一種多噴孔型熱風爐的製作方法

2023-07-12 10:47:11 1

本發明屬於熱能工程領域，具體涉及一種多噴孔型熱風爐。

背景技術：

目前，鋼鐵企業燒結煙氣脫硫脫硝工藝採用活性炭(活性焦)居多，該工藝的活性炭(活性焦)再生需要採用500℃左右煙氣進行間接加熱，換熱後煙氣溫度300℃左右。為提高供熱效率，煙氣通常採用循環方式，如圖1所示。熱風爐主要作用就是對該循環煙氣再加熱設備。在此工藝下熱風爐爐膛為正壓操作，為防止熱煙氣冒出，該類型熱風爐整體密封性要求高。

活性炭幹法工藝是目前燒結煙氣處置主要推廣技術，可實現燒結煙氣處置過程中同時脫硫、脫硝、脫二惡英、脫重金屬、除塵。

脫硫脫硝系統主要包括活性炭吸附、活性炭解析及活性炭運輸系統，活性炭補給系統，熱循環及富SO2輸送系統。燒結廢氣中的有害雜質，通過吸附塔吸附，可去除粉塵、重金屬、SO2、NOx；解析塔可去除二惡英、並將富集SO2輸送到制酸系統。活性炭在解析塔解析過程中，需要有高溫煙氣進行間接供熱。

由於解析塔需要的高溫煙氣氣量大，進出口溫差相對小，僅100～200℃，為節省能源，目前都採用循環煙氣對解析塔供熱。

熱風爐對解析塔出口低溫循環煙氣進行加熱。

現有熱風爐由燃燒室和混風室組成，並有隔牆隔開，燃氣在燃燒室完全燃燒後，所產生的高溫煙氣在混風室與循環冷卻風混合，混合煙氣達到工藝要求的溫度後排出，如圖2所示。但現有熱風爐通常採用全內襯結構，設備重量較大；燃燒室溫度高，高溫生成的NOx量較大；循環冷卻風只通過一個或幾個管口直接進入混風室與高溫煙氣混合，混風均勻性差，需要有較大的混合空間，設備體積較大。該爐型布置通常只能採用水平布置，不適合垂直布置。

由於鋼鐵企業燒結煙氣脫硫脫硝工藝通常是對原有設施進行改造，場地通常都十分緊張，要求設備佔地小，爐型布置儘可能滿足場地實際要求。

技術實現要素：

工業規模的解析塔(再生塔)一般具有20-30米的高度，直徑達到幾米至十幾米，對循環熱風的需求量大，同時，要求熱風的溫度與活性炭的解析溫度匹配。

本發明的目的是針對包括活性炭吸附塔)、解析塔(再生塔)和熱風爐(或加熱爐)的現有技術的大型活性炭脫硫脫硝裝置中熱風爐所存在的問題，設計新的熱風爐，一方面能夠穩定地產生大量的合適溫度的熱風，另一方面，減少氮氧化物的生產。

根據本發明的第一個方面，提供一種(臥式或立式)多噴孔型熱風爐，它包括燃燒段、混風一段和混風二段，

其中，燃燒段的前端(即起始端)設有主燒嘴並且在燃燒段外部設有自動點火燒嘴和用於向燃燒段內部通風的循環風引風管；該混風一段包括外筒體和與外筒體同軸心的作為內筒體的金屬多噴孔混風筒，外筒體與作為內筒體的多噴孔混風筒之間具有環形空隙或環形空間作為環形進風室，在多噴孔混風筒的壁上均勻地或基本上均勻地分布多個(例如20-2000個、)噴孔(進風孔)，混風一段的作為內筒體的多噴孔混風筒的前端與燃燒段的後端密封連接，多噴孔混風筒的後端設有第一熱風出口，混風一段的外筒體的壁上設有循環風進口且該循環風進口與循環風管連接。

另外，混風二段的前端與第一熱風出口的後端密封連接，混風二段的側壁或端部上設有第二熱風出口。

第二熱風出口與熱風輸送總管連通。循環風引風管和循環風管分別連通至總循環風管。

優選，混風一段採用包括內筒體和外筒體的雙筒體結構。兩個筒體之間有環形氣體空間。

優選，上述熱風爐還包括混風二段，混風二段的前端與第一熱風出口的後端(即出風端)密封連接，混風二段的側壁或端部上設有第二熱風出口。

優選，循環風引風管和循環風管分別連通至(例如從活性炭解析塔的加熱區或冷卻區所引出的)總循環風管。

優選，燃燒段的前端的側壁上還設有自動點火燒嘴；優選自動點火燒嘴靠近主燒嘴設置或與主燒嘴融合為一個組合設備。

優選，熱風爐的第一熱風出口或第二熱風出口與(例如從活性炭解析塔的加熱區所引出的)熱風輸送總管連通。

優選，燃燒段具有橫截面為圓形或橢圓形或矩形的筒體形結構，優選具有圓筒體形結構。

優選，混風一段的外筒體和作為內筒體的多噴孔混風筒都具有橫截面為圓形或橢圓形的筒體形結構。

優選，沿著多噴孔混風筒的長度方向和周向，所述多個噴孔均勻分布或基本上均勻分布在多噴孔混風筒的壁上。

優選，所述噴孔的橫截面形狀是圓形、橢圓形、三角形、四邊形、五邊形或六邊形中的一種或多種；優選，所述噴孔的橫截面形狀是圓形。

優選，主燒嘴設有助燃空氣接口和燃氣接口。

優選，在循環風引風管上設有流量調節閥調節進入熱風爐燃燒室循環煙氣。

優選，循環風機入口風門調節進入熱風爐中的煙氣循環量。在循環風管上設有流量調節閥，或不設流量調節閥。

優選，燃燒段內設有溫度探頭及壓力探頭。

為了降低燃燒段爐膛高溫區溫度，經由循環風引風管向燃燒段內通入來自活性炭解析塔的加熱區的循環熱風，以降低燃燒段內燃燒爐膛高溫區溫度。優選，在燃燒段的前端、沿著圓筒體形燃燒段的圓周設計一個或多個(例如-1～6個)進風口，這些進風口都與循環風引風管連通，以便向燃燒段的內部空間的四周均勻噴射熱風。或，在燃燒段內靠近主燒嘴的一端設置具有多個噴氣孔的環形布風管(圖中未示出)，以便向燃燒段的內部空間的四周均勻噴射熱風。

根據本發明的第二個實施方案，提供一種活性炭解析塔裝置，它包括活性炭解析塔和以上所述的熱風爐，其中該解析塔具有：上部的加熱區和下部的冷卻區，位於塔頂的用於輸入待再生活性炭的進口和位於塔底的輸出再生的活性炭的出口；

其中熱風爐的第一熱風出口或第二熱風出口經由熱風輸送總管連通至解析塔上部的加熱區的熱風入口；和

其中熱風爐的循環風引風管和循環風管兩者與從解析塔上部的加熱區的熱風出口所引出的總循環風管連通或兩者與從解析塔下部的冷卻區的出風口所引出的總循環風管連通。

本發明提供的多噴孔型熱風爐，按燃燒段、混風一段分兩部分布置。燃燒段為高溫，循環風引風管引入冷卻循環風，直接加入燃燒段爐膛，適當降低燃燒段溫度，確保燃氣在充分燃燒充分同時火焰溫度不至於過高，減少高溫NOx生成。之後熱風進入混風一段，從循環風進口進入的循環冷卻風，進入多噴孔混風筒與混風一段之間的空隙或間隙，通過多噴孔混風筒上的噴孔，以均勻、小流量方式直接與從燃燒段來的高溫熱風混合，在有限的空間內實現快速均勻混合。

循環熱風穿過多噴孔混風筒的開孔，分成眾多的小股流體與高溫熱氣在小空間、以高流速混合，達到快速均勻混合目的。

在循環風引風管設置流量調節閥，可以根據燃燒段中溫度等條件的不同，調節進入燃燒段的循環冷卻風流量，達到既節能又能減少NOx生成的效果。

任選地，或可有可無地，循環風進口前端設置流量調節閥，可調節進入混風一段中的循環冷卻風流量，以調節最後從熱風爐中流出的熱風的溫度。

在本發明中，燃燒段內壁上設有耐火材料隔熱層。

在本發明中，燃燒段、混風一段外壁設有保溫層。

在本發明中，混風二段外壁設有保溫層。

優選，混風一段和混風二段的內直徑相等或大約相等。混風一段或混風二段的內腔是圓筒形或是橫截面為正方形或長方形的筒體形。混風一段或混風二段的內腔各自的長度為0.7-2.2米，優選0.8-2.0米，優選0.85-1.8米，例如0.9、1.2、1.5或1.6米。另外，圓筒形的混風一段或混風二段的內腔各自的直徑為0.5-1.8米，優選0.6-1.7米，優選0.7-1.5米，例如0.8、1或1.2米或1.4米。一般，內腔的長度與內直徑之比是1.3-1.8:1，優選1.4-1.6:1。

本發明中，只在燃燒段內壁設置耐火隔熱層，採用少量耐火內襯，熱風爐整體採用外壁設置保溫層的結構，可有效減輕設備重量。

作為優選，燃燒段內設有溫度探頭和壓力探頭。

本發明的熱風爐可安裝在一個基座上。

溫度探頭可監測燃燒段中的溫度，從而確定循環風引風管中適合的循環冷卻風流量。

一般，活性炭再生溫度Td是在390-500℃，優選400-470℃，更優選405-450℃，更優選在410-440℃，更優選410-430℃的範圍。一般來說，高溫熱風(G0)具有1100-1900℃。

通常，輸入加熱區內的熱風具有400～500℃，優選410～480℃，更優選415-470℃,更優選420-460℃,進一步優選420-450℃的溫度。

一般，外排的熱風具有300-380℃，優選320-375℃，優選約340-370℃的溫度。

本發明的解析塔是用於鋼鐵工業的廢氣處理的幹法脫硫、脫硝裝置中的解析塔或再生塔，通常具有10-45米、優選15-40米、更優選20-35米的塔高。解吸塔通常具有6-100米2、優選8-50米2、更優選10-30米2、進一步優選15-20米2的主體橫截面積。而脫硫脫硝裝置中的(脫硫、脫硝)吸附塔(或反應塔)通常具有更大的尺寸，例如吸附塔的塔高為15-60，優選20-50，更優選25-45米。吸附塔的塔高是指從吸附塔底部活性炭出口到吸附塔頂部活性炭入口的高度，即塔的主體結構的高度。

對於煙氣(或廢氣)吸附塔的設計及其吸附工藝，現有技術中已經有很多文獻進行了披露，參見例如US5932179，JP2004209332A，和JP3581090B2(JP2002095930A)和JP3351658B2(JPH08332347A)，JP2005313035A。本申請不再進行詳細描述。

在本發明中，對於解析塔沒有特別的要求，現有技術的解析塔都可用於本發明中。優選的是，解析塔是管殼型的立式解析塔，其中活性炭從塔頂輸入，向下流經管程，然後到達塔底，而加熱氣體則流經殼程，加熱氣體從塔的一側進入，與流經管程的活性炭進行熱交換而降溫，然後從塔的另一側輸出。在本發明中，對於解析塔沒有特別的要求，現有技術的解析塔都可用於本發明中。優選的是，解析塔是管殼型(或殼管型)或列管型的立式解析塔，其中活性炭從塔頂輸入，向下流經上部加熱區的管程，然後到達一個處於上部加熱區與下部冷卻區之間的一個緩衝空間，然後流經下部冷卻區的管程，然後到達塔底，而加熱氣體(或高溫熱風)則流經加熱區的殼程，加熱氣體(400-500℃)從解析塔的加熱區的一側進入，與流經加熱區管程的活性炭進行間接熱交換而降溫，然後從塔的加熱區的另一側輸出。冷卻風從解析塔的冷卻區的一側進入，與流經冷卻區管程的已解析、再生的活性炭進行間接熱交換。在間接熱交換之後，冷卻風升溫至120±20℃,如約120℃。

對於活性炭解析塔的設計及活性炭再生方法，現有技術中已經有很多文獻進行了披露，JP3217627B2(JPH08155299A)公開了一種解析塔(即解吸塔)，它採用雙密封閥，通惰氣密封，篩分，水冷(參見該專利中的圖3)。JP3485453B2(JPH11104457A)公開了再生塔(參見圖23和24)，可採用預熱段，雙密封閥，通惰氣，空氣冷卻或水冷。JPS59142824A公開了來自冷卻段的氣體用於預熱活性炭。中國專利申請201210050541.6(上海克硫公司)公開了再生塔的能量再利用的方案，其中使用了乾燥器2。JPS4918355B公開了採用高爐煤氣(blast furnace gas)來再生活性炭。JPH08323144A公開了採用燃料(重油或輕油)的再生塔，使用空氣加熱爐(參見該專利的圖2，11-熱風爐，12-燃料供給裝置)。中國實用新型201320075942.7涉及加熱裝置及具備該加熱裝置的廢氣處理裝置(燃煤、空氣加熱)，參見該實用新型專利中的圖2。

本發明的解析塔採用風冷。

例如，對於解析塔解析能力為每小時20t活性炭的情形，傳統工藝保持解析塔內的溫度在430℃所需焦爐煤氣約為1000Nm3/h，助燃空氣約為5500Nm3/h，外排熱風約為6000Nm3/h；所需冷卻空氣60000Nm3/h，冷卻後活性炭溫度為140℃。

本發明與現有技術相比，具有以下優點：

1、本發明的多噴孔型熱風爐按燃燒段、混風一段兩部分布置。燃燒段為高溫，部分循環冷卻風直接加入燃燒段爐膛，適當降低燃燒段溫度，確保燃氣在充分燃燒充分同時火焰溫度不至於過高，減少高溫NOx生成，達到既節能又降低NOx生成的目的。

2、本發明多噴孔型熱風爐在混風一段內設置多噴孔混風筒體，循環冷卻風從外向內通過多噴孔混風筒體上噴孔，分成眾多小股流體與高溫熱氣快速混合，達到快速均勻混合目的，減少熱風爐設備體積同時確保出口熱風溫度均勻、穩定。

3、本發明中，只在燃燒段內壁設置耐火隔熱層，採用少量耐火內襯，熱風爐整體採用外壁設置保溫層的結構，散熱少、施工安裝方便、可有效減輕設備重量，且熱風爐混合效果好，整體設備緊湊、尺寸小。因此本發明多噴孔型熱風爐能根據生產現場需要，靈活採用採用臥式或立式布置。

4、本發明多噴孔型熱風爐採用金屬結構，整體密封性好，爐膛壓力調節範圍廣，可實現從零壓到正壓5000Pa以上均可正常運行。

附圖說明

圖1是現有技術的包括活性炭吸附塔(B)、解析塔(再生塔)(A)和熱風爐(或加熱爐)(1)的一種活性炭脫硫脫硝裝置的示意圖。

圖2是現有技術的包括活性炭吸附塔(B)、解析塔(再生塔)(A)和熱風爐(或加熱爐)(1)的另一種活性炭脫硫脫硝裝置的示意圖。

圖1和圖2中附圖標記：

A：解析塔；A01：解析塔的加熱區；A02：解析塔的冷卻區；A03：解析塔的中間過渡區；A04：熱風循環風機；A05：活性炭冷卻風機；A06：助燃風機；A07：煤氣(或高爐煤氣)；A08：活性炭振動篩；A09：氮氣加熱器；A10：富硫氣體去制酸系統；A11：空氣；A12：氮氣；A13：排放；A14：餘熱利用；A15：排放或餘熱利用；B：吸附塔；B01：增壓風機；B02：稀氨氣；B03：第一活性炭輸送機；B04：第二活性炭輸送機；B05：來自燒結機的熱煙氣；B06：空氣；B07：淨煙氣；B08：去煙囪；1：熱風爐。L1：熱風輸送總管；L2：總循環風管。

圖3是現有熱風爐的示意圖。

1』-供熱燒嘴；2』-燃燒室；3』-隔牆；4』-循環冷卻風；5』-混風室；6』-煙氣排出口。

圖4是本發明多噴孔型熱風爐臥式布置的主視示意圖。

圖5是本發明多噴孔型熱風爐臥式布置的俯視示意圖。

圖6是本發明多噴孔型熱風爐第二種臥式布置的主視示意圖。

圖7是本發明多噴孔型熱風爐第二種臥式布置的俯視示意圖。

圖8是本發明多噴孔型熱風爐立式布置的主視示意圖；

圖9是本發明多噴孔型熱風爐立式布置的側視圖；

附圖標記：1-多噴孔型熱風爐；2-燃燒段；3-混風一段；301-混風一段的外筒體；302-混風一段的多噴孔混風筒；303-環形進風室(或稱作夾層或環形空隙或環形空間)；304:第一熱風出口；4-主燒嘴；401-助燃空氣接口；402-煤氣(或燃氣)接口；5-燃燒段的循環風引風管；6-混風一段的循環風進口；7-循環風管；701：流量調節閥；8-混風二段；801-第二熱風出口；9-自動點火燒嘴；10-溫度探頭。

具體實施方式

圖1是現有技術的包括活性炭吸附塔(B)、解析塔(再生塔)(A)和熱風爐(或加熱爐)(1)的一種常見的活性炭脫硫脫硝裝置的示意圖。

圖2是現有技術的包括活性炭吸附塔(B)、解析塔(再生塔)(A)和熱風爐(或加熱爐)(1)的另一種常見的活性炭脫硫脫硝裝置的示意圖。

本發明提供一種(臥式或立式)多噴孔型熱風爐1，它包括燃燒段2、混風一段3和混風二段8，燃燒段2的前端(即起始端)設有主燒嘴4並且在燃燒段2外部設有用於向燃燒段2內部通風的循環風引風管5，混風一段3包括外筒體301和與外筒體301同軸心的作為內筒體的金屬多噴孔混風筒302，並且在外筒體301與作為內筒體的多噴孔混風筒302之間具有環形空隙或環形空間303作為(環形)進風室，在多噴孔混風筒302的壁上均勻地或基本上均勻地分布多個噴孔(即進風孔)，混風一段3的作為內筒體的多噴孔混風筒302的前端與燃燒段2的後端密封連接，多噴孔混風筒302的後端設有第一熱風出口304，混風一段3的外筒體301的壁上設有循環風進口6且該循環風進口6與循環風管7連接。

另外，混風二段8的前端與第一熱風出口304的後端(即出風端)密封連接，混風二段8的側壁或端部上設有第二熱風出口801。

第二熱風出口801與熱風輸送總管L1連通。循環風引風管5和循環風管7分別連通至總循環風管L2。

優選，循環風引風管5和循環風管7分別連通至(例如從活性炭解析塔的加熱區A01或冷卻區A02所引出的)總循環風管L2。

優選，燃燒段2的前端的側壁上還設有自動點火燒嘴9；優選的是：自動點火燒嘴9靠近主燒嘴4設置，或，自動點火燒嘴(9)與主燒嘴和(4)融合為一組合設備。

優選，熱風爐1的第一熱風出口304或第二熱風出口801與(例如從活性炭解析塔的加熱區A01所引出的)熱風輸送總管L1連通。

優選，燃燒段2具有橫截面為圓形或橢圓形或矩形的筒體形結構，優選具有圓筒體形結構。

優選，混風一段3的外筒體301和作為內筒體的多噴孔混風筒302都具有橫截面為圓形或橢圓形的筒體形結構。

優選，沿著多噴孔混風筒302的長度方向和周向，所述多個噴孔均勻分布或基本上均勻分布在多噴孔混風筒302的壁上。

優選，所述噴孔的橫截面形狀是圓形、橢圓形、三角形、四邊形、五邊形或六邊形中的一種或多種；優選，所述噴孔的橫截面形狀是圓形。

優選，主燒嘴4設有助燃空氣接口401和燃氣接口402。

一般，循環風機A04入口風門調節進入熱風爐中的煙氣循環量。另外，還可以在循環風引風管5上設有流量調節閥501。另外，還可以在循環風管7上設有流量調節閥701。

優選，燃燒段2內設有溫度探頭10。

為了降低燃燒段2內的熱風的溫度，經由循環風引風管5向燃燒段2內通入來自活性炭解析塔的加熱區的循環熱風，以降低燃燒段2內燃燒所產生的熱風的溫度。優選，在燃燒段的前端、沿著圓筒體形燃燒段的圓周設計多個進風口，這些進風口都與循環風引風管連通，以便向燃燒段的內部空間的四周均勻噴射熱風。或者，優選，在燃燒段2內靠近主燒嘴4的一端設置具有多個噴氣孔的環形布風管(圖中未示出)，以便向燃燒段2的內部空間的四周均勻噴射熱風。

根據本發明的第二個實施方案，提供一種活性炭解析塔裝置，它包括活性炭解析塔A和以上所述的熱風爐1，其中該解析塔A具有：上部的加熱區A01和下部的冷卻區A02，位於塔頂的用於輸入待再生活性炭的進口和位於塔底的輸出再生的活性炭的出口；

其中熱風爐1的第一熱風出口304或第二熱風出口801經由熱風輸送總管L1連通至解析塔A上部的加熱區A01的熱風入口；和

其中熱風爐1的循環風引風管5和循環風管7兩者與從解析塔A上部的加熱區A01的熱風出口所引出的總循環風管L2連通(如圖1中所示)或兩者與從解析塔A下部的冷卻區A02的出風口所引出的總循環風管L2連通(如圖2中所示)。

如圖1中所示，脫硫、脫硝裝置包括活性炭吸附塔(B)(塔高30米，橫截面積120m2)和解析塔(A)(塔高20米，橫截面積15m2)。圖3是現有熱風爐的示意圖。

實施例1

如圖4和5所示，一種多噴孔型熱風爐1採用臥式設置，包括燃燒段2和混風一段3，燃燒段2的前端設有主燒嘴4；燃燒段2的側部設有循環風引風管5、自動點火燒嘴9和溫度探頭10。混風一段3的前端與燃燒段2的後端密封連接，混風一段3的後端設有第一熱風出口304。混風一段3的側壁上設有循環風進口6，混風一段3包括外筒體301和作為內筒體的多噴孔混風筒302和位於兩者之間的環形空間303。混風一段3的外筒體301的壁上設有循環風進口6且該循環風進口6與循環風管7連接。多噴孔混風筒302的壁的四周均勻設有多個噴孔，即，沿著多噴孔混風筒302的長度方向和沿著多噴孔混風筒302的圓周方向均勻地開設噴孔。

此外，還設有混風二段8，混風二段8與第一熱風出口301密封連接，混風二段8的側壁上設有第二熱風出口801。第二熱風出口801與熱風輸送總管L1連通。

循環風引風管5和循環風管7分別連通至總循環風管L2。主燒嘴4設有助燃空氣接口401、燃氣接口402。循環風引風管5與循環風管7均設有流量調節閥(501和701)。燃燒段2內壁設有耐火材料隔熱層，燃燒段2、混風一段3、混風二段8外壁均設有保溫層。

在實際應用中，在脫硫脫硝裝置連續運行1周之後，通過從熱風輸送總管L1輸送的氣體取樣分析，氮氧化物的含量保持0.024vol％，而現有技術的氮氧化物含量高達0.1vol％。熱風輸送總管L1輸送的氣體(熱風)的溫度穩定地維持430-450℃。

對於解析塔解析能力為每小時20t活性炭的情形，新工藝保持解析塔內的溫度在430℃，所需焦爐煤氣約為700Nm3/h，助燃空氣約為4000Nm3/h，外排熱風約為5000Nm3/h；冷卻後活性炭溫度為120℃以下。

實施例2

如圖6和7所示，一種多噴孔型熱風爐1採用臥式設置，包括燃燒段2和混風一段3，燃燒段2的前端設有主燒嘴4；燃燒段2的側部設有循環風引風管5、自動點火燒嘴9和溫度探頭10。混風一段3的前端與燃燒段2的後端密封連接，混風一段3的後端設有第一熱風出口304。混風一段3的側壁上設有循環風進口6，混風一段3包括外筒體301和作為內筒體的多噴孔混風筒302和位於兩者之間的環形空間303。混風一段3的外筒體301的壁上設有循環風進口6且該循環風進口6與循環風管7連接。多噴孔混風筒302的壁的四周均勻設有多個噴孔，即，沿著多噴孔混風筒302的長度方向和沿著多噴孔混風筒302的圓周方向均勻地開設噴孔。

熱風爐1的第一熱風出口304與熱風輸送總管L1連通。

循環風引風管5和循環風管7分別連通至總循環風管L2。主燒嘴4設有助燃空氣接口401、燃氣接口402。循環風引風管5與循環風管7均設有流量調節閥(501和701)。燃燒段2內壁設有耐火材料隔熱層，燃燒段2、混風一段3外壁均設有保溫層。

實施例3

如圖8-9所示，採用與實施例1中相同的設計，只是多噴孔型熱風爐1採用立式設置。