CN205783064U - 新型绿色智能加热炉 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种新型绿色智能加热炉。它包括加热炉本体（1），低氮燃烧器（2）、SNCR脱硝装置（3）、空气预热器（4）、多功能烟气在线监测仪（5）和DCS控制系统（8），低氮燃烧器（2）、SNCR脱硝装置（3）和空气预热器（4）分别设置在加热炉本体（1）上，多功能烟气在线监测仪（5）安装于空气预热器（4）的空气侧出口处，并与DCS控制系统（8）相连，DCS控制系统（8）内嵌基于CO燃烧控制系统和基于NOx反馈控制的SNCR系统。本实用新型一种新型绿色智能加热炉，通过将低氮燃烧、SNCR、燃烧优化模块化和集中控制，实现污染物控制和加热炉热效率提升。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种加热炉。属于加热设备技术领域。
背景技术
加热炉是将燃料燃烧产生的热量传给被加热介质而使其温度升高的一种加热设备。其应用遍及石油、化工、冶金、机械、热处理、制药等诸多行业领域。
传统燃气加热炉氮氧化物排放相对较低，在出厂设计时多注重燃烧稳定性和燃烧强度，对NOx排放关注较少。近年来，随着各行业陆续出台了污染物排放标准限值并日趋严格，原有传统加热炉势必需要进行低氮改造。常见的低氮技术如下：低氮燃烧（LNB）、选择性非催化还原（SNCR）、选择性催化还原（SCR）。其中，低氮燃烧最为经济有效，应用广泛。但在一些重点地区，NOx排放限值较低，需采用组合技术才能满足要求，如LNB+SNCR技术。但目前加热炉多为单一技术应用，如低氮燃烧，或单一选择性非催化还原（SNCR），而组合技术多由后期设备的脱硝技术改造实现。在后期改造实施过程中，新增设备安放位置紧张、脱硝效果受设备规格限制、投资高等问题所困。
因此，若在加热炉设计阶段统筹考虑和模块化整体设计，既可以提高加热炉整体技术水平，也节省后期改造费用。
加热炉燃烧控制是加热炉未来智能化方向之一。目前，加热炉普遍采用基于O2的燃烧控制技术。此技术通常利用氧化锆在辐射室顶部定点测量烟气中的氧含量，控制加热炉的燃烧。但是采用此技术很难接近加热炉的理论配比燃烧，不能完全反映加热炉的燃烧。同时，氧气测量通常利用氧化锆在辐射室顶部进行定点测量，烟气偏流和漏风会影响测量的准确性，基于上述原因，使用O2含量控制加热炉燃烧时，都会留有一定的安全余量，这就使得氧含量会偏高。而空气中无CO，且测量迅速，故加热炉漏风对CO的测量的影响很小，而且燃烧波动也可以通过CO含量的变化被迅速地察觉。如果在新的加热炉控制策略中引入直接反映燃烧效果的参数--CO含量作为直接控制变量，控制鼓风机的变频器开度，现有的加热炉烟气氧含量作为监测值，可更好改善加热炉的燃烧控制状况。
发明内容
本实用新型的目的在于克服上述不足，提供了一种新型绿色智能加热炉，通过将低氮燃烧、SNCR、燃烧优化模块化和集中控制，实现污染物控制和加热炉热效率提升。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种新型绿色智能加热炉，其特点是：所述加热炉包括加热炉本体，低氮燃烧器、SNCR脱硝装置、空气预热器、多功能烟气在线监测仪、鼓风机和DCS控制系统，所述低氮燃烧器设置在加热炉本体的下部，SNCR脱硝装置设置在加热炉本体上，空气预热器设置在加热炉本体的上部，所述多功能烟气在线监测仪安装于空气预热器的空气侧出口处，多功能烟气在线监测仪与DCS控制系统相连，所述DCS控制系统内嵌基于CO燃烧控制系统和基于NOx反馈控制的SNCR系统，所述鼓风机安装于空气预热器的空气进口处。
本实用新型一种新型绿色智能加热炉，还包括引风机，引风机一端与加热炉空气预热器烟气出口相连，另一端与加热炉的烟囱进口相连，其也为连锁控制，正常工作时加热炉顶部放散翻板阀关闭，通过引风机的频率控制实现加热炉炉膛负压调节，控制烟气停留时间，保证燃料在炉内充分燃烧。
本实用新型一种新型绿色智能加热炉，其SNCR脱硝装置包括溶液罐、浓度计、混合器、溶液泵组、计量分配模块、压缩空气罐、溶液喷枪和NOx控制子系统。
与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
①本实用新型一种新型绿色智能加热炉，加热炉本体下部还设有基于分级燃烧原理设计的低氮燃烧器，使燃料分别在低过量空气系数的还原性气氛条件下“贫氧燃烧”和在α＞1的氧化气氛条件下“富氧燃烧”，从整体上降低火焰峰面温度，防止局部高温，降低了生成NOx的反应速率，从而有效抑制NOx的生成量。
②本实用新型一种新型绿色智能加热炉，采用模块化集成设计，将低氮燃烧和SNCR系统作为出厂标准配置，并将SNCR自动控制整体纳入原加热炉DCS系统中，既可以提高加热炉整体技术水平也可节省后期SNCR改造费用。
③本实用新型一种新型绿色智能加热炉，基于CO燃烧控制和氧量监测的控制策略，可有效改善和更真实地反映加热的燃烧状况。
④本实用新型一种新型绿色智能加热炉，加热炉整体集成了低氮燃烧（LNB）、基于CO燃烧优化控制、非选择性脱硝还原（SNCR）等系统，通过尾部烟气成分监测实现燃烧和污染物排放智能控制。
⑤本实用新型一种新型绿色智能加热炉，加热炉本体中上部850~1150℃温度区间合适位置设有SNCR脱硝装置，以炉膛为反应器，在含NO的燃烧产物中喷入调配好的~10%尿素或氨水等含氮的还原剂溶液，发生还原反应，脱除NOx，生产氮气和水。加热炉NOx控制系统根据测点反馈的NOx排放值，自动调节还原剂溶液喷入量，保证加热炉NOx排放始终控制在设定值以下。
附图说明
图1为本实用新型一种新型绿色智能加热炉的结构示意图。
图2为本实用新型的SNCR装置示意图。
图3为本实用新型的DCS系统控制流程图。
图中：
加热炉本体1，
低氮燃烧器2，
SNCR脱硝装置3，
溶液罐3.1，
浓度计3.2，
混合器3.3，
溶液泵组3.4，
计量分配模块3.5，
压缩空气罐3.6，
溶液喷枪3.7，
NOx控制子系统3.8，
空气预热器4，
多功能烟气在线监测仪5，
鼓风机6，
引风机7
DCS控制系统8。
具体实施方式
参见图1，本实用新型涉及一种新型绿色智能加热炉，它包括加热炉本体1，低氮燃烧器2、SNCR脱硝装置3、空气预热器4、多功能烟气在线监测仪5、鼓风机6、引风机7和DCS控制系统8，所述低氮燃烧器2设置在加热炉本体1的下部，其中SNCR的英文全称是selectivenon-catalytic reduction，中文含义是选择性非催化还原，DCS是指分布式控制系统；SNCR脱硝装置3设置在加热炉本体1上，空气预热器4设置在加热炉本体1的上部，所述多功能烟气在线监测仪5安装于空气预热器4的空气侧出口处，用于实时监测烟气中氮氧化物排放和氨逃逸状况，多功能烟气在线监测仪5与DCS控制系统8相连，所述DCS控制系统8内嵌基于CO燃烧控制系统和基于NOx反馈控制的SNCR系统，可实现加热炉低氮排放和智能控制等多重功效；所述鼓风机6安装于空气预热器4的空气进口处。
所述加热炉还包括引风机，引风机一端与加热炉空气预热器空气出口相连，另一端与加热炉的烟囱进口相连。
本实用新型的空气预热器4提供助燃空气，并采用燃料分级和空气分级组合的方式，能消除炉内局部高温区。
参见图2，所述SNCR脱硝装置3具有还原剂溶液浓度调节和烟气NOx控制两大功能，其包括溶液罐3.1、浓度计3.2、混合器3.3、溶液泵组3.4、计量分配模块3.5、压缩空气罐3.6、溶液喷枪3.7和NOx控制子系统3.8，SNCR脱销装置3可根据加热炉实际情况量身定做，在加热炉本体1上预留溶液喷枪3.7。若加热炉负荷变动较大，可考虑沿高度方向多层布置，在低负荷时投运下层溶液喷枪3.7，在高负荷时投运上层溶液喷枪3.7，始终保持SNCR工作在合适的温度窗口，保持较高的脱硝效率。SNCR脱销装置3在工作时具备浓度实时调节和流量实时调节：1）浓度调节：系统根据还原剂溶液浓度反馈和浓度偏差反馈，在溶液罐3.1出口通过调节阀调整除盐水和还原剂溶液流量，使其按比例配制成所需浓度；2）流量调节：系统将多功能烟气在线监测仪5检测得到的NOx排放值反馈至DCS控制系统8中的子系统——SNCR系统控制模块，系统判定是否超出设定要求范围值，并根据判定结果和系统控制策略自动调节还原剂溶液喷入量，从而将NOx排放控制在限值以下。
工作原理：
本实用新型的低氮燃烧器2基于分级燃烧原理设计，其原理如下：根据氮氧化合物生成机理，影响氮氧化合物生成量的因素主要有火焰温度、燃烧器区段氧浓度，本低氮燃烧器首先通过中心富燃料的“贫氧燃烧”形成还原性气氛，使燃料在低过量空气系数和缺氧的条件下燃烧，降低火焰温度，防止局部高温，降低了生成NOx的反应速率，从而抑制NOx在这一燃烧中的生成量。之后，完全燃烧所需的其余空气在区域送入，与"贫氧燃烧"条件下所产生的烟气混合在α＞1的氧化气氛条件下完成全部燃烧过程。通过分级燃烧方式，可降低NOx生成20%~40%。
其中，SNCR脱销装置3使用的还原剂为尿素或氨水。其工作过程如下：加热炉燃烧在炉膛燃烧产生大量高温烟气，在此的800~1100℃温度窗口区域，通过溶液喷枪3.7喷枪将含有NHx基的还原剂（如氨水者尿素等）雾化后喷入炉膛温度为850℃~1150℃的区域，还原反应为主导反应，该还原剂迅速分解成NH3和其它副产物，随后NH3与烟气中的NOx进行SNCR反应而生成N2，之后脱硝后的高温烟气进入空气预热器实现余热回收。SNCR温度窗口的选择是SNCR还原NOx效率高低的关键。当反应温度低于窗口温度时，反应缓慢，由于停留时间的限制，造成NOx还原率较低；当反应温度高于窗口温度时，还原剂氧化作用为主导反应，NHx会氧化成NO，而不是还原NOx为N2。
当NH3作还原剂时，还原NOx反应方程式如下：
当尿素作为还原剂时，还原Nox反应方程式如下：
如图1和3所示，本实用新型的基于CO燃烧控制子系统工作过程如下：在加热炉工作时，位于加热炉空气预热器出口的多功能烟气在线监测仪5将实时测量到的CO和O2数据传输至燃烧控制子系统，控制系统根据排放烟气中CO浓度Vco和设定值V0与设定偏差δ0比值，若测量值Vco＜V0-δ0，则根据表明系统氧量富余，系统运算后自动调低鼓风机频率。若Vco＞V0-δ0，则根据表明系统缺氧，系统运算后自动调大鼓风机频率。在控制调节过程中，始终将CO浓度维持在微量状态，使实际燃料接近理论配比，烟气氧量在1%±0.5%水平。
Claims (3)
1.一种新型绿色智能加热炉，其特征在于：所述加热炉包括加热炉本体（1），低氮燃烧器（2）、SNCR脱硝装置（3）、空气预热器（4）、多功能烟气在线监测仪（5）、鼓风机（6）和DCS控制系统（8），所述低氮燃烧器（2）设置在加热炉本体（1）的下部，SNCR脱硝装置（3）设置在加热炉本体（1）上，空气预热器（4）设置在加热炉本体（1）的上部，所述多功能烟气在线监测仪（5）安装于空气预热器（4）的空气侧出口处，多功能烟气在线监测仪（5）与DCS控制系统（8）相连，所述DCS控制系统（8）内嵌基于CO燃烧控制系统和基于NOx反馈控制的SNCR系统，所述鼓风机（6）安装于空气预热器（4）的空气进口处。
2.根据权利要求1所述的一种新型绿色智能加热炉，其特征在于：所述加热炉还包括引风机，引风机一端与加热炉空气预热器空气出口相连，另一端与加热炉的烟囱进口相连。
3.根据权利要求1所述的一种新型绿色智能加热炉，其特征在于：所述SNCR脱硝装置（3）包括溶液罐（3.1）、浓度计（3.2）、混合器（3.3）、溶液泵组（3.4）、计量分配模块（3.5）、压缩空气罐（3.6）、溶液喷枪（3.7）和NOx控制子系统（3.8）。
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|---|---|---|---|---|
| WO2020118590A1 (zh) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | 深圳市能源环保有限公司 | 一种垃圾焚烧发电厂炉内sncr脱硝的喷射还原系统 |
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2016
- 2016-05-27 CN CN201620494282.XU patent/CN205783064U/zh not_active Expired - Fee Related
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