CN113154429A - 烟道内燃烧升温的脱硝*** - Google Patents

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CN113154429A CN202110482791.6A CN202110482791A CN113154429A CN 113154429 A CN113154429 A CN 113154429A CN 202110482791 A CN202110482791 A CN 202110482791A CN 113154429 A CN113154429 A CN 113154429A
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Abstract

本发明为一种烟道内燃烧升温的脱硝***，包括脱硝前烟道、脱硝处理烟道和控制***，脱硝前烟道和脱硝处理烟道上连通设置换热器，换热器内设置脱硝前低温烟气通道和脱硝后高温烟气通道；脱硝处理烟道内设置SCR脱硝反应器和烟气取样结构；脱硝前烟道上设置直燃加热装置，直燃加热装置包括多个火焰燃烧器，各火焰燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，各火焰燃烧器的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，且各火焰燃烧器的火焰喷射长度呈能调整地设置。本发明内设置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。

Description

烟道内燃烧升温的脱硝***
技术领域
本发明涉及烟气脱硝技术领域，尤其涉及一种烟道内燃烧升温的脱硝***。
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***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***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。
现有技术中，有一种用于锅炉低负荷烟道直接燃烧升温的脱硝***(CN209576247U)，一种用于脱硝***的直燃式温升加热装置(CN 209501296 U)，一种烟气加热***(CN 110160066 A)，其直燃炉均采用对冲的排布方式，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，在截面轴气流混合效果较差，不利于热量的快速传递和均匀分布；火焰燃烧区域相对固定，无法实现气流在烟道截面上理想的混合和热量的快速传递，无法实现温度的均匀分布。
由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种烟道内燃烧升温的脱硝***，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烟道内燃烧升温的脱硝***，克服现有技术中存在的问题，本发明内设置直燃式加热装置，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。
本发明的目的是这样实现的，一种烟道内燃烧升温的脱硝***，包括脱硝前烟道、脱硝处理烟道和控制***，所述脱硝前烟道的第一端设置烟气入口，所述脱硝处理烟道的第一端设置烟气出口，所述脱硝前烟道的第二端和所述脱硝处理烟道的第二端呈密封连通设置；所述脱硝前烟道和所述脱硝处理烟道上连通设置换热器，所述换热器内设置脱硝前低温烟气通道和脱硝后高温烟气通道；所述脱硝处理烟道的第二端和所述换热器之间设置SCR脱硝反应器，所述脱硝处理烟道上位于SCR脱硝反应器和换热器之间设置烟气取样结构，所述烟气取样结构与脱硝处理烟道的轴向呈垂直设置；所述脱硝前烟道上位于其第二端与换热器之间设置喷氨均布结构，所述喷氨均布结构上间隔设置至少两个喷氨单元，各所述喷氨单元与所述脱硝前烟道的轴向呈垂直设置，所述烟气取样结构上设置与各喷氨单元对应的烟气取样孔；所述脱硝前烟道的第二端和所述喷氨均布结构之间设置直燃加热装置，所述直燃加热装置包括穿设于脱硝前烟道侧壁上的多个火焰燃烧器，各火焰燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，各所述火焰燃烧器的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，且各所述火焰燃烧器的火焰喷射长度呈能调整地设置；所述SCR脱硝反应器和所述直燃加热装置均与所述控制***电连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述换热器和所述喷氨均布结构之间设置烟气分析仪、烟气速度测量仪和第一温度检测装置，所述SCR脱硝反应器内设置第二温度检测装置，所述烟气取样结构上连接氨气分析仪，所述烟气分析仪用于测量烟气中氮氧化物的含量，所述烟气速度测量仪用于测量脱硝前烟道内烟气流速；所述氨气分析仪用于检测经SCR脱硝反应器脱硝处理后的烟气内氨气量，第一温度检测装置和第二温度检测装置用于温度实时监测，所述烟气分析仪、所述烟气速度测量仪、所述第一温度检测装置、所述氨气分析仪和所述第二温度检测装置均与所述控制***电连接。
在本发明的一较佳实施方式中，所述直燃加热装置的多个火焰燃烧器构成至少2个燃烧器组，所述燃烧器组的数量为偶数；每个燃烧器组的各火焰燃烧器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的切入方向呈相反设置；各火焰燃烧器的中心轴线与水平方向呈第一夹角设置，各所述火焰燃烧器的中心轴线与竖直方向呈第二夹角设置。
在本发明的一较佳实施方式中，所述第一夹角的范围为10°～50°，所述第二夹角的范围为15°～85°。
在本发明的一较佳实施方式中，各所述火焰燃烧器包括稳燃烟道结构，所述稳燃烟道结构的第一端设置火焰喷射口，稳燃烟道结构的中心轴线构成火焰燃烧器的中心轴线；所述稳燃烟道结构的第二端连通设置助燃气腔和燃气腔；所述稳燃烟道结构上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，所述燃烧混合室内设置点火器，所述点火器与控制***电连接；所述助燃气腔上连通设置助燃气进口，所述燃气腔上连通设置燃气进口；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。
在本发明的一较佳实施方式中，所述稳燃烟道结构包括同轴且径向间隔设置的稳燃内管和稳燃外管，所述稳燃内管的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，所述稳燃外管的横截面呈圆形设置，所述稳燃内管和所述稳燃外管之间构成稳燃环形空间，所述稳燃环形空间内填充耐火浇筑料单元。
在本发明的一较佳实施方式中，所述燃烧混合室内设置火焰探测器和温度探测器，火焰探测器和温度探测器均与控制***电连接；所述火焰探测器用于检测燃烧混合室内火焰燃烧情况，所述温度探测器用于检测燃烧混合室内温度。
在本发明的一较佳实施方式中，所述引射器包括直管段、收缩段、喉管段、扩张段和整流段，所述直管段位于所述燃气腔内，所述收缩段、所述喉管段、所述扩张段和所述整流段位于所述助燃气腔内；所述直管段的第一端设置进气管口，所述直管段的第二端连通所述收缩段的第一端，所述收缩段的直径自第一端向第二端呈渐缩设置，所述收缩段的第二端连通所述喉管段的第一端，所述喉管段的第二端连通所述扩张段的第一端，所述扩张段的直径自第一端向第二端呈渐扩设置，所述扩张段的第二端连通所述整流段的第一端，所述整流段的第二端设置出气管口。
在本发明的一较佳实施方式中，所述整流段包括同轴且径向间隔设置的整流内管和整流外管，所述整流内管的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，所述整流外管的横截面呈圆形设置，所述整流内管和整流外管之间构成整流环形空间，所述整流环形空间内填充耐火浇筑料单元。
在本发明的一较佳实施方式中，所述脱硝前烟道和所述脱硝处理烟道呈竖直设置，所述脱硝前烟道的第二端和所述脱硝处理烟道的第二端之间通过水平烟道连通，水平烟道的出口处设置水平的整流格栅。
在本发明的一较佳实施方式中，所述控制***包括测量数据汇总分析模块，所述测量数据汇总分析模块用于根据烟气分析仪、烟气速度测量仪和氨气分析仪的测量数据计算获得氮氧化物的负荷，根据氮氧化物的负荷计算各喷氨单元的喷氨量。
在本发明的一较佳实施方式中，各所述火焰燃烧器固定设置于脱硝前烟道侧壁上，所述第一夹角和所述第二夹角呈固定设置。
在本发明的一较佳实施方式中，各所述火焰燃烧器能调整地设置于脱硝前烟道侧壁上，所述第一夹角和所述第二夹角呈能调整的设置。
由上所述，本发明提供的烟道内燃烧升温的脱硝***具有如下有益效果：
(1)本发明提供的烟道内燃烧升温的脱硝***中，脱硝前烟道内设置直燃加热装置，利用火焰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；火焰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；
(2)多个火焰燃烧器形成旋流区，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；
(3)火焰燃烧器采用引射器射流技术，降低了***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；稳燃烟道结构的稳燃内管和引射器的整流段的横截面由多段圆弧拼接，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，同时实现喷射火焰具有良好的聚拢效果，避免火焰的过早发散和衰减，保证多个火焰燃烧器喷射的火焰具有较高的动能，对烟道的烟气进行高效的湍流搅拌，促进热量交换；同时多弧形圆截面结构能够降低可燃气体燃烧的局部氧含量，降低了火焰燃烧器的局部高温，避免NOx的生成，实现低氮燃烧；
(4)本发明的烟道内燃烧升温的脱硝***中，换热器利用脱硝后高温烟气预热脱硝前低温烟气，充分利用余热，减少直燃式加热装置加热所需的能源消耗；烟气取样结构的烟气取样孔与喷氨均布结构的喷氨单元对应设置，采样精准，利于喷氨量控制；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；
(5)本发明的烟道内燃烧升温的脱硝***中，脱硝前烟道和脱硝处理烟道内无须设置扰流板或导流板，简化了设备结构，整个***加工制作、安装简单方便，易于实施。
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：为烟气自下而上进入时本发明的烟道内燃烧升温的脱硝***的示意图。
图2：为图1中脱硝前烟道内结构示意图。
图3：为图2中A-A剖视图。
图4：为本发明的火焰燃烧器的侧视图。
图5：为本发明的火焰燃烧器的剖视图。
图6：为图5中B向视图。
图7：为本发明的引射器的示意图。
图8：为图7中C向视图。
图9：为烟气自上而下进入时本发明的烟道内燃烧升温的脱硝***的示意图。
图10：为图9中脱硝前烟道内结构示意图。
图中：
100、烟道内燃烧升温的脱硝***；
1、换热器；
2、SCR脱硝反应器；
3、烟气取样结构；
4、喷氨均布结构；
5、直燃加热装置；
50、假想切圆；51、火焰燃烧器；511、稳燃烟道结构；512、火焰喷射口；513、稳燃中心孔；514、稳燃内管；515、稳燃外管；52、助燃气腔；521、助燃气进口；53、燃气腔；531、燃气进口；54、点火器；55、引射器；551、直管段；552、收缩段；553、喉管段；554、扩张段；555、整流段；5551、整流内管；5552、整流外管；556、进气管口；557、出气管口；56、火焰探测器；57、温度探测器；58、耐火浇筑料单元；
61、烟气分析仪；62、烟气速度测量仪；63、第一温度检测装置；64、氨气分析仪；65、第二温度检测装置；
91、脱硝前烟道；911、前侧壁；912、后侧壁；92、脱硝处理烟道；93、烟气入口；94、烟气出口；95、水平烟道；96、整流格栅；97、转向弯头；98、导流板。
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。
如图1至图10所示，本发明提供一种烟道内燃烧升温的脱硝***100，包括脱硝前烟道91、脱硝处理烟道92和控制***(图中未示出)，脱硝前烟道91的第一端设置烟气入口93，脱硝处理烟道92的第一端设置烟气出口94，脱硝前烟道91的第二端和脱硝处理烟道92的第二端呈密封连通设置。
脱硝前烟道91和脱硝处理烟道92上连通设置换热器1，换热器1设置于靠近烟气入口93和烟气出口94的位置，换热器1内设置脱硝前低温烟气通道和脱硝后高温烟气通道(此处的低温和高温是相对的意义，经烟气入口进入的烟气温度低于脱硝处理后的烟气温度)，脱硝处理烟道的第二端和换热器之间设置SCR脱硝反应器2，换热器1利用经过SCR脱硝反应器后的温度较高的脱硝后高温烟气预热进入SCR脱硝反应器之前的温度较低的脱硝前低温烟气，充分利用余热，减少脱硝前烟气升温所需的能源消耗。
脱硝处理烟道92上位于SCR脱硝反应器2和换热器1之间设置烟气取样结构3，烟气取样结构3与脱硝处理烟道92的轴向呈垂直设置；脱硝前烟道91上位于其第二端与换热器1之间设置喷氨均布结构4，喷氨均布结构4上间隔设置至少两个喷氨单元，各喷氨单元与脱硝前烟道91的轴向呈垂直设置，烟气取样结构3上设置与各喷氨单元对应的烟气取样孔；脱硝前烟道91的第二端和喷氨均布结构4之间设置直燃加热装置5，直燃加热装置5包括穿设于脱硝前烟道侧壁上的多个火焰燃烧器51，各火焰燃烧器51的火焰流股中心线与一假想切圆50相切，各火焰燃烧器51的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，且各火焰燃烧器51的火焰喷射长度呈能调整地设置；SCR脱硝反应器2和直燃加热装置5均与控制***电连接。
在烟道内直接加热烟气的方式，不仅能节约烟气量，还能大大节约工程成本和厂内用地。现有的烟道内直接加热烟气的方式存在一定的技术难题：烟道内负压较大，燃烧器不易稳定燃烧；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；烟气对火焰的冲刷容易导致火焰的熄灭；可燃气的着火点高，惰性气体含量高，不易稳定燃烧。而本发明的用于脱硝***的直燃式加热装置能够有效解决以上问题。
如图1、图2所示，在本发明的一具体实施例中，脱硝前烟道中，在进行直燃加热前，烟气流动方向为自下向上，本发明的直燃加热装置5中火焰燃烧器的火焰流股中心线朝向烟气流股方向，与烟气流股方向相向设置(自上而下，并呈倾斜状态)；如图1所示，火焰燃烧器51向下倾斜的设置，火焰与加热前烟气相向流动，增加高温烟气与原烟气换热的湍流程度，缩短热量交换所需的时间，增加了火焰与烟气的接触面积，增加了高温火焰与烟气换热的时间，有利于烟气温度的均匀。
如图9、图10所示，在本发明的另一具体实施例中，脱硝前烟道中，在进行直燃加热前，烟气流动方向为自上向下，本发明的直燃加热装置5中火焰燃烧器的火焰流股中心线朝向烟气流股方向，与烟气流股方向相向设置(自下而上，并呈倾斜状态)；如图2所示，火焰燃烧器51向上倾斜的设置。
各火焰燃烧器51的火焰喷射长度能调整，各火焰燃烧器的火焰流股中心线相切的假想切圆的直径和高度位置能相应调整，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。
喷氨均布结构4包括在脱硝前烟道91的横截面方向上间隔布置若干个喷氨区域，各喷氨区域面积相同，各喷氨区域形成独立的喷氨单元，各喷氨单元在脱硝前烟道91的横截面上间隔布置，横向至少布置2个喷氨单元，纵向至少布置2个喷氨单元，烟气取样结构3包括与各喷氨区域一一对应的烟气取样孔。
本发明提供的烟道内燃烧升温的脱硝***中，脱硝前烟道内设置直燃加热装置，利用火焰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；火焰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；多个火焰燃烧器形成旋流区，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；本发明的烟道内燃烧升温的脱硝***中，换热器利用脱硝后高温烟气预热脱硝前低温烟气，充分利用余热，减少直燃式加热装置加热所需的能源消耗；烟气取样结构的烟气取样孔与喷氨均布结构的喷氨单元对应设置，采样精准，利于喷氨量控制；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。
进一步，如图1所示，换热器1和喷氨均布结构4之间设置烟气分析仪61、烟气速度测量仪62和第一温度检测装置63，烟气分析仪61也可以设置于换热器1与烟气入口93之间，烟气取样结构3上连接氨气分析仪64，SCR脱硝反应器2内设置第二温度检测装置65，第二温度检测装置65也可以设置于SCR脱硝反应器2的下游，烟气分析仪61用于测量烟气中氮氧化物的含量，烟气速度测量仪62用于测量脱硝前烟道内烟气流速；氨气分析仪64用于检测经SCR脱硝反应器脱硝处理后的烟气内氨气量，第一温度检测装置63和第二温度检测装置65用于温度实时监测，第一温度检测装置63检测直燃加热装置5之前的烟气温度，计算理论的火焰燃烧器需要的热量，烟气分析仪61、烟气速度测量仪62、第一温度检测装置63、氨气分析仪64和第二温度检测装置65均与控制***电连接。
脱硝***中，第二温度检测装置65设置于SCR脱硝催化剂下游，用于检测进行脱硝反应的烟气实际温度，如果温度在工艺要求范围内，无需调整火焰燃烧器51的流量和比例，如果温度低于工艺要求，则提高火焰燃烧器51的燃烧发热量，实现烟气温度的进一步提升；如果温度高于工艺要求，则减少火焰燃烧器51的燃烧发热量，实现烟气温度的进一步降低；通过第二温度检测装置65反馈控制火焰燃烧器51释放的燃烧热量，控制烟气温度在脱硝反应的最优温度范围。
进一步，如图2、图3所示，直燃加热装置5采用拉瓦尔喷管喷射的旋流效应，直燃加热装置5的多个火焰燃烧器51构成至少2个燃烧器组，燃烧器组的数量为偶数；每个燃烧器组的各火焰燃烧器51的火焰流股中心线与一假想切圆50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的切入方向呈相反设置；各火焰燃烧器51的中心轴线与水平方向呈第一夹角α设置，各火焰燃烧器51的中心轴线与竖直方向呈第二夹角设置。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。
进一步，第一夹角α的范围为10°～50°，优选范围为15°～30°；第二夹角的范围为15°～85°，优选范围在30°～65°之间。
在本发明的一具体实施例中，脱硝前烟道91为矩形烟道且呈竖直设置，脱硝前烟道91相对的两个侧壁(前侧壁911、后侧壁912)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个火焰燃烧器51，火焰燃烧器为切圆燃烧形式，火焰燃烧器气体流股采用切圆方式送入，各火焰燃烧器51构成八角双切圆燃烧结构。每组火焰燃烧器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，可以根据脱硝前烟道91的截面大小，在前侧壁911、后侧壁912上可适当增加火焰燃烧器；在脱硝前烟道91的另外两侧壁上也可适当增加火焰燃烧器。
如图3所示，在本发明的一具体实施例中，8个火焰燃烧器与竖直的脱硝前烟道91侧壁之间的夹角(即第二夹角)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。
各火焰燃烧器能调整地设置于脱硝前烟道侧壁上，第一夹角和第二夹角呈能调整的设置；火焰燃烧器51可以采用上下、左右摆动的全摆动形式(即第一夹角和第二夹角均可调节)，可以实现火焰燃烧器51的火焰喷射流股的动态调整；火焰燃烧器51也可采用固定的方式，各火焰燃烧器固定设置于脱硝前烟道侧壁上，第一夹角和第二夹角呈固定设置。通过调节火焰燃烧器的火焰长度实现假想切圆大小的动态调节，实现不同烟气范围旋流混合作用，实现烟气温度的均匀。
进一步，如图4、图5、图6所示，各火焰燃烧器51包括稳燃烟道结构511，稳燃烟道结构511采用圆柱形结构，稳燃烟道结构511的第一端设置火焰喷射口512，稳燃烟道结构511的中心轴线构成火焰燃烧器的中心轴线；稳燃烟道结构511的第二端连通设置助燃气腔52和燃气腔53；稳燃烟道结构511上沿轴向贯通设置稳燃中心孔513，稳燃中心孔513构成燃烧混合室，稳燃烟道结构511内设置点火器54，点火器54与控制***电连接；助燃气腔52上连通设置助燃气进口521，燃气腔53上连通设置燃气进口531；燃气腔53和助燃气腔52内穿设引射器55，引射器55与稳燃烟道结构511同轴设置，引射器55用于将燃气腔53内的可燃气体加速至燃烧混合室，助燃气腔52与燃烧混合室之间构成缩颈的引射通道，助燃气腔52内的助燃气通过引射通道引射至燃烧混合室。
火焰燃烧器51采用引射器射流技术，降低了***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。助燃气进口521和燃气进口531通过法兰与相应管道连接，相应管道上设置流量计和流量调节阀，流量计和流量调节阀与控制***电连接。利用第一温度检测装置63的检测数据、根据控制模型计算出所需的可燃气体和助燃气体的需求量，通过流量调节阀(电动调节阀)进行流量调节，直至流量达到预定需求量。
助燃气体可以通过管道连接脱硝前烟道内换热器之后的烟气，利用脱硝前烟道内的烟气作为助燃气体进行火焰燃烧器的燃烧反应，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。
进入火焰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。进入火焰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。
进一步，如图5、图6所示，稳燃烟道结构511包括同轴且径向间隔设置的稳燃内管514和稳燃外管515，稳燃内管514的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，稳燃外管515的横截面呈圆形设置，稳燃内管514和稳燃外管515之间构成稳燃环形空间，稳燃环形空间内填充耐火浇筑料单元58。稳燃内管514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。
进一步，如图5所示，燃烧混合室内设置火焰探测器56和温度探测器57，火焰探测器56和温度探测器57均与控制***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***实现点火器二次点火，实现火焰燃烧器的稳定燃烧，火焰探测器56为电控点火装置；温度探测器57用于检测燃烧混合室内温度，如果局部温度过高，则通过控制***调节可燃气体和助燃气体的流量和比例关系，降低燃烧混合室的温度，实现低NOx燃烧。
进一步，如图7、图8所示，引射器55包括直管段551、收缩段552、喉管段553、扩张段554和整流段555，直管段551位于燃气腔53内，收缩段552、喉管段553、扩张段554和整流段555位于助燃气腔52内；直管段551的第一端设置进气管口556，直管段551的第二端连通收缩段552的第一端，收缩段552的直径自第一端向第二端呈渐缩设置，收缩段552的第二端连通喉管段553的第一端，收缩段552的第二端和喉管段553采用弧线圆滑过渡，喉管段553的第二端连通扩张段554的第一端，扩张段554的直径自第一端向第二端呈渐扩设置，扩张段554的第二端连通整流段555的第一端，整流段555的第二端设置出气管口557，出气管口557在引射通道内。在本发明的一具体实施例中，扩张段554长度是喉管段553直径的6～10倍，优选范围为7～9倍，整流段555长度不小于100mm。引射器的出气管口557与燃烧混合室底部的距离在100～300mm之间，优选的范围为150～250mm。
进一步，如图8所示，整流段555包括同轴且径向间隔设置的整流内管5551和整流外管5552，整流内管5551的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，整流外管5552的横截面呈圆形设置，整流内管5551和整流外管5552之间构成整流环形空间，整流环形空间内填充耐火浇筑料单元58。整流段555的多弧形圆截面能够促使可燃气体脱离出气管口557后仍能保持多弧形圆截面向前喷射，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，同时实现喷射火焰具有良好的聚拢效果，避免火焰的过早发散和衰减，保证多个火焰燃烧器喷射的火焰具有较高的动能，对烟道的烟气进行高效的湍流搅拌，促进热量交换。同时多弧形圆截面结构能够降低可燃气体燃烧的局部氧含量，降低了火焰燃烧器的局部高温，避免NOx的生成，实现低氮燃烧。
进一步，如图1所示，脱硝前烟道91和脱硝处理烟道92呈竖直设置，脱硝前烟道91的第二端和脱硝处理烟道92的第二端之间通过水平烟道95连通，水平烟道95的出口处设置水平的整流格栅96。脱硝前烟道91可以通过转向弯头97与水平烟道95连接，为使烟气顺利通过，水平烟道95内设置导流板98，导流板98对烟气起到导向作用，经加热升温的烟气通过转向弯头97流经水平烟道95后通过整流格栅96，实现烟气和氨气的进一步混合，同时进行能量的混合实现烟气温度的均匀，烟气和氨气混合气体经过整流格栅的整流作用，使得烟气和氨气的混合气体能够均匀、竖直的进入SCR脱硝反应器的催化器内部，实现烟气中氮氧化物和氨气在催化剂催化效果下的高效快速均匀的反应。
进一步，控制***包括测量数据汇总分析模块，测量数据汇总分析模块用于根据烟气分析仪、烟气速度测量仪和氨气分析仪的测量数据计算获得氮氧化物的负荷，根据氮氧化物的负荷计算各喷氨单元的喷氨量。
烟气速度测量仪62用于测量脱硝前烟道内各个不同横向区域内的烟气流速；烟气分析仪61用于测量烟气中氮氧化物的含量，利用计算机程序计算获得的氮氧化物的脱除负荷，测量数据汇总分析模块用于根据每个区域烟气流量、烟气成分计算获得氮氧化物的负荷，根据氮氧化物负荷计算每个区域所需的喷氨量，喷氨均布结构4上设置喷氨支管，喷氨支管上设置电动调节阀或气动调节阀，控制***通过电动调节阀或气动调节阀调节每个区域的喷氨量，根据喷氨支管上的流量计监测实际喷氨量；氨气分析仪64用于检测经SCR脱硝反应器脱硝处理后的烟气内氨气量(即氨逃逸量)，根据每个区域内的氨逃逸量反馈控制喷氨量，当氨逃逸量超过设定值时，***提示对应的区域喷氨量过大，相应减小该区域的喷氨量，实现最小氨的消耗量和氨气逃逸量。
下面以烟气入口93位于脱硝前烟道的底部的实施例为例，说明本发明的烟道内燃烧升温的脱硝***100的工作过程：
原烟气(未净化的脱硝前烟气)由烟气入口93进入本发明的烟道内燃烧升温的脱硝***100，首先经过换热器1进行烟气预热升温，经过升温的烟气流经烟气分析仪61和烟气速度测量仪62，喷氨均布结构4进行喷氨操作，喷入的氨气与烟气进行混合，混合氨气的烟气继续上升，利用第一温度检测装置63测量烟气温度，直燃加热装置5的火焰燃烧器内进行可燃气体和助燃空气的高效燃烧，利用多个火焰燃烧器的喷射旋流作用，促进高温气体与烟气的快速混合和热量交换，进一步提高烟气和氨气混合气体的温度；
经加热升温的烟气通过转向弯头97流经水平烟道95后通过整流格栅96，实现烟气和氨气的进一步混合，同时进行能量的混合实现烟气温度的均匀，烟气和氨气混合气体经过整流格栅的整流作用，使得烟气和氨气的混合气体能够均匀、竖直的进入SCR脱硝反应器的催化器内部，实现烟气中氮氧化物和氨气在催化剂催化效果下的高效快速均匀的反应；
经过SCR脱硝反应器催化剂后的烟气混合气流经烟气取样结构3，氨气分析仪64检测混合气体中的氨气含量，控制氨气浓度低于设定值，如果氨气含量超过设定值，则反馈给控制***，重新设定喷氨均布结构4的喷氨量，同时调节喷氨单元的喷氨量，持续监测SCR脱硝反应器下游的剩余氨气含量并使其满足设定值，脱硝后的混合气体进入换热器1后流经烟气出口94进入下游除尘器(现有技术)。
由上所述，本发明提供的烟道内燃烧升温的脱硝***具有如下有益效果：
(1)本发明提供的烟道内燃烧升温的脱硝***中，脱硝前烟道内设置直燃加热装置，利用火焰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；火焰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；
(2)多个火焰燃烧器形成旋流区，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；
(3)火焰燃烧器采用引射器射流技术，降低了***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；稳燃烟道结构的稳燃内管和引射器的整流段的横截面由多段圆弧拼接，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，同时实现喷射火焰具有良好的聚拢效果，避免火焰的过早发散和衰减，保证多个火焰燃烧器喷射的火焰具有较高的动能，对烟道的烟气进行高效的湍流搅拌，促进热量交换；同时多弧形圆截面结构能够降低可燃气体燃烧的局部氧含量，降低了火焰燃烧器的局部高温，避免NOx的生成，实现低氮燃烧；
(4)本发明的烟道内燃烧升温的脱硝***中，换热器利用脱硝后高温烟气预热脱硝前低温烟气，充分利用余热，减少直燃式加热装置加热所需的能源消耗；烟气取样结构的烟气取样孔与喷氨均布结构的喷氨单元对应设置，采样精准，利于喷氨量控制；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；
(5)本发明的烟道内燃烧升温的脱硝***中，脱硝前烟道和脱硝处理烟道内无须设置扰流板或导流板，简化了设备结构，整个***加工制作、安装简单方便，易于实施。
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 (13)

1.一种烟道内燃烧升温的脱硝***，包括脱硝前烟道、脱硝处理烟道和控制***，所述脱硝前烟道的第一端设置烟气入口，所述脱硝处理烟道的第一端设置烟气出口，所述脱硝前烟道的第二端和所述脱硝处理烟道的第二端呈密封连通设置；其特征在于，所述脱硝前烟道和所述脱硝处理烟道上连通设置换热器，所述换热器内设置脱硝前低温烟气通道和脱硝后高温烟气通道；所述脱硝处理烟道的第二端和所述换热器之间设置SCR脱硝反应器，所述脱硝处理烟道上位于SCR脱硝反应器和换热器之间设置烟气取样结构，所述烟气取样结构与脱硝处理烟道的轴向呈垂直设置；所述脱硝前烟道上位于其第二端与换热器之间设置喷氨均布结构，所述喷氨均布结构上间隔设置至少两个喷氨单元，各所述喷氨单元与所述脱硝前烟道的轴向呈垂直设置，所述烟气取样结构上设置与各喷氨单元对应的烟气取样孔；所述脱硝前烟道的第二端和所述喷氨均布结构之间设置直燃加热装置，所述直燃加热装置包括穿设于脱硝前烟道侧壁上的多个火焰燃烧器，各火焰燃烧器的火焰流股中心线与一假想切圆相切，各所述火焰燃烧器的火焰喷射方向与烟气流股方向相向设置，且各所述火焰燃烧器的火焰喷射长度呈能调整地设置；所述SCR脱硝反应器和所述直燃加热装置均与所述控制***电连接。
2.如权利要求1所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，所述换热器和所述喷氨均布结构之间设置烟气分析仪、烟气速度测量仪和第一温度检测装置，所述SCR脱硝反应器内设置第二温度检测装置，所述烟气取样结构上连接氨气分析仪，所述烟气分析仪用于测量烟气中氮氧化物的含量，所述烟气速度测量仪用于测量脱硝前烟道内烟气流速；所述氨气分析仪用于检测经SCR脱硝反应器脱硝处理后的烟气内氨气量，第一温度检测装置和第二温度检测装置用于温度实时监测，所述烟气分析仪、所述烟气速度测量仪、所述第一温度检测装置、所述氨气分析仪和所述第二温度检测装置均与所述控制***电连接。
3.如权利要求2所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，所述直燃加热装置的多个火焰燃烧器构成至少2个燃烧器组，所述燃烧器组的数量为偶数；每个燃烧器组的各火焰燃烧器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的切入方向呈相反设置；各火焰燃烧器的中心轴线与水平方向呈第一夹角设置，各所述火焰燃烧器的中心轴线与竖直方向呈第二夹角设置。
4.如权利要求3所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，所述第一夹角的范围为10°～50°，所述第二夹角的范围为15°～85°。
5.如权利要求3所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，各所述火焰燃烧器包括稳燃烟道结构，所述稳燃烟道结构的第一端设置火焰喷射口，稳燃烟道结构的中心轴线构成火焰燃烧器的中心轴线；所述稳燃烟道结构的第二端连通设置助燃气腔和燃气腔；所述稳燃烟道结构上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，所述燃烧混合室内设置点火器，所述点火器与控制***电连接；所述助燃气腔上连通设置助燃气进口，所述燃气腔上连通设置燃气进口；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。
6.如权利要求5所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，所述稳燃烟道结构包括同轴且径向间隔设置的稳燃内管和稳燃外管，所述稳燃内管的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，所述稳燃外管的横截面呈圆形设置，所述稳燃内管和所述稳燃外管之间构成稳燃环形空间，所述稳燃环形空间内填充耐火浇筑料单元。
7.如权利要求5所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，所述燃烧混合室内设置火焰探测器和温度探测器，火焰探测器和温度探测器均与控制***电连接；所述火焰探测器用于检测燃烧混合室内火焰燃烧情况，所述温度探测器用于检测燃烧混合室内温度。
8.如权利要求5所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，所述引射器包括直管段、收缩段、喉管段、扩张段和整流段，所述直管段位于所述燃气腔内，所述收缩段、所述喉管段、所述扩张段和所述整流段位于所述助燃气腔内；所述直管段的第一端设置进气管口，所述直管段的第二端连通所述收缩段的第一端，所述收缩段的直径自第一端向第二端呈渐缩设置，所述收缩段的第二端连通所述喉管段的第一端，所述喉管段的第二端连通所述扩张段的第一端，所述扩张段的直径自第一端向第二端呈渐扩设置，所述扩张段的第二端连通所述整流段的第一端，所述整流段的第二端设置出气管口。
9.如权利要求8所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，所述整流段包括同轴且径向间隔设置的整流内管和整流外管，所述整流内管的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，所述整流外管的横截面呈圆形设置，所述整流内管和整流外管之间构成整流环形空间，所述整流环形空间内填充耐火浇筑料单元。
10.如权利要求1所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，所述脱硝前烟道和所述脱硝处理烟道呈竖直设置，所述脱硝前烟道的第二端和所述脱硝处理烟道的第二端之间通过水平烟道连通，水平烟道的出口处设置水平的整流格栅。
11.如权利要求2所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，所述控制***包括测量数据汇总分析模块，所述测量数据汇总分析模块用于根据烟气分析仪、烟气速度测量仪和氨气分析仪的测量数据计算获得氮氧化物的负荷，根据氮氧化物的负荷计算各喷氨单元的喷氨量。
12.如权利要求3所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，各所述火焰燃烧器固定设置于脱硝前烟道侧壁上，所述第一夹角和所述第二夹角呈固定设置。
13.如权利要求3所述的烟道内燃烧升温的脱硝***，其特征在于，各所述火焰燃烧器能调整地设置于脱硝前烟道侧壁上，所述第一夹角和所述第二夹角呈能调整的设置。
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