，造成严重的大气污染和经济损失。火电、钢铁等行业排放烟气中污染物多种多样，对NOx的排放提出了严格要求。脱硝的目的主要是脱除一氧化氮(NO)及二氧化氮(NO₂)。

烟气中一氧化氮(NO)占氮氧化物(NOx)比例非常高，往往在90％以上。一氧化氮是一种污染性气体，将一氧化氮直接排放到大气后，一氧化氮容易对大气、土壤和水源造成污染，因此工厂在进行烟气排放时，特别是排出的烟气中含有一氧化氮的，需要对烟气进行脱硝处理。其中，现有的烟气脱硝技术主要有干法和湿法两种，与湿法烟气脱硝技术相比，干法烟气脱硝技术的主要优点是：基本投资低，设备及工艺过程简单，脱除NOx的效率也较高，无废水和废弃物处理，不易造成二次污染。

SCR反应的完成需要使用催化剂。目前应用比较广泛的是运行温度处于320～450℃的中温催化剂，因此催化还原脱硝的反应温度应控制在320～450℃。当反应温度低于300℃时，在催化剂表面会发生副反应，氨与三氧化硫和水反应生成(NH₄)₂SO₄或NH₄SO₄减少与NOx的反应，生成物附着在催化剂表面，堵塞催化剂通道和微孔，降低催化剂活性。另外，如反应温度高于催化剂的适用温度，催化剂通道和微孔发生变形，从而使催化剂失活。因此保证合适的反应温度是选择性催化剂还原法正常运行的关键。锅炉低负荷或大气温度低将造成SCR入口温度低于催化剂使用温度。其中SCR脱硝需要300～400℃的温度窗口，NOx在催化剂和NH₃的作用下还原为N₂，脱硝效率可达90％以上。

在脱硝工序中需要将烟气加热到预设的温度后方能进行脱硝工序的高效稳定进行，现有技术中对烟气加热往往采用在脱硝烟道下方设置加热源并通过高温气体上升后与烟气混合均匀从而实现加热的目的，而由于脱硝系统管道一般尺寸较长，因而位于混合层下方的高温气体上升过程中不可避免会造成热量损失，同时在高温气体的上升过程中与烟气在轴向上混合长度足够长，但是在径向上却不能保证径向混合面足够大，因而不能保证高温气体与烟气的完全、均匀混合。

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设备中的脱硝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、转炉煤气、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，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。

目前，钢铁行业环保形势日趋严峻，钢铁企业要分步开展超低排放改造。现已实施低排改造的钢铁厂应用最多的技术是采用建设一套SCR脱硝装置，然后利用其钢铁厂自有的高炉煤气燃烧来对烟气进行加热，从而达到脱硝入口烟温要求。

高炉煤气由于其热值低，不易着火，一般采用单独敷设浇注料的绝热点火风道，先采用天然气或者轻油枪等点火，将点火风道内温度升起后再通入高炉煤气进行燃烧，最后将燃烧后的高温烟气混入脱硝烟道中，对脱硝烟气进行加热。高炉煤气虽然热值低，但由于其在绝热烟道中进行燃烧，其产生的高温烟气温度可达1200～1400℃，且在点火过程中，如采用天然气或者油枪点火，燃烧温度会更高，可达到1500～1700℃，而普通的耐火浇注料使用温度是1300℃左右，因此容易造成点火风道浇注料的脱落，然后风筒钢板受高温变形，寿命缩短；如使用性能更好的耐火浇注料如氧化铝空心球浇注料，则会因其价格昂贵，造成制造成本大幅增加；此外，还有现有技术中采用大的过剩空气系数来使燃烧烟温降低，但这种方式会大量增加额外所需空气进行加热，从而导致需要增加更多的燃气，致使经济性变差。

现有技术中，有一种用于脱硝系统的直燃式温升加热装置(CN 209501296 U)，还有一种烟气加热系统(CN 210069874 U)，二者中直燃炉均采用对冲的排布方式，火焰燃烧区域相对固定，烟气加热区域较小，无法针对大截面的烟道进行加热，距离直燃炉火焰区域较近的区域温度较高，靠近烟道四周壁面的区域温度较低，在截面轴气流混合效果较差，不利于热量的快速传递和均匀分布。

由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种用于脱硝系统的直燃式加热装置，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于脱硝系统的直燃式加热装置，克服现有技术中存在的问题，该装置直接为烟气升温，促使烟气温度达到催化剂理想脱硝反应的温度范围，实现预期的脱硝反应，达到超低排放要求，提高设备运行经济效益。

本发明的目的是这样实现的，一种用于脱硝系统的直燃式加热装置，包括穿设于脱硝烟道侧壁上的多个火焰燃烧器，各所述火焰燃烧器用于直接加热升温烟气；多个火焰燃烧器构成至少两个燃烧器组；每个燃烧器组的各火焰燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，且相邻两个燃烧器组的各火焰流股中心线与假想切圆的切入方向呈相反设置；各所述火焰燃烧器的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，且各所述火焰燃烧器的火焰喷射长度呈能调整地设置；各火焰燃烧器的中心轴线与水平方向呈能调整的第一夹角设置，各所述火焰燃烧器的中心轴线与竖直方向呈能调整的第二夹角设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述用于脱硝系统的直燃式加热装置还包括控制系统。

在本发明的一较佳实施方式中，各所述火焰燃烧器包括稳燃烟道结构，所述稳燃烟道结构的第一端设置火焰喷射口，稳燃烟道结构的中心轴线构成火焰燃烧器的中心轴线；所述稳燃烟道结构的第二端连通设置助燃气腔和燃气腔；所述稳燃烟道结构的侧壁上连接设置第一旋转结构，所述第一旋转结构用于驱动摆动所述稳燃烟道结构以调整所述第一夹角，所述稳燃烟道结构的顶部连接设置第二旋转结构，所述第二旋转结构用于驱动摆动所述稳燃烟道结构以调整所述第二夹角。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一旋转结构包括旋转框架、第一减速器和第一电机，第一减速器和第一电机均与控制系统电连接；所述旋转框架固定套设于所述稳燃烟道结构上，所述旋转框架铰接于一固定支架上，所述第一减速器通过第一法兰连接于所述固定支架上，所述第一电机通过所述第一减速器与所述旋转框架连接，所述第一电机能驱动所述旋转框架旋转以调整所述第一夹角。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第二旋转结构包括旋转支座、第二减速器和第二电机，第二减速器和第二电机均与控制系统电连接；所述旋转支座固定连接于稳燃烟道结构的顶部，所述第二减速器通过第二法兰连接于所述旋转支座的顶部，所述第二电机通过所述第二减速器与所述旋转支座连接，所述第二电机能驱动所述旋转支座旋转以调整所述第二夹角。

在本发明的一较佳实施方式中，脱硝烟道侧壁上设置燃烧器过孔，所述稳燃烟道结构穿设通过所述燃烧器过孔，所述燃烧器过孔的直径尺寸大于所述稳燃烟道结构的直径尺寸；所述稳燃烟道结构的侧壁上套设第三法兰，所述第三法兰上连接波纹管的一端，波纹管的另一端连接第四法兰，所述第四法兰与燃烧器过孔外侧的脱硝烟道侧壁密封连接，所述第三法兰、所述波纹管和所述第四法兰构成燃烧器弹性连接密封罩。

在本发明的一较佳实施方式中，所述稳燃烟道结构上沿轴向贯通设置稳燃中心孔，所述稳燃中心孔构成燃烧混合室，所述燃烧混合室内设置点火器，所述点火器与控制系统电连接；所述助燃气腔上连通设置助燃气进口，所述燃气腔上连通设置燃气进口；所述燃气腔和所述助燃气腔内穿设引射器，所述引射器与所述稳燃烟道结构同轴设置，所述引射器用于将燃气腔内的可燃气体加速喷射至所述燃烧混合室，所述助燃气腔与所述燃烧混合室之间构成缩颈的引射通道，所述助燃气腔内的助燃气通过所述引射通道引射至所述燃烧混合室。

在本发明的一较佳实施方式中，所述稳燃烟道结构包括同轴且径向间隔设置的稳燃内管和稳燃外管，所述稳燃内管的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，所述稳燃外管的横截面呈圆形设置，所述稳燃内管和所述稳燃外管之间构成稳燃环形空间，所述稳燃环形空间内填充耐火浇筑料单元。

在本发明的一较佳实施方式中，所述燃烧混合室内设置火焰探测器和温度探测器，火焰探测器和温度探测器均与控制系统电连接；所述火焰探测器用于检测燃烧混合室内火焰燃烧情况，所述温度探测器用于检测燃烧混合室内温度。

在本发明的一较佳实施方式中，所述引射器包括直管段、收缩段、喉管段、扩张段和整流段，所述直管段位于所述燃气腔内，所述收缩段、所述喉管段、所述扩张段和所述整流段位于所述助燃气腔内；所述直管段的第一端设置进气管口，所述直管段的第二端连通所述收缩段的第一端，所述收缩段的直径自第一端向第二端呈渐缩设置，所述收缩段的第二端连通所述喉管段的第一端，所述喉管段的第二端连通所述扩张段的第一端，所述扩张段的直径自第一端向第二端呈渐扩设置，所述扩张段的第二端连通所述整流段的第一端，所述整流段的第二端设置出气管口。

在本发明的一较佳实施方式中，所述整流段包括同轴且径向间隔设置的整流内管和整流外管，所述整流内管的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，所述整流外管的横截面呈圆形设置，所述整流内管和整流外管之间构成整流环形空间，所述整流环形空间内填充耐火浇筑料单元。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一夹角的范围为10°～50°，所述第二夹角的范围为15°～85°。

在本发明的一较佳实施方式中，脱硝烟道为矩形烟道且呈竖直设置，脱硝烟道相对的两个侧壁上穿设2个所述燃烧器组，各所述燃烧器组包括4个所述火焰燃烧器，各所述火焰燃烧器构成八角双切圆燃烧结构。

由上所述，本发明提供的用于脱硝系统的直燃式加热装置具有如下有益效果：

(1)本发明的用于脱硝系统的直燃式加热装置中，脱硝烟道内分组设置多个火焰燃烧器，利用火焰燃烧器的火焰燃烧热量对烟气进行直接加热，提高了热量的利用效率，减少热量损失；

(2)脱硝烟道内多个火焰燃烧器进行分组形成独立旋流区，实现烟气的动态旋流效果，促进烟气的湍流流动，促进烟气和高温火焰的热交换，缩短烟道内热量交换区域的长度，实现温度的均匀化；火焰燃烧器内进行可燃气体和助燃空气的高效燃烧，利用多个火焰燃烧器的喷射旋流作用，促进高温气体与烟气的快速混合和热量交换；

(3)火焰燃烧器的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，促进烟气与高温火焰的快速高效的热量交换，缩短热量交换需要的时间，减小烟气均匀温度需要的烟道长度，促进烟道内温度的均匀化；

(4)各火焰燃烧器的中心轴线与水平方向、竖直方向之间的夹角能调整，实现火焰射流在水平方向、竖直方向动态调节的功能，满足不同区域动态加热的要求，实现旋流区域大小和强度的动态调节；

(5)火焰燃烧器采用引射器射流技术，降低了系统风机的负荷，降低了烟道的阻力损失，提高了设备运行的稳定性；稳燃烟道结构的稳燃内管和引射器的整流段的横截面由多段圆弧拼接，增加了可燃气体与助燃气体的接触面积，同时保持了燃烧的稳定性，同时实现喷射火焰具有良好的聚拢效果，避免火焰的过早发散和衰减，保证多个火焰燃烧器喷射的火焰具有较高的动能，对烟道的烟气进行高效的湍流搅拌，促进热量交换；同时多弧形圆截面结构能够降低可燃气体燃烧的局部氧含量，降低了火焰燃烧器的局部高温，避免NOx的生成，实现低氮燃烧；

(6)本发明的用于脱硝系统的直燃式加热装置，直接为烟气升温，促使烟气温度达到催化剂理想脱硝反应的温度范围，实现预期的脱硝反应，达到超低排放要求，提高设备运行经济效益。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。

其中：

图1：为本发明的用于脱硝系统的直燃式加热装置的安装示意图。

图2：为图1中A-A剖视图。

图3：为本发明的火焰燃烧器外侧结构的主视图。

图4：为本发明的火焰燃烧器外侧结构的侧视图。

图5：为本发明的火焰燃烧器与脱硝烟道侧壁的连接示意图。

图6：为本发明的火焰燃烧器的剖视图。

图7：为图6中B向视图。

图8：为本发明的引射器的示意图。

图9：为图8中C向视图。

图中：

100、用于脱硝系统的直燃式加热装置；

1、火焰燃烧器；

10、假想切圆；11、稳燃烟道结构；111、稳燃中心孔；112、稳燃内管；113、稳燃外管；12、火焰喷射口；13、第三法兰；14、波纹管；15、第四法兰；16、点火器；17、火焰探测器；18、温度探测器；

2、助燃气腔；21、助燃气进口；

3、燃气腔；31、燃气进口；

4、第一旋转结构；

41、旋转框架；42、第一减速器；43、第一电机；44、固定支架；45、第一法兰；

5、第二旋转结构；

51、旋转支座；52、第二减速器；53、第二电机；54、第二法兰；

6、引射器；

61、直管段；62、收缩段；63、喉管段；64、扩张段；65、整流段；651、整流内管；652、整流外管；66、进气管口；67、出气管口；

7、耐火浇筑料单元；

9、脱硝烟道；

91、前侧壁；92、后侧壁；93、燃烧器过孔。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

如图1至图9所示，本发明提供一种用于脱硝系统的直燃式加热装置100，包括穿设于脱硝烟道9侧壁上的多个火焰燃烧器1，各火焰燃烧器1用于直接加热升温烟气；多个火焰燃烧器1构成至少2个燃烧器组，燃烧器组的数量为偶数；每个燃烧器组的各火焰燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，且相邻两个燃烧器组的各火焰流股中心线与假想切圆10的切入方向呈相反设置；各火焰燃烧器1的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，且各火焰燃烧器1的火焰喷射长度L呈能调整地设置，通过调节火焰燃烧器的可燃气体和助燃气体的流量和比例，可以实现火焰燃烧器火焰长度的调整；各火焰燃烧器1的中心轴线与水平方向呈能调整的第一夹角α设置，各火焰燃烧器1的中心轴线与竖直方向呈能调整的第二夹角设置；用于脱硝系统的直燃式加热装置100还包括控制系统(图中未示出)。

在烟道内直接加热烟气的方式，不仅能节约烟气量，还能大大节约工程成本和厂内用地。现有的烟道内直接加热烟气的方式存在一定的技术难题：烟道内负压较大，燃烧器不易稳定燃烧；直接与火焰接触的烟气升温高，而离火焰远的烟气升温低，故烟气温度不均匀；烟气对火焰的冲刷容易导致火焰的熄灭；可燃气的着火点高，惰性气体含量高，不易稳定燃烧。而本发明的用于脱硝系统的直燃式加热装置能够有效解决以上问题。

脱硝系统的脱硝烟道中，在进行直燃加热前，烟气流动方向为自上向下，本发明中火焰燃烧器的火焰流股中心线朝向烟气流股方向，与烟气流股方向相向设置(自下而上，并呈倾斜状态)；如图1所示，火焰燃烧器1向上倾斜的设置，火焰与加热前烟气相向流动，增加高温烟气与原烟气换热的湍流程度，缩短热量交换所需的时间，增加了火焰与烟气的接触面积，增加了高温火焰与烟气换热的时间，有利于烟气温度的均匀。

相邻两个燃烧器组的各火焰流股中心线与假想切圆的切入方向呈相反设置，即相邻两个燃烧器组的各火焰流股中心线与假想切圆的切入方向采用相反的旋流方式，消除了两组旋流火焰燃烧器的对冲影响，实现旋流的稳定运行。燃烧器组的数量为偶数，保证加热装置的稳定运行。

各火焰燃烧器1的火焰喷射长度能调整，每个燃烧器组的各火焰燃烧器的火焰流股中心线相切的假想切圆的直径不同，假想切圆的高度位置不同，在不同烟气流量条件下可以实现不同的旋流混合区域控制，火焰高温区在烟道中的位置可调，实现烟气混合的动态调节。

脱硝系统中，在SCR脱硝催化剂下游设置温度检测装置，检测进行脱硝反应的烟气实际温度，如果温度在工艺要求范围内，无需调整火焰燃烧器的流量和比例，如果温度低于工艺要求，则提高火焰燃烧器的燃烧发热量，实现烟气温度的进一步提升；如果温度高于工艺要求，则减少火焰燃烧器的燃烧发热量，实现烟气温度的进一步降低；通过温度检测装置反馈控制火焰燃烧器释放的燃烧热量，控制烟气温度在脱硝反应的最优温度范围。

本发明的用于脱硝系统的直燃式加热装置中，脱硝烟道内分组设置多个火焰燃烧器，利用火焰燃烧器的火焰燃烧热量对烟气进行直接加热，提高了热量的利用效率，减少热量损失；脱硝烟道内多个火焰燃烧器进行分组形成独立旋流区，实现烟气的动态旋流效果，促进烟气的湍流流动，促进烟气和高温火焰的热交换，缩短烟道内热量交换区域的长度，实现温度的均匀化；火焰燃烧器的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，促进烟气与高温火焰的快速高效的热量交换，缩短热量交换需要的时间，减小烟气均匀温度需要的烟道长度，促进烟道内温度的均匀化；各火焰燃烧器的中心轴线与水平方向、竖直方向之间的夹角能调整，实现火焰射流在水平方向、竖直方向动态调节的功能，满足不同区域动态加热的要求，实现旋流区域大小和强度的动态调节；本发明的用于脱硝系统的直燃式加热装置，直接为烟气升温，促使烟气温度达到催化剂理想脱硝反应的温度范围，实现预期的脱硝反应，达到超低排放要求，提高设备运行经济效益。

进一步，第一夹角α的范围为10°～50°，优选范围为15°～30°；第二夹角的范围为15°～85°，优选范围在30°～65°之间。

进一步，如图2所示，脱硝烟道9为矩形烟道且呈竖直设置，脱硝烟道9相对的两个侧壁(前侧壁91、后侧壁92)的中心连线为对冲中心线，将火焰燃烧器分为2组，各燃烧器组包括4个火焰燃烧器1，火焰燃烧器为切圆燃烧形式，火焰燃烧器气体流股采用切圆方式送入，各火焰燃烧器1构成八角双切圆燃烧结构。每组火焰燃烧器喷射的火焰流股中心线与同一个假想切圆(椭圆或圆形)相切，且两组假想切圆(椭圆或圆形)的旋转方向相反，一个为顺时针方向，另一个为逆时针方向。

实际工程应用中，可以根据脱硝烟道9的截面大小，在前侧壁91、后侧壁92上可适当增加火焰燃烧器；在脱硝烟道9的另外两侧壁上也可适当增加火焰燃烧器。

如图2所示，在本发明的一具体实施例中，8个火焰燃烧器与竖直的脱硝烟道9侧壁之间的夹角(即第二夹角)分别为β₁、β₂、β₃、β₄、β₅、β₆、β₇、β₈，其范围为15°～85°，优选范围在30°～65°之间。

进一步，如图3、图4、图6所示，各火焰燃烧器1包括稳燃烟道结构11，稳燃烟道结构11采用圆柱形结构，稳燃烟道结构11的第一端设置火焰喷射口12，稳燃烟道结构11的中心轴线构成火焰燃烧器的中心轴线；稳燃烟道结构11的第二端连通设置助燃气腔2和燃气腔3；稳燃烟道结构11的侧壁上连接设置第一旋转结构4，第一旋转结构4用于驱动摆动稳燃烟道结构11以调整第一夹角α，稳燃烟道结构11的顶部连接设置第二旋转结构5，第二旋转结构5用于驱动摆动稳燃烟道结构11以调整第二夹角。

进一步，如图3所示，第一旋转结构4包括旋转框架41、第一减速器42和第一电机43，第一减速器42和第一电机43均与控制系统电连接；旋转框架41固定套设于稳燃烟道结构11上，旋转框架41铰接于一固定支架44上，第一减速器42通过第一法兰45连接于固定支架44上，固定支架44与脱硝烟道9的侧壁连接固定。第一电机43通过第一减速器42与旋转框架41连接，第一电机43能驱动旋转框架41旋转以调整第一夹角α。第一电机43可以通过编码器(现有技术)实现电机旋转圈数的精确控制，满足火焰燃烧器旋转角度的精确设定和控制，可以实现稳燃烟道初始位置的复位。

进一步，如图4所示，第二旋转结构5包括旋转支座51、第二减速器52和第二电机53，第二减速器52和第二电机53均与控制系统电连接；旋转支座51固定连接于稳燃烟道结构11的顶部，第二减速器52通过第二法兰54连接于旋转支座51的顶部，第二电机53通过第二减速器52与旋转支座51连接，第二电机53能驱动旋转支座51旋转以调整第二夹角。旋转支座51与稳燃烟道结构11采用焊接连接的方式，旋转支座51与第二减速器52的输出轴连接，利用第二电机53带动旋转支座51旋转，通过旋转支座51的旋转，带动稳燃烟道结构11在水平面内的旋转。第二电机53可以通过编码器(现有技术)实现电机旋转圈数的精确控制，满足火焰燃烧器旋转角度的精确设定和控制，可以实现稳燃烟道初始位置的复位。

第一旋转结构4调整第一夹角α，第二旋转结构5调整第二夹角，可以实现火焰燃烧器的火焰喷射流股的动态调整。通过第一电机43的旋转圈数和旋转框架41的初始位置，可以实现第一夹角α(通过控制旋转框架41旋转角度来控制各火焰燃烧器的中心轴线与水平方向之间的夹角)的精确设定和控制，同时可以通过控制系统实现旋转框架41初始位置的复位。通过第二电机53的旋转圈数和稳燃烟道结构11的初始位置，可以实现第二夹角(稳燃烟道结构11与竖直方向的夹角)的精确设定和控制，同时可以通过控制系统实现稳燃烟道结构11初始位置的复位。

进一步，如图5所示，脱硝烟道侧壁上设置燃烧器过孔93，稳燃烟道结构11穿设通过燃烧器过孔93，燃烧器过孔93的直径尺寸大于稳燃烟道结构11的直径尺寸，在本发明的一具体实施例中，燃烧器过孔93的内壁与稳燃烟道结构11的外壁之间的距离不小于300mm(即二者半径之差不小于300mm)；燃烧器过孔93的内壁与稳燃烟道结构11的外壁之间的空间可实现稳燃烟道结构11在水平方向和竖直方向的旋转，实现火焰燃烧器高温火焰射流的喷射角度(第一夹角α和第二夹角)的空间动态调整；稳燃烟道结构11的侧壁上套设第三法兰13，第三法兰13焊接于稳燃烟道结构11上；第三法兰13上连接波纹管14的一端，波纹管14的另一端连接第四法兰15，在本实施方式中，波纹管14长度不小于600mm，稳燃烟道结构11的出口端深入烟道侧壁内壁的距离不超过100mm。第四法兰15与燃烧器过孔93外侧的脱硝烟道侧壁密封连接，第三法兰13、波纹管14和第四法兰15构成燃烧器弹性连接密封罩。

进一步，如图6所示，稳燃烟道结构11上沿轴向贯通设置稳燃中心孔111，稳燃中心孔111构成燃烧混合室，燃烧混合室内设置点火器16，点火器16与控制系统电连接；助燃气腔2上连通设置助燃气进口21，燃气腔3上连通设置燃气进口31；燃气腔3和助燃气腔2内穿设引射器6，引射器6与稳燃烟道结构11同轴设置，引射器6用于将燃气腔3内的可燃气体加速喷射至燃烧混合室，助燃气腔2与燃烧混合室之间构成缩颈的引射通道，助燃气腔2内的助燃气通过引射通道引射至燃烧混合室。火焰燃烧器1采用引射器射流技术，降低了系统风机的负荷，降低了烟道的阻力损失，提高了设备运行的稳定性。助燃气进口21和燃气进口31通过法兰与相应管道连接，相应管道上设置流量计和流量调节阀，流量计和流量调节阀与控制系统电连接。利用脱硝系统中的温度检测装置的检测数据、根据控制模型计算出所需的可燃气体和助燃气体的需求量，通过流量调节阀(电动调节阀)进行流量调节，直至流量达到预定需求量。

助燃气体可以通过管道连接入口烟道段(现有技术，脱硝烟道的入口处)内换热器(脱销烟道内，现有技术)之后的烟气，利用原烟道内的烟气作为助燃气体进行火焰燃烧器的燃烧反应，实现可燃气体的低氧浓度条件下的燃烧，避免产生NOx，实现燃气的低氮燃烧。

进入火焰燃烧器内的可燃气体可为高炉煤气，也可采用转炉煤气、焦炉煤气、天然气等，也可采用高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气或天然气等可燃气体的混合气体。进入火焰燃烧器内的助燃气体可为空气、纯氧气，也可为含有一定氧气的烟道内的原烟气。

进一步，如图6、图7所示，稳燃烟道结构11包括同轴且径向间隔设置的稳燃内管112和稳燃外管113，稳燃内管112的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，拼接的圆弧数量优选偶数个；稳燃外管113的横截面呈圆形设置，稳燃内管112和稳燃外管113之间构成稳燃环形空间，稳燃环形空间内填充耐火浇筑料单元7。稳燃内管112的横截面由多段圆弧拼接，增加了高温火焰与烟气的接触面积，促进烟气热量交换，同时有利于燃烧火焰保持较好的聚拢效果，增加了火焰长度，避免火焰过早的发散和衰减。

进一步，如图6所示，燃烧混合室内设置火焰探测器17和温度探测器18，火焰探测器17和温度探测器18均与控制系统电连接；火焰探测器17用于检测燃烧混合室内火焰燃烧情况，如果发生火焰熄灭，通过控制系统实现点火器二次点火，实现火焰燃烧器的稳定燃烧；温度探测器18用于检测燃烧混合室内温度。

进一步，如图8所示，引射器6包括直管段61、收缩段62、喉管段63、扩张段64和整流段65，直管段61位于燃气腔3内，收缩段62、喉管段63、扩张段64和整流段65位于助燃气腔2内；直管段61的第一端设置进气管口66，直管段61的第二端连通收缩段62的第一端，收缩段62的直径自第一端向第二端呈渐缩设置，收缩段62的第二端连通喉管段63的第一端，收缩段62的第二端和喉管段63采用弧线圆滑过渡，喉管段63的第二端连通扩张段64的第一端，扩张段64的直径自第一端向第二端呈渐扩设置，扩张段64的第二端连通整流段65的第一端，整流段65的第二端设置出气管口67，出气管口67在引射通道内。

在本发明的一具体实施例中，扩张段64长度是喉管段63直径的6～10倍，优选范围为7～9倍，整流段65长度不小于100mm。引射器的出气管口67与燃烧混合室底部的距离在100～300mm之间，优选的范围为150～250mm。

进一步，如图8、图9所示，整流段65包括同轴且径向间隔设置的整流内管651和整流外管652，整流内管651的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，整流外管652的横截面呈圆形设置，整流内管651和整流外管652之间构成整流环形空间，整流环形空间内填充耐火浇筑料单元7。

整流段65的多弧形圆截面能够促使可燃气体脱离出气管口67后仍能保持多弧形圆截面向前喷射，多弧形圆截面形状增加了可燃气体与助燃气体的接触面积，同时保持了燃烧的稳定性，同时实现喷射火焰具有良好的聚拢效果，避免火焰的过早发散和衰减，保证多个火焰燃烧器喷射的火焰具有较高的动能，对烟道的烟气进行高效的湍流搅拌，促进热量交换。同时多弧形圆截面结构能够降低可燃气体燃烧的局部氧含量，降低了火焰燃烧器的局部高温，避免NOx的生成，实现低氮燃烧。

由上所述，本发明提供的用于脱硝系统的直燃式加热装置具有如下有益效果：

(1)本发明的用于脱硝系统的直燃式加热装置中，脱硝烟道内分组设置多个火焰燃烧器，利用火焰燃烧器的火焰燃烧热量对烟气进行直接加热，提高了热量的利用效率，减少热量损失；

(2)脱硝烟道内多个火焰燃烧器进行分组形成独立旋流区，实现烟气的动态旋流效果，促进烟气的湍流流动，促进烟气和高温火焰的热交换，缩短烟道内热量交换区域的长度，实现温度的均匀化；火焰燃烧器内进行可燃气体和助燃空气的高效燃烧，利用多个火焰燃烧器的喷射旋流作用，促进高温气体与烟气的快速混合和热量交换；

(3)火焰燃烧器的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，促进烟气与高温火焰的快速高效的热量交换，缩短热量交换需要的时间，减小烟气均匀温度需要的烟道长度，促进烟道内温度的均匀化；

(4)各火焰燃烧器的中心轴线与水平方向、竖直方向之间的夹角能调整，实现火焰射流在水平方向、竖直方向动态调节的功能，满足不同区域动态加热的要求，实现旋流区域大小和强度的动态调节；

(5)火焰燃烧器采用引射器射流技术，降低了系统风机的负荷，降低了烟道的阻力损失，提高了设备运行的稳定性；稳燃烟道结构的稳燃内管和引射器的整流段的横截面由多段圆弧拼接，增加了可燃气体与助燃气体的接触面积，同时保持了燃烧的稳定性，同时实现喷射火焰具有良好的聚拢效果，避免火焰的过早发散和衰减，保证多个火焰燃烧器喷射的火焰具有较高的动能，对烟道的烟气进行高效的湍流搅拌，促进热量交换；同时多弧形圆截面结构能够降低可燃气体燃烧的局部氧含量，降低了火焰燃烧器的局部高温，避免NOx的生成，实现低氮燃烧；

(6)本发明的用于脱硝系统的直燃式加热装置，直接为烟气升温，促使烟气温度达到催化剂理想脱硝反应的温度范围，实现预期的脱硝反应，达到超低排放要求，提高设备运行经济效益。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。

Claims (13)

1.一种用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，包括穿设于脱硝烟道侧壁上的多个火焰燃烧器，各所述火焰燃烧器用于直接加热升温烟气；多个火焰燃烧器构成至少两个燃烧器组；每个燃烧器组的各火焰燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，且相邻两个燃烧器组的各火焰流股中心线与假想切圆的切入方向呈相反设置；各所述火焰燃烧器的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，且各所述火焰燃烧器的火焰喷射长度呈能调整地设置；各火焰燃烧器的中心轴线与水平方向呈能调整的第一夹角设置，各所述火焰燃烧器的中心轴线与竖直方向呈能调整的第二夹角设置。

2.如权利要求1所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，所述用于脱硝系统的直燃式加热装置还包括控制系统。

3.如权利要求2所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，各所述火焰燃烧器包括稳燃烟道结构，所述稳燃烟道结构的第一端设置火焰喷射口，稳燃烟道结构的中心轴线构成火焰燃烧器的中心轴线；所述稳燃烟道结构的第二端连通设置助燃气腔和燃气腔；所述稳燃烟道结构的侧壁上连接设置第一旋转结构，所述第一旋转结构用于驱动摆动所述稳燃烟道结构以调整所述第一夹角，所述稳燃烟道结构的顶部连接设置第二旋转结构，所述第二旋转结构用于驱动摆动所述稳燃烟道结构以调整所述第二夹角。

4.如权利要求3所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，所述第一旋转结构包括旋转框架、第一减速器和第一电机，第一减速器和第一电机均与控制系统电连接；所述旋转框架固定套设于所述稳燃烟道结构上，所述旋转框架铰接于一固定支架上，所述第一减速器通过第一法兰连接于所述固定支架上，所述第一电机通过所述第一减速器与所述旋转框架连接，所述第一电机能驱动所述旋转框架旋转以调整所述第一夹角。

5.如权利要求4所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，所述第二旋转结构包括旋转支座、第二减速器和第二电机，第二减速器和第二电机均与控制系统电连接；所述旋转支座固定连接于稳燃烟道结构的顶部，所述第二减速器通过第二法兰连接于所述旋转支座的顶部，所述第二电机通过所述第二减速器与所述旋转支座连接，所述第二电机能驱动所述旋转支座旋转以调整所述第二夹角。

6.如权利要求3所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，脱硝烟道侧壁上设置燃烧器过孔，所述稳燃烟道结构穿设通过所述燃烧器过孔，所述燃烧器过孔的直径尺寸大于所述稳燃烟道结构的直径尺寸；所述稳燃烟道结构的侧壁上套设第三法兰，所述第三法兰上连接波纹管的一端，波纹管的另一端连接第四法兰，所述第四法兰与燃烧器过孔外侧的脱硝烟道侧壁密封连接，所述第三法兰、所述波纹管和所述第四法兰构成燃烧器弹性连接密封罩。

7.如权利要求3所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，所述稳燃烟道结构上沿轴向贯通设置稳燃中心孔，所述稳燃中心孔构成燃烧混合室，所述燃烧混合室内设置点火器，所述点火器与控制系统电连接；所述助燃气腔上连通设置助燃气进口，所述燃气腔上连通设置燃气进口；所述燃气腔和所述助燃气腔内穿设引射器，所述引射器与所述稳燃烟道结构同轴设置，所述引射器用于将燃气腔内的可燃气体加速喷射至所述燃烧混合室，所述助燃气腔与所述燃烧混合室之间构成缩颈的引射通道，所述助燃气腔内的助燃气通过所述引射通道引射至所述燃烧混合室。

8.如权利要求7所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，所述稳燃烟道结构包括同轴且径向间隔设置的稳燃内管和稳燃外管，所述稳燃内管的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，所述稳燃外管的横截面呈圆形设置，所述稳燃内管和所述稳燃外管之间构成稳燃环形空间，所述稳燃环形空间内填充耐火浇筑料单元。

9.如权利要求7所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，所述燃烧混合室内设置火焰探测器和温度探测器，火焰探测器和温度探测器均与控制系统电连接；所述火焰探测器用于检测燃烧混合室内火焰燃烧情况，所述温度探测器用于检测燃烧混合室内温度。

10.如权利要求7所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，所述引射器包括直管段、收缩段、喉管段、扩张段和整流段，所述直管段位于所述燃气腔内，所述收缩段、所述喉管段、所述扩张段和所述整流段位于所述助燃气腔内；所述直管段的第一端设置进气管口，所述直管段的第二端连通所述收缩段的第一端，所述收缩段的直径自第一端向第二端呈渐缩设置，所述收缩段的第二端连通所述喉管段的第一端，所述喉管段的第二端连通所述扩张段的第一端，所述扩张段的直径自第一端向第二端呈渐扩设置，所述扩张段的第二端连通所述整流段的第一端，所述整流段的第二端设置出气管口。

11.如权利要求10所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，所述整流段包括同轴且径向间隔设置的整流内管和整流外管，所述整流内管的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，所述整流外管的横截面呈圆形设置，所述整流内管和整流外管之间构成整流环形空间，所述整流环形空间内填充耐火浇筑料单元。

12.如权利要求1所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，所述第一夹角的范围为10°～50°，所述第二夹角的范围为15°～85°。

13.如权利要求1所述的用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，脱硝烟道为矩形烟道且呈竖直设置，脱硝烟道相对的两个侧壁上穿设2个所述燃烧器组，各所述燃烧器组包括4个所述火焰燃烧器，各所述火焰燃烧器构成八角双切圆燃烧结构。

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