CN113606579A - 水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统 - Google Patents

Abstract

本发明为一种水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统，水冷直燃加热装置包括燃烧器，燃烧器用于直接加热升温脱硝烟道内的烟气；燃烧器包括自第一端向第二端顺序设置的稳燃烟道结构和燃烧器本体，稳燃烟道结构能密封穿设通过脱硝烟道的侧壁，燃烧器本体连接于滑动及转动结构上，滑动及转动结构用于调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度；稳燃烟道结构内靠近出口的位置设置有水冷降温结构，水冷降温结构用于降低燃烧器火焰中心温度。该水冷直燃加热装置能有效降低火焰中心温度，大幅降低NOx的生成率；通过滑动及转动结构调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度，满足动态控制火焰燃烧区域的工艺要求，不同烟气条件下燃烧器均能满足要求。

Description

水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统

技术领域

本发明涉及煤气燃烧设备技术领域，尤其涉及一种水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统。

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。控制氮氧化物生成的主要途径有：降低燃烧温度水平，防止产生局部高温区；降低主燃烧区氧气浓度，使燃烧在偏离理论空气量的条件下进行。

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，这几种技术都最先在日本得到应用。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。

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。

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，还有一些厂家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。

高炉煤气、荒煤气用于燃烧发电是钢铁企业、焦化厂等节能减排的重要措施，对于NOx排放要求的趋于严格，常规煤气燃烧技术需要投入较大脱硝成本。常规煤气燃烧器的主要问题有：煤气与热空气经过燃烧器混合燃烧，在富氧条件下形成局部高温，尤其对于焦炉煤气等富含碳氢成分及含氮杂质燃气，NOx生成量大幅增加，原始排放浓度可达到200mg/Nm³,超过排放限值。常规燃烧高炉煤气时，喷口处火焰温度可达到1200℃，燃烧焦炉煤气时可达1500温度，NOx生成率很高。

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，在截面周向气流混合效果较差，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，提出一种水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统，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水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统，水冷直燃加热装置通过在燃烧器出口处布置水冷降温结构，有效降低火焰中心温度，大幅降低NOx的生成率；通过滑动及转动结构调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度，满足燃烧器动态可调的控制火焰燃烧区域的工艺要求，不同烟气条件下燃烧器均能满足要求；烟气脱硝系统将水冷直燃加热装置直接安装在脱硝烟道上，利用燃烧器燃烧产生的高温烟气直接对脱硝烟道内烟气进行加热升温，实现热量的高效利用。

本发明的目的是这样实现的，一种水冷直燃加热装置，包括能穿设于脱硝烟道侧壁上的燃烧器，所述燃烧器用于直接加热升温脱硝烟道内的烟气；所述燃烧器包括自第一端向第二端顺序设置的稳燃烟道结构和燃烧器本体，所述稳燃烟道结构能密封穿设通过脱硝烟道的侧壁，所述燃烧器本体连接于滑动及转动结构上，所述滑动及转动结构用于调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度；所述稳燃烟道结构内靠近出口的位置设置有水冷降温结构，所述水冷降温结构用于降低燃烧器火焰中心温度。

在本发明的一较佳实施方式中，所述水冷降温结构包括多个沿稳燃烟道结构的轴向间隔设置的水冷环管，各所述水冷环管包括环形管段，所述环形管段的中心轴与稳燃烟道结构的中心轴重合设置，所述环形管段构成冷却水受热部；所述稳燃烟道结构的外壁上固定设置进水母管和出水母管，各水冷环管的入口均能与进水母管连通，各水冷环管的出口均能与出水母管连通。

在本发明的一较佳实施方式中，多个环形管段的面积沿轴向自中间向两侧呈渐缩设置。

在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动及转动结构包括滑动部、转动部和控制部，所述滑动部用于驱动所述燃烧器沿其轴向往复移动以调整燃烧器插入脱硝烟道的深度，所述转动部用于驱动所述燃烧器在竖直面内摆动以调整燃烧器的倾斜角度；所述滑动部和所述转动部均与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动部包括滑动平台，所述滑动平台的顶部能与所述燃烧器连接，所述滑动平台的下方设置滑道，所述滑道的长度方向与稳燃烟道结构的轴向呈平行设置，所述滑动平台上连接有第一动力部，所述第一动力部用于驱动所述滑动平台沿所述滑道往复移动；所述第一动力部与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述转动部包括转动平台，所述转动平台的顶部能与所述滑道连接，所述转动平台的第一端设置摆动铰接点，所述转动平台的第二端连接第二动力部，所述第二动力部用于驱动所述转动平台绕摆动铰接点在竖直平面内摆动；所述第二动力部与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述滑动平台的顶部固定连接于所述燃烧器本体，所述滑动平台的底面设置滑块，所述滑块的底面内凹设置滑槽，所述滑槽能滑动套设于所述滑道上；

所述滑动平台远离脱硝烟道的一端连接所述第一动力部；所述转动平台的顶部设置所述滑道，且所述转动平台远离脱硝烟道的一端设置第一铰接座，所述第一动力部铰接于所述第一铰接座上；

所述转动平台的下方设置固定平台，所述固定平台上靠近脱硝烟道的一端设置第二铰接座，所述转动平台的底部设置第二耳座，所述第二耳座通过第二销轴铰接于第二铰接座，所述第二铰接座、所述第二销轴和所述第二耳座构成所述摆动铰接点；所述固定平台上远离脱硝烟道的一端设置第三铰接座，所述第三铰接座低于所述第二铰接座设置，所述第三铰接座与所述第二动力部的一端铰接，所述转动平台的底部设置第三耳座，所述第二动力部的另一端铰接于所述第三耳座上。

在本发明的一较佳实施方式中，所述第一动力部内设置测量所述燃烧器移动距离的第一位移传感器，所述第一位移传感器用于指示燃烧器插入脱硝烟道的深度；所述第二动力部内设置测量燃烧器摆动角度的第二位移传感器，所述第二位移传感器用于指示稳燃烟道结构的中心轴与水平面的夹角；所述第一位移传感器和所述第二位移传感器均与所述控制部电连接。

在本发明的一较佳实施方式中，所述稳燃烟道结构内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，所述燃烧混合室靠近出口的位置设置各所述水冷环管，所述燃烧混合室内插设点火器；所述燃烧器本体内设置燃气腔和助燃气腔，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。

本发明的目的还可以这样实现，一种烟气脱硝系统，包括脱硝烟道，所述脱硝烟道上设有烟气入口，所述脱硝烟道上设置偶数个前述的水冷直燃加热装置，且每两个所述水冷直燃加热装置对冲布置在脱硝烟道相对的两侧壁上；所述烟气入口和所述水冷直燃加热装置之间顺序设置导流装置和分流装置，所述导流装置将自烟气入口进入的原始烟气分流为第一烟气流和第二烟气流，第一烟气流经对冲布置的两个所述水冷直燃加热装置之间流向下游，第二烟气流在所述分流装置的作用下经过各稳燃烟道结构的外壁流向下游。

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外径尺寸；所述稳燃烟道结构的侧壁上套设第一法兰，所述第一法兰上连接波纹管的一端，波纹管的另一端连接第二法兰，所述第二法兰与燃烧器过孔外侧的脱硝烟道侧壁密封连接，所述第一法兰、所述波纹管和所述第二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，所述燃烧器本体内设置燃气腔和助燃气腔，所述燃气腔上连通设置燃气进口；所述助燃气腔上连通设置助燃气进口；所述助燃气进口与助燃风系统连接，所述助燃风系统包括助燃风机，所述助燃风机能与所述水冷直燃加热装置下游的烟道连通，且助燃风系统设有单独的空气入口，以将脱硝烟道内的部分混合烟气或大气中的空气抽取至燃烧器内。

由上所述，本发明提供的水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统具有如下有益效果：

本发明的水冷直燃加热装置，通过在稳燃烟道结构内靠近出口的位置设置水冷降温结构，可以有效降低火焰中心温度，避免形成局部高温，降低燃烧区氧气浓度，实现局部缺氧燃烧，大幅降低NOx的生成率；同时，通过滑动及转动结构调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度，满足燃烧器动态可调的控制火焰燃烧区域的工艺要求，不同烟气条件下燃烧器均能满足要求；

本发明提供的烟气脱硝系统中，将水冷直燃加热装置直接安装在脱硝烟道上，利用燃烧器燃烧产生的高温烟气直接对脱硝烟道内烟气进行加热升温，实现热量的高效利用，减少了热量损失，采用导流装置和分流装置实现烟气流股的动态控制，不需要设置单独的加热炉和热风输送管道，大幅度减少热量损耗，节约燃料，降低运行成分；

本发明提供的烟气脱硝系统中利用水冷直燃加热装置下游的烟气和少量混合空气作为助燃风，利用了烟气的自身潜热，相比于常规冷空气助燃的方式，进一步减少了燃料的消耗，降低了烟气总量，降低后续脱硝设备的投资及运行成本

本发明提供的烟气脱硝系统采用冷空气和烟气混合助燃的方式，降低了助燃风的氧气含量，降低了燃烧器火焰燃烧区的温度，减低氮氧化物的生成，减小后续脱硝设备的负荷，有助于实现超低排放。

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：为本发明的水冷直燃加热装置的结构示意图。

图2：为本发明的燃烧器的内部结构示意图。

图3：为图2中B向示意图。

图4：为图2中C向示意图。

图5：为本发明的一种水冷环管的结构示意图。

图6：为本发明的另一种水冷环管的结构示意图。

图7：为本发明的滑动及转动结构的结构示意图。

图8：为本发明的滑动部的侧视图。

图9：为本发明的烟气脱硝系统的主视图。

图10：为本发明的烟气脱硝系统的俯视图。

图11：为本发明的燃烧器与脱硝烟道的连接示意图。

图中：

100、水冷直燃加热装置；

200、烟气脱硝系统；

1、燃烧器；11、稳燃烟道结构；110、燃烧混合室；12、燃烧器本体；121、燃气腔；1211、燃气进口；122、助燃气腔；1221、助燃气进口；13、点火器；14、引射器；15、引射通道；16、火焰探测器；17、温度探测器；

2、滑动及转动结构；21、滑动部；211、滑动平台；212、滑道；213、第一动力部；214、滑块；215、第一铰接座；22、转动部；221、转动平台；222、第二动力部；23、固定平台；231、第二铰接座；232、第三铰接座；

3、水冷降温结构；31、水冷环管；311、环形管段；312、第一短管；313、第二短管；32、进水母管；33、出水母管；34、保护壳；

51、第一法兰；52、第二法兰；53、波纹管；

61、第一烟气流；62、第二烟气流；

7、导流装置；

8、分流装置；

9、脱硝烟道；91、烟气入口；92、左侧壁；93、右侧壁；94、前侧壁；95、后侧壁；96、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。

本发明涉及水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统，适用于发电厂、热电厂、冶金、化工、饲料等行业的烟气或工业尾气燃烧加热领域。

如图1至图11所示，本发明提供一种水冷直燃加热装置100，包括能穿设于脱硝烟道侧壁上的燃烧器1，燃烧器用于直接加热升温脱硝烟道内的烟气；燃烧器1包括自第一端向第二端顺序设置的稳燃烟道结构11和燃烧器本体12，稳燃烟道结构11能密封穿设通过脱硝烟道的侧壁，燃烧器本体12连接于滑动及转动结构2上，滑动及转动结构2用于调整燃烧器1插入脱硝烟道的深度和倾斜角度；稳燃烟道结构11内靠近出口的位置设置有水冷降温结构3，水冷降温结构3用于降低燃烧器火焰中心温度。

本发明的水冷直燃加热装置，通过在稳燃烟道结构内靠近出口的位置设置水冷降温结构，可以有效降低火焰中心温度，避免形成局部高温，降低燃烧区氧气浓度，实现局部缺氧燃烧，大幅降低NOx的生成率；同时，通过滑动及转动结构调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度，满足燃烧器动态可调的控制火焰燃烧区域的工艺要求，不同烟气条件下燃烧器均能满足要求。

进一步，如图2、图5、图6所示，水冷降温结构3包括多个沿稳燃烟道结构的轴向间隔设置的水冷环管31，各水冷环管31包括环形管段311，环形管段311的中心轴与稳燃烟道结构11的中心轴重合设置，环形管段构成冷却水受热部；稳燃烟道结构11的外壁上固定设置进水母管32和出水母管33，各水冷环管31的入口均能与进水母管32连通，各水冷环管的出口均能与出水母管33连通。环形管段311的入口通过第一短管312与进水母管32连通，环形管段311的出口通过第二短管313与出水母管33连通。进水母管32和出水母管33的外部设置保护壳34，避免高温烟气的冲刷。

进一步，如图2、图5、图6所示，多个环形管段的面积沿轴向自中间向两侧呈渐缩设置(此处的中间位置指靠近燃烧混合室内火焰中心的位置)。多个环形管段的长度可以存在一定差异，沿着稳燃烟道结构的中心轴方向，中间的环形管段面积最大，向两侧即靠近稳燃烟道结构的出口和靠近燃烧器本体的环形管段的面积逐渐减小。

在水冷直燃加热装置内部设置水冷降温结构，可有效降低火焰中心温度，采用多层环形管段的设置，同时靠近火焰中心的环形管段数量较多，靠近边部的环形管段数量较少，实现快速降低火焰中心温度的效果，降低燃烧过程产生的氮氧化物的数量，实现燃烧烟气的超低排放。

通过水冷降温结构控制燃烧混合室火焰燃烧的温度，实现氮氧化物的控制，降低燃烧产生的氮氧化物，降低后续脱硝处理的负荷，降低设备投资和运行成本。

进一步，滑动及转动结构2包括滑动部21、转动部22和控制部，滑动部21用于驱动燃烧器沿其轴向往复移动以调整燃烧器插入脱硝烟道的深度，转动部22用于驱动燃烧器在竖直面内摆动以调整燃烧器的倾斜角度；滑动部21和转动部22均与控制部电连接。

进一步，如图1、图7所示，滑动部21包括滑动平台211，滑动平台211的顶部能与燃烧器1连接，滑动平台211的下方设置滑道212，滑道212的长度方向与稳燃烟道结构的轴向呈平行设置，滑动平台211上连接有第一动力部213，第一动力部213用于驱动滑动平台211沿滑道212往复移动；第一动力部213与控制部电连接。

进一步，如图1、图7所示，转动部22包括转动平台221，转动平台221的顶部能与滑道212连接，转动平台221的第一端设置摆动铰接点，转动平台221的第二端连接第二动力部222，第二动力部222用于驱动转动平台221绕摆动铰接点在竖直平面内摆动；第二动力部222与控制部电连接。

如图1、图7、图8所示，在本实施方式中，滑动平台211的顶部固定连接于燃烧器本体12，滑动平台211的底面设置滑块214，滑块214的底面内凹设置滑槽，滑槽能滑动套设于滑道212上；

滑动平台211远离脱硝烟道的一端连接第一动力部213；转动平台221的顶部设置滑道212，且转动平台221远离脱硝烟道的一端设置第一铰接座215，第一动力部213铰接于第一铰接座215上；在本发明的一具体实施例中，第一动力部213为液压缸，其缸筒的一端设置第一耳座，第一耳座通过第一销轴铰接于第一铰接座；

转动平台221的下方设置固定平台23，固定平台23上靠近脱硝烟道的一端设置第二铰接座231，转动平台221的底部设置第二耳座，第二耳座通过第二销轴铰接于第二铰接座231，第二铰接座、第二销轴和第二耳座构成摆动铰接点；固定平台23上远离脱硝烟道的一端设置第三铰接座232，第三铰接座232低于第二铰接座231设置，第三铰接座232与第二动力部222的一端铰接，转动平台221的底部设置第三耳座，第二动力部222的另一端铰接于第三耳座上。第二动力部222采用两端均能铰接连接、可以旋转的液压缸。

固定平台23设置成台阶形结构，第二铰接座231和第三铰接座232分别固定在一凸台上，且满足第三铰接座232低于第二铰接座231设置。

滑动部21和转动部22的上下位置可以进行调整，根据实际使用需求确定即可。

在本发明的一具体实施例中，如图8所示，滑道212的两侧面各自设有一个凹槽，使得滑道的上半部形成工字形结构，滑块214底面的滑槽为T形槽，工字形结构的上边翼缘能够在T形槽的水平槽中滑动，工字形结构的腹板部在T形槽的垂直槽内滑动。滑块底面的滑槽截面也可是等腰梯形，等腰梯形的上部长度大于下部长度，即等腰梯形呈倒锥度设置，滑道的截面为与之配合的等腰梯形。

作为滑块，还可以是设置于滑动平台211底面的一个简单的、具有一定强度且能支持滑动平台211及其上设置的部件重量、能够沿滑道212自如滑动的条形板即可。也可以采用在滑动平台底面设置能在滑道的凹槽内滑动的滑轮来代替上述滑块。

第一动力部213和第二动力部222可以为液压缸，也可采用蜗轮蜗杆结构替代，也可采用齿轮齿条的传动方式，驱动动力可以采用电机驱动。

进一步，第一动力部213内设置测量燃烧器移动距离的第一位移传感器，第一位移传感器用于指示燃烧器插入脱硝烟道的深度；第二动力部222内设置测量燃烧器摆动角度的第二位移传感器，第二位移传感器用于指示稳燃烟道结构的中心轴与水平面的夹角；第一位移传感器和第二位移传感器均与控制部电连接。

第一动力部213采用液压缸或电机，驱动燃烧器在稳燃烟道的中心轴方向沿着轨道运行，采用第一位移传感器测量运行距离，实现稳燃烟道插入烟道深度的动态调节，控制火焰燃烧的高温烟气作用区域，实现烟气热量的高效、快速交换，实现烟气的快速精确升温。

第二动力部222采用液压缸或电机，驱动燃烧器在竖直平面内转动，采用第二位移传感器测量摆动角度，实现燃烧器火焰喷射作用区域的动态调节，实现调节烟气混合长度的动态调节，促进烟气的热量交换，实现烟气快速高效均匀的升温。

滑动部21和转动部22采用传感器自动检测，实现远程控制，同时实现调整位置的锁定。

进一步，如图2、图3、图4所示，稳燃烟道结构11内沿轴向贯通设置稳燃中心孔，稳燃中心孔构成燃烧混合室110，燃烧混合室110靠近出口的位置设置各水冷环管31，燃烧混合室110内插设点火器13；燃烧器本体12内设置燃气腔121和助燃气腔122，燃气腔121和助燃气腔122内穿设引射器14，引射器14与稳燃烟道结构11同轴设置，引射器14用于将燃气腔121内的可燃气体加速喷射至燃烧混合室110，助燃气腔122与燃烧混合室110之间构成缩颈的引射通道15，助燃气腔122内的助燃气通过引射通道15引射至燃烧混合室110。

点火器13为等离子点火器，用于点燃燃烧混合室内的可燃气体和助燃气。由于高炉煤气、转炉煤气或焦炉煤气等燃气的特点，容易造成燃烧不稳定的情况，因此，点火器优选为等离子点火器，等离子点火器具有伴烧功能，能在燃烧混合室内的燃料气燃烧不稳定时进行伴烧，从而保证燃料气的稳定燃烧。

在本实施方式中，稳燃烟道结构11的长度L的取值范围为L≥2.5m。稳燃烟道结构11的材质为耐热不锈钢，且不锈钢的耐热温度T的范围为T≥600℃。

如图4所示，在本实施方式中，稳燃烟道结构11包括同轴且径向间隔设置的稳燃内管和稳燃外管，稳燃内管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；稳燃外管的横截面呈圆形设置，稳燃内管和稳燃外管之间构成稳燃环形空间，稳燃环形空间内填充耐火浇注料单元。稳燃内管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。

如图2所示，燃烧混合室内设置火焰探测器16和温度探测器17，火焰探测器16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17用于检测燃烧混合室内温度。

引射器14的出口呈多弧形圆截面设置，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。

如图9、图10所示，本发明还提供一种烟气脱硝系统200，包括脱硝烟道9，脱硝烟道9上设有烟气入口91，脱硝烟道9上设置偶数个前述的水冷直燃加热装置100，且每两个水冷直燃加热装置100对冲布置在脱硝烟道9相对的两侧壁上；烟气入口91和水冷直燃加热装置100之间顺序设置导流装置7和分流装置8，导流装置7将自烟气入口91进入的原始烟气分流为第一烟气流61和第二烟气流62，第一烟气流61经对冲布置的两个水冷直燃加热装置100之间流向下游，第二烟气流62在分流装置8的作用下经过各稳燃烟道结构11的外壁流向下游。

通过将每两个水冷直燃加热装置对冲布置，能有效支撑与其相对的一个燃烧器内的火焰，并能加强脱硝烟道9内烟气气流的扰动和混合，保证脱硝烟道9内温度的均匀，也有助于脱硝烟道9内烟气的受热和混合更均匀，保证烟气加热后的整体温度。脱硝烟道9的左侧壁92和右侧壁93的宽度为a，前侧壁94和后侧壁95的宽度为b，其中b/a≥1.5，优选的范围为b/a≥2.0。

第一烟气流61从两个水冷直燃加热装置100之间流向下游，第二烟气流62经过稳燃烟道结构11的外壁而被加热，并在稳燃烟道结构11下游与已被加热的第一烟气流61(高温烟气)混合形成混合烟气。

导流装置7可采用固定方式设置，也可采用动态调节方式设置，实现动态调节第一烟气流61和第二烟气流62的比例，避免局部烟气温度过高，实现烟气的温度均匀。通过调节导流装置7和分流装置8的位置和倾角，可以调节第一烟气流61和第二烟气流62的分配比例，第一烟气流61通过燃烧器的高温火焰进行直接加热，第二烟气流62经稳燃烟道结构11的外壁进行加热，同时第二烟气流62对稳燃烟道结构11的外壁也能够进行降温作用，避免稳燃烟道结构11的外壁温度过高，造成氧化脱落。燃烧器的中心轴线与水平面夹角为A，A的范围为-30°～60°(-30°～0°为中心轴线朝向水平面以上，0～60°为中心轴线朝向水平面以下)，优选范围为-15°～30°。

进一步，如图11所示，脱硝烟道9侧壁上设置燃烧器过孔96，稳燃烟道结构11穿设通过燃烧器过孔96，燃烧器过孔96的直径尺寸大于稳燃烟道结构11的外径尺寸；稳燃烟道结构11的侧壁上套设第一法兰51，第一法兰51上连接波纹管53的一端，波纹管53的另一端连接第二法兰52，第二法兰52与燃烧器过孔96外侧的脱硝烟道侧壁密封连接，第一法兰51、波纹管53和第二法兰52构成燃烧器弹性连接密封罩。

在本发明的一具体实施例中，燃烧器过孔96的内壁与稳燃烟道结构11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96的内壁与稳燃烟道结构的外壁之间的空间可实现稳燃烟道结构在竖直方向的旋转，实现燃烧器高温火焰射流的喷射角度的空间动态调整。

在本实施方式中，稳燃烟道结构11的长度不小于2500mm，第一法兰51距离稳燃烟道结构的出口端距离不小于2000mm，波纹管53长度不小于2000mm，稳燃烟道结构的出口端深入烟道侧壁内侧的距离在0～2000mm之间灵活调节。

进一步，如图2、图3所示，燃气腔121上连通设置燃气进口1211；助燃气腔122上连通设置助燃气进口1221，助燃气进口1221和燃气进口1211通过法兰与相应管道连接。燃气系统与燃气进口1211连通，燃气系统将可燃气体送入燃烧器本体内，可燃气体可为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气、或几种可燃气体的混合气体。

助燃气进口1221与助燃风系统连接，助燃风系统包括助燃风机，助燃风机能与水冷直燃加热装置100下游的烟道连通，且助燃风系统设有单独的空气入口，以便将脱硝烟道内的部分混合烟气或大气中的空气抽取至燃烧器内。从烟道内抽取烟气或从大气中抽取空气引入燃烧器内，不仅能协助燃烧器内的可燃气体的着火和稳定燃烧，而且能够维持烟道内烟气的总量，避免由于燃烧器引入过多的烟气，造成烟道内烟气总量增加过快，避免烟道内压力的剧烈波动。

本发明提供的烟气脱硝系统中，将水冷直燃加热装置直接安装在脱硝烟道上，利用燃烧器燃烧产生的高温烟气直接对脱硝烟道内烟气进行加热升温，实现热量的高效利用，减少了热量损失，采用导流装置和分流装置实现烟气流股的动态控制，不需要设置单独的加热炉和热风输送管道，大幅度减少热量损耗，节约燃料，降低运行成分；

本发明提供的烟气脱硝系统中利用水冷直燃加热装置下游的烟气和少量混合空气作为助燃风，利用了烟气的自身潜热，相比于常规冷空气助燃的方式，进一步减少了燃料的消耗，降低了烟气总量，降低后续脱硝设备的投资及运行成本；

本发明提供的烟气脱硝系统采用冷空气和烟气混合助燃的方式，降低了助燃风的氧气含量，降低了燃烧器火焰燃烧区的温度，减低氮氧化物的生成，减小后续脱硝设备的负荷，有助于实现超低排放。

由上所述，本发明提供的水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统具有如下有益效果：

本发明的水冷直燃加热装置，通过在稳燃烟道结构内靠近出口的位置设置水冷降温结构，可以有效降低火焰中心温度，避免形成局部高温，降低燃烧区氧气浓度，实现局部缺氧燃烧，大幅降低NOx的生成率；同时，通过滑动及转动结构调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度，满足燃烧器动态可调的控制火焰燃烧区域的工艺要求，不同烟气条件下燃烧器均能满足要求；

本发明提供的烟气脱硝系统中，将水冷直燃加热装置直接安装在脱硝烟道上，利用燃烧器燃烧产生的高温烟气直接对脱硝烟道内烟气进行加热升温，实现热量的高效利用，减少了热量损失，采用导流装置和分流装置实现烟气流股的动态控制，不需要设置单独的加热炉和热风输送管道，大幅度减少热量损耗，节约燃料，降低运行成分；

本发明提供的烟气脱硝系统中利用水冷直燃加热装置下游的烟气和少量混合空气作为助燃风，利用了烟气的自身潜热，相比于常规冷空气助燃的方式，进一步减少了燃料的消耗，降低了烟气总量，降低后续脱硝设备的投资及运行成本

本发明提供的烟气脱硝系统采用冷空气和烟气混合助燃的方式，降低了助燃风的氧气含量，降低了燃烧器火焰燃烧区的温度，减低氮氧化物的生成，减小后续脱硝设备的负荷，有助于实现超低排放。

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)

1.一种水冷直燃加热装置，其特征在于，包括能穿设于脱硝烟道侧壁上的燃烧器，所述燃烧器用于直接加热升温脱硝烟道内的烟气；所述燃烧器包括自第一端向第二端顺序设置的稳燃烟道结构和燃烧器本体，所述稳燃烟道结构能密封穿设通过脱硝烟道的侧壁，所述燃烧器本体连接于滑动及转动结构上，所述滑动及转动结构用于调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度；所述稳燃烟道结构内靠近出口的位置设置有水冷降温结构，所述水冷降温结构用于降低燃烧器火焰中心温度。

2.如权利要求1所述的水冷直燃加热装置，其特征在于，所述水冷降温结构包括多个沿稳燃烟道结构的轴向间隔设置的水冷环管，各所述水冷环管包括环形管段，所述环形管段的中心轴与稳燃烟道结构的中心轴重合设置，所述环形管段构成冷却水受热部；所述稳燃烟道结构的外壁上固定设置进水母管和出水母管，各水冷环管的入口均能与进水母管连通，各水冷环管的出口均能与出水母管连通。

3.如权利要求2所述的水冷直燃加热装置，其特征在于，多个环形管段的面积沿轴向自中间向两侧呈渐缩设置。

4.如权利要求2所述的水冷直燃加热装置，其特征在于，所述滑动及转动结构包括滑动部、转动部和控制部，所述滑动部用于驱动所述燃烧器沿其轴向往复移动以调整燃烧器插入脱硝烟道的深度，所述转动部用于驱动所述燃烧器在竖直面内摆动以调整燃烧器的倾斜角度；所述滑动部和所述转动部均与所述控制部电连接。

5.如权利要求4所述的水冷直燃加热装置，其特征在于，所述滑动部包括滑动平台，所述滑动平台的顶部能与所述燃烧器连接，所述滑动平台的下方设置滑道，所述滑道的长度方向与稳燃烟道结构的轴向呈平行设置，所述滑动平台上连接有第一动力部，所述第一动力部用于驱动所述滑动平台沿所述滑道往复移动；所述第一动力部与所述控制部电连接。

6.如权利要求5所述的水冷直燃加热装置，其特征在于，所述转动部包括转动平台，所述转动平台的顶部能与所述滑道连接，所述转动平台的第一端设置摆动铰接点，所述转动平台的第二端连接第二动力部，所述第二动力部用于驱动所述转动平台绕摆动铰接点在竖直平面内摆动；所述第二动力部与所述控制部电连接。

7.如权利要求6所述的水冷直燃加热装置，其特征在于，所述滑动平台的顶部固定连接于所述燃烧器本体，所述滑动平台的底面设置滑块，所述滑块的底面内凹设置滑槽，所述滑槽能滑动套设于所述滑道上；

所述滑动平台远离脱硝烟道的一端连接所述第一动力部；所述转动平台的顶部设置所述滑道，且所述转动平台远离脱硝烟道的一端设置第一铰接座，所述第一动力部铰接于所述第一铰接座上；

所述转动平台的下方设置固定平台，所述固定平台上靠近脱硝烟道的一端设置第二铰接座，所述转动平台的底部设置第二耳座，所述第二耳座通过第二销轴铰接于第二铰接座，所述第二铰接座、所述第二销轴和所述第二耳座构成所述摆动铰接点；所述固定平台上远离脱硝烟道的一端设置第三铰接座，所述第三铰接座低于所述第二铰接座设置，所述第三铰接座与所述第二动力部的一端铰接，所述转动平台的底部设置第三耳座，所述第二动力部的另一端铰接于所述第三耳座上。

8.如权利要求6所述的水冷直燃加热装置，其特征在于，所述第一动力部内设置测量所述燃烧器移动距离的第一位移传感器，所述第一位移传感器用于指示燃烧器插入脱硝烟道的深度；所述第二动力部内设置测量燃烧器摆动角度的第二位移传感器，所述第二位移传感器用于指示稳燃烟道结构的中心轴与水平面的夹角；所述第一位移传感器和所述第二位移传感器均与所述控制部电连接。

9.如权利要求2所述的水冷直燃加热装置，其特征在于，所述稳燃烟道结构内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，所述燃烧混合室靠近出口的位置设置各所述水冷环管，所述燃烧混合室内插设点火器；所述燃烧器本体内设置燃气腔和助燃气腔，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。

10.一种烟气脱硝系统，包括脱硝烟道，所述脱硝烟道上设有烟气入口，其特征在于，所述脱硝烟道上设置偶数个如权利要求1至9任一项所述的水冷直燃加热装置，且每两个所述水冷直燃加热装置对冲布置在脱硝烟道相对的两侧壁上；所述烟气入口和所述水冷直燃加热装置之间顺序设置导流装置和分流装置，所述导流装置将自烟气入口进入的原始烟气分流为第一烟气流和第二烟气流，第一烟气流经对冲布置的两个所述水冷直燃加热装置之间流向下游，第二烟气流在所述分流装置的作用下经过各稳燃烟道结构的外壁流向下游。

11.如权利要求10所述的烟气脱硝系统，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外径尺寸；所述稳燃烟道结构的侧壁上套设第一法兰，所述第一法兰上连接波纹管的一端，波纹管的另一端连接第二法兰，所述第二法兰与燃烧器过孔外侧的脱硝烟道侧壁密封连接，所述第一法兰、所述波纹管和所述第二法兰构成燃烧器弹性连接密封罩。

12.如权利要求10所述的烟气脱硝系统，其特征在于，所述燃烧器本体内设置燃气腔和助燃气腔，所述燃气腔上连通设置燃气进口；所述助燃气腔上连通设置助燃气进口；所述助燃气进口与助燃风系统连接，所述助燃风系统包括助燃风机，所述助燃风机能与所述水冷直燃加热装置下游的烟道连通，且助燃风系统设有单独的空气入口，以将脱硝烟道内的部分混合烟气或大气中的空气抽取至燃烧器内。

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