本發(fā)明涉及加熱爐類型的熱工設備，尤其是為干餾爐、干燥爐、焚燒爐等工業(yè)爐窯提供工藝熱氣流的熱工裝置，屬于工業(yè)爐窯，特別是一種降低氮氧化物和有機揮發(fā)物排放的瓦斯燃燒加熱爐。

背景技術：

對于采用瓦斯燃燒氣流加熱多孔蓄熱體與冷瓦斯氣流冷卻多孔蓄熱體從而產(chǎn)生高溫熱瓦斯氣流的周期性工作的蓄熱式加熱爐而言，瓦斯氣體的燃燒過程和瓦斯氣體與多孔體周期性的蓄熱與放熱的傳熱過程將直接影響到加熱爐的工作性能。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術的進步，對加熱爐也提出了更高的技術要求，主要體現(xiàn)在節(jié)能、高效、穩(wěn)定、環(huán)保這四個主要方面。實際上，加熱爐的技術創(chuàng)新與技術進步從來就沒有停歇過，諸如為改善燃燒過程提出的各種加熱爐的燃燒裝置，都起到了改善與促進氣流混合、優(yōu)化和強化燃燒的效果;再如多種結構與不同性能的蓄熱體的應用，以及熱設計計算的相對完善,都促進傳熱與蓄熱性能的優(yōu)化與強化；以及借助于數(shù)值模擬技術的發(fā)展，對爐內(nèi)氣流流場的合理組織與控制，以提高燃燒氣流的均勻分布狀態(tài)和送風氣流在蓄熱體中的均勻分布特征等；最終，從加熱爐整體性能上實現(xiàn)傳熱過程與燃燒過程的優(yōu)化與強化。

但是，處于環(huán)保要求日趨嚴厲的今天，對于燃燒干餾瓦斯來加熱干餾瓦斯的特殊類型加熱爐而言，在燃燒與傳熱得到優(yōu)化的條件下，還要實現(xiàn)氮氧化物（nox）與有機揮發(fā)物（vocs）減排要求，確是一個很難現(xiàn)實的工藝與技術上的一個挑戰(zhàn)。通常情況下，因干餾瓦斯中含有烴類物質而在被加熱過程中易于裂解而生成炭黑沉積在蓄熱體上，而在燃燒過程中因缺氧或溫度偏低時還會產(chǎn)生有機揮發(fā)物（vocs）從煙氣中排出。為了降低煙氣中氮氧化物（nox）含量，其燃燒過程就必須采用低溫煙氣回流以控制燃燒溫度，以及采用較低的過量空氣系數(shù)以避免在加熱蓄熱體時出現(xiàn)表面高溫燃燒而導致氮氧化物（nox）的二次生成，而在這種低氧燃燒過程中出現(xiàn)有機揮發(fā)物（vocs）就是不可避免的，那么如何研制出一種降低氮氧化物（nox）和有機揮發(fā)物（voc）排放的瓦斯燃燒加熱爐是當前迫切要解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

如上所述，為克服現(xiàn)有技術缺陷，本發(fā)明之目的就是提供一種降低氮氧化物和有機揮發(fā)物排放的瓦斯燃燒加熱爐，可有效解決瓦斯燃燒加熱爐的氮氧化物（nox）和有機揮發(fā)物（voc）排放量大，不達標，環(huán)境污染嚴重的問題。

本發(fā)明解決的技術方案是，預混預燃室是由上部的半球形拱頂與下部的圓筒墻體對接在一起構成的下部開口的預混預燃室墻體的內(nèi)部空間，圓筒墻體的內(nèi)側設置有收縮環(huán)墻，收縮環(huán)墻的內(nèi)壁上有和預混預燃室連通的二次空氣導流環(huán)槽，收縮環(huán)墻與圓筒墻體之間的上部設置有混合導流環(huán)道，混合導流環(huán)道的頂部向上有呈逐步收縮狀的環(huán)形縫隙，環(huán)形縫隙的頂部周向均布有與預混預燃室連通的混合氣噴口；圓筒墻體的外壁上設置有熱瓦斯出口管、燃氣進氣管、空氣進氣管、二次空氣入口管，圓筒墻體內(nèi)壁中設置有燃氣分配環(huán)道、空氣分配環(huán)道、二次空氣分配環(huán)道，熱瓦斯出口管的內(nèi)端和混合導流環(huán)道的外側連通，燃氣進氣管的內(nèi)端和燃氣分配環(huán)道的外側連通，空氣進氣管的內(nèi)端和空氣分配環(huán)道的外側連通，二次空氣入口管的內(nèi)端和二次空氣分配環(huán)道的外側連通，燃氣分配環(huán)道和熱瓦斯出口管的高度一致，燃氣分配環(huán)道的內(nèi)側上部和下部分別周向均布有水平傾斜連通在混合導流環(huán)道外側的燃氣噴嘴，空氣分配環(huán)道的內(nèi)側有彎折向上接入混合導流環(huán)道底部的空氣噴管，二次空氣分配環(huán)道內(nèi)側上部有彎折向上水平進入收縮環(huán)墻內(nèi)壁中與二次空氣導流環(huán)槽連通的二次空氣噴嘴管，二次空氣噴嘴管經(jīng)二次空氣導流環(huán)槽連通預混預燃室，收縮環(huán)墻內(nèi)堆砌填充有預混預燃蓄熱體，混合導流環(huán)道就形成一個能使燃氣水平旋流噴射與空氣垂直向上噴射對沖混合后旋流向上進入預混預燃室的旋流上噴氣流的環(huán)道，進入預混預燃室的旋流上噴氣流再經(jīng)半球形拱頂折返進入預混預燃蓄熱體，并在其中形成高速高強的燃燒氣流流場，預混預燃室的下部為蓄熱室，蓄熱室為圓筒狀的蓄熱室墻體的內(nèi)部空間，蓄熱室墻體的上部與收縮環(huán)墻的下端連接，預混預燃室墻體的圓筒墻體經(jīng)承托圈砌筑在蓄熱室墻體上部外壁上，蓄熱室墻體的底部置于爐底上，蓄熱室內(nèi)自下向上堆砌填充有底層蓄熱體和換熱蓄熱體，上述在預混預燃蓄熱體中的燃燒氣流燃燒后再進入其下蓄熱室的換熱蓄熱體之前與二次空氣導流環(huán)槽出來的二次空氣相遇在充分燃燒掉煙氣中的有機揮發(fā)物后進入換熱蓄熱體中；蓄熱室墻體和底層蓄熱體之間有氣流收集環(huán)槽，氣流收集環(huán)槽外側的蓄熱室墻體上有煙氣排出管和冷瓦斯進口管，煙氣排出管和冷瓦斯進口管均與氣流收集環(huán)槽相互連通；這樣的蓄熱室結構就能實現(xiàn)由預混預燃室出來且經(jīng)在預混預燃蓄熱體中燃燒、傳熱后的煙氣流進入換熱蓄熱體，在此進一步完成熱量交換后進入底層蓄熱體，之后通過氣流收集環(huán)槽收集從煙氣排出管排出；在進入送風周期之后，冷瓦斯氣流從冷瓦斯進口管進入，通過氣流收集環(huán)槽的分配讓冷瓦斯進入底層蓄熱體，經(jīng)換熱升溫后進入換熱蓄熱體，再經(jīng)換熱升溫向上進入預混預燃蓄熱體，直至形成高溫的熱瓦斯氣流，轉折向下進入混合導流環(huán)道，并經(jīng)由其上的熱瓦斯出口管引出，對于燃燒高熱值煤氣的加熱爐，為防止過高的燃燒溫度引起大量的氮氧化物（nox）生成，半球形拱頂上設置有和預混預燃室連通的煙氣回流噴嘴，煙氣回流噴嘴的外端和半球形拱頂外部的煙氣回流管下端連通，煙氣回流管的下端內(nèi)套裝有氣流引射管，氣流引射管的上端向上伸出煙氣回流管，氣流引射管的下端為和煙氣回流管的下端呈同心狀的引射管噴口，引射管噴口和煙氣回流管的下端之間周向均布有氣流導向支撐片，由此可以有效調節(jié)燃燒過程溫度與進一步實現(xiàn)低氧分級燃燒。

本發(fā)明在實現(xiàn)燃氣與空氣之間的快速、充分且均勻的混合與分級燃燒的同時，也能讓預混氣流部分在預混預燃室中的蓄熱體中完成燃燒，使得這部分蓄熱體具有接近燃燒溫度的溫度值，為提高被加熱的熱瓦斯創(chuàng)造了良好的條件；由于分級燃燒前期燃燒是處于低氧燃燒（還原氣氛下燃燒）狀態(tài)，能有效抑制氮氧化物的生成，以及因低氧而削弱了高溫蓄熱體表面上積碳的燃燒，也就有效減少了氮氧化物的再次生成量；同時頂部的回流煙氣的加入有效控制了燃燒溫度的提升（尤其是在燃燒高熱值燃氣時）而抑制氮氧化物的熱生成反應；由于燃燒瓦斯含有烴類物質在低氧燃燒過程中會生成有機揮發(fā)物，有必要使之在高于800℃的環(huán)境中焚燒掉，因而在預混預燃室下部及時送入補燃的二次空氣將有機揮發(fā)物及時燒掉。這樣的加熱爐既能實現(xiàn)燃燒與傳熱過程的強化與優(yōu)化，又能減少氮氧化物和有機揮發(fā)物的排放量，也就是在保證加熱爐有良好的熱工性能前提下的高效與節(jié)能，還能夠有效抑制氮氧化物的生成和有機揮發(fā)物的控制，而且結構簡單投資費用省。因此，該加熱爐的實施有良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的縱剖面主視圖。

圖2為本發(fā)明圖1的a-a截面圖。

圖3為本發(fā)明圖1的b-b截面圖。

圖4為本發(fā)明圖1的d-d截面圖。

圖5為本發(fā)明圖1的c-c截面圖。

圖6為本發(fā)明圖1的e-e截面圖。

具體實施方式

以下結合附圖對本發(fā)明的具體實施方式作詳細說明。

由圖1-圖6給出，本發(fā)明的結構是，預混預燃室1是由上部的半球形拱頂與下部的圓筒墻體對接在一起構成的下部開口的預混預燃室墻體1a的內(nèi)部空間，圓筒墻體的內(nèi)側設置有收縮環(huán)墻1c，收縮環(huán)墻的內(nèi)壁上有和預混預燃室連通的二次空氣導流環(huán)槽4c，收縮環(huán)墻與圓筒墻體之間的上部設置有混合導流環(huán)道1b，混合導流環(huán)道的頂部向上有呈逐步收縮狀的環(huán)形縫隙1d，環(huán)形縫隙的頂部周向均布有與預混預燃室1連通的混合氣噴口1e；圓筒墻體的外壁上設置有熱瓦斯出口管5、燃氣進氣管2、空氣進氣管3、二次空氣入口管4，圓筒墻體內(nèi)壁中設置有燃氣分配環(huán)道2a、空氣分配環(huán)道3a、二次空氣分配環(huán)道4a，熱瓦斯出口管的內(nèi)端和混合導流環(huán)道的外側連通，燃氣進氣管的內(nèi)端和燃氣分配環(huán)道的外側連通，空氣進氣管的內(nèi)端和空氣分配環(huán)道的外側連通，二次空氣入口管的內(nèi)端和二次空氣分配環(huán)道的外側連通，燃氣分配環(huán)道和熱瓦斯出口管的高度一致，燃氣分配環(huán)道的內(nèi)側上部和下部分別周向均布有水平傾斜連通在混合導流環(huán)道外側的燃氣噴嘴2b，空氣分配環(huán)道的內(nèi)側有彎折向上接入混合導流環(huán)道底部的空氣噴管3b，二次空氣分配環(huán)道內(nèi)側上部有彎折向上水平進入收縮環(huán)墻內(nèi)壁中與二次空氣導流環(huán)槽4c連通的二次空氣噴嘴管4b，二次空氣噴嘴管經(jīng)二次空氣導流環(huán)槽連通預混預燃室1，收縮環(huán)墻1c內(nèi)堆砌填充有預混預燃蓄熱體1f，混合導流環(huán)道就形成一個能使燃氣水平旋流噴射與空氣垂直向上噴射對沖混合后旋流向上進入預混預燃室1的旋流上噴氣流的環(huán)道，進入預混預燃室1的旋流上噴氣流再經(jīng)半球形拱頂折返進入預混預燃蓄熱體1f，并在其中形成高速高強的燃燒氣流流場，預混預燃室的下部為蓄熱室6，蓄熱室6為圓筒狀的蓄熱室墻體6a的內(nèi)部空間，蓄熱室墻體的上部與收縮環(huán)墻的下端連接，預混預燃室墻體的圓筒墻體經(jīng)承托圈砌筑在蓄熱室墻體上部外壁上，蓄熱室墻體的底部置于爐底6e上，蓄熱室內(nèi)自下向上堆砌填充有底層蓄熱體6c和換熱蓄熱體6b，上述在預混預燃蓄熱體中的燃燒氣流燃燒后再進入其下蓄熱室的換熱蓄熱體6b之前與二次空氣導流環(huán)槽4c出來的二次空氣相遇在充分燃燒掉煙氣中的有機揮發(fā)物后進入換熱蓄熱體6b中；蓄熱室墻體和底層蓄熱體之間有氣流收集環(huán)槽6d，氣流收集環(huán)槽外側的蓄熱室墻體上有煙氣排出管7和冷瓦斯進口管8，煙氣排出管和冷瓦斯進口管均與氣流收集環(huán)槽相互連通；這樣的蓄熱室結構就能實現(xiàn)由預混預燃室1出來且經(jīng)在預混預燃蓄熱體1f中燃燒、傳熱后的煙氣流進入換熱蓄熱體6b，在此進一步完成熱量交換后進入底層蓄熱體6c，之后通過氣流收集環(huán)槽6d收集從煙氣排出管7排出；在進入送風周期之后，冷瓦斯氣流從冷瓦斯進口管8進入，通過氣流收集環(huán)槽6d的分配讓冷瓦斯進入底層蓄熱體6c，經(jīng)換熱升溫后進入換熱蓄熱體6b，再經(jīng)換熱升溫向上進入預混預燃蓄熱體1f，直至形成高溫的熱瓦斯氣流，轉折向下進入混合導流環(huán)道1b，并經(jīng)由其上的熱瓦斯出口管5引出，對于燃燒高熱值煤氣的加熱爐，為防止過高的燃燒溫度引起大量的氮氧化物（nox）生成，半球形拱頂上設置有和預混預燃室1連通的煙氣回流噴嘴9a，煙氣回流噴嘴9a的外端和半球形拱頂外部的煙氣回流管9下端連通，煙氣回流管的下端內(nèi)套裝有氣流引射管10，氣流引射管的上端向上伸出煙氣回流管，氣流引射管的下端為和煙氣回流管的下端呈同心狀的引射管噴口10a，引射管噴口和煙氣回流管的下端之間周向均布有氣流導向支撐片10b，由此可以有效調節(jié)燃燒過程溫度與進一步實現(xiàn)低氧分級燃燒。

所述的預混預燃室墻體1a的半球形拱頂是由荷重軟化溫度不低于1450℃的耐高溫、抗熱震的耐火材料砌筑構成的拱形；預混預燃室墻體1a的圓筒墻體是由荷重軟化溫度不低于1450℃的耐高溫、抗熱震的耐火材料砌筑構成的圓筒形。

所述的收縮環(huán)墻1c是由下部的錐臺形墻體和上部的直筒狀墻體對接在一起構成的下大上小的收縮狀結構。

所述的收縮環(huán)墻1c的下部與圓筒墻體的下部為可滑移式的連接結構。

所述的收縮環(huán)墻1c內(nèi)堆砌的預混預燃蓄熱體1f的頂部延伸至半球形拱頂內(nèi)。

所述的燃氣分配環(huán)道2a置于混合導流環(huán)道1b外周。

所述的環(huán)形縫隙1d為自下向上呈漸縮狀、自外向內(nèi)呈傾斜狀的環(huán)形，混合導流環(huán)道1b、環(huán)形縫隙1d和混合氣噴口1e為上行氣流的調節(jié)裝置，混合氣噴口呈垂直向上狀或切向傾斜向上狀。

所述的熱風出口管5和混合導流環(huán)道1b的外側是水平垂直連通。

所述的煙氣回流管9的下端呈豎直狀、上端沿著水平方向彎折伸出。

所述的底層蓄熱體6c為使用溫度不低于800℃、抗熱震性的耐火材料制成的蓄熱體。

所述的換熱蓄熱體6b為使用溫度在1000℃—1300℃的蓄熱體。

所述的預混預燃蓄熱體1f為使用溫度在1450℃以上、高溫抗熱震性、抗粘附性的耐火材料制成的蓄熱體。

本發(fā)明這種加熱爐結構,能使燃氣與空氣通過各自的噴嘴在混合導流環(huán)道中實現(xiàn)充分的垂直對沖旋流混合，并形成旋流縫隙氣流向上通過混合氣噴口進入預混預燃室，由于是低氧燃燒，燃燒溫度得到控制，使氮氧化物濃度也能得到控制，而通過上部的預混預燃蓄熱體時也不能將其表面的沉積炭黑燃燒，從而避免了燃燒積炭時出現(xiàn)高溫；在通過高溫的預混預燃蓄熱體后，再及時補充上二次空氣與之混合完成燃燒過程（燒掉殘余燃氣和有機揮發(fā)物），之后進入其下的換熱蓄熱體和底層蓄熱體中，完成其與蓄熱體的傳熱過程后通過氣流收集環(huán)槽后由煙氣排出管排出。當結束燃燒階段轉為送風階段時，高壓冷瓦斯從冷瓦斯進口管進入通過氣流收集環(huán)槽后分別經(jīng)過底層蓄熱體、換熱蓄熱體、預混預燃蓄熱體，在經(jīng)過與這些多孔體間的傳熱而變成高溫熱瓦斯氣流后風后進入混合導流環(huán)道，再經(jīng)由熱瓦斯出口管送往對應的干餾焚燒裝置。

本發(fā)明利用低氧燃燒結合低溫煙氣回流以控制燃燒溫度，在燃燒過程避免氮氧化物（nox）生成的同時也使煙氣經(jīng)過高溫蓄熱體時不再出現(xiàn)因燒積炭而生成氮氧化物（nox），等到煙氣溫度降到一定程度后再加入適量的二次空氣用以焚燒掉因低氧燃燒而生成的有機揮發(fā)物（vocs），本發(fā)明是同時利用了預混氣多孔介質燃燒技術、瓦斯氣分級低氧燃燒技術、煙氣回流控溫技術而提出的一種分段與分級相結合的蓄熱體內(nèi)燃燒的瓦斯燃燒加熱爐，是一種可以降低氮氧化物（nox）和有機揮發(fā)物（voc）排放的瓦斯燃燒加熱爐，本發(fā)明這種改進后的加熱爐排出煙氣完全達到國家規(guī)定的排放標準，同時實現(xiàn)了氮氧化物與有機揮發(fā)物的達標排放，并使得加熱爐的燃燒過程得到強化與優(yōu)化，而且因燃燒室與蓄熱室合二為一使得加熱爐的投資費用節(jié)省了15%—20%，其經(jīng)濟效益和社會效益明顯。