本发明属于燃气蓄热脱硝技术领域，具体而言，本发明涉及蓄热式脱硝燃烧器。
背景技术：
蓄热式燃烧技术，又称高温空气燃烧技术是现阶段工业炉窑中使用最广泛的节能环保燃烧技术之一，但是该技术依然存在着一些难以解决的问题，由于高温空气燃烧技术本身特有的性质，在其燃烧过程中难以避免的产生氮氧化物，为解决氮氧化物排放问题，通过改变火焰组织方式或者改变烧嘴结构，都已将高温空气燃烧技术的氮氧化物排放降低到了极限状态。
当前常用的脱硝方法是采用烟道型SCR将上游来的NH3与NOx反应完全，从而提高整体脱硝效率，弥补SNCR装置效率有限的缺陷。技术特点如下：1)适应于场地空间有限的特定环境，脱硝效率达到75％左右；2)烟道阻力约增加小于150～500Pa，主要取决于催化剂的用量和烟道形式；3)烟道型SCR不需另设氨区与喷氨AIG装置，系统简单；4)早期的烟道型SCR反应器布置在水平烟道上，烟气水平流动，流速较高，改进后的烟道型SCR垂直布置，流速降低，提高了催化剂使用寿命。SNCR/SCR混合型脱硝技术是近些年发展起来的技术，有其特定的应用范围。
由于蓄热式燃烧器成对工作，其中一只燃烧器处于燃烧状态时，与之对应的燃烧器在相关换向系统和控制系统的作用下就担负起排烟功能；将脱除烟气中氮氧化物功能集成于蓄热式燃烧器属首创，在相关行业及领域未曾见相关技术方案。
技术实现要素：
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种蓄热式脱硝燃烧器，采用该燃烧器可以在实现高温烟气余热充分利用的同时降低外排烟气中的氮氧化物(烟气中氮氧化物脱除率高达85％以上)。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种蓄热式脱硝燃烧器。根据本发明的实施例，所述蓄热式脱硝燃烧器包括：
燃烧组件，所述燃烧组件包括第一子燃烧组件和第二子燃烧组件，所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件均包括上下布置的空气蓄热室和燃气蓄热室，所述空气蓄热室内包括依次连通的第一导气腔、第一低温蓄热腔、第一脱硝蓄热腔、第一还原腔、第一高温蓄热腔和第一流通腔，所述第一流通腔具有空气喷口，所述燃气蓄热室内包括依次连通的第二导气腔、第二低温蓄热腔、第二脱硝蓄热腔、第二还原腔、第二高温蓄热腔和第二流通腔，所述第二流通腔具有燃气喷口；
空气管组件，所述空气管组件分别与所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件内的第一导气腔连通，并且所述空气管组件交替地向所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件提供空气；
燃气管组件，所述燃气管组件分别与所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件内的第二导气腔连通，并且所述燃气管组件交替地向所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件提供燃气；
脱硝剂供给组件，所述脱硝剂供给组件分别与所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件内的第一还原腔和第二还原腔连通，并且所述脱硝剂供给组件交替地向所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件内提供脱硝剂；
点火枪，所述点火枪从所述空气蓄热室和所述燃气蓄热室之间贯穿且延伸至所述空气喷口和所述燃气喷口处；
排烟管组件，所述排烟管组件分别与所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件内的第一导气腔和第二导气腔导通；
其中，所述空气管组件向所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件中的其中一个提供所述空气时，所述燃气管组件向所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件中的其中一个提供所述燃气，所述脱硝剂供给组件向所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件中的另一个供给所述脱硝剂，并且烟气从所述排烟管组件的与第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件中的另一个连通的部分排出。
由此，根据本发明实施例的蓄热式脱硝燃烧器通过采用具有蓄热腔和脱硝蓄热腔的空气蓄热室以及燃气蓄热室，使得当燃烧组件处于蓄热状态时，高温烟气分别经空气蓄热室和燃气蓄热室进行换热和脱硝，从而在实现烟气余热充分利用的同时显著降低外排烟气中的氮氧化物，并且通过在空气蓄热室和燃气蓄热室中的脱硝蓄热腔和高温蓄热腔之间设置还原腔，使得经高温蓄热腔换热后的烟气在还原腔中与脱硝剂充分混合，从而可以降低逃逸氨的浓度，进而提高外排烟气中氮的脱除率(通过脱硝剂的喷入量，可以使得氮氧化物脱除率高达85％以上)，其次通过在空气蓄热室和燃气蓄热室上靠近导气腔的位置布置低温蓄热腔，可以有效避免高温蓄热腔直接与外界接触，进而降低燃烧组件内的热量损失。由此，本申请通过在空气蓄热室和燃气蓄热室中布置蓄热腔和脱硝蓄热腔，使得该燃烧器可以实现脱硝和蓄热的双功能，并且较传统工艺中在燃烧后期烟道系统中设置单独的脱硝装置和设备相比，本申请不仅使设备结构简单化，而且显著降低了综合投资成本。
另外，根据本发明上述实施例的蓄热式脱硝燃烧器还可以具有如下附加的技术特征：
在本发明的一些实施例中，所述第一子燃烧组件和所述第二子燃烧组件对称设置。
在本发明的一些实施例中，所述排烟管组件包括第一排烟支管和第二排烟支管，所述第一排烟支管与所述空气管组件通过第一四通换向阀连接，所述第二排烟支管与所述燃气管组件通过第二四通换向阀连接。
在本发明的一些实施例中，所述空气管组件包括空气总管、第一支管和第二支管，所述第一四通换向阀具有第一至第四口，所述第一口与所述空气总管相连，所述第一支管分别与所述第一子燃烧组件的第一导气腔和所述第二口相连，所述第一排烟支管与所述第三口相连，所述第二支管与所述第二子燃烧组件的第一导气腔和所述第四口相连。
在本发明的一些实施例中，所述燃气管组件包括燃气总管、第三支管和第四支管，所述第二四通换向阀具有第五至第八口，所述第五口与所述燃气总管相连，所述第三支管分别与所述第一子燃烧组件的第二导气腔和所述第六口相连，所述第二排烟支管与所述第七口相连，所述第四支管与所述第二子燃烧组件的第二导气腔和所述第八口相连。
在本发明的一些实施例中，同一个子燃烧组件上的所述空气喷口的出气方向和所述燃气喷口的出气方向的夹角为33度。由此，可以保证燃气燃烧温度均匀和稳定。
在本发明的一些实施例中，所述燃气为低热值燃气。由此，在降低成本的同时扩大燃料的适用范围。
在本发明的一些实施例中，所述点火枪为电子点火枪。
在本发明的一些实施例中，所述第一还原腔和所述第二还原腔设置有雾化器，所述雾化器与所述脱硝剂供给组件相连。由此，可以进一步提高烟气中氮的脱除率。
在本发明的一些实施例中，所述第一子燃烧组件与所述第二子燃烧组件交替燃烧和排烟的间隔为30～60秒。由此，可以实现烟气余热的充分利用。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是根据本发明一个实施例的蓄热式脱硝燃烧器的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述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。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。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在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本发明的一个方面，本发明提出了一种蓄热式脱硝燃烧器。根据本发明的实施例，参考图1，蓄热式脱硝燃烧器包括：燃烧组件100、空气管组件200、燃气管组件300、脱硝剂供给组件400、点火枪500和排烟管组件600。
根据本发明的一个实施例，参考图1，燃烧组件100包括第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件12，第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件12均包括上下布置的空气蓄热室13和燃气蓄热室14，例如如图1所示，空气蓄热室13布置在燃气蓄热室14上方。由此，通过分别设置空气蓄热室和燃气蓄热室，当蓄热室处于放热状态时，可以分别对供给的常温空气和常温燃气进行预热，实现烟气余热的充分利用，并且降低系统能耗。根据本发明的一个具体示例，第一子燃烧组件与第二子燃烧组件交替燃烧和排烟的间隔为30～60秒。
根据本发明的再一个实施例，参考图1，空气蓄热室13内包括依次连通的第一导气腔131、第一低温蓄热腔132、第一脱硝蓄热腔133、第一还原腔134、第一高温蓄热腔135和第一流通腔136，第一流通腔136具有空气喷口101。具体的，当空气蓄热室处于蓄热状态时，产生的高温烟气经空气喷口依次进入第一流通腔，然后进入第一高温蓄热腔对第一高温蓄热腔中的蓄热体进行蓄热，蓄热完毕后进行第一还原腔与脱硝剂混合后进入第一脱硝蓄热腔进行脱硝蓄热，最后在进入第一低温蓄热腔蓄热后经第一导气腔排出；而当空气蓄热室处于放热状态时，经第一导气腔供给常温空气，常温空气经第一低温蓄热腔预热后进入第一脱硝蓄热腔预热，然后经第一还原腔进入第一高温蓄热腔进行预热后进入第一导气腔并经空气喷口喷出参与燃烧。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，燃气蓄热室14内包括依次连通的第二导气腔141、第二低温蓄热腔142、第二脱硝蓄热腔143、第二还原腔144、第二高温蓄热腔145和第二流通腔146，第二流通腔146具有燃气喷口102。具体的，同理，当燃气蓄热室处于蓄热状态时，产生的高温烟气经燃气喷口依次进入第二流通腔，然后进入第二高温蓄热腔对第二高温蓄热腔中的蓄热体进行蓄热，蓄热完毕后进行第二还原腔与脱硝剂混合后进入第二脱硝蓄热腔进行脱硝蓄热，最后在进入第二低温蓄热腔蓄热后经第二导气腔排出；而当空燃气蓄热室处于放热状态时，经第二导气腔供给常温空气，常温空气经第二低温蓄热腔预热后进入第二脱硝蓄热腔预热，然后经第二还原腔进入第二高温蓄热腔进行预热后进入第二导气腔并经燃气喷口喷出参与燃烧。
根据本发明的又一个实施例，第一还原腔134和第二还原腔144设置有雾化器15，雾化器15与脱硝剂供给组件400相连，从而可以对进入第一还原腔和第二还原腔中的脱硝剂进行雾化，使得烟气与脱硝剂充分混合接触，进而显著提高烟气的脱氮率。
根据本发明的又一个实施例，同一个子燃烧组件上的空气喷口101的出气方向和燃气喷口102的出气方向的夹角为33度。发明人发现，通过该种布置方式，可以保证燃气燃烧温度均匀和稳定。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件12对称设置。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，空气管组件200分别与第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件12内的第一导气腔131连通，并且空气管组件200交替地向第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件12提供空气。具体的，例如，第一子燃烧组件处于蓄热状态时，空气管组件向第二子燃烧组件供给空气，而当第二子燃烧组件处于蓄热状态时，空气管组件向第一子燃烧组件供给空气。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，燃气管组件300分别与第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件12内的第二导气腔141连通，并且燃气管组件300交替地向第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件13提供燃气。具体的，例如，第一子燃烧组件处于蓄热状态时，燃气管组件向第二子燃烧组件供给燃气，而当第二子燃烧组件处于蓄热状态时，燃气管组件向第一子燃烧组件供给燃气。根据本发明的一个具体实施例，燃气可以为低热值燃气。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对低热值燃气的具体类型进行选择。由此，在降低成本的同时扩大燃料的适用范围。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，脱硝剂供给组件400分别与第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件12内的第一还原腔134和第二还原腔144连通，并且脱硝剂供给组件400交替地向第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件12内提供脱硝剂。具体的，当第一子燃烧组件处于蓄热状态时，脱硝剂供给组件向第一子燃烧组件的第一还原腔和第二还原腔供给脱硝剂，使得脱硝剂与高温烟气混合进入脱硝蓄热腔进行脱硝蓄热处理；而当第二子燃烧组件处于蓄热状态时，脱硝剂供给组件向第二子燃烧组件的第一还原腔和第二还原腔供给脱硝剂，使得脱硝剂与高温烟气混合进入脱硝蓄热腔进行脱硝蓄热处理，使得烟气中的氮氧化物与还原剂在脱硝蓄热腔中的催化剂作用下发生反应，生成氮气和水。需要说明的是，本领域技术人员可以根据实际需要对脱硝剂和脱硝蓄热腔中催化剂进行选择，只要能够实现烟气中的氮脱除即可。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，点火枪500从空气蓄热室13和燃气蓄热室14之间贯穿且延伸至空气喷口101和燃气喷口102处，且适于点燃混合后的空气和燃气，以便燃烧为设备供热。根据本发明的一个具体实施例，点火枪可以为电子点火枪。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，排烟管组件600分别与第一子燃烧组件11和第二子燃烧组件12内的第一导气腔131和第二导气腔141导通。具体的，当第一子燃烧组件处于蓄热状态时，排烟管组件与第一子燃烧组件内的第一导气腔和第二导气腔导通，当第二子燃烧组件处于蓄热状态时，排烟管组件与第二子燃烧组件内的第一导气腔和第二导气腔导通。
根据本发明的又一个实施例，空气管组件向第一子燃烧组件和第二子燃烧组件中的其中一个提供空气时，燃气管组件向第一子燃烧组件和第二子燃烧组件中的其中一个提供燃气，脱硝剂供给组件向第一子燃烧组件和第二子燃烧组件中的另一个供给脱硝剂，并且烟气从排烟管组件的与第一子燃烧组件和第二子燃烧组件中的另一个连通的部分排出。具体的，以第一子燃烧组件蓄热，第二子燃烧组件放热为例，通过空气管组件向第二子燃烧组件的第一导气腔供给空气，同时通过燃气管组件向第二子燃烧组件的第二导气腔供给燃气，而通过脱硝催化剂向第一子燃烧组件的第一还原腔和第二还原腔供给脱硝剂，换热和脱硝后的烟气经第一子燃烧组件的第一导气腔和第二导气腔排入烟气管组件中，反之，当第二子燃烧组件蓄热，第一子燃烧组件放热，通过空气管组件向第一子燃烧组件的第一导气腔供给空气，同时通过燃气管组件向第一子燃烧组件的第二导气腔供给燃气，而通过脱硝催化剂向第二子燃烧组件的第一还原腔和第二还原腔供给脱硝剂，换热和脱硝后的烟气经第二子燃烧组件的第一导气腔和第二导气腔排入烟气管组件中。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，排烟管组件600包括第一排烟支管61和第二排烟支管62，第一排烟支管61与空气管组件200通过第一四通换向阀700连接，第二排烟支管62与燃气管组件300通过第二四通换向阀800连接。根据本发明的一个具体实施例，参考图1，空气管组件200包括空气总管21、第一支管22和第二支管23，第一四通换向阀700具有第一口701、第二口702、第三口703和第四口704，第一口701与空气总管21相连，第一支管22分别与第一子燃烧组件11的第一导气腔131和第二口702相连，第一排烟组件61与第三口703相连，第二支管23与第二子燃烧组件12的第一导气腔131和第四口704相连。
根据本发明的又一个实施例，参考图1，燃气管组件300包括燃气总管31、第三支管32和第四支管33，第二四通换向阀800具有第五口801、第六口802、第七口803和第八口804，第五口801与燃气总管31相连，第三支管32分别与第一子燃烧组件11的第二导气腔141和第六口802相连，第二排烟组件62与第七口803相连，第四支管33与第二子燃烧组件12的第二导气腔141和第八口804相连。
具体的，当第一子燃烧组件处于蓄热状态，第二子燃烧组件处于放热状态时，第一四通换向阀上第一口与第四口导通，第二口与第三口导通，并且第二换向阀上第六口和第七口导通，第五口和第八口导通，即空气供给组件向第二子燃烧组件中的第一导气腔供给空气，燃气供给组件向第二子燃烧组件中的第二导气腔供给燃气，而第一子燃烧组件中换热和脱硝后的空气分别经第一支管和第三支管排至烟气管组件中；而当第二子燃烧组件处于蓄热状态，第一子燃烧组件处于放热状态时，第一四通换向阀上第一口与第二口导通，第三口与第四口导通，并且第二换向阀上第七口和第八口导通，第五口和第六口导通，即空气供给组件向第一子燃烧组件中的第一导气腔供给空气，燃气供给组件向第一子燃烧组件中的第二导气腔供给燃气，而第二子燃烧组件中换热和脱硝后的空气分别经第二支管和第四支管排至烟气管组件中。
为了方便理解，下面对本申请中的蓄热式脱硝燃烧器的工作过程进行详细描述。
以该蓄热式脱硝燃烧器应用于还原炉为例，第一子燃烧组件和第二子燃烧组件上的空气喷口和燃气喷口分别与还原炉炉腔导通，首先通过空气供给组件向第一子燃烧组件中的第一导气腔供给常温空气，燃气供给组件向第一子燃烧组件中的第二导气腔供给常温燃气，使得常温空气依次经过第一子燃烧组件上的第一低温蓄热腔、第一脱硝蓄热腔、第一还原腔、第一高温蓄热腔和第一流通腔后经空气喷口进入还原炉炉腔中，同时常温燃气依次经过第一子燃烧组件上的第二低温蓄热腔、第二脱硝蓄热腔、第二还原腔、第二高温蓄热腔和第二流通腔后经燃气喷口进入还原炉炉腔中与空气进行混合，然后在点火枪的作用下，还原炉炉腔内燃气燃烧为炉腔中供热，产生的高温烟气经第二子燃烧组件上的空气喷口和燃气喷口分别进入到空气蓄热室和燃气蓄热室，进入空气蓄热室的烟气依次经第一高温蓄热腔蓄热后(烟气温度降至400～500摄氏度)进入第一还原腔与脱硝剂混合，然后进入第一脱硝蓄热腔后在催化剂的作用下进行脱硝和蓄热(进入第一脱硝蓄热腔的烟气温度400摄氏度左右，此时烟气的温度被控制在250～400℃的温度区间，满足了催化剂脱硝效率达80％以上的最佳温度条件，经第一脱硝蓄热腔脱硝和蓄热后的烟气温度降至250摄氏度以下)，然后所得烟气进入第一低温蓄热腔蓄热后(烟气温度降至150摄氏度以下)经第一导气腔排入烟气管组件中，同时进入燃气蓄热室的烟气依次经第二高温蓄热腔蓄热后进入第二还原腔与脱硝剂混合，然后进入第二脱硝蓄热腔后在催化剂的作用下进行脱硝和蓄热，然后所得烟气进入第二低温蓄热腔蓄热后经第二导气腔排入烟气管组件中，当第二子燃烧组件蓄热完毕后，通过控制第一四通换向阀和第二四通换向阀，使得空气供给组件向第二子燃烧组件中的第一导气腔供给空气，空气依次经第一低温蓄热腔、第一脱硝蓄热腔、第一还原腔、第一高温蓄热腔和第一流通腔预热后从空气喷口喷入炉腔中参与燃烧，同时燃气供给组件向第二子燃烧组件中的第二导气腔供给燃气，燃气依次经第二低温蓄热腔、第二脱硝蓄热腔、第二还原腔、第二高温蓄热腔和第二流通腔预热后从燃气喷口喷入炉腔中参与燃烧，而产生的高温烟气经第一子燃烧组件上的空气喷口和燃气喷口分别进入到空气蓄热室和燃气蓄热室，进入空气蓄热室的烟气依次经第一高温蓄热腔蓄热后进入第一还原腔与脱硝剂混合，然后进入第一脱硝蓄热腔后在催化剂的作用下进行脱硝和蓄热，然后所得烟气进入第一低温蓄热腔蓄热后经第一导气腔排入烟气管组件中，同时进入燃气蓄热室的烟气依次经第一高温蓄热腔蓄热后进入第二还原腔与脱硝剂混合，然后进入第二脱硝蓄热腔后在催化剂的作用下进行脱硝和蓄热，然后所得烟气进入第二低温蓄热腔蓄热后经第二导气腔排入烟气管组件中，然后待第一子燃烧组件放热完全和第二子燃烧组件蓄热完全后，切换其状态，并且通过控制使得第一子燃烧组件的蓄热(放热)时间和第二子燃烧组件的放热(蓄热)时间相同，从而可以使得第一子燃烧组件和第二子燃烧组件交替进行蓄热和放热。
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”、“具体示例”、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、材料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。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。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。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。