CN101379346A - 包括优化的喷嘴布置的气体燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气体燃烧器用以燃烧可燃气体与氧气，其包括一初级喷气嘴和多个次级喷气嘴，它们连接于一共同的中心的输入管道。其中初级喷气嘴的倾斜向下定向的各非水平孔定向成使其气体射流对准相应两个次级喷气嘴之间的一中心线的一点，并且该中心线定义为想象的直线，其平行于初级喷气嘴的旋转轴线并且在两个相邻的次级喷气嘴之间的中心延伸。

Description

包括优化的喷嘴布置的气体燃烧器
技术领域
本发明涉及一种气体燃烧器用以燃烧可燃气体与氧气，其包括一初级喷气嘴和多个次级喷气嘴，它们连接于一共同的中心的输入管道。其中初级喷气嘴的倾斜向下定向的各非水平孔定向成使其气体射流对准相应两个次级喷气嘴之间的一中心线的一点，并且该中心线定义为想象的直线，其平行于初级喷气嘴的旋转轴线并且在两个相邻的次级喷气嘴之间的中心延伸。
背景技术
对于可燃气体或可燃气体混合物的燃烧在现有技术中已知使用分级的气体燃烧器。对此将可燃气体经由初级喷气嘴在一第一燃烧步骤中释放到燃烧井筒或炉室中，与氧气或含氧气的气体相混合并燃烧。为了接着燃烧在第一燃烧级中只被不完全燃烧的气体组分，在向初级喷气嘴的下游设置多个次级喷气嘴，其将可燃气体的另一分量喷入燃烧井筒或炉室中并且完全氧化或燃烧在那里流过的气体混合物中可氧化的分量。
这样的气体燃烧器例如在工业上在顶板点火的合成气炉中用于生产H2和CO。在该合成气炉中将大量充满催化剂的反应管道导过从上方点火的炉室。在狭窄通道中设置的反应管道通过大量分级的气体燃烧器加热，它们进入狭窄通道间隙中点火。在充满催化剂的反应管道中流动喂入气(Feedgas)、一般为低的碳氢化合物如甲烷、丙烷、丁烷或这些碳氢化合物的混合物。在这种情况下完全决定性的是，均匀加热各反应管道。在充满催化剂的反应管道的区域内，即其未被加热到要求的反应温度，不发生或发生减小的转化，因此降低合成工艺过程的总转化。如果出现局部的过热，则存在材料损坏的危险。
尽管在初级喷气嘴和次级喷气嘴的区域内存在很高的雷诺数并从而确保高的紊流的流动状态，在一合成气炉的构造相同的各反应管道中仍然观察到不同的转化。
发明内容
因此本发明的目的是，提供一种改进的方法和一种气体燃烧器，其中尽可能均匀地加热各反应管道。
本发明按照独立权利要求要求保护改进的实施形式和各从属权利要求达到该目的，其中公开一种用于可燃气体或可燃气体混合物与氧气或含氧的气体混合物共同燃烧的气体燃烧器，该气体燃烧器包括至少一个初级喷气嘴和至少两个次级喷气嘴，它们连接于一共同的中心的输入管道。各次级喷气嘴对此基本上径向和对称地围绕初级喷气嘴设置。在初级喷气嘴的上游设置至少一个导流元件。初级喷气嘴具有大量径向设置的孔，其中一部分孔构成为水平孔，其轴线垂直于初级喷气嘴的旋转轴线地穿过初级喷气嘴的壁而另一部分构成为非水平孔，其轴线向设定的主流方向的方向相对于初级喷气嘴的旋转轴线倾斜。
对此以下所谓“孔的轴线”应该总是被理解为该孔的自由横截面的垂直线，而与是否涉及一种圆形的或不同成形的横截面无关。此外在圆形横截面时关于该轴线在横截面中的位置应该被理解为该轴线通过中心延伸，而在非圆形横截面时该轴线通过该横截面的几何中心延伸。
对本发明的气体燃烧器重要的是，每一非水平孔的轴线对准相应的两个次级喷气嘴之间的一中心线的一点，并且该中心线定义为想像的直线，其平行于初级喷气嘴的旋转轴线并且在两个相邻的次级喷气嘴之间的中心延伸。对此理想的是，非水平孔的数量与次级喷气嘴的数量是相同的。一种改进的实施形式在于，在初级喷气嘴的下游设置各次级喷气嘴。
通过初级喷气嘴具有一个或多个垂直孔，从而在装入的状态下可以沿旋转轴线的方向流出可燃气体，可以优化气体燃烧器。
气体燃烧器头部或初级喷气嘴的喷嘴是易损件，其必须按期更换。因此一种优化的方案在于，在初级气体燃烧器上设置一可拆式喷嘴头，在其中制出各非水平孔，并且喷嘴头成形为或在其上设置结构元件使得每一非水平孔的轴线对准两个次级喷气嘴之间的一中心线的一点。对于各孔在初级喷气嘴中相对于次级喷气嘴位置的这样的结构规定，对于技术专家来说开辟很多可能性。在这一点上可以借助于法兰将喷嘴固定在中心管道上并且各孔的位置防止孔的错误位置。此外可以经由螺钉连接将气体燃烧器头部安装到中心管道上并且借助于一弹性支承的球体、一防松开口销或一埋头螺钉实现最终位置的固定。其他的结构上的方案同样是可设想的。
可以进一步改进气体燃烧器，其中一在初级喷气嘴的下游设置的导流元件直接贴紧喷嘴头或与其连接。
本发明还包括一种重整炉用以生产包含氢气和一氧化碳的合成气，其中采用按照上述实施方案之一所述的气体燃烧器。同样本发明包括一种用于生产包含氢气和一氧化碳的合成气的方法，其中重整炉设有一按照上述实施方案之一所述的气体燃烧器。
附图说明
图1和图2示例性示出本发明的气体燃烧器。对此本发明并不限于所示的实施形式。
具体实施方式
图1粗略地示出本发明的气体燃烧器以及初级和次级喷气嘴的布置的透视图。经由通道2将氧气或一含氧气的气体混合物输入燃烧器通道1中。由在燃烧器通道1中在中心设置的中心的可燃气体管道3分出四个较小的可燃气体管4，其通向次级喷气嘴5。这些可燃气体管4基本上对称设置并且从中心的可燃气体管道3径向向外引导并且在一指向下游的弯段以后平行沿着燃烧器通道1的壁向下延伸。在该四个可燃气体管的末端设置次级喷气嘴。
中心的可燃气体管道3无显著的转向地通向初级喷气嘴6。其表示于图1中并且在图2中可详细看出，在初级喷气嘴上环绕的各水平孔7和指向下方的各非水平孔8。在初级喷气嘴6的上方设置一流动转向器9，其在该实例中成形为屏蔽伞(Schirm)。
此外图1中示出中心线10，其在两向下定向的可燃气体管4之间作为虚线示出。中心线10平行于中心的可燃气体管道3延伸。各非水平孔的孔垂直线准确地对准该中心线10。只对一个非水平孔8绘出这种关系，但以类似的方式适用于全部其他的非水平孔8。通过虚线箭头11绘出可燃气体从非水平孔8中的流动方向。
图2以放大和在非水平孔8的区域内的剖面AA示出初级喷气嘴的详图。在上面的视图中可看出，经由各水平孔7离开初级喷气嘴的气体燃烧器射流垂直于中心的可燃气体管道3的旋转轴线12。通过虚线箭头13表明这样的气体燃烧器射流。同样借助于虚线箭头4示出气体燃烧器气体的方向，其经由各非水平孔8输入燃烧器通道1。
借助于模拟计算求得在初级喷气嘴的区域内的温度分布。图3a示出本发明的气体燃烧器的使用，如其结合图1和图3描述的那样。在X轴上以毫米为单位标出离初级喷气嘴的距离并且各曲线所围面积表示具有相同温度的区域。
在图3b所示的对比实例中各非水平孔的轴线对准次级喷气嘴。其表明在对比实例与本发明的装置之间的令人惊奇的明显的差别。对比测定的温度场显示被加热到高于2050℃的各区域和一接近初级喷气嘴的区域，其中只达到约600℃的温度，因此发生很不完全的燃烧。本不应预期到该问题，因为在初级喷气嘴的区域内存在高紊流的流动状态并且人们总是从理想的彻底混合开始。除上述的对可能邻近的反应管的影响外，该未优化的燃烧的结果是在废气中提高的NOX、N2O和CO的浓度。
本发明的装置的温度场相反是令人惊喜地均质或均匀地分级，如图3a中可看出的。不发生过热或具有很差燃烧的区域。这导致邻近的各反应管的最优化的加热并且导致完全的燃烧。

Claims (11)

1.用于可燃气体或可燃气体混合物与氧气或含氧气的气体混合物共同燃烧的气体燃烧器，包括至少一个初级喷气嘴和至少两个次级喷气嘴，它们连接于一共同的中心的输入管道，其中各次级喷气嘴基本上径向和对称地围绕初级喷气嘴设置，并且还在初级喷气嘴的上游设置至少一导流元件，并且初级喷气嘴具有大量径向设置的孔，其中一部分孔构成为水平孔，其轴线垂直于初级喷气嘴的旋转轴线穿过初级喷气嘴的壁而另一部分构成为非水平孔，其轴线向预定的主流方向的方向相对于初级喷气嘴的旋转轴线倾斜；其特征在于，每一非水平孔的轴线对准相应两个次级喷气嘴之间的一中心线的一点，并且该中心线定义为想象的直线，其平行于初级喷气嘴的旋转轴线并且在两个相邻的次级喷气嘴之间的中心延伸。
2.按照权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于，非水平孔的数量与次级喷气嘴的数量是相同的。
3.按照权利要求1或2之一项所述的气体燃烧器，其特征在于，初级喷气嘴具有一个或多个垂直孔。
4.按照权利要求1至3之一项所述的气体燃烧器，其特征在于，在初级喷气嘴的下游设置各次级喷气嘴。
5.按照权利要求1至4之一项所述的气体燃烧器，其特征在于，初级气体燃烧器具有一可拆卸的喷嘴头，在该喷嘴头中制出所述非水平孔，并且喷嘴头成形为或在其上设置结构元件，使得每一非水平孔的轴线对准两个次级喷气嘴之间的一中心线的一点。
6.按照权利要求5所述的气体燃烧器，其特征在于，喷嘴头能够被拧紧在可燃气体管道上。
7.按照权利要求5或6之一项所述的气体燃烧器，其特征在于，通过喷嘴头的壁和输送可燃气体的管道延伸至少一个孔，在该孔中可嵌入一埋头螺钉或一开口销。
8.按照权利要求5所述的气体燃烧器，其特征在于，喷嘴头借助于法兰连接固定在可燃气体管道的端部上。
9.按照权利要求1至8之一项所述的气体燃烧器，其特征在于，在初级喷气嘴的上游设置的导流元件直接贴紧喷嘴头或与其连接。
10.用于生产包含氢气和一氧化碳的合成气的重整炉，其特征在于，设置按照上述权利要求之一项所述的气体燃烧器。
11.用于生产包含氢气和一氧化碳的合成气的方法，其特征在于，设置一重整炉，其具有按上述权利要求1至8之一项所述的气体燃烧器。
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