CN113369034B - 一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统及方法，冷却风经冷却风接口进入冷却风空腔后，分为两路，一路经冷却风开孔通道进入近壁冷却风室，然后经近壁冷却风喷口沿着与喷枪管道平行的方向喷入锅炉内，起到冷却喷枪管道周围烟气的效果；另一路沿冷却喷枪管道流到喷枪的端部，在这个过程中与冷却喷枪管道壁面进行换热，降低壁温，冷却风到达喷枪枪头出，经端部冷却风喷口朝固定结构方向喷出冷却风，同样起到冷却喷枪周围烟气的效果；热电偶感应端监控喷枪枪头的温度，以便控制冷却风的流量。本方法可以有效降低火焰中喷枪的表面温度，提高喷枪在火焰中的伸入距离，增加还原剂覆盖面积，解决了喷枪表面温度很快升高影响效率的问题。
Description
技术领域
本发明涉及燃煤锅炉喷枪，具体为一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统及方法。
背景技术
NOx是大气污染物的一种，燃煤锅炉排放的NOx是大气中NOx的主要来源之一，我国最新颁布的大气污染物排放标准中对NOx的排放提出了更高的要求。因此寻求和发展锅炉深度脱硝技术有着重要的紧迫性。富燃料区喷氨技术是基于空气分级技术上的主燃烧区喷氨脱硝技术，是燃煤锅炉降低NOx排放的一种有效手段，主要是通过低氮燃烧器和空气分级在主燃区形成高温、强还原性气氛,在该区域适当位置喷人氨基还原剂以促进NOx的还原，目前国内外这方面的研究和工程应用还比较少。
Wendt等人在20世纪70年代首次提出了富燃料区喷氨概念，利用电加热的管流反应器，对其进行空气分级富燃料区喷氨还原NOx的实验。结果表明，在主燃区喷氨后,随着主燃区过量空气系数的减小NOx的排放降低。Greul等人在电加热的管式反应器中对空气分级主燃区进行了大量的喷氨还原NOx的实验研究，实验结果表明，实验范围内的温度和过量空气系数下，进入主燃区的氨剂都能够在空气分级的基础上进一步还原NOx，高温更有利于提高脱硝效率。
根据研究团队最新的实验结果，上述这种高温喷氨脱硝喷枪，在高温烟气下，喷枪表面温度很快升高，因此在高温火焰中的伸入距离有限，当还原剂需要覆盖的截面面积较小时，这种喷枪能够满足要求，但是当还原剂需要覆盖的截面面积大时，由于喷枪伸入火焰中的距离小，覆盖面积就不能满足要求。
发明内容
针对现有技术中存在的喷枪表面温度很快升高影响效率问题，本发明提供一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统及方法。
本发明是通过以下技术方案来实现：
一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统，包括喷枪管道和气冷套；所述喷枪管道一端为喷枪枪头且设置在锅炉内部，另一端连接还原剂接口且设置在锅炉外部；所述气冷套套设于喷枪管道外侧，并与喷枪管道外壁形成冷却风空腔，所述气冷套位于锅炉外部的一端侧壁设置有冷却风接口0；所述气冷套在喷枪枪头四周环绕设置有多个端部冷却风喷口。
进一步，所述喷枪管道一端的喷枪枪头内部设置有热电偶感应端，另一端设置有热电偶接出端，形成喷枪温度检测单元。
进一步，所述气冷套与锅炉连接点设置有固定结构，并通过固定结构与锅炉固定连接。
进一步，所述固定结构内侧套设于气冷套外侧形成空腔结构的近壁冷却风室，所述近壁冷却风室靠近锅炉内部一侧与锅炉内壁齐平；所述近壁冷却风室与冷却风空腔通过多个近壁冷却风开孔通道连接；且近壁冷却风室靠近喷枪枪头的侧壁上设置有多个近壁冷却风喷口，且近壁冷却风喷口喷头方向与喷枪枪头保持一致。
进一步，所述固定结构通过法兰盘和禁锢螺丝与锅炉上的管座固定连接。
进一步，所述气冷套在喷枪枪头处为外凸空腔结构的端部冷却风室；所述端部冷却风室在靠近固定结构的侧壁上有端部冷却风喷口。
进一步，所述近壁冷却风喷口和端部冷却风喷口的喷头方向平行设置于喷枪管道。
进一步，所述冷却风空腔内部的喷枪管道外壁涂有绝缘漆涂料层。
一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却方法，包括以下步骤：
冷却风经冷却风接口进入冷却风空腔后，分为两路，一路经冷却风开孔通道进入近壁冷却风室，然后经近壁冷却风喷口沿着与喷枪管道平行的方向喷入锅炉内，起到冷却喷枪管道周围烟气的效果；另一路沿冷却喷枪管道流到喷枪的端部，在这个过程中与冷却喷枪管道壁面进行换热，降低壁温，冷却风到达喷枪枪头处，经端部冷却风喷口朝固定结构方向喷出冷却风，同样起到冷却喷枪周围烟气的效果。
进一步，所述热电偶感应端感知喷枪喷头的温度，传回热电偶接触端，并控制冷却风和冷却水的流量。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统，通过在喷枪管道外侧套设气冷套形成冷却风空腔，同时，通过固定结构与锅炉连接，分别在连接位置朝喷枪枪头方向设置多个近壁冷却风喷口，在喷枪枪头设置多个朝向固定结构的端部冷却风喷口，冷却风分别从两个端部喷出，可以实现对伸入锅炉内部的冷却空腔表面进行降温，从而提高冷却空腔内部的降温效果；同时冷却风腔内部的冷却风对喷枪管道表面进行降温，进一步提高降温的效率。
进一步，本发明冷却风空腔内部的喷枪管道外壁涂油绝缘漆涂料层，减少冷却风与还原剂的换热。
进一步，本发明近壁冷却风室设置于锅炉与喷枪管道连接处，一方面用于将锅炉壁与气冷套隔开，减少锅炉壁对冷却套内部的温度影响，另一方面通过近壁冷却风室侧壁设置的近壁冷却风喷口与端部冷却风喷口的配合，降低冷却套表面的温度，进一步提高冷却效率；同时，由于锅炉壁温度较锅炉内部温度较低，因此，采用单独的近壁冷却风室能够减少对锅炉内部温度的影响。
进一步，本发明喷枪管道一端的喷枪枪头内部有热电偶感应端，另一端有热电偶接出端，用于感知喷头的温度，以便控制冷却风的流量，使喷头保持低温的同时，尽量减少冷却风量，从而降低对对锅炉燃烧的影响。
本发明一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却方法，冷却风经冷却风接口进入冷却风空腔后，分为两路，一路经冷却风开孔通道进入近壁冷却风室，然后经近壁冷却风喷口沿着与喷枪管道平行的方向喷入锅炉内，起到冷却喷枪管道周围烟气的效果；另一路沿冷却喷枪管道流到喷枪的端部，在这个过程中与冷却喷枪管道壁面进行换热，降低壁温，冷却风到达喷枪枪头出，经端部冷却风喷口朝固定结构方向喷出冷却风，同样起到冷却喷枪周围烟气的效果；热电偶感应端监控喷枪枪头的温度，以便控制冷却风的流量。本方法可以有效降低火焰中喷枪的表面温度，提高喷枪在火焰中的伸入距离，增加还原剂覆盖面积，解决了喷枪表面温度很快升高影响效率的问题。
附图说明
图1为本发明具体实施例中一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统示意图；
图2为本发明具体实施例中一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统的固定端结构示意图；
图3a为本发明具体实施例中一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统的喷枪端部结构示意图；
图3b为本发明具体实施例中一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统的喷枪端部结构剖面示意图。
图中：喷枪管道7；气冷套8；冷却风接口80；喷枪枪头71；冷却风空腔72；还原剂接口76；热电偶接出端73；热电偶感应端74；绝缘漆涂料层75；固定结构81；近壁冷却风喷口82；近壁冷却风室83；近壁冷却风开孔通道84；端部冷却风室85；端部冷却风喷口86。
具体实施方式
下面结合具体的实施例对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。
本发明一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统的具体实施例，如图1所示，包括喷枪管道7和气冷套8；喷枪管道7一端为喷枪枪头气冷套71且设置在锅炉内部，另一端连接还原剂接口76且设置在锅炉外部；气冷套8套设于喷枪管道气冷套8外侧，并与喷枪管道7外壁形成冷却风空腔72，所述气冷套8位于锅炉外部的一端侧壁设置有冷却风接口气冷套80；气冷套8在喷枪枪头71四周环绕设置有多个端部冷却风喷口86。
喷枪管道7一端的喷枪枪头71内部有热电偶感应端74，另一端有热电偶接出端73，形成喷枪温度检测单元；用于感知喷枪枪头71的温度，以便控制冷却风的流量，使喷枪枪头71保持低温的同时，尽量减少冷却风量，从而降低对对锅炉燃烧的影响。
如图2所示，气冷套8与锅炉连接点设置有固定结构81，并通过固定结构81与锅炉固定连接，具体的，固定结构81通过法兰盘和禁锢螺丝与锅炉上的管座固定连接，从而起到固定喷枪的作用，其中管座焊接在锅炉炉壁外侧。
固定结构81内侧套设于气冷套8外侧形成空腔结构的近壁冷却风室83，所述近壁冷却风室83靠近锅炉内部一侧与锅炉内壁齐平；近壁冷却风室83与冷却风空腔72通过多个近壁冷却风开孔通道84连接；且近壁冷却风室83靠近喷枪枪头71的侧壁上设置有多个近壁冷却风喷口82，且近壁冷却风喷口82喷头方向与喷枪枪头71保持一致；近壁冷却风室设置于锅炉与喷枪管道7连接处，一方面用于将锅炉壁与气冷套8隔开，减少锅炉壁对冷却套8内部的温度影响，另一方面通过近壁冷却风室83侧壁设置的近壁冷却风喷口82与端部冷却风喷口86的配合，降低冷却套8表面的温度，进一步提高冷却效率；同时，由于锅炉壁温度较锅炉内部温度较低，因此，采用单独设置的近壁冷却风室83能够减少对锅炉内部温度的影响。
气冷套8在喷枪枪头71处为外凸空腔结构的端部冷却风室85；其中端部冷却风室85在靠近固定结构81的侧壁上有端部冷却风喷口86，如图3ab所示，具体的，端部冷却风喷口86环绕设置与喷枪枪头71四周，能够实现覆盖并向喷枪管道7表面降温。
近壁冷却风喷口82和端部冷却风喷口86平行于喷枪管道7，使得吹出的冷却风能够沿气冷套8表面运动，进而提高冷却效率，同时减少冷却风向锅炉内部的作用。
冷却风空腔72内部的喷枪管道7外壁涂有绝缘漆涂料层75，减少冷却风与还原剂的换热，提高冷却风的热效率。
这种气冷喷枪结构简单，冷却效果显著，喷枪端部有热电偶可以监测温度，可以将冷却风量控制到极低，对锅炉燃烧影响小。
本发明一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却方法，包括以下步骤：
冷却风经冷却风接口80进入冷却风空腔72后，分为两路，一路经冷却风开孔通道84进入近壁冷却风室83，然后经近壁冷却风喷口82沿着与喷枪管道7平行的方向喷入锅炉内，起到冷却喷枪管道7周围烟气的效果；
另一路沿冷却喷枪管道7流到喷枪的端部，在这个过程中与冷却喷枪管道7壁面进行换热，降低壁温，冷却风到达喷枪枪头71处，经端部冷却风喷口86朝固定结构81方向喷出冷却风，同样起到冷却喷枪周围烟气的效果；
热电偶感应端74监控喷枪枪头71的温度，传回热电偶接触端73，用于控制冷却风的流量。
Claims (6)
1.一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统，其特征在于，包括喷枪管道（7）和气冷套（8）；
所述喷枪管道（7）一端为喷枪枪头（71）且设置在锅炉内部，另一端连接还原剂接口（76）且设置在锅炉外部；
所述气冷套（8）套设于喷枪管道（7）外侧，并与喷枪管道（7）外壁形成冷却风空腔（72），所述气冷套（8）位于锅炉外部的一端侧壁设置有冷却风接口（80）；
所述气冷套（8）在喷枪枪头（71）四周环绕设置有多个端部冷却风喷口（86）；
所述气冷套（8）与锅炉连接点设置有固定结构（81），并通过固定结构（81）与锅炉固定连接；
所述固定结构（81）内侧套设于气冷套（8）外侧形成空腔结构的近壁冷却风室（83），所述近壁冷却风室（83）靠近锅炉内部一侧与锅炉内壁齐平；
所述近壁冷却风室（83）与冷却风空腔（72）通过多个近壁冷却风开孔通道（84）连接；且近壁冷却风室（83）靠近喷枪枪头（71）的侧壁上设置有多个近壁冷却风喷口（82），且近壁冷却风喷口（82）喷头方向与喷枪枪头（71）保持一致；
所述气冷套（8）在喷枪枪头（71）处为外凸空腔结构的端部冷却风室（85）；所述端部冷却风室（85）在靠近固定结构（81）的侧壁上有端部冷却风喷口（86）；
所述近壁冷却风喷口（82）和端部冷却风喷口（86）的喷头方向平行设置于喷枪管道（7）；使得吹出的冷却风能够沿气冷套（8）表面运动。
2.根据权利要求1所述一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统，其特征在于，所述喷枪管道（7）一端的喷枪枪头（71）内部设置有热电偶感应端（74），另一端设置有热电偶接出端（73），形成喷枪温度检测单元。
3.根据权利要求1所述一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统，其特征在于，所述固定结构（81）通过法兰盘和禁锢螺丝与锅炉上的管座固定连接。
4.根据权利要求1所述一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统，其特征在于，所述冷却风空腔（72）内部的喷枪管道（7）外壁涂有绝缘漆涂料层（75）。
5.一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却方法，其特征在于，基于权利要求1-4所述任意一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却系统，包括以下步骤：
冷却风经冷却风接口（80）进入冷却风空腔（72）后，分为两路，一路经近壁冷却风开孔通道（84）进入近壁冷却风室（83），然后经近壁冷却风喷口（82）沿着与喷枪管道（7）平行的方向喷入锅炉内，起到冷却喷枪管道（7）周围烟气的效果；
另一路沿冷却喷枪管道（7）流到喷枪的端部，在这个过程中与冷却喷枪管道（7）壁面进行换热，降低壁温，冷却风到达喷枪枪头（71）处，经端部冷却风喷口（86）朝固定结构（81）方向喷出冷却风，同样起到冷却喷枪周围烟气的效果。
6.根据权利要求5所述一种燃煤锅炉高温喷氨脱硝气冷喷枪的冷却方法，其特征在于，所述喷枪枪头（71）内部设置的热电偶感应端（74）感知喷枪枪头（71）的温度，传回喷枪温度检测单元中的热电偶接触端（73），并控制冷却风的流量。
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