CN201069161Y - 一种长火焰低氮氧化物排放的气体燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种长火焰低氮氧化物排放的气体燃烧器，主要由消音罩(1)、风道(2)、调风挡板(3)、风箱(4)、折流板(5)、一级燃烧器(6)、二级燃烧器(7)、烧嘴砖(8)、长明灯(9)组成，其特征在于烧嘴砖(8)置于炉子底部，内部空心处为空气流道，在其入口段(10)是一个横截面积不变的平直流道，出口段(11)的横截面积逐渐变小形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度β；烧嘴砖(8)空气流道的入口段(10)靠近内壁处设置有一级燃烧器(6)，一级燃料喷孔(16)向内倾斜，角度α与β相同，二级燃料喷头(18)上有二级燃料喷孔(19)和三级燃料喷孔(20)。该气体燃烧器，特别适合在裂解炉内作为底部燃烧器使用，可形成扁平长火焰，实现大能力燃烧和超低NOx排放。

Description

一种长火焰低氮氧化物排放的气体燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种长火焰低氮氧化物排放的气体燃烧器，特别是一种以燃料气为燃料的大能力、扁平长火焰、超低NOx气体燃烧器，特别适用于乙烯裂解炉上。

背景技术

燃料气与空气混合后进行燃烧，空气中的氧气与燃料气中的碳氢化合物进行燃烧反应并放出大量的热。但是在高温、氧过剩的条件下燃烧时，空气中的氮气将和空气中的氧气发生反应生成NOx。众所周知，在其它条件相同的情况下，NOx的生成量随着燃烧温度的升高而增大。NOx是对环境有危害的物质，通常认为NOx的排放与臭氧的减少及其他环境问题有关。

在NOx排放对环境的影响日益得到人们关心之前，通常所有类型的火焰加热炉都采用单级燃烧器，同目前使用的低NOx燃烧器相比，这种简单的单级燃烧器会产生很高水平的NOx排放，无法满足当前环保标准和规章的要求。为了减少NOx排放，就需要设计出低NOx燃烧器。

目前使用的低NOx燃烧器主要有两种。一种是分级空气燃烧器。分级空气燃烧器使助燃空气分流以建立贫氧的第一燃烧区，从而减少NOx的形成，在第二燃烧区将剩余部分的空气引入，从而完成整个燃烧过程。另一种类型的低NOx燃烧器是分级燃料燃烧器，助燃空气一次全部引入第一燃烧区，但在第一燃烧区只有部分燃料被燃烧，剩余的燃料被分别引入到第二燃烧区和第三燃烧区，利用第一或第二燃烧区过剩的氧进行燃烧。在这种燃烧器中，第一和第二燃烧区过剩的空气稀释了燃料，燃烧温度较低，从而减少了NOx的形成。

其它一些降低NOx的方法和装置是把炉内烟气再循环，以此降低燃烧温度，从而减少NOx的形成。

前期的技术和燃烧装置在降低NOx含量方面取得了不同程度的成功，但是在燃烧器上还有一些需要改进，特别是针对乙烯裂解炉用底部燃烧器而言，除了环保要求以外，还对底部燃烧器的火焰形状、火焰长度、火焰的刚性以及热流密度分布等诸多因素有很苛刻的要求，随着裂解炉的大型化，为了降低建设和维护成本，对底部燃烧器的供热能力和调节比又提出了严格要求。

采用燃料/空气的混合物在多个燃烧区内的分级燃烧，虽然可以减少NOx的形成，但增加了燃烧器运行的不可靠性和不稳定性。对乙烯裂解炉而言，燃烧系统的问题一如火焰形状、火焰长度、火焰的刚性以及热流密度分布的不合理，往往是致命的，它会造成炉管严重弯曲变形、炉子运转周期缩短、炉管寿命缩短等严重问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种长火焰低氮氧化物排放的气体燃烧器，特别是用于乙烯裂解炉的大能力、长火焰、超低NOx气体燃烧器，它不仅可以满足环保要求，而且可以获得良好的底部燃烧器火焰形状、火焰长度、火焰刚性以及热流密度分布，特别适用于乙烯裂解炉上。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种长火焰低氮氧化物排放的气体燃烧器，主要由消音罩1、风道2、调风挡板3、风箱4、折流板5、一级燃烧器6、二级燃烧器7、烧嘴砖8、长明灯9组成，其特征在于烧嘴砖8置于炉子底部，内部空心处为空气流道，在其入口段10是一个横截面积不变的平直流道，出口段11的横截面积逐渐变小形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度β；烧嘴砖8空气流道的入口段10靠近内壁处设置有一级燃烧器6，内壁与外壁之间还设有孔道12，孔道12内置有二级燃烧器7，烧嘴砖一侧靠近炉子侧墙内壁面13；一级燃烧器6由一级燃料进气管14、一级燃料喷头15组成，一级燃料喷孔16向内倾斜，角度α与β相同，即一级燃烧喷孔16的方向与空气流道出口段11的内壁面平行；二级燃烧器7由二级燃料进气管17、二级燃料喷头18组成，二级燃料喷头18上有二级燃料喷孔19和三级燃料喷孔20，在放置二级燃烧器7的孔道12出口处为一大于孔道截面的凹槽21，凹槽21内置有二级燃料喷头18；助燃空气通过风道2和调风挡板3进入风箱4，然后依次进入烧嘴砖的入口段10、出口段11，最后进入炉膛内。

本实用新型长火焰低氮氧化物排放的气体燃烧器采用分级燃料燃烧技术，一级燃料进入一级燃料进气管，经由一级燃料喷头，从一级燃料喷孔以自由射流方式喷入空气流道出口段11进入炉膛，形成第一燃烧区；二级和三级燃料进入二级燃料进气管，经由二级燃料喷头，从二级燃料喷孔和三级燃料喷孔喷入炉膛，在第一燃烧区外侧分别形成第二燃烧区和第三燃烧区。助燃空气通过风道和调风挡板进入风箱，然后依次进入烧嘴砖的入口段平直流道和出口段收缩流道，最后进入炉膛，全部引入第一燃烧区，燃料和助燃空气在炉膛内进行分级扩散混合燃烧。

本实用新型气体燃烧器烧嘴砖的空气入口段是一个横截面不变，最好横截面为矩形或者正方形的长方体空气流道，此流道的长边平行于炉子侧墙。烧嘴砖出口段是一个流道逐渐收缩，且长宽比逐渐变大的空气收缩流道，因此烧嘴砖的空气出口是一个相对于空气入口长宽比更大的矩形截面。在空气收缩流道内，助燃空气被不断增速，以便与扁平长火焰相适应，烧嘴砖的出口段与炉膛相连。

烧嘴砖安装在炉子底部，并靠近炉子侧墙的内壁面，燃烧火焰由于壁面效应而贴近炉墙内壁面，并顺着炉墙内壁面流动和燃烧，因此在炉墙内壁面产生一个较均匀的热流分布。

更具体地举例，一级燃料喷头分别靠近矩形截面的两个长边，一级燃料喷孔呈“一”字型直线排列，喷孔的排列方向与炉墙内壁面的方向一致，一级燃料喷孔的喷出角度α与烧嘴砖出口段空气收缩流道向内逐渐收缩的角度β相等。烧嘴砖8的出口段11两侧斜壁面与水平面的夹角β最好为45°～60°；最好有2～4个一级燃烧器6。烧嘴砖8最好采用带丝网加固的高铝质免烧砖或烧制砖。

在置有二级燃烧器7的孔道12出口处，最好各有2～4个凹槽，在每一个凹槽处设置有一个二级燃料喷头，在二级燃料喷头上开有二级燃料喷孔和三级燃料喷孔，二级燃料和三级燃料分别在二级和三级燃烧区内燃烧，由于燃料分级燃烧，燃烧时火焰峰值温度就会降低，从而降低了NOx的排放。二级燃料喷头18和烧嘴砖8的孔道12之间留有10～15mm的间隙；二级燃料喷孔19与水平面的夹角最好为60°～70°；三级燃料喷孔20与水平面的夹角最好为75°～90°。最好有4～8个二级燃烧器7。

本实用新型气体燃烧器中消音罩1可以填充有消音棉，通过长螺栓和连接法兰与风道2连接。

本实用新型气体燃烧器中风道2，内部可衬有消音棉，与风箱4采用法兰连接或焊接；风道2内部设有调风挡板3。

本实用新型气体燃烧器中风箱4，内部衬有消音棉，通过法兰与炉底螺栓相连，风箱4内设有折流板5；折流板5的长度可以是可调节的。

在使用本实用新型时，最好采用计算流体动力学(CFD)方法进行烧嘴砖空气流道的设计；采用计算流体动力学(CFD)方法确定一级燃料喷孔、二级燃料喷孔、三级燃料喷孔的数量、布置和方位，从而获得令人满意的火焰形状和热流分布。一级燃烧器6的燃烧负荷最好占总燃料的10％～35％；带有二级燃料喷孔19和三级燃料喷孔20的二级燃烧器7的燃烧负荷最好占总燃料的90％～65％。

本实用新型的气体燃烧器在裂解炉上采用，可形成扁平长火焰，实现大能力燃烧和超低NOx排放。

本实用新型提供了一个用于乙烯裂解炉的大能力、长火焰、超低NOx燃烧器，其NOx排放量低于35ppmvd，与目前裂解炉用低NOx燃烧器相比，能力更大、热流分布更加合理、操作更加稳定；而且，本发明的燃烧器在维护和控制上更加简单，调节比可达8∶1，允许裂解炉的操作者在优化和稳定的热通量特性下操作，特别适用于乙烯裂解炉上。

本实用新型的其它和更深一步的目标、特征和优点通过下面的具体实施方式和附图中进行进一步描述。

附图说明

图1是本实用新型燃烧器的主剖视图(带炉墙)。

图2是本实用新型燃烧器的俯视图(带炉墙)。

图3是本实用新型燃烧器烧嘴砖的主剖视图。

图4是本实用新型燃烧器烧嘴砖的俯视图。

具体实施方式

图1所示是一种应用本实用新型的用于乙烯裂解炉的大能力、长火焰、超低NOx燃烧器，主要由消音罩1、风道2、调风挡板3、风箱4、折流板5、一级燃烧器6、二级燃烧器7、烧嘴砖8、长明灯9组成。它仅是本实用新型的一种形式，本实用新型并不仅限于此。

参阅图1，一级燃烧器6由一级燃料进气管14和一级燃料喷头15组成。一级燃料进入一级燃料进气管14，经由一级燃料喷头15，从一级燃料喷孔16喷出，进入炉膛。

参阅图1，二级燃烧器7由二级燃料进气管17和二级燃料喷头18组成。二级和三级燃料进入二级燃料进气管17，经由二级燃料喷头18，从二级燃料喷孔19和三级燃料喷孔20喷出，进入炉膛。

参阅图1、图3，助燃空气通过风道2和调风挡板3，进入风箱4，然后依次进入烧嘴砖8的入口段10和出口段11，最后进入炉膛，燃料和助燃空气在炉膛内进行分级扩散混合燃烧。

参阅图3、图4，此实用新型燃烧器烧嘴砖8的空气入口段10是一个横截面不变、并且为矩形或者正方形的长方体流道。空气出口段11与炉墙内壁面13平行的方向逐渐收缩，形成一个横截面为矩形，且长宽比逐渐变大的收缩流道，使流道逐渐变扁，助燃空气不断增速，因此烧嘴砖8的空气出口段11是一个相对于空气入口段10长宽比更大的矩形截面，以便与扁平长火焰相适应。

参阅图1，烧嘴砖安装在炉子底部，并靠近炉子侧墙的内壁面13，燃烧火焰由于壁面效应而贴近炉墙内壁面13，并顺着炉墙内壁面13向上流动和燃烧。

参阅图1、图2、图3，一级燃料喷头15放置在烧嘴砖8的空气流道内，分别靠近矩形截面的两个长边，一级燃料喷孔16呈“一”字型直线排列，喷孔的排列方向与炉墙内壁面13的方向一致，一级燃料喷孔16的喷出角度α与烧嘴砖出口段11向内逐渐收缩的角度β相等。

参阅图2、图4，在置有二级燃烧器7的孔道12出口处，各有2～4个凹槽21，在每一个凹槽21处有一个二级燃料喷头18；烧嘴砖8上的凹槽21决定了二级燃料喷头18的位置。

图1、图2中的一级燃料喷孔16、二级燃料喷孔19和三级燃料喷孔20的设计、布置、数量和方位采用计算流体动力学(CFD)方法进行设计。

图1、图3中烧嘴砖(8)的空气流道(入口段、出口段)的设计采用计算流体动力学(CFD)方法进行。

Claims (16)

1.一种长火焰低氮氧化物排放的气体燃烧器，主要由消音罩(1)、风道(2)、调风挡板(3)、风箱(4)、折流板(5)、一级燃烧器(6)、二级燃烧器(7)、烧嘴砖(8)、长明灯(9)组成，其特征在于烧嘴砖(8)置于炉子底部，内部空心处为空气流道，在其入口段(10)是一个横截面积不变的平直流道，出口段(11)的横截面积逐渐变小形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度β；烧嘴砖(8)空气流道的入口段(10)靠近内壁处设置有一级燃烧器(6)，内壁与外壁之间还设有孔道(12)，孔道(12)内置有二级燃烧器(7)，烧嘴砖一侧靠近炉子侧墙内壁面(13)；一级燃烧器(6)由一级燃料进气管(14)、一级燃料喷头(15)组成，一级燃料喷孔(16)向内倾斜，角度α与β相同，即一级燃烧喷孔(16)的方向与空气流道出口段(11)的内壁面平行；二级燃烧器(7)由二级燃料进气管(17)、二级燃料喷头(18)组成，二级燃料喷头(18)上有二级燃料喷孔(19)和三级燃料喷孔(20)，在放置二级燃烧器(7)的孔道(12)出口处为一大于孔道截面的凹槽(21)，凹槽(21)内置有二级燃料喷头(18)；助燃空气通过风道(2)和调风挡板(3)进入风箱(4)，然后依次进入烧嘴砖的入口段(10)、出口段(11)，最后进入炉膛内。

2.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于烧嘴砖(8)的空气流道入口段(10)是一个横截面为矩形或者正方形的长方体空气流道，此流道的长边平行于炉子侧墙；烧嘴砖出口段(11)是一个流道逐渐收缩，且长宽比逐渐变大的空气收缩流道。

3.根据权利要求2所述的气体燃烧器，其特征在于一级燃料喷头分别靠近矩形截面的两个长边，一级燃料喷孔呈“一”字型直线排列，喷孔的排列方向与炉墙内壁面的方向一致。

4.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于消音罩(1)填充有消音棉，通过长螺栓和连接法兰与风道(2)连接。

5.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于风道(2)内部衬有消音棉，与风箱(4)采用法兰连接或焊接；风道(2)内部设有调风挡板(3)。

6.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于风箱(4)，内部衬有消音棉，通过法兰与炉底螺栓相连，风箱(4)内设有折流板(5)。

7.根据权利要求6所述的气体燃烧器，其特征在于折流板(5)的长度是可调节的。

8.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于在置有二级燃烧器(7)的孔道(12)出口处，各有2～4个凹槽，在每一个凹槽处设置有一个二级燃料喷头，在二级燃料喷头上开有二级燃料喷孔和三级燃料喷孔。

9.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于烧嘴砖(8)的出口段(11)两侧斜壁面与水平面的夹角β为45°～60°。

10.根据权利要求1所述的的气体燃烧器，其特征在于二级燃料喷孔(19)与水平面的夹角为60°～70°。

11.根据权利要求1所述的的气体燃烧器，其特征在于三级燃料喷孔(20)与水平面的夹角为75°～90°。

12.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于共有2～4个一级燃烧器(6)。

13.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于共有4～8个二级燃烧器(7)。

14.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于二级燃料喷头(18)和烧嘴砖(8)的孔道(12)之间留有10～15mm的间隙。

15.根据权利要求1所述的气体燃烧器，其特征在于烧嘴砖(8)采用带丝网加固的高铝质免烧砖或烧制砖。

16.根据权利要求1所述的一种新型的气体燃烧器，其特征在于一级燃烧器(6)的燃烧负荷占总燃料的10％～35％；带有二级燃料喷孔(19)和三级燃料喷孔(20)的二级燃烧器(7)的燃烧负荷占总燃料的90％～65％。

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