CN103759263B - 一种纯氧工艺气燃烧器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种纯氧工艺气燃烧器，其结构形式为环套式，氧气喷枪通过法兰安装在燃气喷枪的氧气喷枪室内，燃气喷枪通过法兰安装在空气喷枪的助燃空气管路内，空气喷枪通过法兰连接在由工艺气分流器与工艺气旋流器通过法兰串接形成的工艺气喷枪中心部位，工艺气旋流器、混合器与燃烧器端板通过法兰串接在一起，衬里通过锚固钉安装在燃烧器端板上，并外套在混合器外部，形成热防护结构，附件接口焊接在燃烧器端板上并贯穿衬里。本发明燃烧器采用模块化设计，每一部件实现单一功能，可通过替换某一部件实现燃烧器功能参数的改变。本发明具有可根据工艺条件进行调节，实现助燃剂氧含量由21%至99.5%的调节范围。

Description

一种纯氧工艺气燃烧器

技术领域

本发明涉及燃烧器，具体涉及一种适用于以纯氧作为助燃剂或补充助燃剂，处理低热值低可燃组分有害气体的燃烧器。

背景技术

纯氧工艺气燃烧器的主要功能特点包括：降低或杜绝辅助燃料的使用，提高反应温度和燃烧效率，提高炉膛单位体积处理量等。但目前的纯氧工艺气燃烧器功能较为单一，多用于硫回收领域制硫炉克劳斯反应，在其他低热值低可燃组分有害气体的处理应用较少；且该类燃烧器的氧浓度调节性较小，不适用于工艺气组分的多变性；最后该类燃烧器的结构较为粗放，特别是燃烧器壳体及浇筑料的设计极为笨重，无法达到通过更改单一部件达到调整整体性能的目的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于以纯氧作为助燃剂或补充助燃剂的处理低热值低可燃组分有害气体燃烧器。

实现本发明目的的技术方案：一种纯氧工艺气燃烧器，其结构形式为环套式，氧气喷枪通过法兰安装在燃气喷枪的氧气喷枪室内，燃气喷枪通过法兰安装在空气喷枪的助燃空气管路内，空气喷枪通过法兰连接在由工艺气分流器与工艺气旋流器通过法兰串接形成的工艺气喷枪中心部位，工艺气旋流器、混合器与燃烧器端板通过法兰串接在一起，衬里通过锚固钉安装在燃烧器端板上，并外套在混合器外部，形成热防护结构，附件接口焊接在燃烧器端板上并贯穿衬里。

如上所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其所述的氧气喷枪包括氧气入口、氧气管路及氧气喷头；其中，氧气入口安装在氧气管路的前端，氧气喷头安装在氧气管路的末端，开有多个喷孔，喷孔的射流张角为θ，θ值为60°～90°。

如上所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其所述的燃气喷枪包括燃气入口、燃气管路、氧气喷枪室、空气旋流叶片、燃气喷头；其中，燃气管路为环套结构，环套内为安装氧气喷枪的氧气喷枪室，燃气入口安装在燃气管路前部，燃气喷头安装在燃气管路尾部，空气旋流叶片安装在燃气喷头前部，外套在燃气管路外侧；燃气喷头为锥形，有多个燃气喷孔，锥形与喷孔射流的张角均为α，α值为30°～60°。

如上所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其所述的空气喷枪包括助燃空气入口和助燃空气管路）；其中，助燃空气入口安装在助燃空气管路前部，燃气喷枪安装在助燃空气管路内。

如上所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其所述的工艺气分流器包括工艺气入口、工艺气寄存室、工艺气排污口、工艺气限流孔；其中，工艺气入口和工艺气排污口分别安装在工艺气寄存室两侧，工艺气寄存室的末端有多个工艺气限流孔，用于均布工艺气的流量。

如上所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其所述的工艺气旋流器包括工艺气旋流叶片、空气喷枪室、工艺气旋流流道；其中，工艺气旋流叶片安装在空气喷枪室外侧，并形成多个工艺气旋流流道。

如上所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其所述的混合器包括混合室和混合器出口；其中，混合室为收缩形结构，收缩角为β，收缩角β值为60～90°。

如上所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其所述的衬里通过衬里定位环和锚固钉浇筑在燃烧器端板一侧；衬里的出口张角为γ，γ值为120°～150°；衬里最小直径为D，混合器出口直径为d，D值为3.5d～4.5d。

如上所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其所述的燃烧器的火焰为环柱状火焰，环柱中心为火焰回流区，火焰直径Do约为1.2D～1.5D。

本发明的效果在于：本发明所述的纯氧工艺气燃烧器采用模块化设计，每一部件实现单一功能，可通过替换某一部件实现燃烧器功能参数的改变。本发明简化了结构并增强了可替换性，可以满足更多种类低热值低可燃组分有害气体的处理需求，尽可能的适应工艺气组分的变化。本发明具有可根据工艺条件进行调节，实现助燃剂氧含量由21%至99.5%的调节范围。本发明可以满足工艺系统不同工况对火焰形状的要求，实现高效处理工艺气的需求。

附图说明

图1为本发明的燃烧器装配图；

图2为本发明的氧气喷枪结构图；

图3为本发明的燃气喷枪结构图；

图4为本发明的空气喷枪结构图；

图5为本发明的工艺气分流器结构图；

图6为本发明的工艺气旋流器结构图；

图7为本发明的混合器结构图；

图8为本发明的端板及衬里结构图；

图9为本发明的火焰结构示意图。

图中：1.氧气喷枪；2.燃气喷枪；3.空气喷枪；4.工艺气分流器；5.工艺气旋流器；6.混合器；7.燃烧器端板；8衬里；9、附件接口；10.氧气入口；11.氧气管路；12氧气喷头；13.燃气入口；14.燃气管路；15.氧气喷枪室；16.空气旋流叶片；17.燃气喷头；18.助燃空气入口；19.助燃空气管路；20.工艺气入口；21.工艺气寄存室；22.工艺气排污口；23.工艺气限流孔；24.工艺气旋流叶片；25.空气喷枪室；26.工艺气旋流流道；27.混合室；28.混合器出口；29.衬里定位环、30.锚固钉；31.环柱状火焰、32.火焰回流区。

其中：θ为氧气射流张角；α为燃气喷头张角；β为混合器收缩角；d为混合器出口直径；γ为衬里出口张角；D为衬里最小直径；L为火焰长度；Do为火焰直径；为火焰张角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种纯氧工艺气燃烧器作进一步描述。

如图1所示，本发明所述的一种纯氧工艺气燃烧器基本结构包括氧气喷枪1、燃气喷枪2、空气喷枪3、工艺气分流器4、工艺气旋流器5、混合器6、燃烧器端板7、衬里8及附件接口9。

该燃烧器的结构形式为环套式，氧气喷枪1通过法兰安装在燃气喷枪2的氧气喷枪室15内，燃气喷枪2通过法兰安装在空气喷枪3的助燃空气管路19内，空气喷枪3通过法兰连接在由工艺气分流器4与工艺气旋流器5通过法兰串接形成的工艺气喷枪中心部位，工艺气旋流器5、混合器6与燃烧器端板7通过法兰串接在一起，衬里8通过锚固钉29安装在燃烧器端板7上，并外套在混合器6外部，形成热防护结构，附件接口9焊接在燃烧器端板7上并贯穿衬里8用于安装点火器、视镜及火焰检测器等辅助部件。

如图2所示，本发明的氧气喷枪1的主要结构包括：氧气入口10、氧气管路11及氧气喷头12。氧气入口10安装在氧气管路11的前端，氧气喷头12安装在氧气管路11的末端，开有多个喷孔，喷孔的射流张角为θ，θ值为60°、75°或90°。通过改变θ的大小可以调节氧气射流与工艺气旋转射流的掺混强度，θ越大掺混强度越高，火焰根部的燃烧越剧烈。

如图3所示，本发明的燃气喷枪的主要结构包括：燃气入口13、燃气管路14、氧气喷枪室15、空气旋流叶片16、燃气喷头16。燃气喷枪2为环套结构，中心为安装氧气喷枪1的氧气喷枪室15，燃气入口13安装在燃气管路14前部，燃气喷头16安装在燃气管路14尾部，空气旋流叶片16安装在燃气喷头16前部，外套在燃气管路14外侧。燃气喷头16为锥形，有多个燃气喷孔，锥形与喷孔射流的张角均为α，α值为30°、45°或60°。通过调整α，可以控制空气旋转射流中心区回流区的大小，以取得稳定燃气燃烧的作用，α越大则回流区越大。通过调整α和空气旋流叶片16的旋向及旋流强度，可以调整空气旋流与工艺气旋流的掺混强度，达到控制火焰长度的目的。混合后的气体旋流强度越大，火焰越短，相反则越长。

如图4所示，本发明的空气喷枪的主要结构包括助燃空气入口18和助燃空气管路19。助燃空气入口18安装在助燃空气管路19前部。燃气喷枪2安装在助燃空气管路19内。

如图5所示，本发明的工艺气分流器的主要结构包括：工艺气入口20、工艺气寄存室21、工艺气排污口22、工艺气限流孔23。工艺气入口20和工艺气排污口22分别安装在工艺气寄存室21两侧，工艺气寄存室21的末端有多个工艺气限流孔23，用于均布工艺气的流量。

如图6所示，本发明的工艺气旋流器的主要结构包括：工艺气旋流叶片24、空气喷枪室25、工艺气旋流流道26。工艺气旋流叶片24安装在空气喷枪室25外侧，并形成多个工艺气旋流流道26。工艺气的旋流强度可通过调整工艺气旋流叶片24的叶形实现。

如图7所示，本发明的混合器的主要结构包括：混合室27和混合器出口28。混合室27为收缩形结构，收缩角为β，混合器出口28截面最小，直径为d。可通过改变收缩角β来调节混合室内各射流间的掺混强度，收缩角β越大掺混强度越高，收缩角β值为60°、75°或90°。可通过改变直径d尺寸来调节火焰直径、长度和燃烧器的压降，混合室出口直径d越小，混合室出口的旋流强度越低，燃烧器压降越大，火焰直径越小，火焰增长。直径d可通过旋流室出口轴向速度设计，轴向当地速度一般选取30m/s，对于易燃的工艺气应适当增大气速，对于难燃的工艺气应适当减小气速。

如图8所示，本发明的端板及衬里的主要结构包括：燃烧器端板7、衬里8、衬里定位环29及锚固钉30。衬里8通过衬里定位环29和锚固钉30浇筑在燃烧器端板7一侧。衬里8的出口张角为γ，γ值为120°、130°或150°。用于实现从混合器出口28的混合旋流气体自由扩张，衬里8最小直径为D，用于保证炉膛内最小截面积的单位面积热负荷控制在合理的范围内。直径为D可选取3.5d或4.5d。

如图9所示，本发明燃烧器的火焰为环柱状火焰31，环柱中心为回流区32。火焰直径Do约为1.2D或1.5D。火焰长度L则受到工艺气组分，混合强度等影响。火焰张角受混合室出口气体的旋流强度影响，混合气的旋流强度越大张角越大，当旋流强度达到一定程度时会出现平展火焰。可通过上述参数进行调整，控制火焰的形状，以达到预期的目的。

本发明的纯氧工艺气燃烧器主要功能有：

功能一是处理工艺气的先决条件，即燃气与空气燃烧提升炉体温度。具体过程为：燃气进入燃气喷枪经喷枪尾部的喷头喷出，形成多股分散射流；助燃空气经过空气喷枪进入，由喷枪尾部的旋流器产生旋转射流；空气旋转射流与燃气分散射流在混合器内混合经点火器点燃，产生旋流火焰对焚烧炉进行加温。

功能二是工艺气处理的关键过程，即纯氧与工艺气燃烧进行焚烧处理。具体过程为：纯氧进入纯氧喷枪经喷枪尾部的喷头喷出，形成多股分散射流；工艺气经工艺气分布器进行分流，由工艺气旋流器产生旋转射流；工艺气旋转射流与燃气分散射流在混合器内混合经高温引燃，产生高强度旋流火焰对工艺气进行处理。

功能三是在工艺条件允许的情况下，降低纯氧浓度达到降低成本的目的，即富氧空气与工艺气燃烧进行焚烧处理。具体过程为：助燃空气经过空气喷枪进入，由喷枪尾部的旋流器产生旋转射流；纯氧进入纯氧喷枪经喷枪尾部的喷头喷出，形成多股分散射流；工艺气经工艺气分布器进行分流，由工艺气旋流器产生旋转射流；在燃烧室内工艺气旋转射流、纯氧分散射流与空气旋转射流混合燃烧处理工艺气。

Claims (8)

1.一种纯氧工艺气燃烧器，其特征在于：该燃烧器的结构形式为环套式，氧气喷枪(1)通过法兰安装在燃气喷枪(2)的氧气喷枪室(15)内，燃气喷枪(2)通过法兰安装在空气喷枪(3)的助燃空气管路(19)内，空气喷枪(3)通过法兰连接在由工艺气分流器(4)与工艺气旋流器(5)通过法兰串接形成的工艺气喷枪中心部位，工艺气旋流器(5)、混合器(6)与燃烧器端板(7)通过法兰串接在一起，衬里(8)通过锚固钉(30)安装在燃烧器端板(7)上，并外套在混合器(6)外部，形成热防护结构，附件接口(9)焊接在燃烧器端板(7)上并贯穿衬里(8)。

2.根据权利要求1所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其特征在于：所述的氧气喷枪(1)包括氧气入口(10)、氧气管路(11)及氧气喷头(12)；其中，氧气入口(10)安装在氧气管路(11)的前端，氧气喷头(12)安装在氧气管路(11)的末端，开有多个喷孔，喷孔的射流张角为θ，θ值为60°～90°。

3.根据权利要求1所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其特征在于：所述的燃气喷枪(2)包括燃气入口(13)、燃气管路(14)、氧气喷枪室(15)、空气旋流叶片(16)、燃气喷头(17)；其中，燃气管路(14)为环套结构，环套内为安装氧气喷枪(1)的氧气喷枪室(15)，燃气入口(13)安装在燃气管路(14)前部，燃气喷头(16)安装在燃气管路(14)尾部，空气旋流叶片(16)安装在燃气喷头(16)前部，外套在燃气管路(14)外侧；燃气喷头(16)为锥形，有多个燃气喷孔，锥形与喷孔射流的张角均为α，α值为30°～60°。

4.根据权利要求1所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其特征在于：所述的空气喷枪包括助燃空气入口(18)和助燃空气管路(19)；其中，助燃空气入口(18)安装在助燃空气管路(19)前部，燃气喷枪(2)安装在助燃空气管路(19)内。

5.根据权利要求1所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其特征在于：所述的工艺气分流器(4)包括工艺气入口(20)、工艺气寄存室(21)、工艺气排污口(22)、工艺气限流孔(23)；其中，工艺气入口(20)和工艺气排污口(22)分别安装在工艺气寄存室(21)两侧，工艺气寄存室(21)的末端有多个工艺气限流孔(23)，用于均布工艺气的流量。

6.根据权利要求1所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其特征在于：所述的工艺气旋流器(5)包括工艺气旋流叶片(24)、空气喷枪室(25)、工艺气旋流流道(26)；其中，工艺气旋流叶片(24)安装在空气喷枪室(25)外侧，并形成多个工艺气旋流流道(26)。

7.根据权利要求1所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其特征在于：所述的混合器(6)包括混合室(27)和混合器出口(28)；其中，混合室(27)为收缩形结构，收缩角为β，收缩角β值为60°～90°。

8.根据权利要求1所述的一种纯氧工艺气燃烧器，其特征在于：所述的衬里(8)通过衬里定位环(29)和锚固钉(30)浇筑在燃烧器端板(7)一侧；衬里(8)的出口张角为γ，γ值为120°～150°；衬里(8)最小直径为D，混合器出口(28)直径为d，D值为3.5d～4.5d。