雙風冷全金屬結構的熱風爐的制作方法

本發明屬于熱風爐技術領域，尤其涉及一種雙風冷全金屬結構的熱風爐。

背景技術：

目前，鋼鐵企業燒結煙氣脫硫脫硝工藝采用活性炭(活性焦)居多，該工藝的活性炭(活性焦)再生需要采用500℃左右煙氣進行間接加熱，換熱后煙氣溫度340℃左右。為提高供熱效率，煙氣通常采用循環方式，如圖1中所示。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。

活性炭干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、并將富集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。

由于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，目前都采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。

由于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，要求設備占地小，爐型布置盡可能滿足場地實際要求。

而現有技術的熱風爐由燃燒室和混風室組成，并有隔墻隔開，燃氣在燃燒室完全燃燒后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溫度后排出，如圖2所示。熱風爐通常采用全內襯結構，設備重量較大；燃燒室溫度高，高溫生成的N0_X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。且該爐型布置通常只能采用水平布置，不適合垂直布置。

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。

針對上述現有技術存在的問題，本發明的目的在于提供一種雙風冷全金屬結構的熱風爐。該熱風爐爐體為全金屬結構，密閉性好，爐體內壓力調節范圍廣，同時該熱風爐可根據現場情況采用臥式或立式布置。

根據本發明的第一個實施方案，提供一種(臥式或立式)雙風冷全金屬結構的熱風爐，它包括爐體，該爐體的一端與燒嘴連接，另一端設有熱煙氣出口(根據布置需要，熱煙氣出口也可側向布置)，其特征在于：爐體采用由內筒體與外筒體構成的雙筒體結構(或雙圓筒體結構)，所述爐體上在與燒嘴連接的這一端設有循環冷卻風一次接口，循環冷卻風一次接口與內筒體內部相連通，所述外筒體上在靠近燒嘴的一端設有循環冷卻風二次接口，循環冷卻風二次接口與由內筒體和外筒體構成的爐體夾層相連通，爐體內在靠近熱煙氣出口的一端設有混風裝置。

優選，熱風爐爐體為全金屬結構；更優選為不銹鋼結構。

一般，熱煙氣出口位于爐體的末端或側部。即，根據布置需要，熱煙氣出口也可側向布置。

優選，熱風爐外筒體的外周上還設有外保溫材料。

優選，爐體內的混風裝置為金屬結構的混風裝置。更優選的是，混風裝置的形狀設置為具有穿孔的斗狀或圓椎體結構。

一般，作為混風裝置，可有多種結構設計，例如可采用多管混合裝置或多孔板混合裝置。多管混合裝置要求設備煙道上同時設置多個小管道，煙氣混流后被分成多組獨立氣流通過小管，在小管快速均勻混合。該設備(即多管混合裝置)混合均勻，但混流小管布置需要一定長度空間且煙氣阻力較大。另外，多孔板混合裝置(相對簡單)，在煙道上設一多孔板裝置，煙氣混流后通過該孔板被分成多組獨立氣流進行混合。

優選，循環冷卻風一次接口和/或循環冷卻風二次接口分別連通至(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。更優選的是，循環冷卻風一次接口的數量是2-8，更優選3-6，和循環冷卻風二次接口的數量是1或2。

優選，熱風爐的熱煙氣出口與(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，燒嘴設有助燃空氣接口和燃氣接口。

熱風爐爐體內的壓力范圍(表壓)為零壓到正壓5000Pa(現場可調)。

一般來說，熱風爐可以采用臥式或立式布置。

熱風爐的內筒體的內腔是圓筒形或是橫截面為正方形或長方形的筒體形。內筒體的內腔的長度為0.7-3米，優選0.8-2.6米，優選0.85-2.2米，例如0.9、1.2、1.5或1.8米。圓筒形的內腔的直徑為0.5-2.5米，優選0.6-2.3米，優選0.7-2.0米，例如0.8、1或1.2米。一般，內腔的長度與內直徑之比是1.3-2.5:1，優選1.4-2.2:1，優選1.5-2.0:1。

熱風爐爐體的內壁上設有耐火材料隔熱層，和/或，外壁設有保溫層。

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，位于塔頂的用于輸入待再生活性炭的進口和位于塔底的輸出再生的活性炭的出口；

其中熱風爐的熱煙氣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

其中循環冷卻風一次接口和/或循環冷卻風二次接口分別連通至總循環風管，而總循環風管連接至解析塔上部的加熱區的熱風出口或連接至解析塔下部的冷卻區的出風口。

對于雙筒體結構，在兩個筒體之間有環形氣體空間。

還提供上述雙風冷全金屬結構熱風爐的使用方法，該方法包括以下步驟：燃氣在熱風爐內筒體內部燃燒供熱；來自活性炭解析塔的加熱區的熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)通過循環冷卻風一次接口直接進入內筒體內部，降低內部溫度，減少高溫NO_X生成，同時冷卻爐體金屬溫度；同時，來自活性炭解析塔的加熱區的熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)通過循環冷卻風二次接口進入爐體的夾層(即環形氣體空間)，對爐體金屬直接冷卻，同時迅速提高混合前熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)的溫度；混風裝置將高溫煙氣與熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)在小空間、以高流速直接相互混合；混合完成后的煙氣通過熱煙氣出口排出并經由熱風輸送總管輸送至解析塔的加熱區。

在本發明中，來自活性炭解析塔的加熱區的熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)分兩部分進入爐體內，即，一部分通過循環冷卻風一次接口進入內筒體，另一部分通過循環冷卻風二次接口進入爐體夾層。

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℃的范圍。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于鋼鐵工業的廢氣處理的干法脫硫、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。

對于煙氣(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，對于解析塔沒有特別的要求，現有技術的解析塔都可用于本發明中。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，然后到達塔底，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，然后從塔的另一側輸出。在本發明中，對于解析塔沒有特別的要求，現有技術的解析塔都可用于本發明中。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，然后到達一個處于上部加熱區與下部冷卻區之間的一個緩沖空間，然后流經下部冷卻區的管程，然后到達塔底，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，然后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。在間接熱交換之后，冷卻風升溫至120±20℃,如約120℃。

對于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)，它采用雙密封閥，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，可采用預熱段，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于預熱活性炭。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，其中使用了干燥器2。JPS4918355B公開了采用高爐煤氣(blast furnace gas)來再生活性炭。JPH08323144A公開了采用燃料(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。

本發明的解析塔采用風冷。

例如，對于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，冷卻后活性炭溫度為140℃。

在本發明中，該熱風爐按燃燒區、混風區兩段布置，熱風爐爐體為全金屬結構，密閉性好，爐體內壓力調節范圍廣。循環冷卻風或回流冷卻煙氣分兩部分進入爐體內，少部分進入內筒體，降低內筒體內部燃燒溫度，減少高溫NO_X生成，又能在中心冷卻內層金屬溫度；進入爐體夾層的循環冷卻風或回流冷卻煙氣，既能冷卻內層金屬，又可最大限度增強換熱效率，盡量提高混合前循環冷卻風或回流冷卻煙氣的溫度。該熱風爐的混風區取消了隔墻，采用斗狀混風板金屬結構，循環冷卻風或回流冷卻煙氣以小空間、高流速直接與高溫煙氣混合，在有限的空間內煙氣快速均勻混合。

在本發明中，該熱風爐全部采用了外保溫結構，外筒體上還設有外保溫材料，有效減輕了設備重量。

與現有的熱風爐相比，本發明所具有的有益效果為：

1、熱風流量大、且熱風溫度容易控制在解析塔所需要的溫度范圍。

2、熱風爐爐體采用全金屬結構，重量輕，密閉性能好，爐體升溫快；

3、熱風爐主要為外保溫，內襯少、散熱少、施工安裝方便；

4、熱風爐燃燒室接入冷卻風或回流冷卻煙氣，可降低燃燒溫度，減少NO_X生成；

5、熱風爐混合效果好，整體設備緊湊、尺寸小；

6、熱風爐爐體內壓力調節范圍廣，可實現從零壓到正壓5000Pa以上均可正常運行。

7、熱風爐可根據現場情況采用臥式或立式布置。

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(或稱作加熱爐)(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：余熱利用；A15：排放或余熱利用；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：凈煙氣；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’-隔墻；4’-循環冷卻風；5’-混風室；6’-煙氣排出口。

圖4為本發明雙風冷全金屬結構熱風爐立式布置的結構示意圖。

圖5為本發明雙風冷全金屬結構熱風爐臥式布置的結構示意圖。

附圖標記：1：熱風爐(或熱風爐爐體)；101：內筒體；102：外筒體；2：燒嘴；201：燃氣接口；202：助燃空氣接口；3：熱煙氣出口；4：循環冷卻風一次接口；5：循環冷卻風二次接口；6：混風裝置；7：外保溫材料。

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。

根據本發明提供的第一個實施方案，提供一種(臥式或立式)雙風冷全金屬結構的熱風爐，它包括爐體1，爐體1的一端與燒嘴2連接，另一端設有熱煙氣出口3，其特征在于：爐體1采用由內筒體101與外筒體102構成的雙筒體結構(或雙圓筒體結構)，所述爐體1上在與燒嘴2連接的這一端設有循環冷卻風一次接口4，循環冷卻風一次接口4與內筒體101內部相連通，所述外筒體102上在靠近燒嘴2的一端設有循環冷卻風二次接口5，循環冷卻風二次接口5與由內筒體101和外筒體102構成的爐體夾層相連通，爐體1內在靠近熱煙氣出口3的一端設有混風裝置6。

優選，熱風爐爐體1為全金屬結構；更優選為不銹鋼結構。

熱煙氣出口3位于爐體1的末端或側部。即，根據布置需要，熱煙氣出口3也可側向布置。

優選，熱風爐外筒體102的外周上還設有外保溫材料7。

優選，爐體1內的混風裝置6為金屬結構的混風裝置。更優選的是，混風裝置6的形狀設置為具有穿孔的斗狀或圓椎體結構。

一般，作為混風裝置6，可有多種結構設計，例如可采用多管混合裝置或多孔板混合裝置。多管混合裝置要求設備煙道上同時設置多個小管道，煙氣混流后被分成多組獨立氣流通過小管，在小管快速均勻混合。該設備(即多管混合裝置)混合均勻，但混流小管布置需要一定長度空間且煙氣阻力較大。另外，多孔板混合裝置(相對簡單)，在煙道上設一多孔板裝置，煙氣混流后通過該孔板被分成多組獨立氣流進行混合。

優選，循環冷卻風一次接口4和/或循環冷卻風二次接口5分別連通至(例如從活性炭解析塔A的加熱區A01或冷卻區A02所引出的)總循環風管L2。更優選的是，循環冷卻風一次接口4的數量是2-8，更優選3-6，和循環冷卻風二次接口5的數量是1或2。

優選，熱風爐1的熱煙氣出口3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，燒嘴2設有燃氣接口201和助燃空氣接口202。

熱風爐爐體1內的壓力范圍(表壓)為零壓到正壓5000Pa。

一般來說，熱風爐可以采用臥式或立式布置。

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，位于塔頂的用于輸入待再生活性炭的進口和位于塔底的輸出再生的活性炭的出口；

其中熱風爐1的熱煙氣出口3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

其中循環冷卻風一次接口4和/或循環冷卻風二次接口5分別連通至總循環風管L2，而總循環風管L2連接至解析塔A上部的加熱區A01的熱風出口(如圖1中所示)或連接至解析塔A下部的冷卻區A02的出風口(如圖2中所示)。

一種雙風冷全金屬結構熱風爐的使用方法，該方法包括以下步驟：燃氣在熱風爐內筒體101內部燃燒供熱；來自活性炭解析塔的加熱區的熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)通過循環冷卻風一次接口4直接進入內筒體101內部，降低內部溫度，減少高溫NO_X生成，同時冷卻爐體金屬溫度；同時，來自活性炭解析塔的加熱區的熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)通過循環冷卻風二次接口5進入爐體1夾層，對爐體金屬直接冷卻，同時迅速提高混合前熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)的溫度；混風裝置6將高溫煙氣與熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)在小空間、以高流速直接相互混合；混合完成后的煙氣通過熱煙氣出口3排出并經由熱風輸送總管L1輸送至解析塔的加熱區。

在本發明中，來自活性炭解析塔的加熱區的熱風(或冷卻風或回流冷卻煙氣)分兩部分進入爐體1內，即，一部分通過循環冷卻風一次接口4進入內筒體101，另一部分通過循環冷卻風二次接口5進入爐體夾層。

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4，一種立式布置的雙風冷全金屬結構的熱風爐，包括爐體1，熱風爐爐體1為全金屬結構。爐體1的一端與燒嘴2連接，另一端設有熱煙氣出口3。爐體1采用雙筒體結構，由內筒體101與外筒體102構成。所述爐體1上在與燒嘴2連接的這一端設有循環冷卻風一次接口4，循環冷卻風一次接口4與內筒體101內部相連通，所述外筒體102上在靠近燒嘴2的一端設有循環冷卻風二次接口5，循環冷卻風二次接口5與由內筒體101和外筒體102構成的爐體夾層相連通。爐體1內在靠近熱煙氣出口3的一端設有斗狀金屬混風裝置6。該混風裝置6為多管混合裝置。

循環冷卻風一次接口4和循環冷卻風二次接口5分別連通至總循環風管L2。循環冷卻風一次接口4和循環冷卻風二次接口5的數量分別是5和2。

優選，熱風爐1的熱煙氣出口3與熱風輸送總管L1連通。

在實際應用中，在脫硫脫硝裝置連續運行1周之后，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在0.022vol％，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)的溫度穩定地維持在430-450℃。

對于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；冷卻后活性炭溫度為120℃。

實施例2

如圖5，一種臥式布置的雙風冷全金屬結構的熱風爐，包括爐體1，熱風爐爐體1為全金屬結構。爐體1的一端與燒嘴2連接，另一端設有熱煙氣出口3。爐體1采用雙筒體結構，由內筒體101與外筒體102構成。所述爐體1上在與燒嘴2連接的這一端設有循環冷卻風一次接口4，循環冷卻風一次接口4與內筒體101內部相連通，所述外筒體102上在靠近燒嘴2的一端設有循環冷卻風二次接口5，循環冷卻風二次接口5與由內筒體101和外筒體102構成的爐體夾層相連通。爐體1內在靠近熱煙氣出口3的一端設有斗狀金屬混風裝置6。該混風裝置6為多孔板混合裝置。

循環冷卻風一次接口4和循環冷卻風二次接口5分別連通至總循環風管L2。循環冷卻風一次接口4和循環冷卻風二次接口5的數量分別是5和1。.

優選，熱風爐1的熱煙氣出口3與熱風輸送總管L1連通。

實施例3

重復實施例1，只是該熱風爐外筒體102上還設有外保溫材料7。