CN109340746A - 一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器，通过切向混合空气和含硫化氢的酸性气旋转射流来组织燃烧，反应生成硫单质并回收；点火枪从甲烷管道的中心伸入进行点火，点燃从喷孔喷出到达燃烧器缩口处的甲烷，与通入的空气混合进行燃烧；当甲烷燃烧放热使燃烧区域温度上升至指定温度时，投入酸性气并逐步停止甲烷供应；此时酸性气通过喷口切向喷入混合室，与空气在混合室内进口充分预混，在缩口及缩口之外的炉膛中燃烧；空气进口放置在酸性气进口的外侧，其射流更贴近于预混通道的外壁；空气射流和酸性气射流在预混通道内形成“空气包裹酸性气”的切圆流动混合的方式，保证空气流圆周方向的均匀性；燃烧的主要过程是酸性气旋转射流在外层空气旋转射流的包裹下进行预混之后，在燃烧器缩口及缩口外的炉膛中燃烧。

Description

一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器
技术领域
本发明属于燃烧技术领域，涉及一种硫磺回收燃烧器，进一步涉及一种利用多股空气和酸气射流切向进入形成旋流和空气旋流包裹酸气旋流进行燃烧的切向射流预混式回收燃烧器。
背景技术
根据硫磺回收技术原理，硫磺回收通常是将含有硫化氢的酸性气与空气在燃烧炉膛中燃烧。通过严格控制空气量，使燃烧产物中硫化氢与二氧化硫气体体积比为2：1。通过各级换热设备冷却燃烧过后的气体，冷凝回收气体中的硫磺。然后将剩余气体再经过二级、三级反应回收硫磺。通常硫磺回收装置的硫回收率可达95～98％。因此要实现高硫磺回收率的技术要点有两个方面。第一，保证含硫化氢的酸性气与空气或者氧气的流量比合适，如果流量比不合适，将会造成硫化氢或者二氧化硫化学反应配比失调，硫磺回收率会降低。第二，保证燃烧器的稳定正常运行，如果燃烧器内部元件出现烧损，则会对硫磺的回收产生很大的影响。
发明内容
根据上述的技术背景，本发明的目的在于提供一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器，利用利用多股空气和酸气射流切向进入产生的旋流形成空气旋流包裹酸气旋流进行燃烧的切向射流预混式硫磺回收燃烧器，实现高硫磺回收率的燃烧；切向空气进口通入的是是流速在2～12m/s之间的空气，在空腔内旋转形成空气旋流；切向酸性气进口是流速在3～30m/s之间的酸性气，在空腔内旋转形成酸性气旋流；空气旋流包裹着酸性气旋流进行预混之后，使酸性气和空气形成合适的化学当量比，在燃烧器缩口及缩口外的炉膛中充分燃烧。
为了实现上述目的，本发明的技术方案是：
一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器，包括甲烷管道1，设置在甲烷管道1中心的点火枪道2，同轴设置在甲烷管道1外的酸性气和空气预混通道5，切向均匀设置在酸性气和空气预混通道5外部的多组空气进口4和酸性气进口3，空气进口4设置在酸性气进口3的外侧，空气射流更贴近于酸性气和空气预混通道5的外壁；所述甲烷管道1的出口连接有稳焰钝体7，稳焰钝体7为从甲烷管道1出口向外渐扩形成扩口装置，甲烷喷孔6布置在甲烷管道1出口与稳焰钝体7相连的倾斜面上；点火枪道2贯穿整个甲烷管道1和稳焰钝体7，最后从稳焰钝体7的中心处进入炉膛点火；在酸性气和空气预混通道5的出口处连接有保温夹层8，保温夹层8的入口与稳焰钝体7配合形成一个缩口，通过切向喷入空气和酸性气充分预混，采用空气旋流包裹酸性气旋流的方式在预混通道混合并进入到燃烧器的缩口处，使酸性气和空气形成预设的化学当量比，在燃烧器缩口及缩口外的炉膛中充分燃烧。
所述燃烧器用切向混合的方式代替导流板整流，空气进口4和酸性气进口3与切向的夹角为30°～75°。
所述空气进口4和酸性气进口3流量比范围为2:1到8:1。
所述切向空气进口4和酸性气进口3为三组或者四组。
所述甲烷喷孔6布置有一圈，沿圆周方向设置的数目为10～20个，孔的直径为4mm。
相对于现有技术，本发明使用切向射流预混式混合的方式，形成方向相同的空气旋流和酸性气旋流。以空气旋流包裹酸性气旋流的方式强力混合进入到燃烧器的缩口处，稳定燃烧。在缩口处，，混合后的两股旋流形成合适的化学当量比，在燃烧器缩口及缩口外的炉膛中充分燃烧。同时舍去导流部件设置，可以简化燃烧器结构，避免导流板烧损问题。空气旋流可以在燃烧时对靠近燃烧区域的缩口区域以及稳焰钝体等部件进行冷却，有效的防止了部件的烧损。从而有效的提高硫磺的回收率。此外，本发明中使用的部件具有结构简单、加工方便的优势，同时结构大多使用同轴嵌套配合结构，整体结构稳定便于安装拆卸。
附图说明
图1是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器整体视图。
图2是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器剖面视图。
图3是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器中心枪正面视图。
图4是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器甲烷管道稳焰钝体附近局部放大视图。
图5是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器空气和酸性气进口正面视图。
图6是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器空气和酸性气进口右视图。
图7是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器保温夹层剖面视图。
图8是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器装配体主视图。
图9是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器装配体三维视图。
具体实施方式
为了更清楚的理解本发明，以下结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图1，图2，图3，图4，图5，图6，图7，图8和图9。图1和图2是本发明一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器整体视图和剖面视图。
甲烷管道1的中心布置一根点火枪道2，点火枪可从此空心管道进入燃烧器中进行点火操作。在甲烷管道1的周向布置有酸性气和空气预混通道5，酸性气和空气预混通道5切向设置了空气进口4和酸性气进口3。在甲烷管道1的尾部布置有甲烷喷口6和稳焰钝体7。在燃烧初期，只通入甲烷和主空气，甲烷喷孔6布置有一圈，沿圆周方向设置的数目为a，a的取值范围为10～20个，本实施方案取10，孔的直径为4mm，甲烷从甲烷喷口6喷出同空气混合进行燃烧，使燃烧区域温度上升。稳焰钝体7使缩口处的流通面积急剧减小，使气流的流速很高，有效防止了回火现象。在甲烷管道1外部同轴设置了酸性气和空气预混通道5，酸性气和空气预混通道5切向设置了b组空气进口4和酸性气进口3，b的取值范围为3～4，本实施方案取b＝3，因此切向间隔120度设置。空气进口4和酸性气进口3与切向的夹角为c，c的取值范围为30°～75°，本实施方案取60°。空气进口4和酸性气进口3流量比范围为为2:1到8:1，可根据所需要的工况随时调节。空气和酸性气分别按固定的配比从进口通入，按相同的切角在预混区内形成周向旋流，空气旋流包裹在酸性气旋流的外侧。在酸性气和空气预混通道的出口处连接有保温夹层8。保温夹层8的入口与稳焰钝体7配合形成一个缩口。当燃烧区域温度达到合适值后，进入燃烧的主要阶段，此时停止甲烷的供应，空气和酸性气旋流发生硫磺回收反应。预混气体从中心通道进入到燃烧器的缩口处发生强烈的混合，在合适的化学当量比下充分燃烧。
本发明的工作原理为：通过切向混合空气和含硫化氢的酸性气旋转射流来组织燃烧，反应生成硫单质并回收；点火枪从甲烷管道1的中心的点火枪道2伸入进行点火，点燃从甲烷喷孔6喷出到达燃烧器缩口处的甲烷，与通入的空气混合进行燃烧；当甲烷燃烧放热使燃烧区域温度上升至指定温度时，投入酸性气并逐步停止甲烷供应；此时酸性气通过喷口切向酸性气进口3喷入酸性气和空气预混通道5，与空气在酸性气和空气预混通道5内进口充分预混，在缩口及缩口之外的炉膛中燃烧；空气进口4放置在酸性气进口3的外侧，其射流更贴近于酸性气和空气预混通道5的外壁；空气射流和酸性气射流在酸性气和空气预混通道5内形成“空气包裹酸性气”的切圆流动混合的方式，保证空气流圆周方向的均匀性；燃烧的主要过程是酸性气旋转射流在外层空气旋转射流的包裹下进行预混之后，在燃烧器缩口及缩口外的炉膛中燃烧。
本发明的改进点如下：
⑴在燃烧器轴线上设置甲烷管道，甲烷进入管道然后从甲烷喷口喷出。在燃烧初期，甲烷与主空气混合进行燃烧，使燃烧区域的温度水平提高。甲烷喷孔布置在甲烷管道尾部与稳焰钝体相连的倾斜面上，布置共有1圈，每一圈的个数为10个，孔的直径为4mm。甲烷喷孔的个数和直径可以根据具体燃烧情况做相应改变。
⑵在甲烷管道的中心设置有一根管道，此管道是在点火时供点火枪进入和退出炉膛的。点火枪道贯穿整个甲烷管道和稳焰钝体，最后从稳焰钝体的中心处进入炉膛点火。
⑶与以往的硫磺燃烧器不同，舍去了导流叶栅等部件，使燃烧器的结构更加简单，并且很好的避免了叶栅等部件的烧损问题。燃烧时，切向进入的酸性气和空气在预混通道形成空气旋流包裹酸性气旋流的预混气流，空气旋流在外侧还能很好的避免预混通道壁面的腐蚀以及温度过高导致的烧损。空气射流和酸性气射流在混合室内形成“空气包裹酸性气”的切圆流动混合的方式，保证空气流圆周方向的均匀性。
⑷稳焰钝体和保温夹层的结构特性构成了一个缩口。在这个缩口位置，两股旋流发生强烈的混合并且空气与酸性气达到了合适的体积比。同时，由于缩口的流通面积急剧减小，气流的流速急剧增大，有效防止了回火，从而实现燃烧的稳定性。
⑸本发明中的许多参数，比如甲烷喷口数量a，气体进口组数b和切向夹角c以及空气和酸性气流量配比，都是可以根据不同要求而设置，针对不同的燃烧工况进行对应的调整。
本发明主要适用于作为高回收率的硫磺回收燃烧器，结构简单，制造容易，调节性好，便于安装与拆卸。可以在回收硫磺的各种反应设备上广泛应用，实现高效硫磺回收。

Claims (6)

1.一种切向射流预混式硫磺回收燃烧器，其特征在于：包括甲烷管道(1)，设置在甲烷管道(1)中心的点火枪道(2)，同轴设置在甲烷管道(1)外的酸性气和空气预混通道(5)，切向均匀设置在酸性气和空气预混通道(5)外部的多组空气进口(4)和酸性气进口(3)，空气进口(4)设置在酸性气进口(3)的外侧，空气射流更贴近于酸性气和空气预混通道(5)的外壁；所述甲烷管道(1)的出口连接有稳焰钝体(7)，稳焰钝体(7)为从甲烷管道(1)出口向外渐扩形成扩口装置，甲烷喷孔(6)布置在甲烷管道(1)出口与稳焰钝体(7)相连的倾斜面上；点火枪道(2)贯穿整个甲烷管道(1)和稳焰钝体(7)，最后从稳焰钝体(7)的中心处进入炉膛点火；在酸性气和空气预混通道(5)的出口处连接有保温夹层(8)，保温夹层(8)的入口与稳焰钝体(7)配合形成一个缩口，通过切向喷入空气和酸性气射流，采用酸性气旋转射流在外层空气旋转射流的包裹下进行预混之后,进入到燃烧器的缩口处发生强烈的混合，使酸性气和空气形成预设的化学当量比，在燃烧器缩口及缩口外的炉膛中燃充分燃烧。
2.根据权利要求1所述的一种切向射流预混式式硫磺回收燃烧器，其特征在于：用切向混合的方式代替导流板整流，空气进口(4)和酸性气进口(3)与切向的夹角为30°～75°。
3.根据权利要求1所述的一种切向射流预混式式硫磺回收燃烧器，其特征在于：空气进口(4)和酸性气进口(3)流量比范围为2:1到8:1。
4.根据权利要求1所述的一种切向射流预混式式硫磺回收燃烧器，其特征在于：所述切向空气进口(4)和酸性气进口(3)为三组或者四组。
5.根据权利要求1所述的一种切向射流预混式式硫磺回收燃烧器，其特征在于：所述甲烷喷孔(6)布置有一圈，沿圆周方向设置的数目为10～20个，孔的直径为4mm。
6.根据权利要求1所述的一种切向射流预混式式硫磺回收燃烧器，其特征在于：空气射流和酸性气射流在空气预混通道(5)内形成“空气包裹酸性气”的切圆流动混合的方式。
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