阅读说明：本技术 一种辐射管低氮燃烧及烟气余热回收系统 (Radiant tube low-nitrogen combustion and flue gas waste heat recovery system ) 是由 宋中华 李�浩 王昌亮 丁翠娇 闫乃忠 杨超 胡金伟 于 2021-08-23 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种辐射管低氮燃烧及烟气余热回收系统,包括辐射管、烧嘴、燃气管道、常温空气管道、盘管、进水管道、水蒸汽管道和排水管道；所述辐射管的一端安装烧嘴,所述燃气管道、常温空气管道和水蒸汽管道分别与烧嘴内部连通；所述辐射管的另一端为烟气出口端,烟气出口端连通有排烟管道,排烟管道内安装盘管；所述进水管道与盘管的进水口连通,盘管的蒸汽出口与水蒸汽管道连通。本发明的有益效果为：本发明在排烟管道内设计盘管,将辐射管排出烟气的高温余热将水加热成水蒸汽,再与助燃空气混合后进入辐射管中与燃气混合燃烧,降低了燃烧区氧浓度及高温峰值,不需要在辐射管烧嘴上安装布置专门的复杂烟气卷吸回流装置,所需空间小。(The invention discloses a radiant tube low-nitrogen combustion and flue gas waste heat recovery system which comprises a radiant tube, a burner, a gas pipeline, a normal-temperature air pipeline, a coil pipe, a water inlet pipeline, a water vapor pipeline and a drainage pipeline, wherein the burner is arranged on the radiant tube; a burner is arranged at one end of the radiant tube, and the gas pipeline, the normal-temperature air pipeline and the water vapor pipeline are respectively communicated with the inside of the burner; the other end of the radiant tube is a smoke outlet end which is communicated with a smoke exhaust pipeline, and a coil is arranged in the smoke exhaust pipeline; the water inlet pipeline is communicated with the water inlet of the coil pipe, and the steam outlet of the coil pipe is communicated with the steam pipeline. The invention has the beneficial effects that: according to the invention, the coil pipe is designed in the smoke exhaust pipeline, the high-temperature waste heat of the smoke exhausted by the radiant tube heats water into steam, and the steam is mixed with combustion-supporting air and then enters the radiant tube to be mixed and combusted with gas, so that the oxygen concentration and the high-temperature peak value in a combustion area are reduced, a special complex smoke entrainment reflux device is not required to be arranged on a burner of the radiant tube, and the required space is small.)

一种辐射管低氮燃烧及烟气余热回收系统

技术领域

本发明涉及冶金能源领域，具体涉及一种辐射管低氮燃烧及烟气余热回收系统。

背景技术

当前，钢铁行业广泛使用的传统低氮氧化物燃烧技术，其主要包括分级燃烧工艺和烟气循环工艺。烟气循环工艺即是通过将燃烧生成的含有氮气、水蒸汽和二氧化碳的烟气经装置掺入到助燃空气中，利用烟气降低燃烧区域氧浓度和局部高温，从而降低氮氧化物生成量。在这种工艺中，非常重要的一点是如何有效地将烟气引入到助燃空气中稀释空气中的氧含量。然而，用于冷轧退火炉的辐射管管径小，存在以下问题：

(1)由于辐射管结构尺寸较小，燃烧装置结构复杂，采用烟气回流低氮氧化物燃烧技术时，需要专门的卷吸烟气装置；但由于辐射管头部空间小，特别是U型辐射管，行程短，换热器和烧嘴侧的空间狭小，造成烟气回流装置复杂且难于布置，烟气循环量无法保证，造成降低NOx效果不佳。

(2)烟气中含有的高浓度氮气增加了燃烧反应区的N浓度，抑制了降低氮氧化物的效果，且使得辐射管内气体体积增大，流速加快，燃气还没有反应完就排出管外造成燃烧不完全。

(3)辐射管管内燃烧空间小，管内燃烧强度高，排烟温度高，但是目前使用的空气-烟气换热器在有限的空间内余热回收能力有限，造成最终排出的烟气温度过高，通常达到500～600℃，不得不掺冷空气降温后经排烟风机排出到大气中，造成排烟热损失大，热效率低。

发明内容

本发明的目的在于，针对现有技术的不足，提供一种辐射管低氮燃烧及烟气余热回收系统，解决现有辐射管内局部高温、氮氧化物排放浓度高的问题，又可以回收辐射管排出的高温烟气热量。

本发明采用的技术方案为：一种辐射管低氮燃烧及烟气余热回收系统，包括辐射管、烧嘴、燃气管道、常温空气管道、盘管、进水管道、水蒸汽管道和排水管道；所述辐射管的一端安装烧嘴，所述燃气管道、常温空气管道和水蒸汽管道分别与烧嘴内部连通；所述辐射管的另一端为烟气出口端，烟气出口端连通有排烟管道，排烟管道内安装盘管；所述进水管道与盘管的进水口连通，盘管的蒸汽出口与水蒸汽管道连通；所述水蒸汽管道内的蒸汽与常温空气管道内的助燃空气进入烧嘴内，与燃气混合燃烧，燃烧产生的高温烟气通过盘管与进水管道内的水换热，水加热生成水蒸气后进入喷嘴。

按上述方案，所述盘管为螺旋式结构，上下垂直布置在排烟管道内；所述盘管的进水口位于下端，进水口与进水管道连通；盘管的蒸汽出口位于上端，蒸汽出口与水蒸汽管道连通；水从盘管的下端进入，上方产生蒸汽后流出，水流方向为自下而上，从下部进水，上部出汽。

按上述方案，所述盘管的外壁设置有翅片。

按上述方案，所述盘管为中空的钢管或铜管.

按上述方案，在辐射管的出口端安装有空烟换热器，空烟换热器的内部为空气流道，该空气流道的入口与常温空气管道连通，空气流道的出口与加热空气管道连通；空烟换热器的外壁与辐射管内壁之间的间隙为烟气流道；所述水蒸汽管道与加热空气管道连通；空气流道中的空气与烟气换热后进入加热空气管道，与水蒸汽管道内的蒸汽混合后进入喷嘴，与燃气混合燃烧。

按上述方案，所述空烟换热器安装在排烟管道和辐射管的连接处。

按上述方案，所述辐射管为U型管。

本发明的有益效果为：

(1)、本发明在排烟管道内设计盘管，将辐射管排出烟气的高温余热将水加热成水蒸汽，再与助燃空气混合后进入辐射管中与燃气混合燃烧，降低了燃烧区氧浓度及高温峰值，不需要在辐射管烧嘴上安装布置专门的复杂烟气卷吸回流装置，所需空间小。

(2)、进入盘管中的水与辐射管排出的高温烟气换热，辐射管排出的高温烟气温度可降低到300℃以下(该温度为实际生产中测得的)，不需要设置吸冷风降温装置，水蒸汽携带的热量与助燃空气混合后重新进入辐射管内，烟气余热回收率高，热效率高。

(3)、本发明中，由于水汽化相变热较大，烟气-水换热器尺寸小，比传统的气-气换热器尺寸占用更小的空间。

附图说明

图1为本发明一个具体实施例的结构示意图。

图2为本实施例中气体流向图。

图3为本实施例中盘管的结构示意图。

其中：1-常温空气管道；2-空气管道阀门；3-进水管道；4-进水管道阀门；5-排烟管道；6-盘管；7-水蒸汽管道；8-水蒸汽管道阀门；9-加热空气管道；10-烧嘴；11-燃气管道；12-燃气管道阀门；13-辐射管；14-空烟换热器；15-管网阀门。

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步地描述。

如图1所示的一种辐射管低氮燃烧及烟气余热回收系统，包括辐射管13、烧嘴10、燃气管道11、常温空气管道1、盘管6、进水管道3和水蒸汽管道7；所述辐射管13的一端安装烧嘴10，所述燃气管道11、常温空气管道1和水蒸汽管道7分别与烧嘴10内部连通；所述辐射管13的另一端为烟气出口端，烟气出口端连通有排烟管道5，排烟管道5内安装盘管6；所述进水管道3与盘管6的进水口连通，盘管6的蒸汽出口与水蒸汽管道7连通。本发明中，所述水蒸汽管道7内的蒸汽与常温空气管道1内的助燃空气进入烧嘴10内，与燃气混合燃烧，燃烧产生的高温烟气通过盘管6与进水管道3内的水换热，水加热生成水蒸气后进入喷嘴。

优选地，如图3所示，所述盘管6为螺旋式结构，上下垂直布置在排烟管道5内；所述盘管6的进水口位于下端，进水口与进水管道3连通；盘管6的蒸汽出口位于上端，蒸汽出口与水蒸汽管道7连通；水从盘管6的下端进入，上方产生蒸汽后流出，水流方向为自下而上，从下部进水，上部出汽。

优选地，所述盘管6为中空的钢管或铜管；所述盘管6的外壁设置有翅片，加强烟气扰流，提高换热效率。

优选地，在辐射管13的出口端安装有空烟换热器14，空烟换热器14的内部为空气流道，该空气流道的入口与常温空气管道1连通，空气流道的出口与加热空气管道9连通；空烟换热器14的外壁与辐射管13内壁之间的间隙为烟气流道；所述水蒸汽管道7与加热空气管道9连通；空气流道中的空气与烟气换热后进入加热空气管道9，与水蒸汽管道7内的蒸汽混合后进入喷嘴，与燃气混合燃烧。

本发明中，所述水蒸汽通过水蒸汽管道7汇入到加热空气管道9，常温空气通过常温空气管道1进入到空烟换热器14与高温烟气换热，这样实施可使空气预热最大化，可以回收更多的烟气余热。

优选地，所述空烟换热器14安装在排烟管道5和辐射管13的连接处。

优选地，所述辐射管13为U型管。

本发明中，所述水蒸汽管道7上还配置有水蒸汽管道阀门8，进入加热空气管道9的水蒸汽量压力和流量受水蒸气管道阀门控制，水蒸汽压力控制在10～15kPa，水蒸汽流量根据烧嘴10燃烧的要求确定，水蒸汽的流量占助燃空气流量的0～50％，掺入水蒸汽后的空气中的O₂含量14～21％。

本实施例中，所述常温空气管道1上配置有空气管道阀门2控制空气的通断；所述燃气管道11上配置有燃气管道阀门12控制燃气的通断；所述进水管道3上配置有进水阀门以控制进水的通断；所述蒸汽通道与蒸汽管网连通，二者的连通管道上安装有官网阀门。

本发明所述系统运行时，各流体流向如图2所示；整个系统分以下三个过程运行：

1、含氧量21％的环境空气经常温空气管道1、空气管道阀门2进入安装在辐射管13尾部的空烟换热器14内，并烟气流道内的烟气换热后进入加热空气管道9；

2、水经进水管道3、进水管道阀门4进入安装在排烟管道5中的盘管6，并与盘管6外的高温烟气换热，水在盘管6内被加热生成水蒸汽，密度较小的水蒸汽上升经水蒸汽管道7，一部分水蒸汽经水蒸汽管道阀门8进入加热空气管道9，并与预热后的空气在加热空气管道9内混合，再进入安装在辐射管13的烧嘴10内，与燃气混和燃烧；另一部分水蒸汽经管网阀门15进入到蒸汽管网内供其他工序使用；

3、燃烧生成的高温烟气加热辐射管13后进到烟气流道内，与空气换热后再与盘管6中的水换热后排出。

最后应说明的是，以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，但是凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。