具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。

在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，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的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明涉及水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统，适用于发电厂、热电厂、冶金、化工、饲料等行业的烟气或工业尾气燃烧加热领域。

如图1至图11所示，本发明提供一种水冷直燃加热装置100，包括能穿设于脱硝烟道侧壁上的燃烧器1，燃烧器用于直接加热升温脱硝烟道内的烟气；燃烧器1包括自第一端向第二端顺序设置的稳燃烟道结构11和燃烧器本体12，稳燃烟道结构11能密封穿设通过脱硝烟道的侧壁，燃烧器本体12连接于滑动及转动结构2上，滑动及转动结构2用于调整燃烧器1插入脱硝烟道的深度和倾斜角度；稳燃烟道结构11内靠近出口的位置设置有水冷降温结构3，水冷降温结构3用于降低燃烧器火焰中心温度。

本发明的水冷直燃加热装置，通过在稳燃烟道结构内靠近出口的位置设置水冷降温结构，可以有效降低火焰中心温度，避免形成局部高温，降低燃烧区氧气浓度，实现局部缺氧燃烧，大幅降低NOx的生成率；同时，通过滑动及转动结构调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度，满足燃烧器动态可调的控制火焰燃烧区域的工艺要求，不同烟气条件下燃烧器均能满足要求。

进一步，如图2、图5、图6所示，水冷降温结构3包括多个沿稳燃烟道结构的轴向间隔设置的水冷环管31，各水冷环管31包括环形管段311，环形管段311的中心轴与稳燃烟道结构11的中心轴重合设置，环形管段构成冷却水受热部；稳燃烟道结构11的外壁上固定设置进水母管32和出水母管33，各水冷环管31的入口均能与进水母管32连通，各水冷环管的出口均能与出水母管33连通。环形管段311的入口通过第一短管312与进水母管32连通，环形管段311的出口通过第二短管313与出水母管33连通。进水母管32和出水母管33的外部设置保护壳34，避免高温烟气的冲刷。

进一步，如图2、图5、图6所示，多个环形管段的面积沿轴向自中间向两侧呈渐缩设置(此处的中间位置指靠近燃烧混合室内火焰中心的位置)。多个环形管段的长度可以存在一定差异，沿着稳燃烟道结构的中心轴方向，中间的环形管段面积最大，向两侧即靠近稳燃烟道结构的出口和靠近燃烧器本体的环形管段的面积逐渐减小。

在水冷直燃加热装置内部设置水冷降温结构，可有效降低火焰中心温度，采用多层环形管段的设置，同时靠近火焰中心的环形管段数量较多，靠近边部的环形管段数量较少，实现快速降低火焰中心温度的效果，降低燃烧过程产生的氮氧化物的数量，实现燃烧烟气的超低排放。

通过水冷降温结构控制燃烧混合室火焰燃烧的温度，实现氮氧化物的控制，降低燃烧产生的氮氧化物，降低后续脱硝处理的负荷，降低设备投资和运行成本。

进一步，滑动及转动结构2包括滑动部21、转动部22和控制部，滑动部21用于驱动燃烧器沿其轴向往复移动以调整燃烧器插入脱硝烟道的深度，转动部22用于驱动燃烧器在竖直面内摆动以调整燃烧器的倾斜角度；滑动部21和转动部22均与控制部电连接。

进一步，如图1、图7所示，滑动部21包括滑动平台211，滑动平台211的顶部能与燃烧器1连接，滑动平台211的下方设置滑道212，滑道212的长度方向与稳燃烟道结构的轴向呈平行设置，滑动平台211上连接有第一动力部213，第一动力部213用于驱动滑动平台211沿滑道212往复移动；第一动力部213与控制部电连接。

进一步，如图1、图7所示，转动部22包括转动平台221，转动平台221的顶部能与滑道212连接，转动平台221的第一端设置摆动铰接点，转动平台221的第二端连接第二动力部222，第二动力部222用于驱动转动平台221绕摆动铰接点在竖直平面内摆动；第二动力部222与控制部电连接。

如图1、图7、图8所示，在本实施方式中，滑动平台211的顶部固定连接于燃烧器本体12，滑动平台211的底面设置滑块214，滑块214的底面内凹设置滑槽，滑槽能滑动套设于滑道212上；

滑动平台211远离脱硝烟道的一端连接第一动力部213；转动平台221的顶部设置滑道212，且转动平台221远离脱硝烟道的一端设置第一铰接座215，第一动力部213铰接于第一铰接座215上；在本发明的一具体实施例中，第一动力部213为液压缸，其缸筒的一端设置第一耳座，第一耳座通过第一销轴铰接于第一铰接座；

转动平台221的下方设置固定平台23，固定平台23上靠近脱硝烟道的一端设置第二铰接座231，转动平台221的底部设置第二耳座，第二耳座通过第二销轴铰接于第二铰接座231，第二铰接座、第二销轴和第二耳座构成摆动铰接点；固定平台23上远离脱硝烟道的一端设置第三铰接座232，第三铰接座232低于第二铰接座231设置，第三铰接座232与第二动力部222的一端铰接，转动平台221的底部设置第三耳座，第二动力部222的另一端铰接于第三耳座上。第二动力部222采用两端均能铰接连接、可以旋转的液压缸。

固定平台23设置成台阶形结构，第二铰接座231和第三铰接座232分别固定在一凸台上，且满足第三铰接座232低于第二铰接座231设置。

滑动部21和转动部22的上下位置可以进行调整，根据实际使用需求确定即可。

在本发明的一具体实施例中，如图8所示，滑道212的两侧面各自设有一个凹槽，使得滑道的上半部形成工字形结构，滑块214底面的滑槽为T形槽，工字形结构的上边翼缘能够在T形槽的水平槽中滑动，工字形结构的腹板部在T形槽的垂直槽内滑动。滑块底面的滑槽截面也可是等腰梯形，等腰梯形的上部长度大于下部长度，即等腰梯形呈倒锥度设置，滑道的截面为与之配合的等腰梯形。

作为滑块，还可以是设置于滑动平台211底面的一个简单的、具有一定强度且能支持滑动平台211及其上设置的部件重量、能够沿滑道212自如滑动的条形板即可。也可以采用在滑动平台底面设置能在滑道的凹槽内滑动的滑轮来代替上述滑块。

第一动力部213和第二动力部222可以为液压缸，也可采用蜗轮蜗杆结构替代，也可采用齿轮齿条的传动方式，驱动动力可以采用电机驱动。

进一步，第一动力部213内设置测量燃烧器移动距离的第一位移传感器，第一位移传感器用于指示燃烧器插入脱硝烟道的深度；第二动力部222内设置测量燃烧器摆动角度的第二位移传感器，第二位移传感器用于指示稳燃烟道结构的中心轴与水平面的夹角；第一位移传感器和第二位移传感器均与控制部电连接。

第一动力部213采用液压缸或电机，驱动燃烧器在稳燃烟道的中心轴方向沿着轨道运行，采用第一位移传感器测量运行距离，实现稳燃烟道插入烟道深度的动态调节，控制火焰燃烧的高温烟气作用区域，实现烟气热量的高效、快速交换，实现烟气的快速精确升温。

第二动力部222采用液压缸或电机，驱动燃烧器在竖直平面内转动，采用第二位移传感器测量摆动角度，实现燃烧器火焰喷射作用区域的动态调节，实现调节烟气混合长度的动态调节，促进烟气的热量交换，实现烟气快速高效均匀的升温。

滑动部21和转动部22采用传感器自动检测，实现远程控制，同时实现调整位置的锁定。

进一步，如图2、图3、图4所示，稳燃烟道结构11内沿轴向贯通设置稳燃中心孔，稳燃中心孔构成燃烧混合室110，燃烧混合室110靠近出口的位置设置各水冷环管31，燃烧混合室110内插设点火器13；燃烧器本体12内设置燃气腔121和助燃气腔122，燃气腔121和助燃气腔122内穿设引射器14，引射器14与稳燃烟道结构11同轴设置，引射器14用于将燃气腔121内的可燃气体加速喷射至燃烧混合室110，助燃气腔122与燃烧混合室110之间构成缩颈的引射通道15，助燃气腔122内的助燃气通过引射通道15引射至燃烧混合室110。

点火器13为等离子点火器，用于点燃燃烧混合室内的可燃气体和助燃气。由于高炉煤气、转炉煤气或焦炉煤气等燃气的特点，容易造成燃烧不稳定的情况，因此，点火器优选为等离子点火器，等离子点火器具有伴烧功能，能在燃烧混合室内的燃料气燃烧不稳定时进行伴烧，从而保证燃料气的稳定燃烧。

在本实施方式中，稳燃烟道结构11的长度L的取值范围为L≥2.5m。稳燃烟道结构11的材质为耐热不锈钢，且不锈钢的耐热温度T的范围为T≥600℃。

如图4所示，在本实施方式中，稳燃烟道结构11包括同轴且径向间隔设置的稳燃内管和稳燃外管，稳燃内管的横截面呈多段圆弧拼接的封闭轮廓设置，拼接的圆弧数量优选偶数个；稳燃外管的横截面呈圆形设置，稳燃内管和稳燃外管之间构成稳燃环形空间，稳燃环形空间内填充耐火浇注料单元。稳燃内管的横截面由多段圆弧拼接，增加了高温火焰与烟气的接触面积，促进烟气热量交换，同时有利于燃烧火焰保持较好的聚拢效果，增加了火焰长度，避免火焰过早的发散和衰减。

如图2所示，燃烧混合室内设置火焰探测器16和温度探测器17，火焰探测器16用于检测燃烧混合室内火焰燃烧情况，如果发生火焰熄灭，通过控制系统实现点火器二次点火，实现火焰燃烧器的稳定燃烧；温度探测器17用于检测燃烧混合室内温度。

引射器14的出口呈多弧形圆截面设置，多弧形圆截面形状增加了可燃气体与助燃气体的接触面积，同时保持了燃烧的稳定性。

如图9、图10所示，本发明还提供一种烟气脱硝系统200，包括脱硝烟道9，脱硝烟道9上设有烟气入口91，脱硝烟道9上设置偶数个前述的水冷直燃加热装置100，且每两个水冷直燃加热装置100对冲布置在脱硝烟道9相对的两侧壁上；烟气入口91和水冷直燃加热装置100之间顺序设置导流装置7和分流装置8，导流装置7将自烟气入口91进入的原始烟气分流为第一烟气流61和第二烟气流62，第一烟气流61经对冲布置的两个水冷直燃加热装置100之间流向下游，第二烟气流62在分流装置8的作用下经过各稳燃烟道结构11的外壁流向下游。

通过将每两个水冷直燃加热装置对冲布置，能有效支撑与其相对的一个燃烧器内的火焰，并能加强脱硝烟道9内烟气气流的扰动和混合，保证脱硝烟道9内温度的均匀，也有助于脱硝烟道9内烟气的受热和混合更均匀，保证烟气加热后的整体温度。脱硝烟道9的左侧壁92和右侧壁93的宽度为a，前侧壁94和后侧壁95的宽度为b，其中b/a≥1.5，优选的范围为b/a≥2.0。

第一烟气流61从两个水冷直燃加热装置100之间流向下游，第二烟气流62经过稳燃烟道结构11的外壁而被加热，并在稳燃烟道结构11下游与已被加热的第一烟气流61(高温烟气)混合形成混合烟气。

导流装置7可采用固定方式设置，也可采用动态调节方式设置，实现动态调节第一烟气流61和第二烟气流62的比例，避免局部烟气温度过高，实现烟气的温度均匀。通过调节导流装置7和分流装置8的位置和倾角，可以调节第一烟气流61和第二烟气流62的分配比例，第一烟气流61通过燃烧器的高温火焰进行直接加热，第二烟气流62经稳燃烟道结构11的外壁进行加热，同时第二烟气流62对稳燃烟道结构11的外壁也能够进行降温作用，避免稳燃烟道结构11的外壁温度过高，造成氧化脱落。燃烧器的中心轴线与水平面夹角为A，A的范围为-30°～60°(-30°～0°为中心轴线朝向水平面以上，0～60°为中心轴线朝向水平面以下)，优选范围为-15°～30°。

进一步，如图11所示，脱硝烟道9侧壁上设置燃烧器过孔96，稳燃烟道结构11穿设通过燃烧器过孔96，燃烧器过孔96的直径尺寸大于稳燃烟道结构11的外径尺寸；稳燃烟道结构11的侧壁上套设第一法兰51，第一法兰51上连接波纹管53的一端，波纹管53的另一端连接第二法兰52，第二法兰52与燃烧器过孔96外侧的脱硝烟道侧壁密封连接，第一法兰51、波纹管53和第二法兰52构成燃烧器弹性连接密封罩。

在本发明的一具体实施例中，燃烧器过孔96的内壁与稳燃烟道结构11外壁之间的距离不小于300mm(即二者半径之差不小于300mm)；燃烧器过孔96的内壁与稳燃烟道结构的外壁之间的空间可实现稳燃烟道结构在竖直方向的旋转，实现燃烧器高温火焰射流的喷射角度的空间动态调整。

在本实施方式中，稳燃烟道结构11的长度不小于2500mm，第一法兰51距离稳燃烟道结构的出口端距离不小于2000mm，波纹管53长度不小于2000mm，稳燃烟道结构的出口端深入烟道侧壁内侧的距离在0～2000mm之间灵活调节。

进一步，如图2、图3所示，燃气腔121上连通设置燃气进口1211；助燃气腔122上连通设置助燃气进口1221，助燃气进口1221和燃气进口1211通过法兰与相应管道连接。燃气系统与燃气进口1211连通，燃气系统将可燃气体送入燃烧器本体内，可燃气体可为高炉煤气、转炉煤气、焦炉煤气、天然气、或几种可燃气体的混合气体。

助燃气进口1221与助燃风系统连接，助燃风系统包括助燃风机，助燃风机能与水冷直燃加热装置100下游的烟道连通，且助燃风系统设有单独的空气入口，以便将脱硝烟道内的部分混合烟气或大气中的空气抽取至燃烧器内。从烟道内抽取烟气或从大气中抽取空气引入燃烧器内，不仅能协助燃烧器内的可燃气体的着火和稳定燃烧，而且能够维持烟道内烟气的总量，避免由于燃烧器引入过多的烟气，造成烟道内烟气总量增加过快，避免烟道内压力的剧烈波动。

本发明提供的烟气脱硝系统中，将水冷直燃加热装置直接安装在脱硝烟道上，利用燃烧器燃烧产生的高温烟气直接对脱硝烟道内烟气进行加热升温，实现热量的高效利用，减少了热量损失，采用导流装置和分流装置实现烟气流股的动态控制，不需要设置单独的加热炉和热风输送管道，大幅度减少热量损耗，节约燃料，降低运行成分；

本发明提供的烟气脱硝系统中利用水冷直燃加热装置下游的烟气和少量混合空气作为助燃风，利用了烟气的自身潜热，相比于常规冷空气助燃的方式，进一步减少了燃料的消耗，降低了烟气总量，降低后续脱硝设备的投资及运行成本；

本发明提供的烟气脱硝系统采用冷空气和烟气混合助燃的方式，降低了助燃风的氧气含量，降低了燃烧器火焰燃烧区的温度，减低氮氧化物的生成，减小后续脱硝设备的负荷，有助于实现超低排放。

由上所述，本发明提供的水冷直燃加热装置及烟气脱硝系统具有如下有益效果：

本发明的水冷直燃加热装置，通过在稳燃烟道结构内靠近出口的位置设置水冷降温结构，可以有效降低火焰中心温度，避免形成局部高温，降低燃烧区氧气浓度，实现局部缺氧燃烧，大幅降低NOx的生成率；同时，通过滑动及转动结构调整燃烧器插入脱硝烟道的深度和倾斜角度，满足燃烧器动态可调的控制火焰燃烧区域的工艺要求，不同烟气条件下燃烧器均能满足要求；

本发明提供的烟气脱硝系统中，将水冷直燃加热装置直接安装在脱硝烟道上，利用燃烧器燃烧产生的高温烟气直接对脱硝烟道内烟气进行加热升温，实现热量的高效利用，减少了热量损失，采用导流装置和分流装置实现烟气流股的动态控制，不需要设置单独的加热炉和热风输送管道，大幅度减少热量损耗，节约燃料，降低运行成分；

本发明提供的烟气脱硝系统中利用水冷直燃加热装置下游的烟气和少量混合空气作为助燃风，利用了烟气的自身潜热，相比于常规冷空气助燃的方式，进一步减少了燃料的消耗，降低了烟气总量，降低后续脱硝设备的投资及运行成本

本发明提供的烟气脱硝系统采用冷空气和烟气混合助燃的方式，降低了助燃风的氧气含量，降低了燃烧器火焰燃烧区的温度，减低氮氧化物的生成，减小后续脱硝设备的负荷，有助于实现超低排放。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。