CN102042603B - 可调节高效废酸组合燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及可调节高效废酸组合燃烧器，包括废酸喷枪以及环绕废酸喷枪的烧嘴；废酸喷枪包括废酸入口、废酸管路、雾化气入口、雾化气管路、混合器、混合腔以及喷头；雾化气管路环绕设置于废酸管路外部；雾化气管路的一端接雾化气入口，另一端开口于混合器，废酸管路的一端接废酸入口，另一端开口于混合器，所述混合器设置在混合腔后端部且开口于混合腔；所述喷头设置于混合腔前端部；烧嘴包括助燃空气腔、燃料气管路、可调针锥、可调针锥盘以及预燃室。本发明解决了背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了在废酸流量30％～100％变化时能够可靠工作，具有燃烧效率高，裂解温度可控，废酸雾化好，分解快，布局紧凑等特点。
Description
技术领域
本发明涉及一种废酸组合燃烧器，可应用于废酸裂解炉或其它废液焚烧炉，产生高温裂解气，为焚烧裂解制工业硫酸或其它提供高温裂解气。
背景技术
随着工业化的高度发展，各种生产系统排出的废气、废液及废渣增多，由此带来的公害日益严重。为避免环境遭受污染，保障人们的正常生活与安全，必须对排放的废物进行净化处理。废液处理可采用不同的处理方法，一般有机械法、吸附法、化学法、生物化学法及高温裂解法等。各类方法都有一定的适应范围和优缺点，而裂解法常常是最为实用而有效的。再之，采用裂解法其工艺系统的配置面积不大，建设费用也不太高，因此裂解法处理废液在国内外被广泛采用。
生产高标号清洁汽油调和组分油(烃化油)的硫酸烷基化装置，每生产1t烃化油要产生80～90kg浓度为85％～90％的废硫酸，处理废硫酸不仅关系到消除废硫酸对生态环境的污染，也可进一步完善硫酸烷基化工艺。所以，我国炼油厂及环保部门对废硫酸的处理都极为重视。目前、高温裂解法是处理烷基化废酸的主要工艺过程。
废硫酸高温裂解的基本原理可用下列方程进行说明(也就是废硫酸的热分解一般按两个阶段进行，第一阶段是废硫酸的蒸发脱水阶段，第二阶段是SO3分解成SO2阶段)：
H2SO4(液)→SO3(气)+H2O(气)-176kJ/mol
SO3(气)→SO2(气)+1/2O2(气)-99kJ/mol
或：H2SO4(液)→SO2(气)+1/2O2(气)+H2O(气)-275kJ/mol
CnH2n+2+O2→CO+CO2+H2O+Q
将这一裂解过程的温度控制在1000～1100℃。其原因：一是虽然废硫酸在500～850℃的温度下就开始裂解生成SO3和H2O，但实际上SO3裂解成SO2的过程必须在较高温度下才能进行的更完全；二是在850℃的温度下裂解速度缓慢，这样物料在裂解炉内的停留时间也要更长，则要求裂解炉炉体较长，从设备角度考虑也不合理；三是低温产生杂质较多，易堵塞设备、管道、阀门等对生产不利，且硫酸的回收率低，产生废水多。为了避免以上不利因素则将裂解温度控制在1000～1100℃。
一般的废酸高温裂解炉，烧嘴和废液喷枪分开布置，结构不紧凑，占用面积较大，并且当废液流量变化时，烧嘴不能进行适应性调节，或者调解过程烧嘴燃烧稳定性较差，影响废酸裂解温度，从而影响整个废酸裂解的工艺过程。同时还会造成废酸喷射到炉膛内壁对炉膛产生腐蚀，影响裂解炉的寿命。也有组合式废酸燃烧器，但调节范围有限，不能在较大范围调节时均能保证裂解炉高效稳定工作。
综上所述，废酸高温裂解是硫酸烷基化工艺的核心部分，而废酸组合燃烧器又是废酸裂解炉的核心装置，在废酸流量大范围变化时，现有的组合式燃烧器还不能满足适应性的调节过程，不能提供废酸裂解时需要的合适温度。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提供了一种可调节高效废酸组合燃烧器，在废酸流量30％～100％变化时能够可靠工作，具有燃烧效率高，裂解温度可控，废酸雾化好，分解快，布局紧凑等特点。
本发明的技术解决方案：
一种可调节高效废酸组合燃烧器，其特殊之处在于：
包括废酸喷枪以及环绕废酸喷枪的烧嘴；
所述废酸喷枪包括废酸入口6、废酸管路61、雾化气入口7、雾化气管路71、混合器17、混合腔16以及喷头10；所述雾化气管路环绕设置于废酸管路外部；所述雾化气管路的一端接雾化气入口7，另一端开口于混合器，所述废酸管路的一端接废酸入口6，另一端开口于混合器，所述混合器17设置在混合腔16后端部且开口于混合腔；所述喷头10设置于混合腔16前端部；
所述烧嘴包括助燃空气腔12、燃料气管路81、可调针锥4、可调针锥盘11以及预燃室5；所述废酸喷枪设置在助燃空气腔12的轴线上，所述燃料气管路81环绕在雾化气管路71外部，所述可调针锥4环绕在燃料气管路71外部，所述助燃空气腔环绕在可调针锥4外部，所述助燃空气腔12的出口处为助燃空气腔锥形壁13，所述可调针锥4的锥面与助燃空气腔锥形壁13之间形成助燃空气腔12的可调通道20；所述预燃室5与助燃空气腔12的可调通道20的出口相连通；所述可调针锥4的端部与燃料气管路81的出口端侧面形成面积可调的燃料气矩形喷口18，所述燃料气喷口18与可调通道20的出口相垂直；所述可调针锥盘11与可调针锥4同轴固连且设置在助燃空气腔12的外部；
所述混合器17位于预燃室5内，所述喷头10伸出预燃室5。
上述烧嘴还包括设置在助燃空气腔12内的助燃空气腔均流板2以及助燃空气轴向旋流器3。
上述混合器为内混合T型结构。
上述混合器的废酸出口的端部设置有射流孔。
本发明的优点是：
1、本发明可调节高效废酸组合燃烧器，采用同轴式布置，结构紧凑，布局合理，可减小裂解炉的投资。
2、本发明的烧嘴采用了液体火箭发动机针栓式喷注器的设计思想，通过可调针锥的合理设计，在烧嘴工况变化过程中，通过可调针锥的移动，始终确保助燃空气与燃料气的喷射动量比在4～6之间，实现烧嘴的稳定、高效燃烧，解决了气-气烧嘴在大范围变工况时的稳定燃烧和高效燃烧问题。
3、采用本发明的组合燃烧器，工况调节范围较大，烧嘴的流量调节范围可做到1∶10，对废酸流量变化的适应性强，可提高废酸的裂解效率，延长裂解炉的使用寿命。
4、本发明废酸喷枪，气液比在10％～20％之间均能获得良好雾化，具备高效雾化较高粘性废液的能力。
附图说明
图1是本发明的可调节高效废酸组合燃烧器结构图；
图2是本发明的可调节高效废酸组合燃烧器的可调针锥移动后的位置示意图；
图3是本发明的烧嘴结构图；
图4是本发明的废酸喷枪结构图；
其中：1-助燃空气入口，2-助燃空气腔均流板，3-助燃空气轴向旋流器，4-可调针锥，5-预燃室，6-废酸入口，61-废酸管路，7-雾化气入口，71-雾化气管路，8-燃料气入口，81-燃料气管路，9-燃料气喷口，10-喷头，11-可调针锥盘，12-助燃空气腔，13-助燃空气腔锥形壁，14-火焰区，15-液雾区，16-混合腔，17-混合器，18-燃料气喷口，20-可调通道。
具体实施方式
可调节高效废酸组合燃烧器，包括废酸喷枪以及环绕废酸喷枪的烧嘴；废酸喷枪和烧嘴采用同轴布置。
废酸喷枪包括废酸入口6、废酸管路61、雾化气入口7、雾化气管路71、混合器17、混合腔16以及喷头10；雾化气管路环绕设置于废酸管路外部；雾化气管路的一端接雾化气入口7，另一端开口于混合器，废酸管路的一端接废酸入口6，另一端开口于混合器，混合器17设置在混合腔16后端部且开口于混合腔；喷头10设置于混合腔16前端部；混合器为内混合T型结构，可在较小的气液比时废酸能获得较好的雾化，有利于废酸的裂解。混合腔中气液进行撞击加强掺混，混合腔容积较大，有利于气液的充分混合。
烧嘴包括助燃空气腔12、燃料气管路81、可调针锥4、可调针锥盘11以及圆筒状预燃室5；助燃空气腔12内设置有助燃空气腔均流板2以及助燃空气轴向旋流器3。废酸喷枪设置在助燃空气腔12的轴线上，燃料气管路81环绕在雾化气管路71外部，可调针锥4环绕在燃料气管路71外部，助燃空气腔环绕在可调针锥4外部，助燃空气腔12的出口处为助燃空气腔锥形壁13，可调针锥4的锥面与助燃空气腔锥形壁13之间形成助燃空气腔12的可调通道20；预燃室5与助燃空气腔12的可调通道20的出口相连通；可调针锥4的端部与燃料气管路81的出口端侧面形成面积可调的燃料气矩形喷口18，燃料气喷口18最好为矩形喷口。燃料气喷口18与可调通道20的出口相垂直；可调针锥盘11与可调针锥4同轴固连且设置在助燃空气腔12的外部；助燃空气经轴向旋流器旋转从可调通道20喷出，同时可调针锥又与燃气管路形成燃料气矩形喷口，燃料气经径向喷口喷出，与助燃空气90度撞击混合后进入预燃室燃烧。可调针锥轴向移动，可同时调节助燃空气和燃料气喷口面积，其中助燃空气旋转轴向喷出，燃料气径向多矩形孔喷射，此种结构设计使得助燃空气和燃料气获得很好的混合，确保燃烧的稳定。待烧嘴燃烧稳定后，废酸和雾化气经废酸喷枪的混合腔混合后，从喷头喷出，此时高温燃气包裹废酸液滴，使废酸液滴获得好的蒸发和裂解。当废酸流量变化时，调节可调针锥，变化助燃空气可调通道和燃料气喷口面积，确保助燃空气和燃料气流量减小时仍能获得高效的燃烧。
混合器17位于预燃室5内，喷头10伸出预燃室5。
废酸由射流孔形成射流，与经矩形喷口喷出的雾化空气撞击后，从喷头喷出，获得良好的雾化。
本发明原理：本发明可调节高效废酸组合燃烧器采用同轴布置，中心为废酸喷枪，烧嘴环绕废酸喷枪。由于废酸具有较高的粘性，废酸喷枪采用内混合T型雾化喷嘴，实现较高粘性废酸的良好雾化。烧嘴设计借鉴了液体火箭发动机针栓式喷注器的设计思想，实现烧嘴流量大范围调节。助燃空气进入助燃空气腔后，经过轴向漩流器，产生旋转气流，燃料气经过燃气管路的喷口径向喷出，与助燃空气90度撞击后混合，调节可调针锥前后移动，可同时调节助燃空气路和燃料气路出口的流通面积，实现助燃空气腔压力和燃料气管路压力不变的情况下，同时变化两路气体的流量，并保持助燃空气和燃料气出口的喷射速度，从而保证助燃空气和燃料气的稳定高效燃烧。废酸喷枪和烧嘴同时工作时，废酸液雾处于高温燃气中，并与高温燃气有良好的混合，保证了废酸快速有效的分解，当废酸流量变化时，烧嘴也能进行适应性调节，保证废酸裂解炉中的炉温和废酸的分解。
Claims (4)
1.一种可调节高效废酸组合燃烧器，其特征在于：
包括废酸喷枪以及环绕废酸喷枪的烧嘴；
所述废酸喷枪包括废酸入口(6)、废酸管路(61)、雾化气入口(7)、雾化气管路(71)、混合器(17)、混合腔(16)以及喷头(10)；所述雾化气管路环绕设置于废酸管路外部；所述雾化气管路的一端接雾化气入口(7)，另一端开口于混合器，所述废酸管路的一端接废酸入口(6)，另一端开口于混合器，所述混合器(17)设置在混合腔(16)后端部且开口于混合腔；所述喷头(10)设置于混合腔(16)前端部；
所述烧嘴包括助燃空气腔(12)、燃料气管路(81)、可调针锥(4)、可调针锥盘(11)以及预燃室(5)；所述废酸喷枪设置在助燃空气腔(12)的轴线上，所述燃料气管路(81)环绕在雾化气管路(71)外部，所述可调针锥(4)环绕在燃料气管路(81)外部，所述助燃空气腔环绕在可调针锥(4)外部，所述助燃空气腔(12)的出口处为助燃空气腔锥形壁(13)，所述可调针锥(4)的锥面与助燃空气腔锥形壁(13)之间形成助燃空气腔(12)的可调通道(20)；所述预燃室(5)与助燃空气腔(12)的可调通道(20)的出口相连通；所述可调针锥(4)的端部与燃料气管路(81)的出口端侧面形成面积可调的燃料气矩形喷口(18)，所述燃料气矩形喷口(18)与可调通道(20)的出口相垂直；所述可调针锥盘(11)与可调针锥(4)同轴固连且设置在助燃空气腔(12)的外部；
所述混合器(17)位于预燃室(5)内，所述喷头(10)伸出预燃室(5)。
2.根据权利要求1所述的可调节高效废酸组合燃烧器，其特征在于：所述烧嘴还包括设置在助燃空气腔(12)内的助燃空气腔均流板(2)以及助燃空气轴向旋流器(3)。
3.根据权利要求1或2所述的可调节高效废酸组合燃烧器，其特征在于：所述混合器为内混合T型结构。
4.根据权利要求3所述的可调节高效废酸组合燃烧器，其特征在于：所述混合器的废酸出口的端部设置有射流孔。
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