CN101929674A - 一种用于硫磺回收装置主燃烧炉的燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于天然气硫磺回收及尾气处理工艺的硫磺回收装置主燃烧炉的燃烧器。它采用高旋流装置在炉内形成旋转射流，具有高效混合、燃烧稳定、节能降耗的特点。其技术方案是：本燃烧器由空气旋流装置、酸气入口装置及燃烧器附属装置组成，空气旋流装置设有空气入口、空气室外腔、空气室多孔板、空气室内腔及空气导流叶片；酸气口装置包含中心酸气入口和外环酸气入口，中心酸气入口设有酸气入口管、环腔、酸气涡流叶片、锥形喷嘴；外环酸气入口设有外环酸气入口管、酸气室外腔、酸气室多孔板、外环酸气喷口；燃烧器附属装置设有点火枪入口、燃料气入口、预混合腔及壳体。本发明能提高炉内总硫生成率、降低炉内压降损失、用于硫磺回收装置。

Description

一种用于硫磺回收装置主燃烧炉的燃烧器

技术领域

本发明涉及一种用于天然气净化硫磺回收及尾气处理工艺的硫磺回收装置主燃烧炉的燃烧器。

背景技术

在克劳斯类(Claus)硫磺回收工艺中，主燃烧炉内气体的高效混合是实现炉内强力燃烧的重要保证。一般工艺中，主燃烧炉内约1/3的H₂S燃烧转化为SO₂，剩余的H₂S与生成物SO₂又进一步生成单质硫。

2H₂S+3O₂＝2SO₂+2H₂O     (1)

2H₂S+SO₂＝3/2S₂+2H₂O    (2)

燃烧器是主燃烧炉内的核心部件。现役燃烧器多采用高旋流装置实现炉内气体的强力燃烧。现役燃烧器结构可基本实现炉内气体的强力燃烧，但是在炉内气体的二次混合、主射流温升速度及装置耗能方面还存在如下不足：1、燃烧器的结构特点导致主射流呈空气包络酸气的气流形态。如图9所示，此射流形态将导致氧气消耗完毕后主射流中心处H₂S过量，射流外围边界层处SO₂过量。H₂S与SO₂的反应将主要依靠主射流内外气体不断扩散混合完成。此混合过程相对较慢，对单质硫的生成不利；2、因主射流流速较高且射流内外气体的混合速度较慢，导致主射流温升速度较慢。尤其在进炉酸气流量或H₂S含量降低时，主射流温升速度更慢，将对炉内燃烧稳定性及温度场分布产生较大影响；3、气体经过旋流叶片及燃烧器收敛喷口后压降较大，燃烧器耗能较多。为了解决上述问题，本发明设计了新型的燃烧器结构，通过改变射流形态将显著提高燃烧器内的气体混合效果及单质硫生成量，并且新结构还具有燃烧稳定，节能、降耗效果。

发明内容

本发明的目的是：为了采用高旋流装置在炉内形成旋转射流，并在贴近预混合腔外壁处设置外环酸气入口，具有高效混合、燃烧稳定、节能、降耗的特点，特提供了一种用于硫磺回收装置主燃烧炉的燃烧器。

为达到上述目的，本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种用于硫磺回收装置主燃烧炉的燃烧器，由空气旋流装置、酸气入口装置及燃烧器附属装置组成，其特征是：空气旋流装置设有空气入口1、空气室外腔2、空气室多孔板3、空气室内腔4、空气导流叶片5，空气室多孔板3安装在空气室外腔2与空气室内腔4之间，空气室外腔2与空气室内腔4通过空气室多孔板3上面的孔道相通，空气导流叶片5安装在空气室内腔4内部，空气室内腔4与预混合腔21通过空气导流叶片5叶片之间的流道间隙相通；酸气入口装置包括中心酸气入口和外环酸气入口，中心酸气入口设置有酸气入口管6、环腔7、酸气涡流叶片8、锥形喷嘴9，酸气入口管6与环腔7相通，环腔7通过酸气导流叶片8与预混合腔21相通，酸气涡流叶片8安装在环腔7内部，锥形喷嘴9安装在中心酸气入口头部及预混合腔21的中心部位；外环酸气入口设有外环酸气入口管10、酸气室外腔11、酸气室多孔板12、外环酸气喷口13，外环酸气入口位于空气旋流装置与耐火砖及耐火衬里19之间，外环酸气入口管10与酸气室外腔11相通，酸气室外腔11与外环酸气喷口13通过酸气室多孔板12上面的孔道相通，外环酸气喷口13紧贴预混合腔21外壁；燃烧器附属装置设置有点火枪入口14、燃料气入口15、燃烧器壳体20、预混合腔21，点火腔入口14安装在环空7头部，并保持在同一中心高度，燃烧口入口15安装在点火枪入口14与环空7头部间，并与点火枪入口14相通。

本发明的有益效果是：(1)可显著提高炉内H₂S与SO₂的混合效果，进而提高炉内总硫生成率；(2)可提高主射流的温升速度，进而提高燃烧稳定性；(3)可降低炉内压降损失，起到节能、降耗作用。

附图说明

图1为本发明主燃烧炉的燃烧器的整体视图。

图2为本燃烧器中心剖面图。

图3为燃烧器中空气导流叶片5正视图。

图4为燃烧器中空气导流叶片5左视图。

图5为燃烧器中空气室多孔板3结构图。

图6为燃烧器中酸气室多孔板12结构图。

图7为燃烧器中酸气涡流叶片8正视图。

图8为燃烧器中酸气涡流叶片8左视图。

图中所示：1、空气入口；2、空气室外腔；3、空气室多孔板；4、空气室内腔；5、空气导流叶片；6、酸气入口管；7、环腔；8、酸气涡流叶片；9、锥形喷嘴；10、外环酸气入口管；11、酸气室外腔；12、酸气室多孔板；13、外环酸气喷口；14、点火枪入口；15、燃料气入口；16、火焰监测口；17、窥镜口；18、备用接口；19、耐火砖及耐火衬里；20、燃烧器壳体；21、预混合腔。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做进一步的说明。

如图1、图2所示。

本发明的燃烧器分为空气旋流装置、酸气入口装置及燃烧器附属装置三部分。下面分别表述如下：

一、空气旋流装置

空气旋流装置主要包括空气入口1、空气室外腔2、空气室多孔板3、空气室内腔4、空气导流叶片5，其主要作用是实现具有高旋流特点的空气射流。其中空气由鼓风机通入空气入口1，受空气室多孔板3阻挡作用，空气迅速充满整个空气室外腔2。之后通过空气室多孔板3较为均匀的进入空气室内腔4。空气进入空气室内腔4后，在空气导流叶片5的作用下进入预混合腔21。其中空气导流叶片5结构如图3、图4所示，沿燃烧炉中心轴线周向布置12片大小相等的矩形宽叶片。此结构下形成的空气呈旋流状态，以燃烧器中心轴线为轴，经过空气导流叶片5后形成的空气射流切向速度/轴向速度约为3∶1。空气室多孔板3结构如图5所示，沿燃烧炉中心轴线周向等距布置12个大小相等的矩形通孔。

二、酸气入口装置

酸气入口装置主要分为中心酸气入口和外环酸气入口。

中心酸气入口由酸气入口管6、环腔7、酸气涡流叶片8、锥形喷嘴9组成。其中部分酸气(约酸气总量的1/2)由鼓风机通入酸气入口管6，之后酸气进入环腔7内。酸气气流前行至酸气涡流叶片8后形成旋转射流，并由锥形喷嘴9处进入预混合腔21。其中酸气涡流叶片8的结构如图7、8所示。叶片沿燃烧器中心轴线周向布置12片，呈折角形式。该叶片产生的酸气旋向与空气旋向相反，形成的旋转射流在到达锥形喷嘴9处时切向速度/轴向速度约为-0.7/1。

外环酸气入口主要由外环酸气入口管10、酸气室外腔11、酸气室多孔板12、外环酸气喷口13组成。其中酸气由鼓风机通入外环酸气入口管10并迅速充满整个酸气室外腔11。之后，酸气沿酸气室外腔11内侧与酸气室多孔板12相连的狭窄流道处进入到酸气室多孔板12前端。酸气室多孔板12如图6所示，沿燃烧炉中心轴线周向等距布置12个大小相等的矩形通孔。酸气通过酸气室多孔板12后呈较为均匀的射流形态进入到外环酸气喷口13处。其中外环酸气喷口13贴近燃烧器收敛喷口，紧贴预混合腔21外壁。

三、燃烧器附属装置

燃烧器附属装置主要分为燃烧器炉膛及燃烧器附件两部分。

燃烧器炉膛主要由耐火砖及耐火衬里19围砌而成。在炉膛内布置有窥镜口17、备用接口18等附件。由空气旋流装置及中心酸气入口而来的酸气在收敛喷口处混合后形成旋转射流进入燃烧器炉膛内，此射流呈空气包络酸气的射流形态。而此时由外环酸气入口而来的酸气经外环酸气喷口13喷出至射流根部。经此混合后射流呈内外层以酸气为主，夹层以空气为主的气流分布形态。

燃烧器附件主要包括点火枪入口14、燃料气入口15、火焰监测口16、窥镜口17、备用接口18、耐火砖及耐火衬里19、燃烧器壳体20、预混合腔21等装置。

在酸气流量为0.504kg/s、空气流量为0.584kg/s、酸气内H₂S摩尔含量为48％、空气内O₂摩尔含量为19％时，结合流体动力学及反应动力学对燃烧器内燃烧场进行计算表明：与现役结构相比，采用此结构H₂S与SO₂组分含量在炉膛距收敛喷口距离为0.6m时即可基本达到平衡，总硫生成率可提高0.03％，燃烧器内压降损失约为8Kpa，燃烧器炉膛内温度分布非常均匀且主射流流速温升速度得到明显提高。与原结构相比，具有高效混合，燃烧稳定、节能、降耗等优点。

Claims (3)

1.一种用于硫磺回收装置主燃烧炉的燃烧器，由空气旋流装置、酸气入口装置及燃烧器附属装置组成，其特征是：空气旋流装置设有空气入口(1)、空气室外腔(2)、空气室多孔板(3)、空气室内腔(4)、空气导流叶片(5)，空气室多孔板(3)安装在空气室外腔(2)与空气室内腔(4)之间，空气室外腔(2)与空气室内腔(4)通过空气室多孔板(3)上面的孔道相通，空气导流叶片(5)安装在空气室内腔(4)内部，空气室内腔(4)与预混合腔(21)通过空气导流叶片(5)叶片之间的流道间隙相通；酸气入口装置包括中心酸气入口和外环酸气入 口，中心酸气入口设置有酸气入口管(6)、环腔(7)、酸气涡流叶片(8)、锥形喷嘴(9)，酸气入口管(6)与环腔(7)相通，环腔(7)通过酸气导流叶片(8)与预混合腔(21)相通，酸气涡流叶片(8)安装在环腔(7)内部，锥形喷嘴(9)安装在中心酸气入口头部及预混合腔(21)的中心部位；外环酸气入口设有外环酸气入口管(10)、酸气室外腔(11)、酸气室多孔板(12)、外环酸气喷口(13)，外环酸气入口位于空气旋流装置与耐火砖及耐火衬里(19)之间，外环酸气入口管(10)与酸气室外腔(11)相通，酸气室外腔(11)与外环酸气喷口(13)通过酸气室多孔板(12)上面的孔道相通，外环酸气喷口(13)贴近燃烧炉收敛喷口，紧贴预混合腔(21)外壁；燃烧器附属装置设置有点火枪入口(14)、燃料气入口(15)、燃烧器壳体(20)、预混合腔(21)，点火腔入口(14)安装在环空(7)头部，并保持在同一中心高度，燃烧口入口(15)安装在点火枪入口(14)与环空(7)头部间，并与点火枪入口(14)相通。

2.根据权利要求1所述主燃烧炉的燃烧器，其特征是：空气导流叶片(5)的结构是在沿燃烧炉中心轴线周向布置12片大小相等的矩形宽叶片；空气室多孔板(3)的结构是沿燃烧炉中心轴线周向等距布置12个大小相等的矩形通孔。

3.根据权利要求1所述主燃烧炉的燃烧器，其特征是：酸气涡流叶片(8)的结构是叶片沿燃烧炉中心轴线周向布置12片，呈折角形式；酸气室多孔板(12)在沿燃烧炉中心轴线周向等距布置12个大小相等的矩形通孔。

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