CN102213419A - 一种新型侧壁燃气燃烧器 - Google Patents

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Abstract

一种新型侧壁燃气燃烧器，这种燃烧器的燃料引射喷头(1)的前端面上具有位于同心圆上的多个燃料射流喷孔，可以产生多股向前的燃料射流，增大了高速燃料与周围相对静止的空气的接触面积，强化了它们之间的动量交换和组分混合，同时在多股射流的中心区域形成较强的负压，吸入空气，增强对空气的引射效果，对燃烧过程有利，可以保证在炉膛负压很低的条件下，供给充足的空气，使燃烧过程迅速而充分，产生贴壁火焰，使加热炉保持高的热效率，并显著降低的NOx排放。这种燃烧器的出口导流器(4)由一个旋转锥体和一个旋转弧面组成，旋转锥体和旋转弧面在衔接处相切，形状简单，加工方便，流动阻力低，在炉膛负压低的场合也可以使用。这种燃烧器适用于各种加热炉，特别是炉体较高、炉管较长的管式加热炉，尤其是裂解炉。

Description

一种新型侧壁燃气燃烧器
所属技术领域
在石油化工过程中广泛使用管式加热炉，有些加热炉由于炉体较高、炉管较长，在采用底部燃烧器同时，还要采用侧壁燃烧器为加热炉的上部供热。本发明涉及一种新型燃气侧壁燃烧器，这种燃烧器利用燃料气的引射作用吸入空气，具有较强的自吸供氧功能，在炉膛负压很低的条件下，可以根据工艺需要产生所需的贴壁火焰形状，燃烧充分，具有较高的热效率，可以用于各种加热炉，特别是炉体较高、炉管较长的管式加热炉中，尤其是裂解炉。
背景技术
由于各种工艺管式加热炉的结构不同，如炉管排布方式、传热方式、燃烧器位置等等都不一样，所以对炉膛内火焰的形状和温度的分布有不同的要求。对于炉体较高、炉管较长的加热炉，只采用底部燃烧器不能保证上部炉管的供热，需要采用侧壁燃烧器，以便对上部炉管进行加热。由于侧壁燃烧器位于炉膛中上部，所以该处炉膛负压较低，容易造成侧壁燃烧器空气供给不充分，燃烧不完全的结果。目前现有的侧壁燃烧器的燃料引射烧嘴前部中间仅有一个燃料喷孔，有时在喷头周边开有数个喷孔；一个中间喷孔的引射能力低，不能供给足够的空气，而其周边的喷孔喷射燃料，会造成空气流动阻力过大，进一步降低空气的供给，往往造成会产生燃烧不完全、炉膛出口CO和其它污染物超标、加热炉负荷下降、经济效益下降的现象。特别是对于一些自然引风加热炉，炉膛负压低，更容易出现上述现象。
发明内容
为了克服现有的侧壁燃气燃烧器产生燃烧不完全、炉膛出口CO和其它污染物超标、加热炉负荷下降、经济效益下降的现象，本发明提出一种新型侧壁燃气燃烧器，其解决这个技术问题所采用的技术方案是：通过高效利用气体燃料的压力能，引射吸入空气，可以大幅度增加对空气的供给能力，同时在引射混合管中燃料与空气可以快速混合，充分燃烧，并且通过火焰散发器，产生所需要的火焰形状，因此可以控制加热炉内的温度场，产生易于向炉管传热的温度场分布，显著提高燃烧和辐射传热效率。由于燃烧充分，可以降低出口CO的含量，提高加热炉效率，大幅度降低燃料消耗和CO2的排放，并且可以显著提高加热炉的处理量。这种新型燃烧器结构简单，操作弹性大，易于制造和安装，可以在额定工况的20～130％情况下稳定正常燃烧，并能够适应各种气体燃料，可以满足各种工艺过程加热炉的需要，特别是管式加热炉。
本发明包括一种新型侧壁燃气燃烧器，它由燃料引射喷头(1)、一次风引射混合器(2)、预燃段(3)、出口导流器(4)、二次风管(5)、二次风出口段(6)、二次风风道(7)、炉壁(8)、炉膛(9)、内保温隔音层(10)、外保温隔音层(11)组成，其特征是燃料引射喷头(1)位于一次风引射混合器(2)的入口端，预燃段(3)的入口端与一次风引射混合器(2)的出口端相联，出口导流器(4)位于预燃段(3)的出口端，二次风管(5)和二次风出口段(6)相联，并位于一次风引射混合器(2)和预燃段(3)的外部，它们之间的环形空间构成了二次风道(7)。
所述的新型侧壁燃气燃烧器，其特征是：燃料引射喷头(1)的外径为d，在其前面开有位于同心圆上的若干燃料射流喷孔，燃料射流喷孔所在的节圆直径为d1，喷孔直径d2，深入长度为H1；则节圆直径d1的范围在5mm～150mm，喷孔直径d2的范围在0.5mm～15mm，深入长度H1的范围在0～200mm，喷孔个数为1～32个，喷孔轴线形成的锥角a范围在0°～85°。
所述的新型侧壁燃气燃烧器，其特征是：出口导流器(4)装在预燃段(3)的出口端，由一个旋转锥体和一个旋转弧面组成，旋转锥体和旋转弧面在衔接处相切，在四周开有若干矩形出口；旋转锥体的锥角B的范围是10°～160°，旋转弧面弧段对应的夹角A的范围是5°～80°。
附图说明
图1是侧壁燃烧器主视图。
图2是燃料引射喷头和一次风引射混合器的结构示意图。
图3是预燃段和出口导流器的结构示意图。
图中1.燃料引射喷头，2.一次风引射混合器，3.预燃段，4.出口导流器，5.二次风管，6.二次风出口段，7.二次风风道，8.炉壁，9.炉膛，10.内保温隔音层，11.外保温隔音层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的新型侧壁燃气燃烧器的工作过程进行说明。
参考图1，新型侧壁燃气燃烧器由燃料引射喷头(1)、一次风引射混合器(2)、预燃段(3)、出口导流器(4)、二次风管(5)、二次风出口段(6)、二次风风道(7)、炉壁(8)、炉膛(9)、内保温隔音层(10)、外保温隔音层(11)组成，其特征是燃料引射喷头(1)位于一次风引射混合器(2)的入口端，预燃段(3)的入口端与一次风引射混合器(2)的出口端相联，出口导流器(4)位于预燃段(3)的出口端，二次风管(5)和二次风出口段(6)相联，并位于一次风引射混合器(2)和预燃段(3)的外部，它们之间的环形空间构成了二次风道(7)。气体燃料通过燃料引射喷头(1)喷入一次风引射混合器(2)，一次风在炉膛负压和燃料射流的引射作用下进入一次风引射混合器(2)，与燃料混合向前流动进入预燃段3开始燃烧，由于此时只供给了燃烧所需的部分空气，进行的是贫氧燃烧，产生的NOx较低，燃烧产物经过出口导流器(4)的作用向炉壁(8)的表面扩散，并与二次风相遇；同时在炉膛负压作用下，二次风通过二次风通道(7)进入炉膛(9)，在二次风通道(7)的出口，与预燃段3出口的一次燃烧产物相遇，进行二次完全燃烧，形成靠近炉壁(8)的热流分布，对上部炉管进行加热。由于二次燃烧时的燃料浓度和氧浓度被烟气稀释，产生的NOx也较低。
参考图2，燃料引射喷头(1)的外径为d，在其前面开有位于同心圆上的若干燃料射流喷孔，燃料射流喷孔所在的节圆直径为d1，喷孔直径d2，深入长度为H1；则节圆直径d1的范围在5mm～150mm，喷孔直径d2的范围在0.5mm～15mm，深入长度H1的范围在0～200mm，喷孔个数为1～32个，喷孔轴线形成的锥角a范围在0°～85°。由燃料引射喷头(1)和一次风引射混合器(2)组成一个引射器，在燃料射流的引射作用下，可以将空气吸入，与目前现有的侧壁燃烧器的引射器中间一个燃料喷孔，周边开有数个喷孔不同，本发明的燃料喷头的前端面上具有位于同心圆上的多个燃料射流喷孔，可以产生多股向前的燃料射流，这种多股射流可以从两个方面增强对空气的引射效果，首先多股燃料射流增大了高速燃料与周围相对静止的空气的接触面积，强化了它们之间的动量交换和组分混合，增强对空气的引射效果，并且可以强化燃烧前燃料与空气的混合，对燃烧过程有利；此外，通过伯努利效应，可以在多股射流的中心区域形成较强的负压，吸入空气，强化对空气的引射效果。
参考图3，出口导流器(4)装在预燃段(3)的出口端，由一个旋转锥体和一个旋转弧面组成，旋转锥体和旋转弧面在衔接处相切，在四周开有若干矩形出口；旋转锥体的锥角B的范围是10°～160°，旋转弧面弧段对应的夹角A的范围是5°～80°。目前已有的侧壁燃烧器的导流器由多段复杂曲线旋转体构成，加工难度大、成本高且难以保证加工精度。本发明提出的出口导流器(4)，形状简单，加工方便，同时流动阻力低，在炉膛负压低的场合也可以使用。
数值模拟和实验表明，在相同燃料量的条件下，采用本发明提出的侧壁燃烧器可以增加20％～65％的空气供给，因此可以消除不完全燃烧的现象，并增大加热炉操作和温度控制的灵活性。同时可以产生贴壁的火焰和热流分布，满足加热炉工艺要求。由于燃烧充分，可以提高燃烧效率和加热炉辐射室的传热效率，降低燃料单耗并降低CO2的排放，增加装置的效益。
本发明提出的燃烧器适用于各种燃烧加热装置，尤其适合于炉体较高、炉管较长的管式加热炉中，尤其是裂解炉。

Claims (3)

1.一种新型侧壁燃气燃烧器，它由燃料引射喷头(1)、一次风引射混合器(2)、预燃段(3)、出口导流器(4)、二次风管(5)、二次风出口段(6)、二次风风道(7)、炉壁(8)、炉膛(9)、内保温隔音层(10)、外保温隔音层(11)组成，其特征是燃料引射喷头(1)位于一次风引射混合器(2)的入口端，预燃段(3)的入口端与一次风引射混合器(2)的出口端相联，出口导流器(4)位于预燃段(3)的出口端，二次风管(5)和二次风出口段(6)相联，并位于一次风引射混合器(2)和预燃段(3)的外部，它们之间的环形空间构成了二次风道(7)。
2.由权利要求1所述的新型侧壁燃气燃烧器，其特征是：燃料引射喷头(1)的外径为d，在其前面开有位于同心圆上的若干燃料射流喷孔，燃料射流喷孔所在的节圆直径为d1，喷孔直径d2，深入长度为H1；则节圆直径d1的范围在5mm～150mm，喷孔直径d2的范围在0.5mm～15mm，深入长度H1的范围在0～200mm，喷孔个数为1～32个，喷孔轴线形成的锥角α范围在0°～85°。
3.由权利要求1所述的新型侧壁燃气燃烧器，其特征是：出口导流器(4)装在预燃段(3)的出口端，由一个旋转锥体和一个旋转弧面组成，旋转锥体和旋转弧面在衔接处相切，在四周开有若干矩形出口；旋转锥体的锥角B的范围是10°～160°，旋转弧面弧段对应的夹角A的范围是5°～80°。
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