CN202032581U - 高强力混合低氧化氮排放的节能型气体燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型为一种高强力混合低氧化氮排放的节能型气体燃烧器。所述的气喷头(9)为包括气喷头前板(10)、气喷头后板(11)组成的中空圆盘结构，有多个以圆盘中心呈同心圆分布且贯通在气喷头前板(10)和气喷头后板(11)中的圆孔：即在圆盘中心布置的1圈中间圆孔和在圆盘边缘布置的1圈边缘圆孔，以及二者之间的m圈预混合子喷管(13)；所述的每个预混合子喷管(13)中设有轴向呈α角、径向呈β角的复合角的喷孔。本实用新型的燃烧器由于燃烧为多层燃烧的火焰，有效降低烟气中NOX生成量，并由于对尾气再燃烧利用及对送入的高温助燃空气热能的利用，从而只需补烧极少的气体燃料，因此是一种节能效果很好的燃烧器。
Description
技术领域
本实用新型涉及节能燃烧技术与环境保护领域，涉及一种石油化工加热炉设备，更进一步说，涉及一种高强力混合低氧化氮排放的节能型气体燃烧器。
背景技术
进入到上世纪九十年代，炼油、化工、化肥生产的制氢装置加热炉，一段反应炉，开始了对各装置自产的变压吸附(简称PSA)器中的尾气，解析脱附气的再利用，不再将此尾气送入火炬燃烧，再将含有热能的烟气排入大气中。对此大量低压低热值的尾气(已近似于废气)燃烧后的热能一方面加热石化产品，另一方面对换热后的高温烟气与助燃空气换热成400℃±100℃的高温助燃风。现有用于加热炉顶烧装置的高强力混合低氧化氮排放的节能型气体燃烧器，是将此尾气与助燃风和高压燃料气外混混合燃烧。一般均设置高压燃料与低压尾气二条供气系统，为此燃烧器也须设置二套供气与燃烧系统。因此，燃烧器结构和操作较为复杂和麻烦；同时，由于高压燃料或低压尾气燃烧均在燃烧器火盆砖内完成，燃烧后烟气温度较高，故有一定量NOX生成，对环境污染有一定的影响。
如今，人们对高强力混合低氧化氮排放的节能型气体燃烧器追求是要解决了上述存在的问题。既能简化燃烧器结构，降低燃烧器及其系统的操作难度，通过对低压低热值尾气或对低压低热值尾气加补少量的燃料气(如天然气或炼厂瓦斯气)实现内外三层燃烧，降低燃烧火焰温度，又有效地抑制NOX生成量，从而可实现低NOX污染排放。
实用新型内容
针对技术背景所述问题，本实用新型提供一种可以燃烧全部低压低热值的尾气或燃烧全部低压低热值尾气与少量的燃料气(如天然气或炼厂瓦斯气)混合气的燃烧器，来满足加热炉装置对产品产能深度加工所需的热能。该燃烧器可实现对低压力低热值尾气实现高强混合，充分燃烧，并对送入的高温助燃空气的热能加以利用，达到高效节能，低NOX烟气排放的目的。
本实用新型是这样实现的：
1.一种高强力混合低氧化氮排放的节能型气体燃烧器，包括外筒体1、内筒体3、调风器7和包括气喷头接管12和气喷头9组成的气烧嘴5，其特征在于：
所述的气喷头9为包括气喷头前板10、气喷头后板11组成的中空圆盘结构，有多个以圆盘中心呈同心圆分布且贯通在气喷头前板10和气喷头后板11中的圆孔：即在圆盘中心布置的1圈中间圆孔和在圆盘边缘布置的1圈边缘圆孔，以及二者之间的m圈预混合子喷管13；
所述的每个预混合子喷管13中设有轴向呈α角、径向呈β角的复合角的喷孔。
在具体实施中，
所述的预混合子喷管13中喷孔复合角的角度分别为：α＝25°～35°，β＝25°～35°；
所述的中间圆孔、预混合子喷管13和边缘孔的开孔面积比为1∶6∶3；
所述的预混合子喷管13的圈数m＝3；
所述的预混合子喷管13的个数为48～64个；
所述的中间圆孔的个数为4～16个，所述的边缘圆孔的个数为40～50个。
此外，
所述的燃烧器外部可以设置有卡接气喷头接管12、用于调节与固定气烧嘴5高度位置的调节器6；
所述的燃烧器可以设置有调节高温助燃空气量的对开式调风器7和指示挡板开度的外部指示器；
所述的内筒体3与外筒体1的连接方式最好采用锯齿形连接，并设有固定柱和绝热柱；
所述的燃烧器内筒体3内还可以设置有密布的消声孔和蓄热的火盆砖4；
所述的燃烧器正常燃烧时，燃烧器的助燃空气温度为常温到400℃±100℃，风压为1KPa左右。
为了使喷射的高速强湍流燃气与助燃空气充分混合，燃烧产生具有一定长度的热焰以及一定刚度的高速热气流，实用新型中在所述的每个预混合子喷管中设有径向呈β角，轴向呈α角的复合角的喷孔；其中，α为25°～35°，β为25°～35°。如此，低压低热值尾气(或混合气)则可以从预混合子喷管的喷孔径向呈β角，轴向呈α角向前旋转喷出与轴向来的高温空气产生强力混合，而将此部分燃料充分燃烧创造条件。
另外，为阻止高温的内筒体向外筒体的传热，所述的内筒体3与外筒体1间设有隔热衬里2；所述的隔热衬里为隔热材料制成。所述的内筒体3与外筒体1的连接方式采用锯齿形连接，并设有固定柱和绝热柱。
所述的套管8可以为设有电子点火器的套管；可以对点火杆的伸入或退出起导向与定位作用，便于自动或手动点火。
为了便于空气的流量，所述的对开调风器7的外部指示器可直观的指示挡板开度；所述的高温助燃空气经此对开调风器7进入内筒体。
在实际操作中，本实用新型使用的400℃±100℃的高温助燃空气源来自于利用燃烧低压低热值的尾气，该高温烟气经利用其热能加热炉管内的介质原料后，仍具有相当高的温度与空气通过多级换热器换热而成。具有一定压力(如1KPa左右)的高温助燃空气经调风器进入内筒体，流向气烧嘴上的气喷头。
燃料与高温助燃空气的均匀混合是充分燃烧的基本条件，影响混合好坏的因素是燃料喷射形式及与助燃空气流动的混合方式、混合强度和混合速度。而在本实用新型中，经过特殊结构设计的中间三圈的预混合子喷管就很好地实现了燃料气与助燃空气强力混合，且混合速度快。低压低热值尾气，或低压低热 值尾气与少量燃料气(天然气或炼厂瓦斯气)的混合气经气烧嘴上的预混合子喷管流向气喷头，然后燃料按中间圆孔流量为总流量10％的左右，三圈预混孔流量为总流量的60％左右，边缘孔流量为总流量的30％左右，向火盆砖喷出进行燃烧。
由于本实用新型是以低压低热值的尾气作主燃料，又是以400℃±100℃的高温空气作助燃剂，同时，又用特殊结构气烧嘴喷头作三层强力混合，故燃烧充分效率高。在充分利用尾气释放出热能同时将高温空气的热能带入炉膛，加之燃烧器优异的隔热保温及低热传导设计，使燃烧器箱体向外散热损失降至最低。本实用新型还采用消声结构，因而能达到高效、节能、低NOX污染排放与低噪声的环保目的。
同现有技术相比，本实用新型所具有的突出优点如下：
(1)能有效地抑制NOX生成量：本实用新型的气烧嘴和气喷头结构如图2所示，其中，n1～n7为圆孔的个数；d1～d4为圆孔的直径值。所述的三圈预混合子喷管的流量为总流量的60％左右，而通过这些预混合子喷管的高温空气流量只是所需总空气量的40％，因而这是贫氧燃烧，将有20％的燃料未烧尽，继续向前流动，这样有效地降低了燃烧火焰温度；与此同时，边缘一圈n6d3圆孔的燃料流量为总流量的30％，而与之供给的高温空气由气喷头边缘与火盆砖之间空隙高速流来，其高温空气流量为所需总空气量的60％，所以，边缘一圈n6d3圆孔喷出的燃料燃烧是过氧燃烧，同样降低了燃烧火焰的温度。因此，上述二种燃烧组成的一次燃烧烟气中，NOX生成量被有效地抑制住。而剩余的10％燃料总流量由(n1+n2)d1圆孔喷出并与上述三圈预混合子喷管燃烧剩余燃料混合和上述未用完的30％空气总量进行第二次燃烧。从而本实用新型燃烧器是在燃烧过程中有效地抑制NOX生成量，烟气中的NOX量可控制在≤120mg/Nm3，它是一种环保型燃烧器。
(2)燃烧效率高：本实用新型中，低压低热值尾气(或混合气)从预混合 子喷管n7d4喷圆孔径向呈β角，轴向呈α角向前旋转喷出与轴向来的高温空气产生强力混合，而将此部分燃料充分燃烧创造条件。而边缘圆孔的燃料燃烧是在大大过氧状态下燃烧，因而燃烧将非常充分。且剩余燃料有足够的过剩空气量，所以其二次燃烧也将是非常充分的。所以本实用新型燃烧器是燃烧效率高的燃烧器。
(3)节能效果显著：本实用新型的燃料是用的低压低热值尾气，或补有少量燃料气的混合气，而助燃空气用的是本装置换热而来的高温助燃空气，而其热能被充分地利用，故本实用新型燃烧器是节能效果显著的节能型燃烧器。
(4)散热损失小：由于本实用新型燃烧器的隔热衬里设计有良好的隔热保温作用，其散热损失小。
(5)噪音低：由于本实用新型燃烧器的内筒体上分布有消声孔，该设计具有良好的消声作用，故而在燃烧过程中有效降低了高温助燃空气在燃烧器内高速流动产生的噪音，其噪声可控制在80dB(A)以下，成为真正的环保燃烧。
附图说明
图1本实用新型节能型气体燃烧器结构示意图
图2a气烧嘴和气喷头结构侧面示意图
图2b气烧嘴和气喷头结构正面示意图
图3a预混合子喷管结构侧面示意图
图3b预混合子喷管结构正面示意图
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本实用新型的具体实施方式。
如附图1和附图2所示，本实用新型主要包括：燃烧器外筒体1、足够厚的隔热衬里2、分布有消声孔的内筒体3、蓄热的火盆砖4、位于燃烧器中心位置的具有特殊结构的气烧嘴5、用于调节与固定气烧嘴5高度位置的调节器6、用 于调节高温助燃空气量的调风器7、用于伸入电子点火杆的套管8和指示挡板开度的外部指示器。
其中，所述的气烧嘴中的气喷头为设有预混合子喷管结构的圆盘三层圆孔式燃气喷头；包括气喷头前板10、气喷头后板11、气喷头接管12、预混合子喷管13。该种三层圆孔式结构包括：在圆盘中心布置的中间圆孔，由中心向外延伸的三圈预混孔，和在圆盘边缘布置的边缘圆孔；从而将送入的低压低热值的尾气分成三股喷出，即：一股从中心布置的中间圆孔，一股从中心向外延伸的三圈预混合子喷管，一股从边缘布置的边缘圆孔。
低压低热值尾气(或混合气)从气烧嘴5尾部法兰口送入，通过气烧嘴5的导管与气喷头上的圆孔以一定速度喷向炉膛，而此时，由空气预热器过来的400℃±100℃的高温助燃空气在1KPa(g)压力下，经热风道依次通过调风器7，燃烧器内筒3通道、火盆砖4上部通道后，高速流向气烧嘴5上的气喷头9的背部，然后分成二股：一股高温空气经气喷头9与火盆砖4之间环形间隙通道，呈环形风高速喷出，如附图2所示。该高速环形高温环形空气流与上述气喷头9上边缘一圈n6d3圆孔喷出的低压低热值燃料边强力混合边充分燃烧，形成燃烧火焰的外层火焰，垂直向下喷向炉膛。在设计上，由于该环形高温空气流量为全部燃料充分燃烧所需的总空气量的60％左右，而从气喷头9边缘一圈的n6d3圆孔的低压低热值尾气的流量为总热负荷所需的流量的30％左右，因而它是高过氧燃烧，不仅保证了把这部分尾气全部燃尽，而且极有效地降低了此一次外缘火焰的燃烧温度。
与此同时，另一股高温空气经气喷头9上多排的(n3+n4+n5)d2预混合子喷管13喷出。如附图3所示，该股高速高温空气在流经每个预混合子喷管13的同时与预混合子喷管13上n7d4喷孔喷出的旋转斜向前的尾气流股发生高强力充分混合之后，在预混合子喷管13的管口进行燃烧。在设计上，由于通过每个预混合子喷管13的高温空气量，仅为从n7d4喷孔喷出的尾气流量全部燃尽所需的高温空气量的67％左右，因而此一次燃烧为极贫氧燃烧，同样有效地降低了该 一次垂直向下火焰的燃烧温度。随着从(n3+n4+n5)d2多排预混合子喷管喷出的未燃尽旋转的20％燃料尾气流量与气喷头9上中心位置的(n1+n2)d1喷出约10％尾气流量，与上一股未用尽的30％环形高温空气混合进行充分燃烧，由于该燃烧烟气高速向下，中心形成一个负压区，因而形成烟气内循环，这个与炉管内介质换热后的烟气，有效地冷却这部分二次燃烧的火焰温度。
综合以上所述，在充分燃烧尾气的同时，有效地抑制了烟气中NOX生成量，使排放烟气中NOX浓度在120mg/Nm3以下。
Claims (10)
1.一种高强力混合低氧化氮排放的节能型气体燃烧器，包括外筒体(1)、内筒体(3)、调风器(7)和包括气喷头接管(12)和气喷头(9)组成的气烧嘴(5)，其特征在于：
所述的气喷头(9)为包括气喷头前板(10)、气喷头后板(11)组成的中空圆盘结构，有多个以圆盘中心呈同心圆分布且贯通在气喷头前板(10)和气喷头后板(11)中的圆孔：即在圆盘中心布置的1圈中间圆孔和在圆盘边缘布置的1圈边缘圆孔，以及二者之间的m圈预混合子喷管(13)；
所述的每个预混合子喷管(13)中设有轴向呈α角、径向呈β角的复合角的喷孔。
2.如权利要求1所述的节能型气体燃烧器，其特征在于：
所述的预混合子喷管(13)中喷孔复合角的角度分别为：α＝25°～35°，β＝25°～35°。
3.如权利要求2所述的节能型气体燃烧器，其特征在于：
所述的中间圆孔、预混合子喷管(13)和边缘孔的开孔面积比为1∶6∶3。
4.如权利要求3所述的节能型气体燃烧器，其特征在于：
所述的预混合子喷管(13)的圈数m＝3。
5.如权利要求4所述的节能型气体燃烧器，其特征在于：
所述的预混合子喷管(13)的个数为48～64个；
所述的中间圆孔的个数为4～16个，所述的边缘圆孔的个数为40～50个。
6.如权利要求5所述的节能型气体燃烧器，其特征在于：
所述的燃烧器外部设置有卡接气喷头接管(12)、用于调节与固定气烧嘴(5)高度位置的调节器(6)。
7.如权利要求5所述的节能型气体燃烧器，其特征在于：
所述的燃烧器设置有调节高温助燃空气量的对开式调风器(7)和指示挡板开度的外部指示器。
8.如权利要求5所述的节能型气体燃烧器，其特征在于：
所述的内筒体(3)与外筒体(1)的连接方式采用锯齿形连接，并设有固定柱和绝热柱。
9.如权利要求5所述的节能型气体燃烧器，其特征在于：
所述的燃烧器内筒体(3)内设置有密布的消声孔和蓄热的火盆砖(4)。
10.如权利要求6所述的节能型气体燃烧器，其特征在于：
所述的燃烧器设置有调节高温助燃空气量的对开式调风器(7)和指示挡板开度的外部指示器；
所述的内筒体(3)与外筒体(1)的连接方式采用锯齿形连接，并设有固定柱和绝热柱；
所述的燃烧器内筒体(3)内设置有密布的消声孔和蓄热的火盆砖(4)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| C56 | Change in the name or address of the patentee | ||
| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No. Co-patentee after: Sinopec Engineering Incorporation Patentee after: China Petrochemical Group Corp. Co-patentee after: Hunan Jixiang Petrochemical Science & Technology Co., Ltd. Address before: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No. Co-patentee before: Engrg Construction Co., SINOPEC Patentee before: China Petrochemical Group Corp. Co-patentee before: Hunan Jixiang Petrochemical Science & Technology Co., Ltd. |
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| ASS | Succession or assignment of patent right |
Owner name: SINOPEC ENGINEERING INCORPORATION Free format text: FORMER OWNER: SINOPEC GROUP Effective date: 20130531 |
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| C41 | Transfer of patent application or patent right or utility model | ||
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Free format text: CORRECT: ADDRESS; FROM: 100728 CHAOYANG, BEIJING TO: 100101 CHAOYANG, BEIJING |
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Effective date of registration: 20130531 Address after: Anhui Beili Anyuan 21 No. 100101 Beijing Chaoyang District City Patentee after: Sinopec Engineering Incorporation Patentee after: Hunan Jixiang Petrochemical Science & Technology Co., Ltd. Address before: 100728 Beijing, Chaoyangmen, North Street, No. 22, No. Patentee before: China Petrochemical Group Corp. Patentee before: Sinopec Engineering Incorporation Patentee before: Hunan Jixiang Petrochemical Science & Technology Co., Ltd. |
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Date of cancellation: 20170711 Granted publication date: 20111109 |
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Granted publication date: 20111109 Termination date: 20170124 |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |