CN108800126B - 一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法 - Google Patents
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Abstract
一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法：借助CFD数值模拟，结合热态试验，进行燃料分级式燃烧器的设计；根据最优改造方案制作燃烧器的一级燃料枪、二级燃料枪、带有一级燃料枪和二级燃料枪定位开孔的中心开孔模板和中心封板；对若干台燃烧器，依次进行在线改造，当对其中一台进行改造时，只切断该台被改造的燃烧器的瓦斯进行灭火，其余各台燃烧器正常运行。本发明将老式圆形的空气分级式燃烧器在原有耐火砖的基础下，改造为燃料分级式燃烧器，通过大比例燃料分级设计，完成了在线不停炉改造，能够有效降低氮氧化物的排放且达到标准要求，解决了不具备停工检修条件的加热炉低氮改造的难题。还能够同时满足火焰形态、热流密度、火焰稳定性以及日常维护等要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种低氮燃烧器。特别是涉及一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法。
背景技术
随着大气环境问题日益凸显，环保法规不断提出更高的要求。追求更低的氮氧化物的排放是新型工业燃气燃烧器的趋势。2017年7月1日实施的《石油炼制企业污染物排放标准》要求特别限值地区的加热炉NOx小于100mg/Nm3。目前在用的老式燃烧器运行中就存在NOX超标问题。但有些装置处于连续运行状态，一段时间内没有停工计划。如果进行低氮改造，必须采用在线不停炉方式进行改造。在火盆无法更换的情况下，将老式的空气分级式燃烧器改造为燃料分级式燃烧器。
原燃烧器如图1所示，为圆形普通空气分级式燃烧器，中心一支瓦斯枪4，通过耐火砖1进行空气分级。火焰区温度高，各种工况燃烧稳定，但NOX很高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，提供一种在老式普通空气分级燃烧器的基础上实现燃料分级式燃烧器结构，从而降低氮氧化物的在线不停炉低氮燃烧器改造方法。
本发明所采用的技术方案是：一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法，包括如下步骤：
1)借助CFD数值模拟，结合热态试验，进行燃料分级式燃烧器的设计，具体：
(1)确定燃烧器一级燃料枪喷嘴的开孔数量及开孔夹角，以及二级燃料枪的个数；
(2)通过CFD数值模拟，确定所述一级燃料枪喷嘴的开孔尺寸范围，所述二级燃料枪喷嘴的开孔数量及开孔夹角、开孔尺寸范围和开孔外倾角度范围；再通过调整一级燃料枪喷嘴的开孔尺寸、二级燃料枪喷嘴的开孔尺寸和开孔外倾角度来进行热态试验对比，确定最优改造方案。
2)根据最优改造方案制作燃烧器的一级燃料枪、二级燃料枪、带有一级燃料枪和二级燃料枪定位开孔的中心开孔模板和中心封板；
3)对若干台燃烧器，依次进行在线改造，当对其中一台进行改造时，只切断该台被改造的燃烧器的瓦斯进行灭火，其余各台燃烧器正常运行。
步骤3)中对每一台燃烧器的改造都包括：
(1)切断被更换的现有圆形普通空气分级式燃烧器的瓦斯进行灭火；
(2)依次拆除被更换的所述燃烧器的中心封板、瓦斯枪和长明灯；
(3)将中心开孔模板安装在燃烧器底部；
(4)根据中心开孔模板提供的二级燃料枪开孔位置，在燃烧器底板上进行定位开孔；
(5)在燃烧器壳体中风道隔板上进行开孔，开孔尺寸满足二级燃料枪能够顺利穿过，开孔方式采用磁力钻，需要加长开孔钻头；
(6)在燃烧器底板上按照中心开孔模板位置进行开孔后，撤掉中心开孔模板，将制作好的中心封板安装在燃烧器底板上；
(7)安装一级燃料枪和二级燃料枪；
(8)再安装长明灯。
(9)最后连接各管口金属软管，试漏后进行点火。
第(4)步所述的开孔尺寸满足用于安装二级燃料枪的套管能够顺利穿过，开孔方式采用磁力钻。
第(5)步所述的开孔尺寸满足二级燃料枪能够顺利穿过，开孔方式采用磁力钻，并加长开孔钻头。
在第(7)步的安装中，二级燃料枪引焰孔与一级燃料枪稳焰孔一一对应。
本发明的一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法，将老式圆形的空气分级式燃烧器在原有耐火砖的基础下，改造为燃料分级式燃烧器，通过大比例燃料分级设计，完成了在线不停炉改造，能够有效降低氮氧化物的排放且达到标准要求，解决了不具备停工检修条件的加热炉低氮改造的难题。此外，还能够同时满足火焰形态、热流密度、火焰稳定性以及日常维护等要求。
附图说明
图1是现有的燃烧器的结构示意图；
图2是采用本发明方法改造后燃烧器的结构示意图；
图3是发明方法中所使用的中心开孔模板示意图；
图4a是一级燃料枪喷嘴示意图；
图4b是图4a的俯视图；
图5a是二级燃料枪喷嘴示意图；
图5b是图5a的俯视图。
图中
1：耐火砖 2：风箱
3：空气入口 4：燃料入口
5：风道隔板 6：中心封板
7：一级燃料枪开孔 8：二级燃料枪开孔
9：二级燃料枪喷嘴 10：二级燃料枪
11：火盆砖 12：风箱
13：中心封板 14：一级燃料枪
15：一级燃料枪喷嘴 16：稳焰罩
17：燃烧器底板 18：火道砖
19：风道隔板 20：主孔
21：开孔夹角 22：稳焰孔
23：主火孔 24：引焰孔
25：开孔外倾角 26：开孔内倾角
具体实施方式
下面结合实施例和附图对本发明的一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法做出详细说明。
本发明的一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法，是利用原有老式燃烧器的火盆砖与火道砖之间的间隙实现燃料分级。原有中心瓦斯枪位置设置一级燃料瓦斯枪，本发明在火盆砖与火道砖之间的间隙位置增加二级燃料瓦斯枪，来实现燃料分级。同时利用喷嘴向外的倾斜角度，将二级燃料在相对有限的空间内分为多个独立的燃烧区，尽量减少每个燃烧区域之间的火焰燃烧区叠加。使每个独立燃烧区域火焰温度更低。以达到降低热力学NOX的目的。烟气回流到燃烧区域主要通过燃烧器的气体动力学原理，依靠高速喷射火焰的卷吸作用，使得气流产生旋转达到循环的效果。
本发明的一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法，包括如下步骤：
1)借助CFD数值模拟，结合热态试验，进行燃料分级式燃烧器的设计，具体：
(1)确定燃烧器一级燃料枪喷嘴15的开孔数量及开孔夹角21，以及二级燃料枪10的个数；
(2)通过CFD数值模拟，确定所述一级燃料枪喷嘴15的开孔尺寸范围，所述二级燃料枪喷嘴9的开孔数量及开孔夹角、开孔尺寸范围、开孔外倾角度范围；再通过调整一级燃料枪喷嘴的开孔尺寸、二级燃料枪喷嘴的开孔尺寸和开孔外倾角度25来进行热态试验对比，确定最优改造方案，由空气分级改为燃料分级结构，实现低氮改造。
所述的最优改造方案，是根据原燃烧器结构尺寸及工程经验，本着尽量减少每个燃烧区域之间的火焰燃烧区叠加原则确定的，包括：
结合现场实际情况，利用现有圆形普通空气分级式燃烧器的火道砖与火盆砖之间的空间实现燃料分级，即在圆形普通空气分级式燃烧器的中心瓦斯枪位置设置一个一级燃料枪，在火盆砖1与火道砖8之间的空间位置增加四个二级燃料枪，来实现燃料分级，其中，
单台燃烧器设计负荷2.8MW，实际加热炉单台燃烧器负荷1.8MW，燃料气压力0.34MPa，燃料气温度40℃，空气过剩系数1.2，空气预热温度300K。
燃料组分见表1。
表1开工工况燃料组成
一级燃料枪的喷嘴包括4个1.3mm的主孔，夹角105度，及2个水平方向的1.3mm稳焰孔；二级燃料枪的喷嘴包括2个3.8mm的主火孔，外倾7度，夹角20度，及1个2mm的引焰孔，内倾25度。
2)根据最优改造方案制作燃烧器的一级燃料枪14、二级燃料枪10、带有一级燃料枪和二级燃料枪定位开孔的中心开孔模板和中心封板13；
3)对若干台燃烧器，依次进行在线改造，当对其中一台进行改造时，只切断该台被改造的燃烧器的瓦斯进行灭火，其余各台燃烧器正常运行。其中，对每一台燃烧器的改造都包括：
(1)切断被更换的现有圆形普通空气分级式燃烧器的瓦斯进行灭火；
(2)依次拆除被更换的所述燃烧器的中心封板6、瓦斯枪4和长明灯；
(3)将中心开孔模板安装在燃烧器底部；
(4)根据中心开孔模板提供的二级燃料枪10开孔位置，在燃烧器底板17上进行定位开孔，所述开孔的尺寸满足用于安装二级燃料枪10的套管能够顺利穿过，开孔方式采用磁力钻；
(5)在燃烧器壳体中风道隔板19上进行开孔，所述开孔的尺寸满足二级燃料枪10能够顺利穿过，开孔方式采用磁力钻，需要加长开孔钻头。
(6)在燃烧器底板17上按照中心开孔模板位置进行开孔后，撤掉中心开孔模板，将制作好的中心封板13安装在燃烧器底板17上；
(7)安装一级燃料枪14、二级燃料枪10，注意二级燃料枪引焰孔24与一级燃料枪稳焰孔22的一一对应关系；
(8)再安装长明灯。
(9)最后连接各管口金属软管，试漏后进行点火。
Claims (5)
1.一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法，其特征在于，包括如下步骤：
1）借助CFD数值模拟，结合热态试验，进行燃料分级式燃烧器的设计，具体：
（1）确定燃烧器一级燃料枪喷嘴（15）的开孔数量及开孔夹角（21），以及二级燃料枪（10）的个数；
（2）通过CFD数值模拟，确定所述一级燃料枪喷嘴（15）的开孔尺寸范围，二级燃料枪喷嘴（9）的开孔数量及开孔夹角、开孔尺寸范围和开孔外倾角度（25）范围；再通过调整一级燃料枪喷嘴（15）的开孔尺寸、二级燃料枪喷嘴（9）的开孔尺寸和开孔外倾角度（25）来进行热态试验对比，确定最优改造方案；
2）根据最优改造方案制作燃烧器的一级燃料枪（14）、二级燃料枪（10）、带有一级燃料枪和二级燃料枪定位开孔的中心开孔模板和中心封板（13）；
3）对若干台燃烧器，依次进行在线改造，当对其中一台进行改造时，只切断该台被改造的燃烧器的瓦斯进行灭火，其余各台燃烧器正常运行。
2.根据权利要求1所述的一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法，其特征在于，步骤3）中对每一台燃烧器的改造都包括：
（1）切断被更换的现有圆形普通空气分级式燃烧器的瓦斯进行灭火；
（2）依次拆除被更换的所述燃烧器的中心封板（6）、瓦斯枪（4）和长明灯；
（3）将中心开孔模板安装在燃烧器底部；
（4）根据中心开孔模板提供的二级燃料枪（10）开孔位置，在燃烧器底板（17）上进行定位开孔；
（5）在燃烧器壳体中风道隔板（19）上进行开孔，开孔尺寸满足二级燃料枪（10）能够顺利穿过，开孔方式采用磁力钻，需要加长开孔钻头；
（6）在燃烧器底板（17）上按照中心开孔模板位置进行开孔后，撤掉中心开孔模板，将制作好的中心封板（13）安装在燃烧器底板（17）上；
（7）安装一级燃料枪（14）和二级燃料枪（10）；
（8）再安装长明灯；
（9）最后连接各管口金属软管，试漏后进行点火。
3.根据权利要求2所述的一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法，其特征在于，第（4）步所述开孔的尺寸满足用于安装二级燃料枪（10）的套管能够顺利穿过，开孔方式采用磁力钻。
4.根据权利要求2所述的一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法，其特征在于，第（5）步所述开孔的尺寸满足二级燃料枪（10）能够顺利穿过，开孔方式采用磁力钻，并加长开孔钻头。
5.根据权利要求2所述的一种在线不停炉低氮燃烧器改造方法，其特征在于，在第（7）步的安装中，二级燃料枪引焰孔（24）与一级燃料枪稳焰孔（22）一一对应。
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