申请/专利权人：广东工业大学

申请日：2017-09-18

公开（公告）日：2024-04-02

公开（公告）号：CN107677137B

主分类号：F27D17/00

分类号：F27D17/00;F23L15/04;F23D14/02;F23D14/62;F23D14/82

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.02#授权;2020.10.20#实质审查的生效;2018.02.09#公开

摘要：本发明公开一种烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，包括：炉体、燃烧器及换热器，炉体设有第一烟道及第二烟道；燃烧器设有第一入口及第二入口；换热器设有高温烟气入口、冷空气入口、低温烟气出口及热空气出口，高温烟气入口与第一烟道相连接，低温烟气出口与烟囱相连接，冷空气入口与第一风机相连接，热空气出口与燃烧器的第一入口相连接，第二烟道与第二入口相连接；燃烧器包括：中心管、套置于中心管的外部的内筒、套置于内筒的外部的外筒、以及连接于外筒与炉体之间的圆台形混合腔，第一入口与中心管的外壁和内筒的内壁之间形成的第一环形空间连通，第二入口与内筒的外壁和外筒的内壁之间形成的第二环形空间连通。

主权项：1.一种烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，包括：炉体以及与所述炉体相连接的燃烧器及换热器，其特征在于：所述炉体的后端一侧设置有第一烟道；所述燃烧器安装于所述炉体的前端且与所述炉体的炉膛相连通，所述燃烧器设置有第一入口；所述换热器设有高温烟气入口、冷空气入口、低温烟气出口及热空气出口，所述高温烟气入口与所述第一烟道相连接，所述低温烟气出口通过管线与烟囱相连接，所述冷空气入口与第一风机相连接，所述热空气出口通过热空气输送管与所述燃烧器的第一入口相连接，以将通过所述第一风机引入所述换热器中的冷空气经过换热后形成的热空气输送至所述燃烧器中用于助燃；所述炉体的后端另一侧设置有第二烟道，所述燃烧器还设置有第二入口，其中，所述第二烟道通过烟气输送管与所述第二入口相连接，以将部分高温烟气输送至所述燃烧器中用于助燃；以及所述燃烧器包括：中心管、套置于所述中心管的外部的内筒、套置于所述内筒的外部的外筒、以及连接于所述外筒与所述炉体之间的圆台形混合腔，其中，所述第一入口与所述中心管的外壁和所述内筒的内壁之间形成的第一环形空间连通，所述第二入口与所述内筒的外壁和所述外筒的内壁之间形成的第二环形空间连通。

全文数据：烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统技术领域[0001]本发明涉及节能环保技术领域，特别涉及一种可提高燃烧效率、减少氮氧化物排放的节能环保燃烧系统。背景技术[0002]当前，随着工业的发展，能源价格不断升高，环境污染不断加剧，世界各国环境保护部门对工业锅炉窑炉的排放标准要求严格。现有的锅炉和窑炉是现代工业的重要组成部分，其能够提供良好的燃烧条件，以求能把燃料的化学能最大限度地释放出来并其转化为热能。锅炉和窑炉工作时要排放大量的烟气，这些具有较高热能的烟气直接排放到了大气中，不仅浪费了能量，而且污染了环境。[0003]工业锅炉窑炉的使用数量较大，现有的燃烧器存在一定的弊端，主要体现为：1、排放的烟气中氮氧化物含量较大，加剧了环境污染；（2、未有效利用烟气余热、燃烧不充分、燃烧效率低；（3、现有的燃烧器结构设计不合理，造成燃烧不充分。[0004]目前，空气与燃料在炉内燃烧由于氧浓度较高而生成较多氮氧化物NOx，较多的N0X的排放一方面会导致严重的环境污染，另一方面，N0X会刺激人体肺部，使人容易感染感冒之类的呼吸系统疾病，呼吸系统有问题的人士如哮喘病患者，会较易受二氧化氮影响;对儿童来说，氮氧化物可能会造成肺部发育受损。研究指出长期吸入氮氧化物可能会导致肺部构造改变，但仍未可确定导致这种后果的氮氧化物含量及吸入气体时间。[0005]由此，高效燃烧和低N0X排放问题成为锅炉和工业炉燃烧面临的关键问题。降低燃烧区域的氧浓度虽然有利于降低N〇x的排放，但往往也会影响燃烧效率。现有烟气再循环燃烧技术如中国专利公开CN1844817A和CN1360192A等）由于部分烟气的循环利用，可使燃烧区域氧浓度降低，但是该技术的循环烟气取自排烟道，其温度比炉膛燃烧烟气温度低很多，将低温的循环烟气送入燃烧区域会降低该区域的温度，从而影响燃烧器的燃烧效率。[0006]此外，工业中主要使用还原剂氨气、尿素、烷烃等与氮氧化物发生化学反应中和掉氮氧化物，工艺主要有选择性催化还原法SCR和选择性非催化还原法SNCR等，氨气与氮氧化物反应后生成氮气与水，从而达到无污染排放，但是处理工艺操作复杂，运行成本太局。[0007]因此，寻找一种能充分利用烟气余热、N〇x排放量低、节能环保的燃烧系统已成为一个亟待解决的问题。发明内容[0008]本发明的目的是针对上述现有技术存在的不足，提供一种燃烧效率高、有余热回收功能、并可有效地降低排放氮氧化物含量的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统。[0009]为了实现上述目的，本发明提供了一种烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，包括:炉体以及与炉体相连接的燃烧器及换热器，炉体的后端一侧设置有第一烟道;燃烧器安装于炉体的前端且与炉体的炉膛相连通，燃烧器设置有第一入口；换热器设有高温烟气入口、冷空气入口、低温烟气出口及热空气出口，高温烟气入口与第一烟道相连接，低温烟气出口通过管线与烟囱相连接，冷空气入口与第一风机相连接，热空气出口通过热空气输送管与燃烧器的第一入口相连接，以将通过第一风机引入换热器中的冷空气经过换热后形成的热空气输送至燃烧器中用于助燃;炉体的后端另一侧设置有第二烟道，燃烧器坯设置有第二入口，其中，第二烟道通过烟气输送管与第二入口相连接，以将部分高温烟气输送至燃烧器中用于助燃；以及燃烧器包括：中心管、套置于中心管的外部的内筒、套置于内筒的外部的外筒、以及连接于外筒与炉体之间的圆台形混合腔，其中，第一入口与中心管的外壁和内筒的内壁之间形成的第一环形空间连通，第二入口与内筒的外壁和外筒的内壁之间形成的第二环形空间连通。[0010]由此，通过第一风机引入换热器中的2〇摄氏度的冷空气在换热器中与400摄氏度的高温烟气进行热交换，形成的2〇〇摄氏度的热空气输送至燃烧器中，而降温后的12〇摄氏度的低温烟气则排放至烟囱。[0011]可选择地，连接于低温烟气出口与烟肉之间的管线上设置有第一风机以将120摄氏度的低温烟气顺利排放至烟囱。[0012]可选择地，烟气输送管上设有第三风机以将占烟气总体积10〜40%的400摄氏度的高温烟气顺利地输送至燃烧器。[0013]可选择地，内筒的前端封闭，邻近内筒的后端口于第一环形空间内设置有连接内筒和中心管的第一环形多孔板;第一环形多孔板的环面上设置有至少五圈第一出气孔;第一出气孔的形状设定为椭圆形且当量直径为2〜3毫米。[0014]可选择地，外筒的前端封闭，邻近外筒的前端壁于第一环形空间内设置有连接内筒和中心管的第二环形多孔板;第二环形多孔板的环面上设置有至少三圈第二出气孔，第二出气孔的形状设定为三角形或菱形且当量直径为5〜8毫米。[0015]可选择地，至少五圈第一出气孔沿径向方向等间隔布置，且每圈第一出气孔与邻近一圈第一出气孔在径向方向和周向方向分别交错设置;至少三圈第二出气孔沿径向方向等间隔布置，且每圈第二出气孔与邻近一圈第二出气孔在径向方向和周向方向分别交错设置。[0016]可选择地，第一入口设置成邻近内筒的前端壁与第一环形空间沿切向方向连通，第二入口设置成邻近外筒的前端壁与第二环形空间沿切向方向连通。[0017]可选择地，第一入口可设置成邻近内筒的前端壁与第一环形空间沿径向方向连通。[0018]可选择地，中心管内设置有点火器和火焰检测器，中心管的出口端与内筒和外筒的出口端相平齐。[0019]可选择地，第一入口通过连接筒与热空气输送管连接，连接筒的筒壁上设置有用于向燃烧器内引入气体燃料的燃气筒，燃气筒内设有燃气分布板，燃气分布板上设有若干个燃气孔。[0020]可选择地，气体燃料选用天然气、液化石油气或者人工煤气。[0021]可选择地，燃气孔呈三角形分布于燃气分布板上，燃气孔的形状设定为三角形或菱形孔且当量直径为1〜2毫米。[0022]可选择地，圆台形混合腔的出口端直径设定为圆台形混合腔的进口端直径的35%〜75%，外筒、圆台形混合腔、内筒和中心管共轴线。[0023]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：（1、采用热空气助燃，使得燃料不仅能够低氧燃烧，而且还能够充分地燃烧，释放最高热值；（2、回引10〜40%的高温烟气用于辅助燃烧，可以实现高温低氧燃烧，有效地降低氮氧化物的排放；（3、采用部分高温热烟气与热空气助燃，可进一步加速燃料燃烧并提高燃尽率，同时有利于余热回收，节约能源；4、在燃烧效率提高、温度提高，且在低氧状态下充分燃烧，可以减少超过40%的氮氧化物的排放；（5采用多层套筒式燃烧器结构并采用环形多孔板，使得燃料、助燃气和烟气能够充分混合均匀，提高燃烧效率。附图说明[0024]图1为本发明的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统的构造示意图。[0025]图2为本发明的燃烧器的构造示意图。[0026]图3为本发明的第一环形多孔板的构造示意图。具体实施方式[0027]下面详细描述本发明的实施例，实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。[0028]首先，请参考图1，根据本发明的一种非限制性实施方式，本发明的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统包括:炉体1〇〇、燃烧器200及换热器300。[0029]在该非限制性实施例中，在炉体100的后端一侧设置有第一烟道110。燃烧器200安装于炉体100的前端并与炉体100的炉膛相连通，燃烧器200设置有第一入口201。[0030]换热器300设有高温烟气入口310、冷空气入口320、低温烟气出口330及热空气出口340,其中，高温烟气入口310与第一烟道110相连接，冷空气入口320与第一风机F1相连接，热空气出口340通过热空气输送管L1与燃烧器200的第一入口2〇1相连接。从而，20摄氏度的冷空气通过第一风机F1被引入换热器300中经过换热后，形成的约200摄氏度的热空气通过热空气输送管L1输送至燃烧器200中用于助燃，而与低温烟气出口330相连通的管线上设置有第二风机F2,利用第二风机F2将降温后形成的约120摄氏度排至烟囱400处。[0031]在该非限制性实施例中，炉体100的后端另一侧设置有第二烟道120,燃烧器200还设置有第二入口202，第二烟道120通过烟气输送管L2与第二入口202相连接。由此，利用设置在烟气输送管L2上的第三风机F3,将占烟气总体积10〜40%的约400摄氏度的高温烟气顺利地输送至燃烧器2〇〇中用于二次助燃。[0032]在该非限制性实施例中，如图2所示，燃烧器200包括:外筒210、圆台形混合腔220、内筒230及中心管240。[0033]在该非限制性实施例中，燃烧器200的第一入口201与中心管MO的外壁和内筒230的内壁之间形成的第一环形空间270连通，燃烧器200的第二入口202与内筒230的外壁和外筒210的内壁之间形成的第二环形空间280连通。[0034]圆台形混合腔220连接于外筒210与炉体1〇〇之间，其进口端与外筒210相连接，出口端与炉体100相连接，圆台形混合腔220的出口端直径设定为圆台形混合腔的进口端直径的约50%，外筒210的直径与圆台形混合腔220的进口端的直径略同，内筒230的直径设定为外筒210的直径的约70%，中心管240的直径设定为内筒230的直径的约30%。外筒210、圆台形混合腔220、内筒230和中心管240共轴线，由此便于气体流通。[0035]作为一种非限制性实施方式，内筒230的前端封闭，邻近内筒230的后端口于第一环形空间270内设置有连接内筒230和中心管240的第一环形多孔板250。如图3所示，第一环形多孔板250的环面上设置有六圈第一出气孔251，第一出气孔251的形状设定为椭圆形且当量直径为2〜3毫米，而且，六圈第一出气孔251沿径向方向等间隔布置，且每圈第一出气孔251与邻近一圈第一出气孔251在径向方向和周向方向分别交错设置。[0036]邻近外筒210的前端壁于第一环形空间270内设置有连接内筒230和中心管240的第二环形多孔板260。第二环形多孔板260的环面上设置有至少三圈第二出气孔261，第二出气孔261的形状设定为三角形或菱形且当量直径为5〜8毫米，与第一出气孔251的布局相似，至少三圈第二出气孔261沿径向方向等间隔布置，且每圈第二出气孔与邻近一圈第二出气孔在径向方向和周向方向分别交错设置。[0037]在该非限制性实施例中，燃烧器200的第一入口201设置成邻近内筒230的前端壁与第一环形空间270沿切向方向连通，燃烧器200的第二入口202设置成邻近外筒210的前端壁与第二环形空间280沿切向方向连通。[0038]作为一种非限制性实施方式，中心管240内设置有点火器和火焰检测器图未示），中心管240的出口端与内筒230和外筒210的出口端相平齐。[0039]作为一种非限制性实施方式，如图2所示，燃烧器200的第一入口201通过连接筒290与热空气输送管L1连接，从而将热空气导入燃烧器200中。连接筒290的筒壁上设置有用于向燃烧器200内引入气体燃料的燃气筒291，燃气筒内设有燃气分布板2911，燃气分布板上设有若干个燃气孔，从而可以确保气体燃料均匀高速喷出并与热空气均匀混合。[0040]由此，20°C的冷空气在第一风机F1的作用下经过换热器300被加热到约20TC，然后经过热空气输送管L1与从燃气筒291进入的燃气充分混合后进入燃烧器200中，混合气体首先经过第二环形多孔板260实现均流，然后再经过第一环形多孔板250均匀高速喷出进入圆台形混合腔220。如图3所示，第一环形多孔板250的环面上平行设有六圈第一出气孔251且六圈椭圆形的第一出气孔251交错设置，从而可以有效防止回火。而第二环形多孔板26〇的环面上平行设有三圈第二出气孔261，且三圈三角形或菱形孔的第二出气孔261交错设置，从而可以有效实现均流。[0041]另一方面，占烟气总体积约20%的约400°C的高温烟气经第二烟道120被第三风机F3吸出，再经过烟气输送管L2进入燃烧器200的第二入口2〇2,然后切向进入第二环形空间280形成旋转气流喷入圆台形混合腔220，与热空气和气体燃料充分混合后再被点燃送入炉体100中。[0042]作为另一种可替代方案，燃气可经由中心管输送，中心管的后端封闭，中心管的管壁上于第一环形多孔板和第二环形多孔板之间开设若千燃气喷射孔，燃气通过燃气喷射孔进入第一环形空间内与热空气初步混合，初步混合后经由第一环形空间进入圆台形混合腔内进一步与高温烟气均匀混合。[0043]作为又一种可替代方案，燃气筒沿切向方向与连接筒连接，以在连接筒内形成旋流，利于燃气与热空气混合均匀。[0044]在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体亦例”、或“一些示例，，等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。[0045]尽管f此已详细描述本发明的优选实施方式,但要理解的是本发明并不局限于这里详细描述和示出的具体结构和步骤，在不偏离本发明的实质和賴的情况下可由本领域的技术人员实现其它的变型和变体。

权利要求：1.一种烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，包括:炉体以及与所述炉体相连接的燃烧器及换热器，其特征在于：所述炉体的后端一侧设置有第一烟道；_所述燃烧器安装于所述炉体的前端且与所述炉体的炉膛相连通，所述燃烧器设置有第—入口；所述换热器设有高温烟气入口、冷空气入口、低温烟气出口及热空气出口，所述高温烟气入口与所述第一烟道相连接，所述低温烟气出口通过管线与烟囱相连接，所述冷空气入口与第一风机相连接，所述热空气出口通过热空气输送管与所述燃烧器的第一入口相连接，以将通过所述第一风机引入所述换热器中的冷空气经过换热后形成的热空气输送至所述燃烧器中用于助燃；所述炉体的后端另一侧设置有第二烟道，所述燃烧器还设置有第二入口，其中，所述第二烟道通过烟气输送管与所述第二入口相连接，以将部分高温烟气输送至所述燃烧器中用于助燃;以及所述燃烧器包括：中心管、套置于所述中心管的外部的内筒、套置于所述内筒的外部的外筒、以及连接于所述外筒与所述炉体之间的圆台形混合腔，其中，所述第一入口与所述中心管的外壁和所述内筒的内壁之间形成的第一环形空间连通，所述第二入口与所述内筒的外壁和所述外筒的内壁之间形成的第二环形空间连通。2.如权利要求1所述的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，其特征在于:所述内筒的前端封闭，邻近所述内筒的后端口于所述第一环形空间内设置有连接所述内筒和所述中心管的第一环形多孔板;所述第一环形多孔板的环面上设置有至少五圈第一出气孔;所述第一出气孔的形状设定为椭圆形且当量直径为2〜3毫米。3.如权利要求2所述的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，其特征在于:所述外筒的前端封闭，邻近所述外筒的前端壁于所述第一环形空间内设置有连接所述内筒和所述中心管的第二环形多孔板;所述第二环形多孔板的环面上设置有至少三圈第二出气孔，所述第二出气孔的形状设定为三角形或菱形且当量直径为5〜8毫米。4.如权利要求3所述的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，其特征在于:所述至少五圈第一出气孔沿径向方向等间隔布置，且每圈第一出气孔与邻近一圈第一出气孔在径向方向和周向方向分别交错设置;所述至少三圈第二出气孔沿径向方向等间隔布置，且每圈第二出气孔与邻近一圈第二出气孔在径向方向和周向方向分别交错设置。5.如权利要求1〜4中任一项所述的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，其特征在于:所述第一入口设置成邻近所述内筒的前端壁与所述第一环形空间沿切向方向连通，所述第二入口设置成邻近所述外筒的前端壁与所述第二环形空间沿切向方向连通。6.如权利要求5所述的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，其特征在于:所述中心管内设置有点火器和火焰检测器，所述中心管的出口端与所述内筒和所述外筒的出口端相平齐。7.如权利要求5所述的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，其特征在于:所述第一入口通过连接筒与所述热空气输送管连接，所述连接筒的筒壁上设置有用于向所述燃烧器内引入气体燃料的燃气筒，所述燃气筒内设有燃气分布板，所述燃气分布板上设有若干个燃气孔。8.如权利要求7所述的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，其特征在于:所述燃气孔呈三角形分布于所述燃气分布板上，所述燃气孔的形状设定为三角形或菱形且当量直径为1〜2晕米。9.如权利要求1〜4中任一项所述的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，其特征在于，所述第二烟道将占烟气总体积10〜40%的高温烟气输送至所述燃烧器中用于助燃。10.如权利要求1〜4中任一项所述的烟气助燃型工业炉节能环保燃烧系统，其特征在于：所述圆台形混合腔的出口端直径设定为所述圆台形混合腔的进口端直径的35%〜75%，所述外筒、所述圆台形混合腔、所述内筒和所述中心管共轴线。

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