CN113994146A - 分级燃料燃烧器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于分级燃料燃烧器的衬管和使用具有该衬管的燃烧器的方法。该衬管具有燃烧器喷头，该燃烧器喷头将初级燃料和燃烧空气的混合物注入燃烧区中以产生火焰。还将分级燃料注入该燃烧区中。在将该分级燃料从该燃烧器喷头注入该燃烧区中之前，将该分级燃料注入该燃烧器喷头中，并且从该燃烧器衬管的混合器中抽吸燃烧空气进入具有该分级燃料的该燃烧器喷头中。

Description

分级燃料燃烧器
技术领域
本发明整体涉及一种用于炼油厂或化学加工厂中的熔炉的预混合燃烧器，并且更具体地涉及一种用于通过燃烧分级燃料产生火焰的此类燃烧器的衬管。
背景技术
在炼油厂和化学加工厂中，使用熔炉来提供热量以处理熔炉内部的导管内的流体。在具有辐射燃烧器的熔炉中产生热量，该辐射燃烧器具有将燃料/燃烧空气注入该熔炉中以在燃烧器喷头产生火焰的喷头。这种燃烧器的示例示出于美国专利第9,194,579号，其全部内容并入本文中。
在一些常规预混合分级燃料燃烧器中，分级燃料流过中心管道并且排放到燃烧器喷头处的燃烧区(在炉内)中，而不与燃烧空气预混合。初级燃料与燃烧器文丘里管内的燃烧空气混合，并且也在燃烧器喷头处注入燃烧区中。初级燃料借由中心管在燃烧器内从分级燃料中分离。
在许多常规设计中，燃烧器喷头，并且具体地，分级燃料的注入点位于熔炉内或以其他方式定位在由于来自熔炉的热辐射而达到非常高温度的位置。通过中心管的分级燃料的流量不足以冷却或以其他方式降低注入点的温度。因此，注入点处的高温可能会形成焦炭沉积物。这些焦炭堵塞了分级燃料喷头中的孔，这是不希望的并且负面地影响了燃烧器喷头的有效性。
因此，期望提供一种燃烧器喷头，该燃烧器喷头提供使用分级燃料注入的益处，但不会受到在一些常规使用的设计中发现的这些缺点的影响。
发明内容
已经发明了一种用于燃烧器的新预混物衬管以及与其相关的各种方法。根据各种实施方案，在将分级燃料注入熔炉中之前，燃烧空气与分级燃料在燃烧器中混合。燃烧空气的添加冷却了分级燃料排放孔，这减少或消除了焦炭形成和焦炭沉积物结垢的可能性。
根据各个方面，中心管的分级燃料出口位于燃烧器文丘里管/混合器内部，以防止分级燃料的排放孔过热。这也允许了分级燃料气体在流经燃烧器喷头进入熔炉之前与燃烧空气混合。由于温度较低，这种混合物不太可能形成焦炭。另外，分级燃料和燃烧空气的混合物提供了更高的质量流量，这将降低分级燃料在排放到熔炉中之前达到的最高温度。分级燃料和燃烧空气的混合物还降低了接触分级燃料的燃烧器的金属部件的温度。
因此，在至少一个方面，本发明的特征可在于提供用于分级燃料燃烧器的衬管。该衬管包括具有内部容积的混合器、具有主体的燃烧器喷头，该主体具有面向混合器的内部容积的内表面和与内表面相对的外表面，并且包括与混合器的内部容积连通的第一多个排气孔，以及在混合器内朝向燃烧器喷头延伸的导管，该导管在具有与燃烧器喷头间隔开的出口的第一端终止，以便从混合器中抽取气体来与从出口进入燃烧器喷头的燃料混合。
预期导管包括与出口间隔开并且被构造用于将燃料从导管提供到混合器的内部容积的至少一个注入孔。
预期衬管还包括被构造用于从导管接收燃料的第二多个排气孔。该第二多个排气孔中的排气孔可以设置在燃烧器喷头的外表面的最上面的部分上。该第一多个排气孔中的排气孔可以设置在燃烧器喷头的外表面的外侧壁上。
预期燃烧器喷头包括被构造用于从导管的出口接收燃料的入口。燃烧器喷头的入口可以与设置在该燃烧器喷头的外表面上的第二多个排气孔连通。燃烧器喷头的入口可以包括远离该燃烧器喷头的主体延伸到混合器中的引导壁。导管的出口可以设置在燃烧器喷头的主体内。
在第二方面，本发明的一般特征在于提供一种通过以下方式冷却燃烧器的燃料管道的方法：将燃料注入燃烧器的混合器中；将燃料与混合器内的燃烧空气混合以提供初级燃料/空气混合物；使初级燃料/空气混合物通过燃烧器喷头上的第一多个排气孔进入含有过程流体的熔炉中；在熔炉中燃烧初级燃料/空气混合物以在燃烧器喷头处产生火焰；使分级燃料通过混合器到达燃烧器喷头，同时经由导管将分级燃料与混合器内的初级燃料/空气混合物分离；使分级燃料从导管的一端排放到燃烧器喷头中；使分级燃料通过燃烧器喷头上的第二多个排气孔；在熔炉中燃烧分级燃料以产生火焰；以及，通过从混合器中抽取气体进入具有分级燃料的燃烧器喷头来冷却导管的该端。
导管可以包括至少一个注入孔以用于将燃料注入混合器中。
该第二多个排气孔中的排气孔可以设置在燃烧器喷头的外表面的最上面的部分上。该第一多个排气孔中的排气孔可以设置在燃烧器喷头的外表面的外侧壁上。
导管的该端可以包括位于燃烧器喷头的主体内的出口。燃烧器喷头的主体可以包括用于导管的入口，并且该入口可以包括至少一个引导壁。
在第三方面，本发明的广义特征在于提供一种用燃烧器加热过程流体的方法：将初级燃料注入燃烧器的混合器中；将初级燃料与混合器内的燃烧空气混合以提供初级燃料/空气混合物；使初级燃料/空气混合物通过燃烧器喷头上的第一多个排气孔进入含有过程流体的熔炉中；在熔炉中燃烧初级燃料/空气混合物以在燃烧器喷头处产生火焰，该火焰为过程流体提供热量；使分级燃料通过混合器到达燃烧器喷头，同时在导管中将分级燃料与混合器内的初级燃料/空气混合物分离；将分级燃料从导管朝向燃烧器喷头排放，以便从混合器中抽取气体来与分级燃料混合从而提供分级燃料/空气混合物；使分级燃料/空气混合物通过燃烧器喷头上的第二多个排气孔进入熔炉中；以及燃烧分级燃料以产生火焰。
导管可以包括具有出口的一端，并且分级燃料可以从导管通过该出口排放。燃烧器喷头可以包括被构造用于接收从出口排放的分级燃料的入口。该入口可以包括引导壁。
该第二多个排气孔中的排气孔可以设置在燃烧器喷头的外表面的最上面的部分上，并且该第一多个排气孔中的排气孔可以设置在燃烧器喷头的外表面的外侧壁上。
本发明的另外的方面、实施方案和细节(所有这些都可以任何方式组合)在本发明的以下具体实施方式中阐述。
附图说明
下面将结合以下附图来描述本发明的一个或多个示例性实施方案，其中：
图1示出了根据本发明的方面的燃烧器的剖切侧透视图；
图2示出了图1中的燃烧器的一部分的特写透视图；
图3示出了图1中的燃烧器的一部分的另一特写透视图；
图4示出了图1的燃烧器的燃烧器喷头的侧剖视图；并且，
图5示出了图4的燃烧器喷头的顶部和侧面透视图。
在附图的几个视图中，对应的附图标记表示对应的部件。技术人员将理解，附图中的元件是为了简单和清楚而图示的，而不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸相对于其他元件可被夸大，以帮助改善对本公开的各种实施方案的理解。而且，为了便于更少地妨碍对本公开的各种实施方案的查看，通常未描绘在商业上可行的实施方案中可用的或必要的普遍且熟知的元件。
具体实施方式
如上所述，已经发明了新的分级燃料燃烧器。根据各种实施方案，分级燃料在注入熔炉之前与燃烧空气混合。考虑到这些一般原理，将在理解以下描述并非旨在进行限制的情况下描述本发明的一个或多个实施方案。
参考图1，本发明涉及一种用于通常位于燃烧器砖或熔炉壁中的燃烧器的预混合衬管10。此类燃烧器是已知的并且特别适合于裂解炉和重整炉，但是其他熔炉在本发明的实质和范围内也是可能的。对于带有具有过程流体的管的熔炉的示例，参考美国专利公开第2017/0003017号，其全部内容通过引用并入本文。
预混合衬管10包括燃烧器喷头12和混合器14。混合器14具有主体16，该主体具有内部容积18。导管20延伸通过混合器的内部容积18。导管20具有第一端22，其终止于燃烧器喷头12处的出口24(也称为分级燃料喷头)(下文更详细地论述)。
如图2最佳所示，一个或多个注入孔26与导管20上的出口24间隔开。注入孔26将初级燃料从导管20注入混合器14的内部容积18中，以与混合器14中的空气形成初级燃料/燃烧空气混合物。
返回图1，初级燃料/燃烧空气的混合物穿过混合器14朝向燃烧器喷头12行进。同时，导管20内的剩余燃料、分级燃料也通过导管20朝向燃烧器喷头12行进。
转向图3，燃烧器喷头12包括与混合器14的内部容积18连通的多个第一排气孔28。初级燃料/燃烧空气的混合物经由第一排气孔28在燃烧器喷头12处离开燃烧器。在离开燃烧器喷头12后，初级燃料/燃烧空气的混合物在熔炉中燃烧以形成火焰。如上所述，火焰产生了热量，这些热量传递到熔炉内各种导管内的过程流体。
分级燃料在出口24处离开导管20并进入燃烧器喷头12。出口24与燃烧器喷头12间隔开，以便分级燃料从混合器14抽取燃烧空气，以在分级燃料进入燃烧器喷头12时与其混合。应当理解，与分级燃料混合的燃烧空气还将包括一定初级燃料。如上所述，通过将分级燃料与一定燃烧空气混合，产生了更好的火焰，出口24借由气体流冷却，并且因此不太可能过热并形成焦炭、堵塞或以其他方式损坏燃烧器。
转向图4，示出了燃烧器喷头12的外表面30和内表面32。内表面32面向混合器14的内部容积18(图1和图3)。外表面30与内表面32相对并且全部或部分地位于熔炉中。
如图4和图5所示，燃烧器喷头12的外表面30还包括多个第二排气孔34，以用于将与燃烧空气混合的分级燃料注入熔炉中以产生火焰。该多个排气孔28(用于初级燃料/燃烧空气混合物)优选地位于燃烧器喷头12的侧壁36上。侧壁36具有平行于预混合衬管10的纵轴方向的高度，并且具有第一排气孔28延伸穿过的厚度。多个第二排气孔34(用于分级燃料)优选地位于燃烧器喷头12的外表面30的最上面的部分38或顶部上。术语“最上面的”是指附图中所示的定向，应当理解，燃烧器不总是以图4中所示的构型或取向使用。
如图4所示，燃烧器喷头12包括内表面32上的用于从导管20的出口24接收燃料的入口40。入口40经由燃烧器喷头12内的流动通道42与多个排气孔34连通。
在所描绘的实施方案中，导管20至少延伸到入口40，但不延伸到外表面30的最上面的部分38。导管20可以部分地延伸到燃烧器喷头12的主体44中，使得出口24位于燃烧器喷头12的主体44内。然而，还预期出口24位于入口40稍下方的位置。如上所述，当分级燃料离开出口24时，来自混合器14的内部容积18(图1和图3)的燃烧空气将被抽吸到入口40中，与分级燃料混合，通过通道42，并且经由第二排气孔34被注入熔炉中。因此，导管20和燃烧器喷头12的主体44间隔开并且不接触。然而，可以使用其他构型和布置，使得来自混合器14的空气被抽吸到燃烧器喷头12中以与分级燃料混合。例如，尽管未示出，但这些孔应包括在内表面32上，从而将燃烧空气抽吸到主体44内的气室中，该气室也接收分级燃料。
在图4中，入口40包括从内表面32朝向混合器14延伸的一个或多个引导壁46(图1和图3)。引导壁46的主要目的是使导管20居中，并且更具体地，确保第一端22正确定位，该第一端通常相对于燃烧器喷头12的主体44居中。另外，根据形状和大小，引导壁46还可以控制或引导空气以及燃料流入入口40。
因此，通过在燃烧器中利用本发明的预混物衬管10，实现了使用分级燃料燃烧器的益处，同时降低了燃烧器喷头处由于过热而产生焦炭的风险。
本领域普通技术人员应当认识且应当理解，各种其它部件诸如阀、泵、过滤器、冷却器等未在附图中示出，因为据信，它们的具体内容完全在本领域普通技术人员的知识范围内并且它们的描述对于本发明的实施方案的实施或理解并不是必需的。
上述管线、导管、单元、设备、容器、周围环境、区或类似物中的任一者可配备一个或多个监测部件，包括传感器、测量设备、数据捕获设备或数据传输设备。信号、方法或状态测量以及来自监测部件的数据可用于监测方法设备中、周围和与其有关的条件。由监测部件生成或记录的信号、测量和/或数据可通过一个或多个网络或连接收集、处理和/或传输，该网络或连接可以是私有或公共的，通用的或专用的，直接的或间接的，有线的或无线的，加密的或未加密的，和/或它们的组合；本说明书并非旨在在这方面进行限制。
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具体的实施方案
虽然结合具体的实施方案描述了以下内容，但应当理解，该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。
本发明的第一实施方案是一种用于分级燃料燃烧器的衬管，该衬管包括混合器，该混合器具有内部容积；燃烧器喷头，该燃烧器喷头包括具有面向混合器的内部容积的内表面和与该内表面相对的外表面的主体，该燃烧器喷头的外表面包括第一多个排气孔，其中该第一多个排气孔中的排气孔与混合器的内部容积连通；以及导管，该导管在混合器内朝向燃烧器喷头延伸，该导管在具有出口的第一端终止，该出口与该燃烧器喷头间隔开以便从该混合器中抽取气体来与从该出口进入该燃烧器喷头的燃料混合。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该导管包括与出口间隔开并且被构造用于将燃料从该导管提供到混合器的内部容积的至少一个注入孔。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括被构造用于从导管接收燃料的第二多个排气孔。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该第二多个排气孔中的排气孔设置在燃烧器喷头的外表面的最上面的部分上。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该第一多个排气孔中的排气孔设置在燃烧器喷头的外表面的外侧壁上。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该燃烧器喷头包括被构造用于从导管的出口接收燃料的入口。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该燃烧器喷头的入口与设置在该燃烧器喷头的外表面上的第二多个排气孔连通。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该燃烧器喷头的入口包括远离该燃烧器喷头的主体延伸到混合器中的引导壁。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该导管的出口设置在燃烧器喷头的主体内。
本发明的第二实施方案是一种用于冷却燃烧器的燃料导管的方法，该方法包括将燃料注入燃烧器的混合器中；将燃料与混合器内的燃烧空气混合以提供初级燃料/空气混合物；使初级燃料/空气混合物通过燃烧器喷头上的第一多个排气孔进入含有过程流体的熔炉中；在熔炉中燃烧初级燃料/空气混合物以在燃烧器喷头处产生火焰；使分级燃料通过混合器到达燃烧器喷头，同时经由导管将分级燃料与混合器内的初级燃料/空气混合物分离；使分级燃料从导管的一端排放到燃烧器喷头中；使分级燃料通过燃烧器喷头上的第二多个排气孔；在熔炉中燃烧分级燃料以产生火焰；以及，通过从混合器中抽取气体进入具有分级燃料的燃烧器喷头来冷却导管的该端。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该导管包括至少一个注入孔以用于将燃料注入混合器中。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该第二多个排气孔中的排气孔设置在燃烧器喷头的外表面的最上面的部分上。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该第一多个排气孔中的排气孔设置在燃烧器喷头的外表面的外侧壁上。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该导管的该端包括位于燃烧器喷头的主体内的出口。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第二实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该燃烧器喷头的主体包括用于导管的入口，并且其中该入口包括至少一个引导壁。
本发明的第三实施方案是一种用燃烧器加热过程流体的方法，该方法包括将初级燃料注入燃烧器的混合器中；将初级燃料与混合器内的燃烧空气混合以提供初级燃料/空气混合物；使初级燃料/空气混合物通过燃烧器喷头上的第一多个排气孔进入含有过程流体的熔炉中；在熔炉中燃烧初级燃料/空气混合物以在燃烧器喷头处产生火焰，该火焰为过程流体提供热量；使分级燃料通过混合器到达燃烧器喷头，同时在导管中将分级燃料与混合器内的初级燃料/空气混合物分离；将分级燃料从导管朝向燃烧器喷头排放，以便从混合器中抽取气体来与分级燃料混合从而提供分级燃料/空气混合物；使分级燃料/空气混合物通过燃烧器喷头上的第二多个排气孔进入熔炉中；以及燃烧分级燃料以产生火焰。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该导管包括具有出口的一端，其中该分级燃料从导管通过该出口排放。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该燃烧器喷头包括被构造用于接收从出口排放的分级燃料的入口。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该入口包括引导壁。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第三实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中该第二多个排气孔中的排气孔设置在燃烧器喷头的外表面的最上面的部分上，并且其中该第一多个排气孔中的排气孔设置在燃烧器喷头的外表面的外侧壁上。
尽管没有进一步的详细说明，但据信，本领域的技术人员通过使用前面的描述可最大程度利用本发明并且可容易地确定本发明的基本特征而不脱离本发明的实质和范围以作出本发明的各种变化和修改，并且使其适合各种使用和状况。因此，前述优选的具体的实施方案应理解为仅例示性的，而不以无论任何方式限制本公开的其余部分，并且旨在涵盖包括在所附权利要求书的范围内的各种修改和等效布置。
虽然在本发明的前述具体实施方式中已呈现了至少一个示例性实施方案，但是应当理解存在大量的变型形式。还应当理解，一个示例性实施方案或多个示例性实施方案仅是示例，并且不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或构型。相反，前述具体实施方式将为本领域的技术人员提供便利的路线图以实施本发明的示例性实施方案，应当理解，在不脱离如所附权利要求书以及其法律等同形式所阐述的本发明的范围的情况下，可对示例性实施方案中所描述的元件的功能和布置进行各种改变。

Claims (10)

1.一种用于分级燃料燃烧器的衬管(10)，所述衬管(10)包括：
混合器(14)，所述混合器具有内部容积(18)；
燃烧器喷头(12)，所述燃烧器喷头包括具有面向所述混合器(14)的所述内部容积(18)的内表面(32)和与所述内表面(32)相对的外表面(30)的主体(44)，所述燃烧器喷头(12)的所述外表面(30)包括第一多个排气孔(28)，其中所述第一多个排气孔中的所述排气孔(28)与所述混合器(14)的所述内部容积(18)连通；和，
导管(20)，所述导管在所述混合器(14)内朝向所述燃烧器喷头(12)延伸，所述导管(20)在具有出口(24)的第一端(22)终止，所述出口(24)与所述燃烧器喷头(12)间隔开以便从所述混合器(14)中抽取气体来与从所述出口(24)进入所述燃烧器喷头(12)的燃料混合。
2.根据权利要求1所述的衬管(10)，其中所述导管(20)包括至少一个注入孔(26)，所述注入孔与所述出口(24)间隔开并且被构造用于将燃料从所述导管(20)提供到所述混合器(14)的所述内部容积(18)。
3.根据权利要求1所述的衬管(10)，还包括被构造用于从所述导管(20)接收所述燃料的第二多个排气孔(34)。
4.根据权利要求3所述的衬管(10)，其中所述第二多个排气孔中的所述排气孔(34)设置在所述燃烧器喷头(12)的所述外表面(30)的最上面的部分(38)上。
5.根据权利要求4所述的衬管(10)，其中所述第一多个排气孔中的所述排气孔(28)设置在所述燃烧器喷头(12)的所述外表面(30)的外侧壁(36)上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的衬管(10)，其中所述燃烧器喷头(12)包括被构造用于从所述导管(20)的所述出口(24)接收燃料的入口(40)。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的衬管(10)，其中所述燃烧器喷头(12)包括引导壁(46)，所述引导壁远离所述燃烧器喷头(12)的所述主体(44)延伸到所述混合器(14)中。
8.根据权利要求1至5中任一项所述的衬管(10)，其中所述导管(20)的所述出口(24)设置在所述燃烧器喷头(12)的所述主体(44)内。
9.一种用于冷却燃烧器的燃料导管(20)的方法，所述方法包括：
将燃料注入所述燃烧器的混合器(14)中；
将所述燃料与所述混合器(14)内的燃烧空气混合以提供初级燃料/空气混合物；
使所述初级燃料/空气混合物通过燃烧器喷头(12)上的第一多个排气孔(28)进入含有过程流体的熔炉中；
在所述熔炉中燃烧所述初级燃料/空气混合物以在所述燃烧器喷头(12)处产生火焰；
使分级燃料通过所述混合器(14)到达所述燃烧器喷头(12)，同时经由所述导管(20)将所述分级燃料与所述混合器(14)内的所述初级燃料/空气混合物分离；
使所述分级燃料从所述导管(20)的一端排放到所述燃烧器喷头(12)中；
使所述分级燃料通过所述燃烧器喷头(12)上的第二多个排气孔(34)；
在所述熔炉中燃烧所述分级燃料以产生所述火焰；以及，
通过从所述混合器(14)中抽取气体进入具有所述分级燃料的所述燃烧器喷头(12)来冷却所述导管(20)的所述端。
10.根据权利要求9所述的方法，其中所述导管(20)的所述端包括位于所述燃烧器喷头(12)的主体(44)内的出口(24)。
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