CN220981576U - 一种低氮高效空气加热炉 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种低氮高效空气加热炉，涉及空气加热炉技术领域，包括燃烧室、高温换热器、中温换热器、低温换热器、空气预热器和烟气排放烟道，高温、中温、低温三个换热器均为列管式换热器，管束采用螺纹烟管或波节管或光管内置扰流子，每个换热器内部均设置多个隔板形成类似S形多绕程流道；采用低氮燃气或油燃烧器以及抽取烟气排放烟道中的烟气送入燃烧室尾部，利用烟气再循环有效减少氮氧化物的形成，实现烟气环保达标排放；三个换热器的设计增大了烟气换热面积、提高了传热系数，延长了换热时间、充分利用烟气余热、节省燃料消耗，实现节能。本实用新型提供的低氮高效空气加热炉结构紧凑、各部件布置合理、流程简单，操作及维修维护方便。

Description

一种低氮高效空气加热炉

技术领域

本实用新型涉及空气加热炉技术领域，具体为一种低氮高效空气加热炉。

背景技术

空气加热炉是化工、炼油、造纸、印染、冶金、建材、食品等工业生产过程中特别重要的设备，也是主要的耗能设备之一。特别是当前国家节能、减排、实现双碳目标的政策要求，必须充分提高空气加热炉的热效率，提高燃料利用率，降低能源消耗，减小碳排放，减小排放污染指标，提高加热质量，从而充分创造整个生产过程的经济效益，具有非常重要的意义。

目前，我国空气加热炉技术水平与发达国家相比还是存在较大差距，主要表现在炉型结构、燃烧技术、热工检测、自控及环保等方面还是比较落后的。现有的空气加热炉如CN202110883884.X空气加热炉及空气加热方法，包括：直立炉体，限定炉膛，以及位于两端的一次空气进口及加热空气出口；和燃烧器，靠近一次空气进口设置在炉膛内，其中，空气加热炉还包括二次空气进口和与二次空气进口连通的二次空气分布器，二次空气进口设置在燃烧器和热空气出口之间，二次空气分布器通过二次空气进口将二次空气引入炉膛内燃烧器的燃烧区域之外的位置，用于与燃烧器燃烧后的烟气混合。CN201120364422.9空气加热炉，包括炉本体，炉本体内设置有最外层直接连通外界空气的炉外层空腔和内层依次包容的三层腔体：中层空腔、炉内层空腔以及炉腔，炉内层空腔的上方与炉外层空腔连通，用于燃料燃烧的炉腔经沿周向分布的排烟孔与中层空腔连通，炉本体还包括暖气输送管和烟囱，烟囱连通中层空腔，暖气输送管从炉下方连通炉内层空腔；空气加热炉还包括防堵塞装置，防堵塞装置包括位于炉本体外部的操纵部件、位于炉本体内的传动部件，以及设置在中层空腔中的被操纵部件和传动部件驱动运动的疏通部件。CN202022509156.6一种具有高效燃烧及低氮烟气排放的加热炉系统，包括辐射室和风机，所述辐射室的底端安装有高效燃烧器，所述辐射室的顶端设置有对流室，所述对流室的顶端设置有空气预热器，所述空气预热器的顶端设置有烟囱，所述风机的出风口连接有冷风道管线，所述高效燃烧器连接有热风道管线，所述冷风道管线和热风道管线的连接设置，所述冷风道管线与热风道管线的交接位置处设置在空气预热器的内部，通过把烟气与新加入的空气进行混合，由此使得烟气中的NOx能够被再次的燃烧。

上述的空气加热炉在运行过程中，不同程度的存在着热效率低，使用寿命短，加热空气量小，热空气压力低、换热效率低，出口烟气中氮氧化物含量超标，环保不达标，以及烟气出口温度均匀性差等问题，难以达到工艺要求，严重影响装置的稳定运行。

为解决上述问题，亟待一种氮氧化物含量少，环保达标，换热效率高，结构科学合理，操作简单可靠的空气加热炉。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种低氮高效空气加热炉，以解决上述背景技术中提出的现有的空气加热炉在运行过程中，不同程度的存在着热效率低，使用寿命短，加热空气量小，热空气压力低、换热效率低，出口烟气中氮氧化物含量超标，环保不达标，以及烟气出口温度均匀性差等问题，难以达到工艺要求，严重影响装置的稳定运行。

为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：一种低氮高效空气加热炉，包括自下而上依次连通设置的燃烧室、高温换热器、中温换热器、低温换热器、空气预热器和烟气排放烟道；所述燃烧室底部为燃烧室入口并设置有燃烧器，所述空气预热器的左侧设置有助燃风入口并通过管道连接有助燃风机、右侧设置有助燃风出口并通过热风管道与所述燃烧器右侧设置的助燃热风入口连通；所述烟气排放烟道的前侧设置有烟气再循环抽烟口并通过烟道连接有烟气再循环风机，所述烟气再循环风机的出口端通过管道与所述燃烧室连接；所述燃烧室与所述高温换热器之间设置有第三膨胀节；所述高温换热器和中温换热器之间设置有第二膨胀节并在外侧设置有换热器热风连接管束；所述中温换热器和低温换热器之间设置有第一膨胀节并在外侧设置有换热器热风连接管束。

优选的，所述燃烧室包括下部的主燃室和上部的烟气混合室，在所述主燃室内设置有温度传感器和压力传感器；所述烟气混合室的烟气出口处设置有温度传感器和压力传感器；所述烟气混合室的入口处设置有再循环烟气分配管道，并在其外部设置有再循环烟气烟箱，所述再循环烟气烟箱的外部前侧设置有再循环烟气进入烟箱接口。

优选的，所述高温换热器、中温换热器和低温换热器为列管式换热器，包括金属壳体和换热管束，并均在金属壳体内部设置多个隔板，且金属壳体被多个隔板分成类似S形多绕程流道。

优选的，所述换热管束采用螺纹烟管或者波节管或者光管内置扰流子型式。

优选的，所述低温换热器的金属壳体下部设置多个空气出口并通过相应的换热器热风连接管束与所述中温换热器的金属壳体上部的多个空气入口连通；所述中温换热器的金属壳体下部的多个空气出口通过相应的换热器热风连接管束与所述高温换热器的金属壳体上部的多个空气入口连通。

进一步的，所述低温换热器的金属壳体靠近顶部在其圆周上设置有多个分配连管，多个分配连管共同连接有分配连箱，所述分配连箱上设置有承压冷空气入口并通过管道连接有增压风机；所述高温换热器的壳体下部在其圆周上设置有多个热空气出口，每个热空气出口对应连接一个汇集连管，多个汇集连管共同连接有汇集连箱，所述汇集连箱上设置有承压热空气出口并通过管道与用户设备连通。

优选的，所述烟气再循环风机的出口端通过管道与所述再循环烟气进入烟箱接口连接；所述热风管道上设置有膨胀节。

优选的，所述再循环烟气分配管道分为上下两层，每层均含有多个再循环烟气分配管道且在烟气混合室炉墙上按相同倾斜角度均布，将再循环烟气按切向圆的形式进入烟气混合室。

优选的，所述燃烧器为低NOx燃气或油燃烧器。

优选的，所述主燃室的温度在1150-1250℃之间，所述烟气混合室出口处的烟气温度在1000-1100℃之间；所述烟气排放烟道排放的烟气为130℃及以下。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型提供的低氮高效空气加热炉结构紧凑、各部件布置合理、流程简单，操作及维修维护方便；

2、采用烟气再循环将燃烧室分成主燃区和再循环烟气混合区，一方面烟气再循环可减小氮氧化物的形成，实现环保，另一方面充分利用烟气余热，节省燃料消耗，实现节能；

3、高温换热器、中温换热器、低温换热器均为列管式换热器，热烟气走管程、被加热空气走壳程，换热管束采用螺纹烟管或者波节管或者光管内置扰流子，换热器内部均设置多个隔板形成类似S形多绕程流道，延长了换热时间、充分利用烟气余热、节省燃料消耗，实现节能；

4、承压冷空气进入低温换热器经由多个分配连管、再循环烟气进入烟气混合室经由多个再循环烟气分配管道，目的都是增大换热面积、减小对热烟气的冲击、热量传递更均匀；

5、本实用新型采用自动化控制，确保系统运行安全、精确、可靠。

附图说明

图1为低氮高效空气加热炉的主视图；

图2为图1的左视图；

图3为图1中A向视图；

图4为图1中B-B剖面图；

图中：1、燃烧器，2、燃烧室，3、高温换热器，4、中温换热器，5、低温换热器，6、空气预热器，7、烟气排放烟道，8、烟气再循环抽烟口，9、第一膨胀节，10、第二膨胀节，11、换热管束，12、隔板，13、热风管道，14、第三膨胀节，15、烟气混合室，16、再循环烟气烟箱，17、再循环烟气进入烟箱接口，18、再循环烟气分配管道，19、主燃室，20、换热器热风连接管束，21、分配连箱，22、分配连管，23、汇集连箱，24、汇集连管，25、烟气再循环风机。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

请参考图1-4，图1为低氮高效空气加热炉的主视图；图2为图1的左视图；图3为图1中A向视图；图4为图1中B-B剖面图。

本实用新型提供一种低氮高效空气加热炉，包括自下而上依次连通设置的立式布置的燃烧室2、高温换热器3、中温换热器4、低温换热器5、空气预热器6和烟气排放烟道7；所述燃烧室2底部为燃烧室入口，在燃烧室入口处设置有燃烧器1；所述空气预热器6的左侧设置有助燃风入口、右侧设置有助燃风出口，所述助燃风入口通过管道连接有助燃风机，所述助燃风出口通过热风管道13与所述燃烧器1右侧设置的助燃热风入口连通；所述热风管道13上设置有膨胀节；所述烟气排放烟道7的前侧设置有烟气再循环抽烟口8，所述烟气再循环抽烟口8通过烟道连接有烟气再循环风机25，并与烟气再循环风机25的入口端连接，所述烟气再循环风机25的出口端通过管道与所述燃烧室2连接；所述高温换热器3、中温换热器4和低温换热器5为列管式换热器，包括金属壳体和换热管束11，并均在金属壳体内部设置多个隔板12，多个隔板12将金属壳体分隔成类似S形多绕程流道；所述燃烧室2与所述高温换热器3之间设置有第三膨胀节14；所述高温换热器3和中温换热器4之间设置有第二膨胀节10并在外侧设置有换热器热风连接管束20；所述中温换热器4和低温换热器5之间设置有第一膨胀节9并在外侧设置有换热器热风连接管束20。

所述燃烧器1为低NOx燃气或油燃烧器。

所述燃烧室2包括下部的主燃室19和上部的烟气混合室15，并在所述主燃室19内设置有温度传感器和压力传感器；所述烟气混合室15的烟气出口处设置有温度传感器和压力传感器；所述烟气混合室15的入口处设置有再循环烟气分配管道18，并且在所述再循环烟气分配管道18的外部设置有再循环烟气烟箱16，所述再循环烟气烟箱16的外部前侧设置有再循环烟气进入烟箱接口17，用于向所述再循环烟气烟箱16内导入再循环烟气使用。

所述再循环烟气分配管道18分为上下两层，每层均含有多个再循环烟气分配管道且在烟气混合室15的炉墙上按相同倾斜角度均布，使得再循环烟气按切向圆的形式进入烟气混合室15，再循环烟气从四周多孔道进入烟气混合室，与高温烟气混合，增大换热面积、对烟气的冲击较小、热量传递更均匀。

所述高温换热器3、中温换热器4和低温换热器5均为列管式换热器，来自所述烟气混合室15的热烟气走管程，即燃烧产生的高温烟气在管内流动，被加热介质承压冷空气走壳程，即被加热介质承压空气在壳程内流动；所述高温换热器3、中温换热器4和低温换热器5的内部均设置多个隔板12，合理设置隔板12间距，通过布置多个隔板12将三个换热器壳程分别划分为S型多绕程的流道，被加热介质承压空气在三个换热器内随流道折向进行流动，与换热管束11内的热烟气进行换热；为确保最佳换热效率，各流程的宽度和各隔板的间距是根据热空气在流道内流速确定的，同时，为提高换热系数，换热管束11采用螺纹烟管或者波节管或者光管内置扰流子型式。

所述低温换热器5的金属壳体靠近顶部在其圆周上设置有多个分配连管22，多个分配连管22共同连接有分配连箱21，所述分配连箱21上设置有承压冷空气入口并通过管道连接有增压风机，通过增压风机将冷空气增压后输送到低温换热器5的内部，设有多个分配连管可增大冷空气与低温换热器内热空气的接触面积、对烟气的冲击较小、热量传递更均匀；所述低温换热器5的金属壳体下部设置多个空气出口并通过相应的换热器热风连接管束20与所述中温换热器4的金属壳体上部的多个空气入口连通；所述中温换热器4金属壳体下部的多个空气出口通过相应的换热器热风连接管束20与高温换热器3金属壳体上部的多个空气入口连通；所述高温换热器3的金属壳体下部在其圆周上设置有多个热空气出口，每个热空气出口对应连接一个汇集连管24，多个汇集连管24共同连接有汇集连箱23，所述汇集连箱23上设置有承压热空气出口并通过管道与用户设备连通。

所述烟气再循环风机25的出口端通过管道与所述再循环烟气进入烟箱接口17连接；在使用时，所述烟气再循环风机25通过烟气再循环抽烟口8抽取烟气然后在通过所述再循环烟气进入烟箱接口17将烟气送入到再循环烟气烟箱16内，进入到再循环烟气烟箱16内的烟气经由多个均布的再循环烟气分配管道18进入到烟气混合室15内。

在使用时，天然气或轻柴油通过布置在燃烧室2底端的燃烧器1进入燃烧室2内燃烧，燃烧器1的助燃风采用经空气预热器6回收烟气余热的热空气；燃烧室2的主燃室19内燃烧天然气或轻柴油产生的高温烟气在烟气混合室15内与通过烟气再循环风机25从烟气排放烟道7的烟气再循环抽烟口8抽取的经多个均布的再循环烟气分配管道18进入的回用烟气进行混合，达到一定温度后，依次进入高温换热器3、中温换热器4、低温换热器5、空气预热器6、烟气排放烟道7即烟囱排空。

通过在所述主燃室19内设置的温度传感器和压力传感器的辅助检测，调整天然气或轻柴油及助燃风机的压头和流量，确保所述主燃室19的温度在1150-1250℃之间；通过在所述烟气混合室烟气出口处设置的温度传感器和压力传感器的辅助检测，调整烟气再循环风机的压头和流量，确保从烟气混合室15出来的烟气温度在1000-1100℃之间。

从烟气混合室15出来的高温烟气依次进入高温换热器3、中温换热器4、低温换热器5，与承压冷空气进行热量交换；经低温换热器5出来的烟气进入空气预热器6，继而通过烟气排放烟道7排放，最终烟气排放温度在130℃及以下；通过空气预热器6将燃烧需要的助燃风进行加热，充分利用烟气余热，加热后的助燃空气通过热风管道13及其热风管道13上的膨胀节送入布置在燃烧室2底端的燃烧器1的助燃风入口，与天然气或轻柴油混合在燃烧室2内燃烧。

经空气预热器6回收余热后的烟气通过布置在空气预热器6上部的烟气排放烟道7排空，在烟气排空烟道7上设置烟气再循环抽烟口8，由烟气再循环风机25从烟气再循环抽烟口8抽取烟气，通过再循环烟气烟箱16由再循环烟气分配管道18送入燃烧室2的烟气混合室15内进行循环使用。由助燃风机通过管道送入空气预热器6的助燃冷空气，通过空气预热器6与烟气换热后，通过热风管道13送入燃烧器1的助燃风入口。

被加热介质承压冷空气从布置在低温换热器5上部的分配连箱21，通过分配连管22送入低温换热器5内进行换热。低温换热器5换热后的空气由换热器热风连接管束20送入中温换热器4内进行换热。中温换热器4换后的空气由另外一组换热器热风连接管束20送入高温换热器3内进行换热。加热后的介质承压热空气从布置在高温换热器3下部的汇集连管24送入汇集连箱23，通过汇集连箱23的热风出口送入用户设备。

低氮高效空气加热炉采用烟气再循环，一方面进一步回收烟气余热，另一方面也是最主要的方面是减小燃烧产生的氮氧化物，另外，还有安全方面因素，即确保进入高温换热器3的高温烟气温度，确保高温换热器3的管板、换热管束11的壁温不超过材料允许使用温度。

本实用新型提供的低氮高效空气加热炉采用低氮燃气或油燃烧器以及抽取烟气排放烟道中的烟气送入燃烧室尾部，利用烟气再循环，能有效减少氮氧化物的形成，实现烟气环保达标排放；三个换热器的结构设计增大了烟气换热面积、提高了传热系数，延长了换热时间、充分利用烟气余热、节省燃料消耗，实现节能。本实用新型提供的低氮高效空气加热炉结构紧凑、各部件布置合理、流程简单，操作及维修维护方便。

尽管已经展示出和描述了本实用新型的实施例，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下，在没有做出创造性劳动前提下，对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

Claims (10)

1.一种低氮高效空气加热炉，其特征在于：包括自下而上依次连通设置的燃烧室(2)、高温换热器(3)、中温换热器(4)、低温换热器(5)、空气预热器(6)和烟气排放烟道(7)；所述燃烧室(2)底部为燃烧室入口并设置有燃烧器(1)，所述空气预热器(6)的左侧设置有助燃风入口并通过管道连接有助燃风机、右侧设置有助燃风出口并通过热风管道(13)与所述燃烧器(1)右侧设置的助燃热风入口连通；所述烟气排放烟道(7)的前侧设置有烟气再循环抽烟口(8)并通过烟道连接有烟气再循环风机(25)，所述烟气再循环风机(25)的出口端通过管道与所述燃烧室(2)连接；所述燃烧室(2)与所述高温换热器(3)之间设置有第三膨胀节(14)；所述高温换热器(3)和中温换热器(4)之间设置有第二膨胀节(10)并在外侧设置有换热器热风连接管束(20)；所述中温换热器(4)和低温换热器(5)之间设置有第一膨胀节(9)并在外侧设置有换热器热风连接管束(20)。

2.根据权利要求1所述的低氮高效空气加热炉，其特征在于：所述燃烧室(2)包括下部的主燃室(19)和上部的烟气混合室(15)，在所述主燃室(19)内设置有温度传感器和压力传感器；所述烟气混合室(15)的烟气出口处设置有温度传感器和压力传感器；所述烟气混合室(15)的入口处设置有再循环烟气分配管道(18)，并在其外部设置有再循环烟气烟箱(16)，所述再循环烟气烟箱(16)的外部前侧设置有再循环烟气进入烟箱接口(17)。

3.根据权利要求2所述的低氮高效空气加热炉，其特征在于：所述高温换热器(3)、中温换热器(4)和低温换热器(5)为列管式换热器，包括金属壳体和换热管束(11)，并均在金属壳体内部设置多个隔板(12)，且金属壳体被多个隔板(12)分成类似S形多绕程流道。

4.根据权利要求3所述的低氮高效空气加热炉，其特征在于：所述换热管束(11)采用螺纹烟管或者波节管或者光管内置扰流子型式。

5.根据权利要求4所述的低氮高效空气加热炉，其特征在于：所述低温换热器(5)的金属壳体下部设置多个空气出口并通过相应的换热器热风连接管束(20)与所述中温换热器(4)的金属壳体上部的多个空气入口连通；所述中温换热器(4)的金属壳体下部的多个空气出口通过相应的换热器热风连接管束(20)与所述高温换热器(3)的金属壳体上部的多个空气入口连通。

6.根据权利要求5所述的低氮高效空气加热炉，其特征在于：所述低温换热器(5)的金属壳体靠近顶部在其圆周上设置有多个分配连管(22)，多个分配连管(22)共同连接有分配连箱(21)，所述分配连箱(21)上设置有承压冷空气入口并通过管道连接有增压风机；所述高温换热器(3)的壳体下部在其圆周上设置有多个热空气出口，每个热空气出口对应连接一个汇集连管(24)，多个汇集连管(24)共同连接有汇集连箱(23)，所述汇集连箱(23)上设置有承压热空气出口并通过管道与用户设备连通。

7.根据权利要求6所述的低氮高效空气加热炉，其特征在于：所述烟气再循环风机(25)的出口端通过管道与所述再循环烟气进入烟箱接口(17)连接；所述热风管道(13)上设置有膨胀节。

8.根据权利要求7所述的低氮高效空气加热炉，其特征在于：所述再循环烟气分配管道(18)分为上下两层，每层均含有多个再循环烟气分配管道(18)且在烟气混合室(15)炉墙上按相同倾斜角度均布，将再循环烟气按切向圆的形式进入烟气混合室(15)。

9.根据权利要求2-8任意一项所述的低氮高效空气加热炉，其特征在于：所述燃烧器(1)为低NOx燃气或油燃烧器。

10.根据权利要求9所述的低氮高效空气加热炉，其特征在于：所述主燃室(19)的温度在1150-1250℃之间，所述烟气混合室(15)出口处的烟气温度在1000-1100℃之间；所述烟气排放烟道(7)排放的烟气为130℃及以下。