CN110094732B - 一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，包括筒体，筒体前端外部安装有火盆砖，筒体前端内部设有导风筒，导风筒固定于筒体内设有的固定筋板之上，筒体底部侧壁开孔且焊接有空气蝶阀，筒体底部为端面，端面上设置有内环气枪组件、长明灯、点火孔、看火孔、火焰检测器，筒体外设有外环气枪组件，内环气枪组件与外环气枪组件通过分流三通阀连通，分流三通阀还与主燃料气入口法兰连接。本发明符合侧烧或底烧、圆形火焰、燃料为燃气、高风速、高压降的要求，实现了超低NOx排放的目标，特别适用于特殊工艺的石化重整装置加热炉。
Description
技术领域
本发明涉及燃烧器设备领域，具体来说，涉及一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器。
背景技术
目前，对于石化加热炉及锅炉等燃烧器设备，一般要求助燃风通过设备时压力降（即压头损失）低于300Pa，并且要求在最大放热量下，当空气挡板全开时，至少应有90%的有效抽力是用于通过燃烧器，且至少应有75%的空气侧压降是用于通过燃烧器的喉部。较低的压力降有利于减少能耗，提高燃烧器调风阀的调节性，使操作工可以灵活的调节单台负荷、配风量，得到每台燃烧器最佳燃烧效果。但是，随着加热炉等工艺的进步，加热炉大型化对燃烧器火焰的形状（长度、刚直度、截面）要求也随着提高，在操作时也更加依赖于自动化智能调节，现在的趋势是每台燃烧器要求较高的压力降（500Pa以上）、助燃风高速喷出火盆砖，以便得到更刚直、长度更合适的火焰，利于炉膛辐射传热；在操作上，正常开车时，燃烧器风门及燃气阀门全部打开，自动控制系统仅通过调节风机频率（或主风道调节挡板开度）来控制整台炉子的供风量，通过自动连锁控制燃烧器主燃料气阀门开度控制加热炉所需负荷。
普通的低压降燃烧器已经不适合要求，另外随着环保要求的提高，也要求高压降、高风速的燃烧器达到低NOx燃烧效果。国内还没有此种类型的燃烧器产品，现在阶段依靠进口。
针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。
发明内容
针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，能够实现燃料分级、高压降、高风速，且燃烧稳定性好，能实现低NOx排放。
为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：
设计一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，包括中空圆筒结构的筒体，所述筒体前端外部安装有火盆砖，所述筒体前端内部设有导风筒，所述导风筒固定于筒体内设有的固定筋板之上，所述筒体底部侧壁开孔且焊接有空气蝶阀，所述空气蝶阀的入口为助燃空气入口，所述筒体底部为端面，所述端面上设置有内环气枪组件、长明灯、点火孔、看火孔、火焰检测器，所述内环气枪组件伸至火盆砖上部端面位置，所述长明灯伸至火盆砖中间位置，所述长明灯底部设有长明灯燃气入口，所述火焰检测器底部设有火焰检测器接口，所述火焰检测器侧面设有火焰仪表风入口，所述筒体外设有外环气枪组件，所述外环气枪组件将火盆砖穿透，所述内环气枪组件与外环气枪组件通过分流三通阀连通，所述分流三通阀还与主燃料气入口法兰连接，所述主燃料气入口法兰上设有主燃料气入口。
优选的，所述筒体由钢板卷制而成且所述筒体内壁设置有保温隔热层及内衬保护钢丝网。
优选的，所述导风筒为空心耐热钢钢管。
优选的，所述端面由钢板及保温层封闭。
优选的，所述火盆砖为中空圆筒状结构且所述火盆砖由耐火材料预制烧结制成。
优选的，所述火盆砖由下至上为椎管缩径段、直管段、倒椎扩径段和一级穏焰锯齿形直段。
优选的，所述火盆砖的一级穏焰锯齿形直段的锯齿形数量与内环气枪组件的枪管数量相对应，所述火盆砖的直管段在对应外环气枪组件的枪管位置开有相应数量的半圆槽。
优选的，所述内环气枪组件由环形集合管、密封垫、焊接在环形集合管上的若干内气枪管、若干喷头、若干燃气输送管组成，所述各个喷头上都开有燃气喷孔。
优选的，所述外环气枪组件由环形集合管、密封垫、焊接在环形集合管上的若干内气枪管、若干喷头、若干燃气输送管组成，所述各个喷头上都开有燃气喷孔。
优选的，所述空气蝶阀为中空的方管结构且内部设置有保温层，所述空气蝶阀的调风叶片由外部手柄调整定位。
本发明的有益效果：实现高压降、高风速、低NOx燃烧排放；通过将燃料分为4级，使得燃烧区域形成燃气浓度的浓淡分布、氧含量的浓淡分布，并形成空心环状火焰，降低了火焰中心温度，有效地抑制燃烧过程中NOx的生成；火焰成形较好、刚直有力、不脱火、燃烧充分，能满足石化加热炉及锅炉等侧装、圆火焰、高压降、高风速的要求，实现低NOx排放。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是根据本发明实施例所述的一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器的剖面示意图。
图2是图1中的C向仰视图。
图3是图1中的D向助燃空气入口图。
图4是根据本发明实施例所述的火盆砖俯视图。
图5是图4中的火盆砖A-A剖面图。
图6是图4中的火盆砖B-B剖面图。
图中：1.外环气枪组件；2.火盆砖；3.内环气枪组件；4.长明灯；5.导风筒；6.固定筋板；7.筒体；8.分流三通阀；9.主燃料气入口法兰；10.点火孔；11.火焰检测器；12.空气蝶阀；13.看火孔；14.端面；15.主燃料气入口；16.长明灯燃气入口；17.火焰检测器接口；18.火焰仪表风入口；19.助燃空气入口。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1-6所示，根据本发明实施例所述的一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，包括外环气枪组件1、火盆砖2、内环气枪组件3、长明灯4、导风筒5、固定筋板6、筒体7、分流三通阀8、主燃料气入口法兰9、点火孔10、火焰检测器11、空气蝶阀12、看火孔13、端面14、主燃料气入口15、长明灯燃气入口16、火焰检测器接口17、火焰仪表风入口18、助燃空气入口19。
在本优选实施例中，所述筒体7通过安装螺栓及焊接钢板法兰，固定在石化加热炉或锅炉的炉底板或侧壁板上，且筒体7的上口伸入炉膛；
筒体7为所有部件的安装体，筒体7为中空的圆筒结构，由钢板卷制，内壁设置有保温隔热层及内衬保护钢丝网；
筒体中间通道为助燃空气通道，底部端面14由钢板及保温层封闭，底部端面14上开有用于环气枪组件3、长明灯4、点火孔10、看火孔13、火焰检测器11安装固定用的通孔和连接面；
筒体7底部侧壁开孔与空气蝶阀12焊接为一体，供助燃空气进入；
筒体7上部焊接的钢板法兰上设置有螺栓孔以及供外环气枪组件1和内环气枪组件3的枪管穿过的通孔，为利于检修抽出方便，对应安装每支枪管位置的通孔上设置套管；
筒体7上部内部设置有导风筒5，用于导流和整流供二级燃烧用助燃空气，导风筒5通过固定筋板6焊接固定在筒体7内部。
在本优选实施例中，外环气枪组件1的枪管穿过支撑在筒体7上部固砖套上的火盆砖2，伸入炉膛；
外环气枪组件1由环形集合管、密封垫、焊接在环形集合管的多支外气枪管、喷头、燃气输送管等组成；
外环气枪组件1的环形集合管上焊接有钢板法兰，法兰通过螺栓将外环气枪组件紧固在在筒体7上部安装法兰面上。
在本优选实施例中，内环气枪组件3由环形集合管、密封垫、焊接在环形集合管的多支内气枪管、喷头、燃气输送管等组成；
每支内气枪管上有腰型钢板法兰，通过螺栓将内环气枪组件3固定在筒体7底部；
内环气枪组件3的枪管穿过筒体7底部，伸入筒体7内部，并穿过筒体7上部安装法兰相应套管，使喷头伸至火盆砖2上部端面位置。
在本优选实施例中，外环气枪组件1与内环气枪组件3的燃气输送管通过分流三通阀8连通，分流三通阀8还与主燃料气入口法兰9连接；
正常操作时，主燃料气通过主燃料气入口15进入，由分流三通阀8根据分级燃料比例需要，将燃气分配给外环气枪组件1与内环气枪组件3。
在本优选实施例中，外环气枪组件1与内环气枪组件3的每个喷头均开有燃气喷孔，根据低NOx燃烧设计，将燃料气喷射时设定位置，与助燃空气混合后进行低NOx燃烧。
在本优选实施例中，火盆砖2为中空圆筒状结构，由耐火材料预制烧结制成；
火盆砖2内部为助燃空气通道，根据流体力学原理设计，其由下至上为椎管缩径段、支撑直管段、倒椎扩径段和一级穏焰锯齿形直段；
其中一级穏焰锯齿形直段的锯齿形数量与内环气枪组件3枪管数量对应，一级穏焰锯齿形直段在对应内环气枪组件3枪管的位置预制有多个竖直孔供其穿入；
火盆砖外部由支撑直管段及椎管缩径段组成，其中支撑直管段对应外枪管套管位置开有多个半圆槽；
支撑直管段上预制有三个竖直通孔，三个竖直通孔的用途是在燃烧器安装于侧壁时，火盆砖2支撑直段放置在筒体7固砖套上，再通过长螺栓将火盆砖2固定在筒体7的安装法兰上，防止火盆砖2因压力、震动而松动下垂、跌落；
在本优选实施例中，长明灯4安装在燃烧器筒体7底部预设安装孔上，深入燃烧器内部，其头部到达火盆砖2中间位置，用于点燃一级燃料气；
长明灯4的燃料气由长明灯燃料气入口16进入，通过喷孔处引射大气中的空气进入长明灯4枪管，混合后，在枪头穏焰管口处燃烧；
长明灯4通过人工点火，燃烧器工作时始终处于点燃状态。
在本优选实施例中，点火孔10和看火孔13焊接固定在燃烧器筒体7底部预设安装孔上，主要用于点火及观察火焰用。
在本优选实施例中，火焰检测器11主要用于检测长明灯4火焰，通过反馈信息，便于操作者随时掌握燃烧器工作状态，确保操作安全。
在本优选实施例中，空气蝶阀12与燃烧器筒体7焊接为一体，为助燃空气入口通道，空气蝶阀12为中空的方管结构，内部设置保温层；空气蝶阀12的调风叶片，可以通过外部手柄定位、调整，用于控制燃烧器的助燃空气进风量。
为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。
在本优选实施例的具体使用中，燃烧器设置有六支内环气枪和六支外环气枪，均布在以燃烧器为中心的圆周上。
每支枪管顶部都安装有喷头，喷头上开有喷孔。多支燃气枪通过法兰、螺栓固定在筒体底部端面14上，燃气枪燃气进口端均与环形汽包管连接，环形汽包管通过金属软管与工厂主燃气管线连接，作用是将燃气均匀的分配给每支燃气枪。
内环气枪上的喷孔将燃料气分为三级，第一级沿切向水平方向喷向火盆砖2端部沿口，在端面形成稳燃区域；第二级将燃料气水平喷向火盆砖2中心，与助燃空气形成干涉混合，在火盆砖2出口外进行二级燃烧；第三极燃料气喷向火盆砖2中心上空，与二级燃烧后混合富氧烟气进行干涉混合，进行第三极燃烧。
外燃气枪将第四级燃料气沿火盆砖2外锥面喷向火盆中心，在火盆砖2上空较远区域与混合含氧烟气混合燃烧，第四级燃气在喷射时，引射大量的炉膛高温烟气卷入火焰中心，降低火焰温度，抑制NOx产生。
火盆砖2喉口较小，消耗较大的压力降，助燃风以较高的风速喷出火盆砖2，在火盆砖2出口端面处形成低压涡流区，并与第一级燃料气混合充分后燃烧，将砖口齿状凸块加热烧红，形成稳定的穏焰一级火焰。
一级火焰形成的高温继续加热第二级、第三极燃料气，利于燃烧稳定、不脱火；较高的风速使得火焰刚直有力，助燃风从火焰中心喷出，火焰呈现空心环状火焰，火焰中心温度较低，NOx生成得到有效抑制。
防熄火长明灯4底部设置的长明灯燃气入口16采用软管与燃气管线连接，长明灯4通过人工点火，点燃后再由长明灯4点燃主火焰，利用长明灯4火焰点燃燃烧器一级、二级火焰。防熄火长明灯4在较高风速下不灭火，保证燃烧器始终有安全点火源。
本发明通过火盆砖2内部缩径结构将燃烧器助燃风速提高，在燃烧器内形成加大的压力降，助燃空气高速喷出火盆砖2，再通过逐级与分为三级的燃料混合燃烧，形成刚直有力、稳定的环状火焰。导风管5为空心耐热钢钢管，可将助燃风进一步整流后直线喷射，使火焰中心形成低温的助燃风柱状流，使火焰更加刚直、形状更规则、火焰长度更长，利于火焰散热，抑制NOx的大量生成，实现低NOx燃烧。
本发明采用燃料分级燃烧技术，一级火焰在火盆砖口燃烧，形成稳定的、附着在砖口的环状火焰，用于预热并点燃二级燃料气，二级燃料气与助燃空气同时上升并逐步混合燃烧，燃烧形成空心环状火焰，火焰散热较好，温度控制在NOx产生敏感温度区以下；三级、四级燃料气以不同角度由火盆砖外向火焰中心区喷射时，引射大量的炉内烟气卷入燃烧区域，形成炉内烟气回流燃烧，燃烧混合过程相对较长，火焰较长，利于火焰散热，因此，NOx产生较少。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，包括中空圆筒结构的筒体（7），其特征在于，所述筒体（7）前端外部安装有火盆砖（2），所述筒体（7）前端内部设有导风筒（5），所述导风筒（5）固定于筒体（7）内设有的固定筋板（6）之上，所述筒体（7）底部侧壁开孔且焊接有空气蝶阀（12），所述空气蝶阀（12）的入口为助燃空气入口（19），所述筒体（7）底部为端面（14），所述端面（14）上设置有内环气枪组件（3）、长明灯（4）、点火孔（10）、看火孔（13）、火焰检测器（11），所述内环气枪组件（3）伸至火盆砖（2）上部端面位置，所述长明灯（4）伸至火盆砖（2）中间位置，所述长明灯（4）底部设有长明灯燃气入口（16），所述火焰检测器（11）底部设有火焰检测器接口（17），所述火焰检测器（11）侧面设有火焰仪表风入口（18），所述筒体（7）外设有外环气枪组件（1），所述外环气枪组件（1）将火盆砖（2）穿透，所述内环气枪组件（3）与外环气枪组件（1）通过分流三通阀（8）连通，所述分流三通阀（8）还与主燃料气入口法兰（9）连接，所述主燃料气入口法兰（9）上设有主燃料气入口（15）；
所述内环气枪组件（3）由环形集合管、密封垫、焊接在环形集合管上的若干内气枪管、若干喷头、若干燃气输送管组成，所述各个喷头上都开有燃气喷孔；
所述外环气枪组件（1）由环形集合管、密封垫、焊接在环形集合管上的若干内气枪管、若干喷头、若干燃气输送管组成，所述各个喷头上都开有燃气喷孔；
所述内环气枪组件（3）上的喷孔将燃料气分为三级，第一级沿切向水平方向喷向火盆砖（2）端部沿口，在端面形成稳燃区域；第二级将燃料气水平喷向火盆砖（2）中心，与助燃空气形成干涉混合，在火盆砖（2）出口外进行二级燃烧；第三极燃料气喷向火盆砖（2）中心上空，与二级燃烧后混合富氧烟气进行干涉混合，进行第三极燃烧；
外燃气枪组件将第四级燃料气沿火盆砖（2）外锥面喷向火盆中心，在火盆砖（2）上空较远区域与混合含氧烟气混合燃烧，第四级燃气在喷射时，引射大量的炉膛高温烟气卷入火焰中心。
2.根据权利要求1所述的一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，其特征在于，所述筒体（7）由钢板卷制而成且所述筒体（7）内壁设置有保温隔热层及内衬保护钢丝网。
3.根据权利要求1所述的一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，其特征在于，所述导风筒（5）为空心耐热钢钢管。
4.根据权利要求1所述的一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，其特征在于，所述端面（14）由钢板及保温层封闭。
5.根据权利要求1所述的一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，其特征在于，所述火盆砖（2）为中空圆筒状结构且所述火盆砖（2）由耐火材料预制烧结制成。
6.根据权利要求5所述的一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，其特征在于，所述火盆砖（2）由下至上为椎管缩径段、支撑直管段、倒椎扩径段和一级穏焰锯齿形直段。
7.根据权利要求6所述的一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，其特征在于，所述火盆砖（2）的一级穏焰锯齿形直段的锯齿形数量与内环气枪组件（3）的枪管数量相对应，所述火盆砖（2）的支撑直管段在对应外环气枪组件（1）的枪管位置开有相应数量的半圆槽。
8.根据权利要求1所述的一种高压降高风速低NOx排放的燃气燃烧器，其特征在于，所述空气蝶阀（12）为中空的方管结构且内部设置有保温层，所述空气蝶阀（12）的调风叶片由外部手柄调整定位。
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