CN107036081B - 一种分级燃烧加热炉及用其实现炉内脱硝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种分级燃烧加热炉，包括主体、燃烧室、半球形炉顶和蓄热室，燃烧室从下向上分别设有一级燃料入口、二级燃料入口、空气入口和药剂喷孔，本发明通过分级燃烧的方法达到炉内脱硝的目的。本发明的有益效果是：采用竖式燃烧炉设计，炉体有足够的空间使得各燃烧区域划分明确，各区域燃烧氛围可控，燃烧温度低于1100℃，氮氧化物的生成量少，此外，增设药剂喷孔，可进一步还原已经生成的氮氧化物。本发明从燃烧时和燃烧后两个阶段脱硝，脱硝效果明显，尾气中氮氧化物含量低于150mg/m3，大幅度减少了氮氧化物的排放量。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧炉领域，尤其涉及一种分级燃烧加热炉及用其实现炉内脱硝的方法。
背景技术
近几年，国家对大气治理和环境保护的要求提升到了一个新的高度。大气污染主要来源之一是工业燃烧废气。通常对工业燃烧废气的处理是除尘，但是对其中有害气体的处理却很有限，废气中的氮氧化物、硫化物以及其他有害气体被直接排放到大气中，直排废气中氮氧化物含量高达3000mg/m3，远远超出了国家420mg/m3排放标准，给环境带来了严重的破坏，氮氧化物可以形成酸雨和光化学烟雾，还能破坏臭氧层，因此，应尽量减少氮氧化物的排放，即对工业废气进行脱硝。
根据氮元素来源的不同，脱硝分为燃烧前脱硝、燃烧过程脱硝和燃烧后脱硝。燃烧前脱硝主要是对煤炭等含氮元素的固体燃烧物的脱硝；对于气体燃料，在以空气为助燃剂的情况下，空气中的氮气为氮元素的来源，这种情况适用燃烧过程脱硝；燃烧后脱硝是指在燃烧尾气中加入还原性物质把氮氧化物还原成氮气。
对于使用气体燃料的燃烧器，当燃烧温度高于1500℃时，氮氧化物的生成速率会明显增加，因此，降低燃烧温度是燃烧过程脱硝常用手段。一般采用分段燃烧的方法，通过控制不同燃烧阶段燃料和空气的比例来降低燃烧温度，从而减少氮氧化物的生成。现有采用分段燃烧的燃烧器通常体积较小，比如内燃机，或者由于应用场所的限制而采用卧式放置，上述燃烧器的弊端是燃烧分段不明显，温度不易控制，并且无法对尾气进行燃烧后脱硝，导致脱硝效果不好，氮氧化物排放降低效果不能满足现有污染物排放标准。
发明内容
针对现有技术燃烧器结构上的不足，本发明提供一种分级燃烧加热炉及用其实现炉内脱硝的方法，以解决上述问题。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：
一种分级燃烧加热炉，包括主体1、燃烧室2、半球形炉顶3和蓄热室4；其中，主体1为圆柱形，内有与主体1等高的耐火砖挡墙11，耐火砖挡墙11将所述主体的内部空间分隔为燃烧室2和蓄热室4，主体1上端与半球形炉顶3密闭连接；燃烧室2的外壁上从底部向上依次设为一级燃料入口21、二级燃料入口22、空气入口23和药剂喷孔24，一级燃料入口21处配有点火装置，一级燃料入口21和二级燃料入口22之间为主燃区A，二级燃料入口22和空气入口23之间为再燃区B，空气入口23到燃烧室2上端部之间为燃尽区C，药剂喷孔24位于燃烧室2外壁的顶端。
进一步，所述主体1内径为6-6.5m，所述主燃区A、再燃区B和燃尽区C高度比为A:B:C=1:1:4。
优选地，A＝3m，B=3m，C=12m时，脱硝效果最佳，燃烧温度低于1100℃，氮氧化物含量低于150mg/m3。
进一步，所述一级燃料入口21位于所述燃烧室2中间，所述二级燃料入口22和所述空气入口23分列所述燃烧室2两侧；所述一级燃料入口21、二级燃料入口22和空气入口23直径分别为200mm、200mm和400mm。
进一步，所述药剂喷孔24为2组，横向分布于所述燃烧室2两侧，每组所述药剂喷孔24由5个横向排布的圆孔组成，所述圆孔直径为50mm。
进一步，所述分级燃烧加热炉使用的燃料为气体燃料，例如沼气、瓦斯、天然气、液化气等。
本发明还提供一种使用上述分级燃烧加热炉实现炉内脱硝的方法，包括如下步骤：
1）根据燃料的性质，确定总体过量空气系数为1.02-1.07，把总燃料的70%和空气按体积比1:1-1:1.5混合，通过所述一级燃料入口21充入所述主燃区A，同时，把剩余的30%燃料从所述二级燃料入口22充入所述再燃区B，充入燃料的同时，启动所述点火装置；
2）点火2-4s之后，把剩余空气通过所述空气入口(23)充入所述燃尽区C。
进一步，当烟气排放指标不能满足现阶段环保要求时，在步骤2)充入剩余空气的同时，启动药剂喷射系统，通过所述药剂喷孔(24)同时向燃尽区末端喷入还原性药剂。
本发明的有益效果是：采用竖式燃烧炉设计，炉体有足够的空间使得各燃烧区域划分明确，各区域燃烧氛围可控，燃烧温度低于1100℃，氮氧化物的生成量少；再燃区只充入燃料，不充入空气，形成很强的还原性气氛，将主燃区中生成的氮氧化物还原为氮气；燃尽区只充入燃尽风，在正常的过量空气（过量系数1.1）条件下，使未燃烧的一氧化碳和飞灰中的碳燃烧完全，实现大幅降低烟气中氮氧化物含量的目的。增设药剂喷孔，可在环保指标收紧后，通过在燃尽区末端喷入脱销药剂，进一步还原烟气中残留的低浓度氮氧化物，实现烟气中氮氧化物的超低排放。本发明从燃烧时和燃烧后两个阶段脱硝，脱硝效果明显，未喷入脱硝药剂即可实现尾气中氮氧化物含量低于150mg/m3。
附图说明
图1为本发明一种分级燃烧加热炉的正视图。
图2为本发明一种分级燃烧加热炉的俯视图。
附图标记：
主体1；
耐火砖挡墙11；
燃烧室2；
一级燃料入口21；
二级燃料入口22；
空气入口23；
药剂喷孔24；
半球形炉顶3；
蓄热室4。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
参照图1所示，本实施例涉及一种具有具体结构的分级燃烧加热炉。所述分级燃烧加热炉，包括主体1、燃烧室2、半球形炉顶3和蓄热室4，其中，主体1为圆柱形，内有与主体1等高的耐火砖挡墙11，耐火砖挡墙11将所述主体的内部空间分隔为燃烧室和蓄热室，主体上端与半球形炉顶密闭连接，燃烧室的外壁上从底部向上依次设有一级燃料入口21、二级燃料入口22、空气入口23和药剂喷孔24，一级燃料入口处配有点火装置，一级燃料入口和所述二级燃料入口之间为主燃区A，二级燃料入口和空气入口之间为再燃区B，空气入口到燃烧室上端部之间为燃尽区C，药剂喷孔位于所述燃烧室外壁的顶端。
其中：
所述主体内径为6-6.5m；所述区域高度：主燃区A＝3m、再燃区B=3m、燃尽区C=12m；
所述一级燃料入口位于所述燃烧室中间，所述二级燃料入口和所述空气入口分列所述燃烧室两侧，所述一级燃料入口、二级燃料入口和空气入口直径分别为200mm、200mm和400mm；
所述药剂喷为2组，横向分布于所述燃烧室两侧，每组所述药剂喷孔24由5个横向排布的圆孔组成，所述圆孔直径为50mm。
利用上述分级燃烧加热炉进行炉内脱硝的方法，所述分级燃烧加热炉采用瓦斯为燃料，助燃剂为空气，具体步骤如下：
1）总过量空气系数为1.05，根据燃料的热值进行折算，对燃料和空气的组分进行简化处理，各组分如表1所示，
表1 各组分体积分数
把总燃料的70%和空气按体积比1:1.2通过所述一级燃料入口充入所述主燃区A，同时，把剩余的30%燃料从所述二级燃料入充入所述再燃区B，充入燃料的同时，启动所述点火装置；
2）点火2-4s之后，将剩余空气通过所述空气入口23充入所述燃尽区C。
当烟气排放指标不能满足现阶段环保要求时，启动药剂喷射系统，通过所述药剂喷孔(24)同时向燃尽区末端喷入药剂。
用CHEMKIN软件模拟上述燃烧过程各区域的燃烧情况：
主燃区
过量空气系数为0.85，由于主燃区是富燃料贫氧的燃烧条件，所以NO2的生成量很少，氮氧化物主要成分是NO，涉及的主反应为：N2+O2=2NO，生成的NO摩尔体积分数为870ppm。按上述组分计算，如未采用分级燃烧的方式则NO摩尔体积分数高达3100ppm。
再燃区
加入剩余的30%燃料可将主燃区生成的NO还原，涉及的反应为：
NO+CH=HCN+O
NO+CH2=HOCN+H
NO+CH2(S)=HCN+OH
NO+CH3=HCN+H2O
NO+CH3=H2CN+HO
NO+HO2=NO2+OH
经过还原性燃料对NO的还原，再燃区NO摩尔体积分数可降至几十ppm。
燃尽区
通入剩余的空气将未燃烧充分的燃料燃尽，该过程不可避免的生成一部分NO，最终燃烧尾气中氮氧化物含量低于150mg/m3。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种分级燃烧加热炉，包括主体(1)、燃烧室(2)、半球形炉顶(3)和蓄热室(4)，所述主体(1)为圆柱形，内有与所述主体(1)等高的耐火砖挡墙(11)，所述耐火砖挡墙(11)将所述主体(1)的内部空间分隔为所述燃烧室(2)和蓄热室(4)，所述主体(1)上端与所述半球形炉顶(3)密闭连接，其特征在于，所述燃烧室(2)的外壁上从底部向上依次设有一级燃料入口(21)、二级燃料入口(22)、空气入口(23)和药剂喷孔(24)，所述一级燃料入口(21)处配有点火装置，所述一级燃料入口(21)和所述二级燃料入口(22)之间为主燃区A，所述二级燃料入口(22)和所述空气入口(23)之间为再燃区B，所述空气入口(23)到所述燃烧室(2)上端部之间为燃尽区C，所述药剂喷孔(24)位于所述燃烧室(2)外壁的顶端；
其中，所述分级燃烧加热炉所用燃料为气体燃料。
2.根据权利要求1所述的分级燃烧加热炉，其特征在于，所述主体(1)内径为6-6.5m，所述主燃区A、再燃区B和燃尽区C高度比为A:B:C＝1:1:4。
3.根据权利要求2所述的分级燃烧加热炉，其特征在于，所述主燃区A、再燃区B和燃尽区C高度分别为：A＝3m，B＝3m，C＝12m。
4.根据权利要求1-3任一项所述的分级燃烧加热炉，其特征在于，所述一级燃料入口(21)位于所述燃烧室(2)中间，所述二级燃料入口(22)和所述空气入口(23)分列所述燃烧室(2)两侧，所述一级燃料入口(21)、二级燃料入口(22)和空气入口(23)直径分别为200mm、200mm和400mm。
5.根据权利要求1-3任一项所述的分级燃烧加热炉，其特征在于，所述药剂喷孔(24)为2组，横向分布于所述燃烧室(2)两侧，每组所述药剂喷孔(24)由5个横向排布的圆孔组成，所述圆孔直径为50mm。
6.根据权利要求1所述的分级燃烧加热炉，其特征在于，所述气体燃料为沼气、瓦斯、天然气、液化气中的一种。
7.一种使用权利要求1所述分级燃烧加热炉实现炉内脱硝的方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)根据燃料的性质，确定总体过量空气系数为1.02-1.07，把总燃料的70％和空气按体积比1:1-1:1.5混合，通过所述一级燃料入口(21)充入所述主燃区A，同时，把剩余的30％燃料从所述二级燃料入口(22)充入所述再燃区B，充入燃料的同时，启动所述点火装置；
2)点火2-4s之后，把剩余空气通过所述空气入口(23)充入所述燃尽区C。
8.根据权利要求7所述的分级燃烧加热炉实现炉内脱硝的方法，其特征在于，所述步骤2)充入所述剩余空气的同时，从药剂喷孔(24)充入还原性药剂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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