CN114151792B - 一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪及降氮方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪及降氮方法，涉及两级蒸汽喷嘴结构，一级喷嘴位于蒸汽喷管上，二级喷嘴位于蒸汽盖板上，蒸汽喷枪安装在燃烧器上，起到降低燃烧器氮氧化物排放的作用。蒸汽盖板焊接在蒸汽喷管外侧，蒸汽从蒸汽喷管内侧的高压腔，通过一级蒸汽喷嘴进入蒸汽喷管和蒸汽盖板间的低压腔，最终蒸汽低速从蒸汽盖板上的二级喷嘴中喷出。本发明提供的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，减少蒸汽冷凝水流出，减少了冷凝水对燃烧器的腐蚀情况，能够在保证不影响燃烧器火焰稳定的同时，用较少蒸汽量，实现更好降氮效果。

Description

一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪及降氮方法
技术领域
本发明属于裂解炉降氮技术领域，特别涉及一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪及其制备方法。
背景技术
裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪是目前最常用的保证裂解炉烧焦热备工况下氮氧化物排放合格的方法。裂解炉底部燃烧器由风箱、烧嘴砖、燃气喷枪、长明灯组成，通常是风箱安装在裂解炉底板下方，风箱上方放置烧嘴砖，烧嘴砖外形为方形，烧嘴砖还有方形的助燃风通道，助燃风从风箱经过烧嘴砖的助燃风通道从下向上进入炉膛，烧嘴砖上平面高出炉底保温层，燃气喷枪安装在风箱上，有多根燃气枪，穿过烧嘴砖进入炉膛，燃气枪喷头略高于烧嘴砖上平面，长明灯从下向上安装在风箱上，长明灯稳焰筒布置在烧嘴砖的燃助燃风通道内，降氮蒸汽喷枪安装在风箱上，通常的降氮蒸汽喷枪设计成喷头端头布置喷孔或喷管沿轴线打孔的结构，蒸汽枪喷头或喷管布置在风箱内。但采用简单的蒸汽喷头或蒸汽喷管方案，往往效果不好，经常出现火焰不稳定，有冷凝水出现等情况，严重影响裂解炉燃烧器的正常工作，且长时间存在冷凝水，会加速燃烧器的腐蚀情况，减少燃烧器的使用寿命。
发明内容
为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪及其制备方法，涉及两级喷嘴结构，不需增加其他设备，利用降氮蒸汽喷枪，将高压高速的蒸汽变为低压低速的蒸汽进入燃烧器；在保证不影响燃烧器火焰稳定的同时，用较少蒸汽量，实现更好降氮效果；减少蒸汽冷凝水流出，减少了冷凝水对燃烧器的腐蚀情况，不影响燃烧器的正常使用，从而完成本发明。
本发明提供的技术方案如下：
第一方面，一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，包括蒸汽枪喷管、蒸汽枪盖板、蒸汽枪堵盖和蒸汽通入管道；所述蒸汽枪喷管上加工有蒸汽枪喷管一级喷嘴，所述蒸汽枪盖板为安装在蒸汽枪喷管上的长条盒形壳体结构，罩扣蒸汽枪喷管一级喷嘴，蒸汽枪盖板上加工有蒸汽枪盖板二级喷嘴，与蒸汽枪喷管形成两级蒸汽喷嘴结构；蒸汽枪喷管内部为蒸汽高压腔，蒸汽枪喷管一级喷嘴的总喷孔面积远小于蒸汽枪盖板二级喷嘴的总喷孔面积，使蒸汽枪喷管与蒸汽枪盖板之间形成蒸汽低压腔；
所述蒸汽枪喷管与蒸汽通入管道连通，蒸汽枪堵盖填堵蒸汽枪喷管的端口，蒸汽自蒸汽通入管道进入蒸汽枪喷管内侧的蒸汽高压腔中，通过蒸汽枪喷管一级喷嘴进入蒸汽枪喷管和蒸汽枪盖板间的蒸汽低压腔，最终蒸汽以与燃烧器风速相当的速度自蒸汽枪盖板上的蒸汽枪盖板二级喷嘴中喷出。
进一步地，所述蒸汽枪喷管的内径截面面积大于全部蒸汽枪喷管一级喷嘴的总喷孔面积。
进一步地，所述蒸汽枪喷管和蒸汽枪盖板为长条形，用于与燃烧器通道截面相匹配。
进一步地，所述蒸汽枪喷管上沿长度方向加工有至少一排蒸汽枪喷管一级喷嘴；所述蒸汽枪盖板上沿长度方向加工至少一排蒸汽枪盖板二级喷嘴。
进一步地，所述蒸汽通入管道包括蒸汽枪进气管和弯头，弯头连接蒸汽枪进气管和蒸汽枪喷管，弯头的弯曲角度满足使蒸汽枪喷管1竖直向上进入风箱后，蒸汽枪喷管水平布置于燃烧器风箱内部，位于烧嘴砖助燃风通道下方。
进一步地，所述蒸汽枪进气管的管壁上安装有蒸汽枪安装板，作为降氮蒸汽喷枪与燃烧器的安装连接件。蒸汽枪进气管的端部安装法兰或管接头，用于连接蒸汽输送管道。
进一步地，蒸汽通入管道为单通道进气形式或多通道进气形式。
第二方面，一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪的降氮方法，包括如下步骤：
蒸汽自蒸汽通入管道进入蒸汽枪喷管内侧的蒸汽高压腔中，通过蒸汽枪喷管一级喷嘴后降压进入蒸汽枪喷管和蒸汽枪盖板间的蒸汽低压腔，再次降压后以与燃烧器风速相当的速度自蒸汽枪盖板上的蒸汽枪盖板二级喷嘴中喷出，与裂解炉燃烧器中的助燃风混合。
进一步地，该降氮方法还包括：调整蒸汽枪喷管一级喷嘴和蒸汽枪盖板二级喷嘴的分布、孔径或角度，使燃烧器中长明灯位置处蒸汽浓度低于燃烧器着火区域的蒸汽浓度。
根据本发明提供的一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪及降氮方法，具有以下有益效果：
本发明提供的一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，涉及两级蒸汽喷嘴结构，蒸汽枪喷管上一级喷嘴和蒸汽枪盖板上的二级喷嘴开孔设计，能够很容易做到将蒸汽均匀分布到空气中，避免出现过多蒸汽喷射到风箱内壁造成蒸汽冷凝流水得情况；经过两级喷嘴后的蒸汽，压力和流速与助燃风的压力和流速相当，使得蒸汽能够均匀分布在助燃风中，将蒸汽更多的分布到燃烧器燃气火焰区域，这样就可以实现用较少的蒸汽就可降低氮氧化物排放的效果。同时，较少的蒸汽量对燃烧器的火焰的稳定性影响较小，满足炉膛内的热负荷需求，进而能保证裂解炉的正常稳定低氮运行。进一步地，通过改变蒸汽枪喷管上一级喷嘴和蒸汽枪盖板上的二级喷嘴开孔设计(设计包括孔径、分布和角度)，可以实现蒸汽在燃烧器风口内的各种分布，如降低长明灯位置蒸汽浓度，增加燃烧器着火区域的蒸汽浓度等。
附图说明
图1为降氮蒸汽喷枪的平面图；
图2为图1的A-A剖面图；
图3为降氮蒸汽喷枪的立体图；
图4为蒸汽枪喷管的结构图；
图5为蒸汽枪盖板的结构图；
图6为降氮蒸汽喷枪在燃烧器上的安装示意图(俯视图)；
图7为降氮蒸汽喷枪在燃烧器上的安装示意图(立面剖面图)。
附图标号说明
1-蒸汽枪喷管，2-蒸汽枪盖板，3-蒸汽枪堵盖，4-蒸汽枪安装板，5-蒸汽枪进气管，6-法兰，7-弯头，8-蒸汽枪喷管一级喷嘴，9-蒸汽枪盖板二级喷嘴，10-蒸汽高压腔，11-蒸汽低压腔。
具体实施方式
下面通过对本发明进行详细说明，本发明的特点和优点将随着这些说明而变得更为清楚、明确。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
当前裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪使用时，经常出现火焰不稳定、有冷凝水出现等情况，这会加速燃烧器的腐蚀，减少燃烧器的使用寿命。本发明人对上述情况的原因进行了分析，发现在化工厂使用的蒸汽，压力较高，蒸汽出喷孔时流速过高(>100m/s)，蒸汽流速远大于风箱内空气流速(<10m/s)，造成蒸汽分配不均匀和蒸汽过早接触风箱内壁，这导致了燃烧器火焰稳定性下降、蒸汽降氮效果变差，同时使蒸汽枪工作时燃烧器底部有冷凝水流出，长时间会造成燃烧器的腐蚀，进而影响燃烧器的使用寿命。经过大量的研究，本发明人对降氮蒸汽喷枪进行了改进，通过将蒸汽在风箱内合理的分布到助燃风中，将蒸汽随风送入炉膛同时减少蒸汽冷凝，用较少的蒸汽实现更好的降氮效果。具体方案如下。
根据本发明的第一方面，提供了一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，安装在燃烧器上，起到降低燃烧器氮氧化物排放的作用，如图6、图7所示；降氮蒸汽喷枪包括蒸汽枪喷管1、蒸汽枪盖板2、蒸汽枪堵盖3和蒸汽通入管道，如图1至图5所示；
所述蒸汽枪喷管1上沿长度方向加工有至少一排蒸汽枪喷管一级喷嘴8，所述蒸汽枪盖板2为安装在蒸汽枪喷管1上的钢板折弯而成的长条盒形壳体结构，罩扣蒸汽枪喷管一级喷嘴8，蒸汽枪盖板2上沿长度方向加工至少一排蒸汽枪盖板二级喷嘴9，与蒸汽枪喷管1形成两级蒸汽喷嘴结构，蒸汽枪喷管1的内径截面面积明显大于全部蒸汽枪喷管一级喷嘴8的总喷孔面积，使蒸汽枪喷管1内形成蒸汽高压腔10，并减小蒸汽枪喷管一级喷嘴8间的流量差异；蒸汽枪喷管一级喷嘴8的总喷孔面积远小于蒸汽枪盖板二级喷嘴9的总喷孔面积，使蒸汽枪喷管1与蒸汽枪盖板2之间形成蒸汽低压腔11，蒸汽高速通过蒸汽枪喷管一级喷嘴8降压后再低速通过蒸汽枪盖板二级喷嘴9，与燃烧器风速相匹配，避免蒸汽撞到风箱内壁造成蒸汽冷凝流水，降低蒸汽降低效果；
所述蒸汽枪喷管1与蒸汽通入管道连通，蒸汽枪堵盖3填堵蒸汽枪喷管1的端口，蒸汽自蒸汽通入管道进入蒸汽枪喷管1内侧的蒸汽高压腔10中，通过蒸汽枪喷管一级喷嘴8进入蒸汽枪喷管1和蒸汽枪盖板2间的蒸汽低压腔11，最终蒸汽低速从蒸汽枪盖板2上的蒸汽枪盖板二级喷嘴9中喷出。
在一种优选的实施方式中，所述蒸汽枪喷管1的内径截面面积与全部蒸汽枪喷管一级喷嘴8的总喷孔面积之比为(3～6)：1；
所述蒸汽枪喷管一级喷嘴8的总喷孔面积与蒸汽枪盖板二级喷嘴9的总喷孔面积之比为(3～6)：1。
在一种优选的实施方式中，所述蒸汽枪喷管1和蒸汽枪盖板2为长条形，用于与燃烧器通道截面相匹配，且方便设计喷孔分布。
进一步地，所述蒸汽枪喷管1和蒸汽枪盖板2的长度与燃烧器通道的长度匹配，通过蒸汽枪喷管一级喷嘴8和蒸汽枪盖板二级喷嘴9的分布、孔径和角度设计，可以实现蒸汽在燃烧器风口内的各种分布，包括降低长明灯位置处蒸汽浓度，增加燃烧器着火区域的蒸汽浓度等，提高蒸汽降氮效果。
在一种优选的实施方式中，所述蒸汽通入管道包括蒸汽枪进气管5和弯头7，弯头7连接蒸汽枪进气管5和蒸汽枪喷管1，弯头7的弯曲角度满足使蒸汽枪喷管1水平布置在燃烧器风箱内部，烧嘴砖助燃风通道下方。底部安装的蒸汽喷枪弯头7可以为90°弯角，对应蒸汽喷枪为L形的单侧进气；对应蒸汽喷枪为T形的中间进气方式，蒸汽喷枪也可以从风箱侧面安装，无弯头成“一”字形。
在一种优选的实施方式中，所述蒸汽枪进气管5的管壁上安装有蒸汽枪安装板4，作为降氮蒸汽喷枪与燃烧器的安装连接件。
在一种优选的实施方式中，所述蒸汽枪进气管5的端部安装法兰6或管接头，用于连接蒸汽输送管道。
根据本发明的第二方面，提供了一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪的降氮方法，包括如下步骤：
蒸汽通过蒸汽通入管道到达蒸汽枪喷管1，在蒸汽枪喷管1上按照需要设计至少一排蒸汽枪喷管一级喷嘴8，形成蒸汽的一级喷嘴结构，蒸汽从喷嘴高速喷出；在蒸汽枪喷管1外设计蒸汽的二级喷嘴结构，该二级喷嘴结构是在一个蒸汽枪盖板2上，蒸汽在蒸汽枪盖板2内实现压力和速递的再次分配，从而降低蒸汽的压力和流速；在蒸汽枪盖板2上根据需要设计至少一排蒸汽枪盖板二级喷嘴9，形成蒸汽的二级喷嘴结构；蒸汽枪盖板2上的二级喷嘴9喷孔面积远大于一级喷嘴8的喷孔面积，这样可以将蒸汽流速从出喷管喷孔的100m/s以上降低到出盖板喷孔的10m/s以内。通过调整设计喷孔分布实现蒸汽在空气中的均匀分布，达到用较少蒸汽量，实现更好降氮效果同时减少蒸汽冷凝流水的目的。
以图1～图5所示降氮蒸汽喷枪，蒸汽枪喷管1上沿长度方向加工有两排蒸汽枪喷管一级喷嘴8，蒸汽枪盖板2为钢板折弯而成的长条盒形壳体结构，安装在蒸汽枪喷管1上并罩扣蒸汽枪喷管一级喷嘴8，蒸汽枪盖板2上沿长度方向加工有两排蒸汽枪盖板二级喷嘴9，与蒸汽枪喷管1形成两级蒸汽喷嘴结构。蒸汽枪喷管1的内径截面面积与全部蒸汽枪喷管一级喷嘴8的总喷孔面积之比为5：1；蒸汽枪喷管一级喷嘴8的总喷孔面积与蒸汽枪盖板二级喷嘴9的总喷孔面积之比为5：1。在蒸汽枪喷管1内是蒸汽高压腔10，在蒸汽枪喷管1和蒸汽枪盖板2之间形成蒸汽低压腔11。降氮蒸汽喷枪安装至燃烧器风箱上，蒸汽枪喷管布置在风箱内，烧嘴砖助燃风通道下方，使实施降氮处理，将蒸汽流速从出喷管喷孔的100m/s以上降低到出盖板喷孔的10m/s以内。我单位对中原乙烯6台裂解炉进行过两次低氮氧改造，2017年5月～9月第一次改造采用简单的蒸汽枪结构，蒸汽枪用喷管均匀开孔，喷管纵向布置，裂解炉在烧焦工况使用蒸汽喷枪可将氮氧化物排放控制在90-100mg/m3水平，2021年3月～6月第二次改造采用本发明结构，喷管水平布置，喷管设计两级喷孔，裂解炉在烧焦工况使用蒸汽喷枪可将氮氧化物排放控制在70-80mg/m3水平，说明本发明提供的蒸汽喷枪结构降氮蒸汽喷枪的效果明显优于简单结构的蒸汽喷枪。
以上结合具体实施方式和范例性实例对本发明进行了详细说明，不过这些说明并不能理解为对本发明的限制。本领域技术人员理解，在不偏离本发明精神和范围的情况下，可以对本发明技术方案及其实施方式进行多种等价替换、修饰或改进，这些均落入本发明的范围内。本发明的保护范围以所附权利要求为准。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，其特征在于，包括蒸汽枪喷管（1）、蒸汽枪盖板（2）、蒸汽枪堵盖（3）和蒸汽通入管道；所述蒸汽枪喷管（1）上加工有蒸汽枪喷管一级喷嘴（8），所述蒸汽枪盖板（2）为安装在蒸汽枪喷管（1）上的长条盒形壳体结构，罩扣蒸汽枪喷管一级喷嘴（8），蒸汽枪盖板（2）上加工有蒸汽枪盖板二级喷嘴（9），与蒸汽枪喷管（1）形成两级蒸汽喷嘴结构；蒸汽枪喷管（1）内部为蒸汽高压腔（10），蒸汽枪喷管一级喷嘴（8）的总喷孔面积远小于蒸汽枪盖板二级喷嘴（9）的总喷孔面积，使蒸汽枪喷管（1）与蒸汽枪盖板（2）之间形成蒸汽低压腔（11）；
所述蒸汽枪喷管（1）与蒸汽通入管道连通，蒸汽枪堵盖（3）填堵蒸汽枪喷管（1）的端口，蒸汽自蒸汽通入管道进入蒸汽枪喷管（1）内侧的蒸汽高压腔（10）中，通过蒸汽枪喷管一级喷嘴（8）进入蒸汽枪喷管（1）和蒸汽枪盖板（2）间的蒸汽低压腔（11），最终蒸汽以与燃烧器风速相当的速度自蒸汽枪盖板（2）上的蒸汽枪盖板二级喷嘴（9）中喷出。
2.根据权利要求1所述的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，其特征在于，所述蒸汽枪喷管（1）的内径截面面积大于全部蒸汽枪喷管一级喷嘴（8）的总喷孔面积。
3.根据权利要求1所述的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，其特征在于，所述蒸汽枪喷管（1）和蒸汽枪盖板（2）为长条形，用于与燃烧器通道截面相匹配。
4.根据权利要求3所述的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，其特征在于，所述蒸汽枪喷管（1）上沿长度方向加工有至少一排蒸汽枪喷管一级喷嘴（8）；
所述蒸汽枪盖板（2）上沿长度方向加工至少一排蒸汽枪盖板二级喷嘴（9）。
5.根据权利要求1所述的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，其特征在于，所述蒸汽通入管道包括蒸汽枪进气管（5）和弯头（7），弯头（7）连接蒸汽枪进气管（5）和蒸汽枪喷管（1），弯头（7）的弯曲角度满足使蒸汽枪喷管（1）竖直向上进入风箱后，蒸汽枪喷管（1）水平布置于燃烧器风箱内部，位于烧嘴砖助燃风通道下方。
6.根据权利要求5所述的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，其特征在于，所述蒸汽枪进气管（5）的管壁上安装有蒸汽枪安装板（4），作为降氮蒸汽喷枪与燃烧器的安装连接件。
7.根据权利要求5所述的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，其特征在于，所述蒸汽枪进气管（5）的端部安装法兰（6）或管接头，用于连接蒸汽输送管道。
8.根据权利要求1所述的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪，其特征在于，蒸汽通入管道为单通道进气形式或多通道进气形式。
9.一种权利要求1至8之一所述的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪的降氮方法，其特征在于，包括如下步骤：
蒸汽自蒸汽通入管道进入蒸汽枪喷管（1）内侧的蒸汽高压腔（10）中，通过蒸汽枪喷管一级喷嘴（8）后降压进入蒸汽枪喷管（1）和蒸汽枪盖板（2）间的蒸汽低压腔（11），再次降压后以与燃烧器风速相当的速度自蒸汽枪盖板（2）上的蒸汽枪盖板二级喷嘴（9）中喷出，与裂解炉燃烧器中的助燃风混合。
10.根据权利要求9所述的裂解炉燃烧器用降氮蒸汽喷枪的降氮方法，其特征在于，该降氮方法还包括：调整蒸汽枪喷管一级喷嘴（8）和蒸汽枪盖板二级喷嘴（9）的分布、孔径或角度，使燃烧器中长明灯位置处蒸汽浓度低于燃烧器着火区域的蒸汽浓度。
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