CN114198746A - 一种非预混火焰消烟的精确配风方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种非预混火焰消烟的精确配风方法，包括如下步骤：将空气喷嘴喷出的空气射流与燃料气喷嘴喷出的燃料气射流在燃料气射流燃烧未充分发展之前进行混合，混合位置的特征是两路射流中心线的交点在燃料气射流核心区的尾部区域；其中，所述空气射流用于提供消除燃烧过程中黑烟前驱体产生所需的缺氧/无氧环境，燃料气燃烧、燃尽所需的其他空气由对流夹带周边空气获得。本发明提出的“精确配风”方法，在火焰碳烟前驱体未大量产生时，破坏火焰中前驱体产生的必要缺氧环境，减少、抑制碳烟前驱体的产生，进而达到了减少助燃空气消耗、提升助燃效率的目的。
Description
技术领域
本发明属于热能工程技术领域，特别涉及一种非预混火焰消烟的精确配风方法。
背景技术
在工业火炬领域，针对非预混火焰的助燃消烟技术广泛应用，助燃介质多采用蒸汽，其原理是利用蒸汽高速喷出引射周边空气参与燃烧，进而消除黑烟。当助燃介质为空气时，多采用轴流风机或离心风机，将低压空气(2～7kPa)作为助燃介质，送至燃烧区域参与燃烧。低压空气助燃结构多采用夹套结构，燃烧器在内，空气在外部夹套结构中，由此带来的问题是，低压空气难以与燃料及时充分的混合，同时，由于结构的限制，燃烧所需的大部分空气均由夹套内的空气提供，未能有效利用周边环境空气，这种“大水漫灌”式的配风方法，导致了助燃空气的浪费，进而导致了公用工程的极大浪费。当前的技术趋势是，利用更少的助燃介质完成消除黑烟(烟气林格曼黑度≤I级)的工作。传统的助燃方法不能满足当前技术趋势的要求。
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，提供了一种非预混火焰消烟的精确配风方法，克服现有技术的不足，提出“精确配风”方法，在火焰碳烟前驱体未大量产生时，破坏火焰中前驱体产生的必要缺氧环境，减少、抑制碳烟前驱体的产生，进而达到减少助燃空气消耗、提升助燃效率的目的，从而完成本发明。
本发明提供的技术方案如下：
一种非预混火焰消烟的精确配风方法，包括如下步骤：将空气喷嘴喷出的空气射流与燃料气喷嘴喷出的燃料气射流在燃料气射流燃烧未充分发展之前进行混合，混合位置的特征是两路射流中心线的交点在燃料气射流核心区的尾部区域；其中，所述空气射流用于提供消除燃烧过程中黑烟前驱体产生所需的缺氧/无氧环境，燃料气燃烧、燃尽所需的其他空气由对流夹带周边空气获得。
根据本发明提供的一种非预混火焰消烟的精确配风方法，具有以下有益效果：
(1)本发明提供的一种非预混火焰消烟的精确配风方法，可以有效降低助燃空气消耗量，提升助燃效率，能够将C2～C3烯烃类助燃空气量降低至当量空气量的10％以内；
(2)本发明提供的一种非预混火焰消烟的精确配风方法，在低压空气助燃重烃类、炔烃类组分的火炬气时同样具备较高效率，突破了行业内一般不对重烃类、炔烃类采用低压空气助燃的技术瓶颈。
附图说明
图1为本发明提供的一种非预混火焰消烟的精确配风方法示意图；
图2为燃料气喷嘴与空气喷嘴的形式及其排布方式；
图3为燃料气喷嘴与空气喷嘴的形式及其排布方式；
图4为燃料气喷嘴与空气喷嘴的形式及其排布方式；
图5为燃料气喷嘴与空气喷嘴的形式及其排布方式。
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。
针对传统的助燃风给入方式以低效率的“大水漫灌”方式为主，导致助燃空气的浪费，进而导致公用工程极大浪费、助燃效率低的问题，本发明人提出了“精确配风”的思路，用于有效降低助燃空气消耗量，达到节约公用工程的目的。碳烟的形成，可以分为自由基产生、PAHs形成、碳烟成核、碳烟颗粒生长及团聚、表面氧化等过程。首先，火炬气中的碳氢化合物在高温火焰作用下热解形成小分子自由基；小分子自由基进而通过环化反应形成初始芳香环，并生成PAHs分子；随后，气态前驱物PAHs形成凝聚态碳核，该过程既有PAHs化学聚合过程，也有物理的凝聚与结构形变过程；碳烟颗粒表面通过加成C2H2后进一步聚环生长，然后团聚形成更大一些的碳烟颗粒。现有助燃技术多采用的“后处理”思路，旨在利用助燃空气与已产生并充分生长的碳烟颗粒进行反应，由此达到消除黑烟的目的，这种方式显然是低效率的，对于较大的、已充分生长的碳烟颗粒难以消除。本发明人经过大量研究发现，碳烟前驱体的产生的环境条件主要由缺氧和高温环境两个因素，如果能够及时消除碳烟前驱体的产生环境，使其不产生或少产生碳烟前驱体，是目前技术提升、减少助燃空气消耗、提升助燃效率的关键。本发明提出的“精确配风”方法，在火焰碳烟前驱体未大量产生时，破坏火焰中前驱体产生的必要缺氧环境，减少、抑制碳烟前驱体的产生，进而达到减少助燃空气消耗、提升助燃效率的目的。
本发明方案具体阐述如下。
本发明提供了一种非预混火焰消烟的精确配风方法，包括如下步骤：将空气喷嘴喷出的空气射流与燃料气喷嘴喷出的燃料气射流在燃料气射流燃烧未充分发展之前进行混合，混合位置的特征是两路射流中心线的交点在燃料气射流核心区的尾部区域。
在一种优选的实施方式中，所述空气射流用于提供消除燃烧过程中黑烟前驱体产生所需的缺氧/无氧环境，燃料气燃烧、燃尽所需的其他空气由对流夹带周边空气获得。
进一步地，所述空气射流的压力≤80KpaG，为低压空气射流。
在一种优选的实施方式中，所述燃料气射流核心区的尾部区域与燃料气喷嘴的距离L＝8～9D，其中D为燃料气喷嘴的直径；所述空气射流与燃料气射流的夹角为10°～45°，优选夹角为15°。
进一步地，所述燃料气喷嘴的直径D优选为1～15mm，如燃料气所需喷嘴直径较大，需要分为满足上述燃料气喷嘴直径的多个小喷嘴实现本精确配风方法，空气射流对所有燃料气射流精确配风。
在一种优选的实施方式中，所述空气喷嘴距离混合交点的距离h＝(0.154V0-2.071)d，其中，V0为喷嘴初始速度，d为空气射流喷嘴直径。
实施例
实施例1
某火炬气组分为丙烯，燃烧器排放量为1.2t/h，采用本精确配风方法，将燃烧器设计为96开孔燃烧器，孔径平均6mm。燃料气射流核心区的尾部区域与燃料气喷嘴的距离L＝8D＝48mm，空气射流与燃料气射流的夹角为15°。空气喷嘴距离混合交点的距离h＝(0.154V0-2.071)d＝94mm，其中，V0为喷嘴初始速度71.6m/s，d为空气射流喷嘴直径10.5mm。经测试，燃烧烟气达到林格曼黑度I级时，消耗助燃空气流量1133.8Nm3/h。对比数据如下表1所示：
表1
| 火炬气流量 | 本方法助燃空气量 | 传统方式所需空气量 | 降低幅度 |
| 1.2t/h | 1133.8Nm<sup>3</sup>/h | 2738Nm<sup>3</sup>/h | 58.6％ |
通过对比可知，本发明较传统助燃方法能够大幅降低助燃空气消耗量。
如实施例1所述的情况，可对燃料气喷嘴的排布、空气喷嘴对排布、空气喷嘴的形式进行灵活设置。排布方式如图2～5所示，可将燃料气喷嘴分为多组喷嘴，喷嘴可以直线排列，可以环向排列，可以由中心向外辐射式排列。与其对应的空气喷嘴，可以是与燃料气喷嘴一一对应的单圆孔结构(图2)、或长条形孔结构(图3)、或加工于环形管路(图4)或长条形管路上的孔序列(图5)，需保证长条形孔开孔面积与圆孔开孔面积一致。
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 (6)
1.一种非预混火焰消烟的精确配风方法，其特征在于，包括如下步骤：
将空气喷嘴喷出的空气射流与燃料气喷嘴喷出的燃料气射流在燃料气射流燃烧未充分发展之前进行混合，混合位置的特征是两路射流中心线的交点在燃料气射流核心区的尾部区域；其中，所述空气射流用于提供消除燃烧过程中黑烟前驱体产生所需的缺氧/无氧环境，燃料气燃烧、燃尽所需的其他空气由对流夹带周边空气获得。
2.根据权利要求1所述的非预混火焰消烟的精确配风方法，其特征在于，所述燃料气射流核心区的尾部区域与燃料气喷嘴的距离L＝8～9D，其中D为燃料气喷嘴的直径。
3.根据权利要求1所述的非预混火焰消烟的精确配风方法，其特征在于，所述燃料气喷嘴的直径D为1～15mm。
4.根据权利要求5所述的非预混火焰消烟的精确配风方法，其特征在于，燃料气所需燃料气喷嘴直径较大时，燃料气喷嘴需要分为满足燃料气喷嘴直径的多个小喷嘴，空气射流对所有燃料气喷嘴产生的燃料气射流配风。
5.根据权利要求1所述的非预混火焰消烟的精确配风方法，其特征在于，所述空气射流与燃料气射流的夹角为10°～45°。
6.根据权利要求1所述的非预混火焰消烟的精确配风方法，其特征在于，所述空气喷嘴距离混合交点的距离h＝(0.154V0-2.071)d，其中，V0为喷嘴初始速度，d为空气射流喷嘴直径。
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