CN113154428A - 燃气火焰摆动燃烧器和用于脱硝系统的直燃式加热装置 - Google Patents

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CN113154428A CN202110482735.2A CN202110482735A CN113154428A CN 113154428 A CN113154428 A CN 113154428A CN 202110482735 A CN202110482735 A CN 202110482735A CN 113154428 A CN113154428 A CN 113154428A
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Abstract

本发明为一种燃气火焰摆动燃烧器和用于脱硝系统的直燃式加热装置，该燃气火焰摆动燃烧器包括燃烧器本体结构、第一摆动驱动结构和第二摆动驱动结构，燃烧器本体结构包括稳燃烟道，稳燃烟道内沿轴向间隔且能摆动改变火焰喷射角度的第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构，第一摆动驱动结构能驱动第一摆动叶片结构摆动，第二摆动驱动结构能驱动第二摆动叶片结构摆动。本发明能通过第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构的摆动，实现动态在线实时调节火焰喷射角度的功能，促进高温燃烧的烟气与脱硝烟道内的气体进行快速换热的工艺要求，精确控制混合烟气的温度，实现高效烟气脱硝反应，实现烟气的超低排放。

Description

燃气火焰摆动燃烧器和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，尤其涉及一种燃气火焰摆动燃烧器和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。
钢铁厂烧结机出来的烟气需要经过脱硝处理，传统的脱硝项目加热烟气都是通过加热炉加热。最新的技术是在烟道内直接加热烟气的方式，这种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。烟道直燃式燃烧器也存在一定的技术难题：
1、烟道内负压较大，燃烧器不易稳定燃烧；
2、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；
3、烟气对火焰的冲刷容易导致火焰的熄灭；
4、可燃气的着火点高，惰性气体含量高，不易稳定燃烧；
5、进气时产生较大的噪音。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种燃气火焰摆动燃烧器和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燃气火焰摆动燃烧器和用于脱硝系统的直燃式加热装置，本发明能通过第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构的摆动，实现动态在线实时调节火焰喷射角度的功能，促进高温燃烧的烟气与脱硝烟道内的气体进行快速换热的工艺要求，精确控制混合烟气的温度，实现高效烟气脱硝反应，实现烟气的超低排放。
本发明的目的是这样实现的，一种燃气火焰摆动燃烧器，包括燃烧器本体结构、第一摆动驱动结构和第二摆动驱动结构，所述燃烧器本体结构包括稳燃烟道，所述稳燃烟道内沿轴向间隔且能摆动改变火焰喷射角度的第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构，所述第一摆动驱动结构能驱动所述第一摆动叶片结构摆动，所述第二摆动驱动结构能驱动所述第二摆动叶片结构摆动。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一摆动叶片结构包括多个平行间隔且能同步摆动的第一叶片，各第一叶片上均沿其长度方向设有第一转动中心轴，所述第一摆动驱动结构能驱动各所述第一叶片绕其第一转动中心轴摆动；所述第二摆动叶片结构包括多个平行间隔且能同步摆动的第二叶片，各第二叶片上均沿其长度方向设有第二转动中心轴，所述第二摆动驱动结构能驱动各所述第二叶片绕其第二转动中心轴摆动；所述第一转动中心轴和所述第二转动中心轴呈第一夹角设置。
在本发明的一较佳实施方式中，设定一第一叶片为第一主动叶片，设定其他的第一叶片为第一从动叶片，所述第一摆动叶片结构包括第一主动转轴和第一从动转轴，所述第一主动转轴与所述第一主动叶片的第一端连接，所述第一从动转轴与所述第一主动叶片的第二端连接，所述第一摆动驱动结构能驱动所述第一主动转轴带动所述第一主动叶片转动；所述第一主动转轴和所述第一从动转轴均与所述第一转动中心轴同轴设置；各第一从动叶片的第一端和第二端分别通过第一连接轴铰接于稳燃烟道的侧壁上；各所述第一连接轴均与所述第一转动中心轴平行设置；所述第一主动叶片通过第一紧固组件与各第一从动叶片连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一摆动驱动结构包括第一固定底座、第一伸缩缸和第一摆动连杆，所述第一固定底座的第一端固定连接于稳燃烟道上，所述第一固定底座的第二端转动连接所述第一伸缩缸的第一端，所述第一伸缩缸的第二端铰接所述第一摆动连杆的第一端，所述第一摆动连杆的第二端连接所述第一主动转轴，所述第一摆动连杆用于带动所述第一主动转轴绕其中心轴转动。
在本发明的一较佳实施方式中，设定一第二叶片为第二主动叶片，设定其他的第二叶片为第二从动叶片，所述第二摆动叶片结构包括第二主动转轴和第二从动转轴，所述第二主动转轴与所述第二主动叶片的第一端连接，所述第二从动转轴与所述第二主动叶片的第二端连接，所述第二摆动驱动结构能驱动所述第二主动转轴带动所述第二主动叶片转动；所述第二主动转轴和所述第二从动转轴均与所述第二转动中心轴同轴设置；各第二从动叶片的第一端和第二端分别通过第二连接轴铰接于稳燃烟道的侧壁上；各所述第二连接轴均与所述第二转动中心轴平行设置；所述第二主动叶片通过第二紧固组件与各第二从动叶片连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第二摆动驱动结构包括第二固定底座、第二伸缩缸和第二摆动连杆，所述第二固定底座的第一端固定连接于稳燃烟道上，所述第二固定底座的第二端转动连接所述第二伸缩缸的第一端，所述第二伸缩缸的第二端铰接所述第二摆动连杆的第一端，所述第二摆动连杆的第二端连接所述第二主动转轴，所述第二摆动连杆用于带动所述第二主动转轴绕其中心轴转动。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一摆动驱动结构的外侧扣设第一保护壳体，所述第二摆动驱动结构的外侧扣设第二保护壳体。
在本发明的一较佳实施方式中，各所述第一叶片呈竖直设置，各所述第二叶片呈水平设置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一摆动叶片结构和所述第二摆动叶片结构沿稳燃烟道轴向上的间距为15～45mm；相邻的第一叶片之间的间距为50～250mm，相邻的第二叶片之间的间距为50～250mm。
在本发明的一较佳实施方式中，所述稳燃烟道的内腔连通构成燃烧混合室，所述第一摆动叶片结构和所述第二摆动叶片结构设置于燃烧混合室的第一端，所述燃烧混合室的第二端连通设置助燃气腔和燃气腔，所述燃气腔和所述助燃气腔内穿设引射器，所述引射器与所述燃烧混合室同轴设置，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；所述燃烧混合室内设置点火器、火焰探测器和温度探测器。
在本发明的一较佳实施方式中，所述稳燃烟道的侧壁上套设第一法兰，所述第一法兰用于与脱硝烟道侧壁密封连接。
本发明的目的还可以这样实现，一种用于脱硝系统的直燃式加热装置，包括多个前述的燃气火焰摆动燃烧器，多个燃气火焰摆动燃烧器构成燃烧器组，燃烧器组的各燃气火焰摆动燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，各所述燃气火焰摆动燃烧器的第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构能摆动以调节火焰喷射角度。
由上所述，本发明提供的燃气火焰摆动燃烧器和用于脱硝系统的直燃式加热装置具有如下有益效果：
本发明提供的燃气火焰摆动燃烧器中，第一摆动驱动结构能驱动第一摆动叶片结构摆动，第二摆动驱动结构能驱动第二摆动叶片结构摆动，二者能独立或同时进行摆动，实现动态在线实时调节火焰喷射角度的功能，满足不同区域动态加热的要求，实现火焰燃烧区域大小和强度的动态调节，满足动态调整脱硝烟道内火焰燃烧区大小和位置的功能，促进高温燃烧的烟气与脱硝烟道内的气体进行快速换热的工艺要求，精确控制混合烟气的温度，实现高效烟气脱硝反应，实现烟气的超低排放；在烟道中设置天然气、高炉煤气或其它可燃气体的燃烧器，直接为烟气升温，能促使烟气温度达到催化剂理想脱硝反应的温度范围，达到超低排放要求，提高设备运行经济效益；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；
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燃气火焰摆动燃烧器，利用燃气火焰摆动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；脱硝烟道内多个燃气火焰摆动燃烧器进行分组，利用燃气火焰摆动燃烧器火焰喷射的动能促使烟气形成旋流区，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；燃气火焰摆动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；各燃气火焰摆动燃烧器内的第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构能摆动调节火焰喷射角度，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。
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：为本发明的燃气火焰摆动燃烧器的结构图。
图2：为图1中A-A剖视图。
图3：为本发明的第一摆动驱动结构的俯视图。
图4：为本发明的第一摆动驱动结构的主视图。
图5：为本发明的稳燃烟道横截面为正方形时燃气火焰摆动燃烧器的侧视图。
图6：为本发明的稳燃烟道横截面为圆形时燃气火焰摆动燃烧器的侧视图。
图7：为本发明的稳燃烟道横截面为圆形时第一摆动叶片结构的侧视图。
图8：为本发明的稳燃烟道横截面为圆形时第二摆动叶片结构的侧视图。
图9：为本发明的燃气火焰摆动燃烧器与脱硝烟道的连接示意图。
图10：为本发明的用于脱硝系统的直燃式加热装置的示意图。
图中：
100、燃气火焰摆动燃烧器；
200、用于脱硝系统的直燃式加热装置；201、假想切圆；
1、第一摆动驱动结构；11、第一固定底座；12、第一伸缩缸；121、第一缸体；122、第一缸杆；13、第一摆动连杆；14、第一固定连杆；15、第一销轴；
2、第二摆动驱动结构；
3、第一摆动叶片结构；
31、第一叶片；32、第一主动转轴；33、第一从动转轴；34、第一连接轴；35、第一紧固组件；36、叶片连接螺栓；37、第一转轴外套；
4、第二摆动叶片结构；
41、第二叶片；
5、稳燃烟道；
51、燃气腔；52、助燃气腔；53、引射器；531、直管段；532、收缩段；533、喉管段；534、扩张段；535、整流段；54、引射通道；55、点火器；56、火焰探测器；57、温度探测器；58、第一法兰；
61、第一保护壳体；62、第二保护壳体；
9、脱硝烟道；91、前侧壁；92、后侧壁。
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。
图1至图10所示，本发明提供一种燃气火焰摆动燃烧器100，包括燃烧器本体结构、第一摆动驱动结构1和第二摆动驱动结构2，燃烧器本体结构包括稳燃烟道5，稳燃烟道5内沿轴向间隔且能摆动改变火焰喷射角度的第一摆动叶片结构3和第二摆动叶片结构4，第一摆动驱动结构1能驱动第一摆动叶片结构3摆动，第二摆动驱动结构2能驱动第二摆动叶片结构4摆动。
本发明提供的燃气火焰摆动燃烧器中，第一摆动驱动结构能驱动第一摆动叶片结构摆动，第二摆动驱动结构能驱动第二摆动叶片结构摆动，二者能独立或同时进行摆动，实现动态在线实时调节火焰喷射角度的功能，满足不同区域动态加热的要求，实现火焰燃烧区域大小和强度的动态调节，满足动态调整脱硝烟道内火焰燃烧区大小和位置的功能，促进高温燃烧的烟气与脱硝烟道内的气体进行快速换热的工艺要求，精确控制混合烟气的温度，实现高效烟气脱硝反应，实现烟气的超低排放；在烟道中设置天然气、高炉煤气或其它可燃气体的燃烧器，直接为烟气升温，能促使烟气温度达到催化剂理想脱硝反应的温度范围，达到超低排放要求，提高设备运行经济效益。
进一步，如图1、图2所示，第一摆动叶片结构3包括多个平行间隔且能同步摆动的第一叶片31，各第一叶片31上均沿其长度方向设有第一转动中心轴，第一摆动驱动结构1能驱动各第一叶片31绕其第一转动中心轴摆动，第一叶片31摆动的角度范围为±30°；第二摆动叶片结构4包括多个平行间隔且能同步摆动的第二叶片41，各第二叶片41上均沿其长度方向设有第二转动中心轴，第二摆动驱动结构2能驱动各第二叶片41绕其第二转动中心轴摆动，第二叶片41摆动的角度范围为±30°；第一转动中心轴和第二转动中心轴呈第一夹角设置。在本实施方式中，第一夹角为90°，第一转动中心轴呈竖直设置，第二转动中心轴呈水平设置。
进一步，如图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7所示，设定一第一叶片为第一主动叶片，设定其他的第一叶片为第一从动叶片，第一摆动叶片结构3包括第一主动转轴32和第一从动转轴33，第一主动转轴32与第一主动叶片的第一端连接，第一从动转轴33与第一主动叶片的第二端连接，第一摆动驱动结构1能驱动第一主动转轴32带动第一主动叶片转动；第一主动转轴32和第一从动转轴33均与第一转动中心轴同轴设置，在本实施方式中，第一转动中心轴位于第一叶片的宽度中心线上；各第一从动叶片的第一端和第二端分别通过第一连接轴34铰接于稳燃烟道5的侧壁上；各第一连接轴34均与第一转动中心轴平行设置；第一主动叶片通过第一紧固组件35与各第一从动叶片连接，第一主动叶片通过第一紧固组件35带动各第一从动叶片摆动，实现所有第一叶片31同时同步摆动。
各第一叶片31的一端通过叶片连接螺栓36铰接于第一紧固组件35上，第一紧固组件35的运动轨迹为沿稳燃烟道5的径向平移。
进一步，如图3、图4所示，第一摆动驱动结构1包括第一固定底座11、第一伸缩缸12和第一摆动连杆13，第一固定底座11的第一端固定连接于稳燃烟道5上，第一固定底座11的第二端转动连接第一伸缩缸12的第一端，第一伸缩缸12的第二端铰接第一摆动连杆13的第一端，第一摆动连杆13的第二端连接第一主动转轴32，第一摆动连杆13用于带动第一主动转轴32绕其中心轴转动。第一主动转轴32上套设第一转轴外套37，第一转轴外套37固定连接于稳燃烟道5上，第一主动转轴32轴向固定且能周向转动地穿过第一转轴外套37。
如图3、图4所示，在本实施方式中，第一固定底座11的第二端连接第一固定连杆14的第一端，第一伸缩缸12包括第一缸体121和第一缸杆122，第一缸体121的第一端通过第一销轴15铰接于第一固定连杆14的第二端，第一销轴15的中心线呈竖直设置，第一缸体121和第一缸杆122可以绕第一销轴15在水平面内旋转；第一缸杆122的第一端自第一缸体121的第二端密封滑动穿设于第一缸体121内，第一缸杆122的第二端铰接第一摆动连杆13，第一销轴15、第一缸杆122与第一摆动连杆13的连接轴以及第一主动转轴32呈平行设置；第一缸体121通过管路与液体或气体供应装置连接，利用供应装置增加或减少第一缸体121内的气体或液体的体积，驱动第一缸杆122进行伸缩动作，第一缸杆122伸缩带动第一摆动连杆13和第一主动转轴32以第一主动转轴32为中心旋转摆动。
进一步，如图1、图2、图5、图6、图8所示，设定一第二叶片为第二主动叶片，设定其他的第二叶片为第二从动叶片，第二摆动叶片结构4包括第二主动转轴和第二从动转轴，第二主动转轴与第二主动叶片的第一端连接，第二从动转轴与第二主动叶片的第二端连接，第二摆动驱动结构能驱动第二主动转轴带动第二主动叶片转动；第二主动转轴和第二从动转轴均与第二转动中心轴同轴设置，在本实施方式中，第二转动中心轴位于第二叶片的宽度中心线上；各第二从动叶片的第一端和第二端分别通过第二连接轴铰接于稳燃烟道的侧壁上；各第二连接轴均与第二转动中心轴平行设置；第二主动叶片通过第二紧固组件与各第二从动叶片连接。
进一步，第二摆动驱动结构2包括第二固定底座、第二伸缩缸和第二摆动连杆，第二固定底座的第一端固定连接于稳燃烟道上，第二固定底座的第二端转动连接第二伸缩缸的第一端，第二伸缩缸的第二端铰接第二摆动连杆的第一端，第二摆动连杆的第二端连接第二主动转轴，第二摆动连杆用于带动第二主动转轴绕其中心轴转动。第二主动转轴上套设第二转轴外套，第二转轴外套固定连接于稳燃烟道5上，第二主动转轴轴向固定且能周向转动地穿过第二转轴外套。
在本实施方式中，第二固定底座的第二端连接第二固定连杆的第一端，第二伸缩缸包括第二缸体和第二缸杆，第二缸体的第一端通过第二销轴铰接于第二固定连杆的第二端，第二销轴的中心线呈水平设置，第二缸体和第二缸杆可以绕第二销轴在竖直面内旋转；第二缸杆的第一端自第二缸体的第二端密封滑动穿设于第二缸体内，第二缸杆的第二端铰接第二摆动连杆，第二销轴、第二缸杆与第二摆动连杆的连接轴以及第二主动转轴呈平行设置；第二缸体通过管路与液体或气体供应装置连接，利用供应装置增加或减少第二缸体内的气体或液体的体积，驱动第二缸杆进行伸缩动作，第二缸杆伸缩带动第二摆动连杆和第二主动转轴以第二主动转轴为中心旋转摆动。
进一步，如图9所示，第一摆动驱动结构1的外侧扣设第一保护壳体61，第二摆动驱动结构2的外侧扣设第二保护壳体62。第一保护壳体61和第二保护壳体62设置于脱硝烟道内，分别用于保护第一摆动驱动结构1和第二摆动驱动结构2位于脱硝烟道内的部分。第一保护壳体61内设有隔热材料，保证第一摆动驱动结构1的工作温度低于100℃；第二保护壳体62内设有隔热材料，保证第二摆动驱动结构2的工作温度低于100℃。
如图1、图2、图5、图6所示，在本实施方式中，各第一叶片31呈竖直设置，各第二叶片41呈水平设置。
在本发明的一具体实施例中，第一摆动叶片结构3和第二摆动叶片结构4沿稳燃烟道轴向上的间距a为15～45mm，优选的范围为20～30mm；相邻的第一叶片31之间的间距d为50～250mm，优选的范围为100～200mm；相邻的第二叶片41之间的间距f为50～250mm，优选的范围为100～200mm。稳燃烟道5的横截面为矩形(或正方形)时，第一叶片31或第二叶片41的长度为L，L的范围有限为250～450mm，优选的范围为300～400mm，同时L与d或f的比值范围为2～4，优选的范围为2.5～3.5。
进一步，如图1、图2所示，稳燃烟道5的内腔连通构成燃烧混合室，第一摆动叶片结构3和第二摆动叶片结构4设置于燃烧混合室的第一端，燃烧混合室的第二端连通设置助燃气腔52和燃气腔51，燃气腔51和助燃气腔52内穿设引射器53，引射器53与燃烧混合室同轴设置，引射器53用于将燃气腔51内的可燃气体加速喷射至燃烧混合室，助燃气腔52与燃烧混合室之间构成缩颈的引射通道54，助燃气腔52内的助燃气通过引射通道引射至燃烧混合室；燃烧混合室内设置点火器55、火焰探测器56和温度探测器57。
可燃气体由燃气进口进入燃气腔51，在燃气腔内进行均压分布，可燃气体通过引射器喷射进入燃烧混合室；助燃气由助燃气口进入助燃气腔52，流经引射通道54后进入燃烧混合室，可燃气体与助燃气在燃烧混合室内混合燃烧，形成高温烟气，高温烟气与脱硝烟道内的气体进行快速混合，提高烟气温度，满足后续脱硝反应。
火焰探测器56和温度探测器57均与控制系统电连接；火焰探测器56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57用于检测燃烧混合室内温度。
进入燃气火焰摆动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。进入燃气火焰摆动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，或空气、氧气与原烟气的混合气体。助燃气体可以采用脱硝烟道内原有烟气作为助燃气体进行燃气火焰摆动燃烧器的燃烧反应，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。
进一步，如图2所示，引射器53包括直管段531、收缩段532、喉管段533、扩张段534和整流段535，直管段531位于燃气腔51内，收缩段532、喉管段533、扩张段534和整流段535位于助燃气腔52内；直管段531的第一端设置进气管口，直管段531的第二端连通收缩段532的第一端，收缩段532的直径自第一端向第二端呈渐缩设置，收缩段532的第二端连通喉管段533的第一端，喉管段533的第二端连通扩张段534的第一端，扩张段534的直径自第一端向第二端呈渐扩设置，扩张段534的第二端连通整流段535的第一端，整流段535的第二端设置出气管口。在本发明的一具体实施例中，引射器的出气管口与燃烧混合室底部的距离在100～300mm之间，优选的范围为150～250mm。
燃气火焰摆动燃烧器100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。
进一步，如图9所示，稳燃烟道5的侧壁上套设第一法兰58，第一法兰58用于与脱硝烟道侧壁密封连接。第一法兰58焊接连接于稳燃烟道5的侧壁上。
脱硝烟道侧壁上设置燃烧器过孔，稳燃烟道5穿设通过燃烧器过孔，燃烧器过孔的直径尺寸大于稳燃烟道5的直径尺寸，在本发明的一具体实施例中，燃烧器过孔的内壁与稳燃烟道5的外壁之间的距离不小于200mm(即二者半径之差不小于200mm)，稳燃烟道5的出口端深入脱硝烟道侧壁的距离不超过200mm。
如图5所示，本发明的一具体实施例中，燃气火焰摆动燃烧器100的出口段的横截面为正方形，包括出口段内层和出口段内层，二者之间设置耐火浇筑料，第一摆动叶片结构3和第二摆动叶片结构4轴向间隔设置于燃气火焰摆动燃烧器100的出口段的内腔，各第一叶片31能在第一摆动驱动结构1的驱动下绕其竖直的第一转动中心轴摆动(图中向左或向右旋转摆动)，各第二叶片41能在第二摆动驱动结构2的驱动下绕其水平的第二转动中心轴摆动(图中向上或向下旋转摆动)。第一摆动叶片结构3和第二摆动叶片结构4的空间摆动实现由稳燃烟道喷射出的烟气流股方向的空间调节，通过多个火焰燃烧器的流股的空间排布，实现烟气空间的快速混合，促进烟气热量交换，避免局部烟气温度过高，实现烟气温度的快速升温和温度的均匀化。
如图6、图7、图8所示，本发明的再一具体实施例中，燃气火焰摆动燃烧器100的出口段的横截面为圆形，第一摆动叶片结构3和第二摆动叶片结构4均匀排布在稳燃烟道的圆形截面内，第一叶片31和第二叶片41均匀分布在某一假想圆内，假想圆心与稳燃烟道的圆形截面中心在同一直线上。第一紧固组件35的中心线与垂直于第一叶片长度方向的假想圆直径重合，第二紧固组件的中心线与垂直于第二叶片长度方向的假想圆直径重合。
本发明的燃气火焰摆动燃烧器100中，第一摆动叶片结构3、第二摆动叶片结构4、第一转轴外套、第二转轴外套及各转动轴、连接轴等采用能承受1100℃高温的耐热、抗氧化的金属材料制成，如ZG35Cr28Ni 16、4Cr22Ni 10、高铬合金、ZG40Cr28Ni48W5Si2、ZG40Cr9Si2等，优选0Cr25Ni20。在耐热、抗氧化的金属材料的表面喷涂耐热涂层，耐热涂层具有高耐磨性能，同时可实现耐高温、防氧化、热冲击的性能。
如图10所示，本发明还提供一种用于脱硝系统的直燃式加热装置200，包括多个前述的燃气火焰摆动燃烧器100，多个燃气火焰摆动燃烧器100构成燃烧器组，燃烧器组的各燃气火焰摆动燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，各燃气火焰摆动燃烧器的第一摆动叶片结构3和第二摆动叶片结构4能摆动以调节火焰喷射角度。
在本实施方式中，用于脱硝系统的直燃式加热装置200包括至少2个燃烧器组，燃烧器组的数量为偶数；每个燃烧器组的各燃气火焰摆动燃烧器100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201的切入方向呈相反设置；各燃气火焰摆动燃烧器100的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，且各燃气火焰摆动燃烧器100的火焰喷射长度呈能调整地设置，通过调节燃气火焰摆动燃烧器100的可燃气体和助燃气体的流量和比例，可以实现燃气火焰摆动燃烧器100火焰长度的调整。
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。
各燃气火焰摆动燃烧器100的火焰喷射长度能调整，每个燃烧器组的各燃气火焰摆动燃烧器100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个燃气火焰摆动燃烧器100，燃气火焰摆动燃烧器100为切圆燃烧形式，燃气火焰摆动燃烧器100气体流股采用切圆方式送入，各燃气火焰摆动燃烧器100构成八角双切圆燃烧结构。每组燃气火焰摆动燃烧器100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上可适当增加燃气火焰摆动燃烧器100；在脱硝烟道9的另外两侧壁上也可适当增加燃气火焰摆动燃烧器100。
如图10所示，在本发明的一具体实施例中，8个燃气火焰摆动燃烧器100与竖直的脱硝烟道9侧壁之间的夹角分别为β1、β2、β3、β4、β5、β6、β7、β8，其范围为15°～85°，优选范围在30°～65°之间。
本发明采用拉瓦尔喷管喷射的旋流效应、双切圆布置方式，两组假想切圆采用相反的旋流方式，消除了两组旋流燃气火焰摆动燃烧器100的对冲影响，实现旋流的稳定运行。
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燃气火焰摆动燃烧器，利用燃气火焰摆动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；脱硝烟道内多个燃气火焰摆动燃烧器进行分组，利用燃气火焰摆动燃烧器火焰喷射的动能促使烟气形成旋流区，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；燃气火焰摆动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；各燃气火焰摆动燃烧器内的第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构能摆动调节火焰喷射角度，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。
由上所述，本发明提供的燃气火焰摆动燃烧器具有如下有益效果：
本发明提供的燃气火焰摆动燃烧器中，第一摆动驱动结构能驱动第一摆动叶片结构摆动，第二摆动驱动结构能驱动第二摆动叶片结构摆动，二者能独立或同时进行摆动，实现动态在线实时调节火焰喷射角度的功能，满足不同区域动态加热的要求，实现火焰燃烧区域大小和强度的动态调节，满足动态调整脱硝烟道内火焰燃烧区大小和位置的功能，促进高温燃烧的烟气与脱硝烟道内的气体进行快速换热的工艺要求，精确控制混合烟气的温度，实现高效烟气脱硝反应，实现烟气的超低排放；在烟道中设置天然气、高炉煤气或其它可燃气体的燃烧器，直接为烟气升温，能促使烟气温度达到催化剂理想脱硝反应的温度范围，达到超低排放要求，提高设备运行经济效益；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；
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燃气火焰摆动燃烧器，利用燃气火焰摆动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；脱硝烟道内多个燃气火焰摆动燃烧器进行分组，利用燃气火焰摆动燃烧器火焰喷射的动能促使烟气形成旋流区，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；燃气火焰摆动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；各燃气火焰摆动燃烧器内的第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构能摆动调节火焰喷射角度，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。
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 (12)

1.一种燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，包括燃烧器本体结构、第一摆动驱动结构和第二摆动驱动结构，所述燃烧器本体结构包括稳燃烟道，所述稳燃烟道内沿轴向间隔且能摆动改变火焰喷射角度的第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构，所述第一摆动驱动结构能驱动所述第一摆动叶片结构摆动，所述第二摆动驱动结构能驱动所述第二摆动叶片结构摆动。
2.如权利要求1所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，所述第一摆动叶片结构包括多个平行间隔且能同步摆动的第一叶片，各第一叶片上均沿其长度方向设有第一转动中心轴，所述第一摆动驱动结构能驱动各所述第一叶片绕其第一转动中心轴摆动；所述第二摆动叶片结构包括多个平行间隔且能同步摆动的第二叶片，各第二叶片上均沿其长度方向设有第二转动中心轴，所述第二摆动驱动结构能驱动各所述第二叶片绕其第二转动中心轴摆动；所述第一转动中心轴和所述第二转动中心轴呈第一夹角设置。
3.如权利要求2所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，设定一第一叶片为第一主动叶片，设定其他的第一叶片为第一从动叶片，所述第一摆动叶片结构包括第一主动转轴和第一从动转轴，所述第一主动转轴与所述第一主动叶片的第一端连接，所述第一从动转轴与所述第一主动叶片的第二端连接，所述第一摆动驱动结构能驱动所述第一主动转轴带动所述第一主动叶片转动；所述第一主动转轴和所述第一从动转轴均与所述第一转动中心轴同轴设置；各第一从动叶片的第一端和第二端分别通过第一连接轴铰接于稳燃烟道的侧壁上；各所述第一连接轴均与所述第一转动中心轴平行设置；所述第一主动叶片通过第一紧固组件与各第一从动叶片连接。
4.如权利要求3所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，所述第一摆动驱动结构包括第一固定底座、第一伸缩缸和第一摆动连杆，所述第一固定底座的第一端固定连接于稳燃烟道上，所述第一固定底座的第二端转动连接所述第一伸缩缸的第一端，所述第一伸缩缸的第二端铰接所述第一摆动连杆的第一端，所述第一摆动连杆的第二端连接所述第一主动转轴，所述第一摆动连杆用于带动所述第一主动转轴绕其中心轴转动。
5.如权利要求2所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，设定一第二叶片为第二主动叶片，设定其他的第二叶片为第二从动叶片，所述第二摆动叶片结构包括第二主动转轴和第二从动转轴，所述第二主动转轴与所述第二主动叶片的第一端连接，所述第二从动转轴与所述第二主动叶片的第二端连接，所述第二摆动驱动结构能驱动所述第二主动转轴带动所述第二主动叶片转动；所述第二主动转轴和所述第二从动转轴均与所述第二转动中心轴同轴设置；各第二从动叶片的第一端和第二端分别通过第二连接轴铰接于稳燃烟道的侧壁上；各所述第二连接轴均与所述第二转动中心轴平行设置；所述第二主动叶片通过第二紧固组件与各第二从动叶片连接。
6.如权利要求5所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，所述第二摆动驱动结构包括第二固定底座、第二伸缩缸和第二摆动连杆，所述第二固定底座的第一端固定连接于稳燃烟道上，所述第二固定底座的第二端转动连接所述第二伸缩缸的第一端，所述第二伸缩缸的第二端铰接所述第二摆动连杆的第一端，所述第二摆动连杆的第二端连接所述第二主动转轴，所述第二摆动连杆用于带动所述第二主动转轴绕其中心轴转动。
7.如权利要求2所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，所述第一摆动驱动结构的外侧扣设第一保护壳体，所述第二摆动驱动结构的外侧扣设第二保护壳体。
8.如权利要求2所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，各所述第一叶片呈竖直设置，各所述第二叶片呈水平设置。
9.如权利要求2所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，所述第一摆动叶片结构和所述第二摆动叶片结构沿稳燃烟道轴向上的间距为15～45mm；相邻的第一叶片之间的间距为50～250mm，相邻的第二叶片之间的间距为50～250mm。
10.如权利要求2所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，所述稳燃烟道的内腔连通构成燃烧混合室，所述第一摆动叶片结构和所述第二摆动叶片结构设置于燃烧混合室的第一端，所述燃烧混合室的第二端连通设置助燃气腔和燃气腔，所述燃气腔和所述助燃气腔内穿设引射器，所述引射器与所述燃烧混合室同轴设置，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；所述燃烧混合室内设置点火器、火焰探测器和温度探测器。
11.如权利要求2所述的燃气火焰摆动燃烧器，其特征在于，所述稳燃烟道的侧壁上套设第一法兰，所述第一法兰用于与脱硝烟道侧壁密封连接。
12.一种用于脱硝系统的直燃式加热装置，其特征在于，包括多个如权利要求1至11任一项所述的燃气火焰摆动燃烧器，多个燃气火焰摆动燃烧器构成燃烧器组，燃烧器组的各燃气火焰摆动燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，各所述燃气火焰摆动燃烧器的第一摆动叶片结构和第二摆动叶片结构能摆动以调节火焰喷射角度。
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