CN202598516U - 一种用于裂解炉底部低氮氧化物排放的空气分级气体燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种用于裂解炉底部低氮氧化物排放的空气分级气体燃烧器，主要由点火孔（1）、长明灯（2）、L型风箱(3)、进气管(6)、燃料喷头(7)、烧嘴砖(8)、风门组成，其特征在于L型风箱(3)内部流道被隔板（4）和套筒（5）分割为两部分，进入其中的助燃空气分别由各自风门控制。烧嘴砖（8）置于炉子底部，中心处为一次空气通道（9），烧嘴砖内壁与外壁之间有孔道为二次空气通道（10）。燃料气通过燃料喷头（7）喷入烧嘴砖（8）的一次空气通道（9）中，与一次助燃空气混合形成一次燃烧区，进行富燃料燃烧，降低了NOx生成量。二次助燃空气经二次空气通道进入炉膛，在一次燃烧区下游，与燃烧剩余的燃料气和烟气混合，完成全部燃烧并形成二次燃烧区，降低了火焰温度，同样降低了NOx生成量。该燃烧器，适合在乙烯裂解炉内作为底部燃烧器使用，可形成长火焰，实现低NOx排放。

Description

一种用于裂解炉底部低氮氧化物排放的空气分级气体燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种空气分级的裂解炉用底部气体燃烧器，特别是一种以燃料气为燃料的低NOx排放气体燃烧器，适用于乙烯裂解炉底部供热。

背景技术

燃烧器是裂解炉的主要组成部件，其燃烧产生的NOx是环境污染的主要因素之一，对人体有着直接的危害。随着对环境保护的日益重视，NOx含量的高低成为衡量燃烧器燃烧性能的重要指标之一。根据燃料和燃烧条件不同，在燃烧过程中生成的NOx主要可分为三种，即热力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。气体燃料燃烧主要生成热力型NOx和快速型NOx，它们都是空气中的氮在高温下与氧化合而成，但快速型NOx产生在火焰面内，是富碳氢类燃料在过剩空气系数小于1时燃烧特有的现象。

目前使用的低NOx燃烧技术主要有三种。第一种是空气分级，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。第二种是燃料分级，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，剩余的燃料被引入到第二燃烧区，利用第一燃烧区过剩的氧进行燃烧。在这种燃烧器中，第一燃烧区过剩的空气稀释了燃料，燃烧温度较低，从而减少NOx的形成。第三种是烟气再循环，利用助燃空气或燃料气流产生的低压区，使烟气再循环到燃烧区域中，惰性烟气冷却火焰，降低氧分压，从而减少NOx的形成。

CN201010296302.X公开了一种多点燃烧的长火焰超低NOx排放的气体燃烧器，该气体燃烧器主要由消音罩、风道、调风挡板、风箱、一级燃烧器、二级燃烧器、烧嘴砖、长明灯组成，其特征在于烧嘴砖的空气流道内设置有一级燃烧器，一级燃烧器为预混式燃烧器，采用烟气再循环技术，进一步降低NOx排放；还设置有二级燃烧器，二级燃烧器为扩散式燃烧器，由二级燃料进气管、二级燃料喷嘴组成。该气体燃烧器，采用了分级燃料燃烧技术、烟气再循环技术和多点分散燃烧技术，以降低燃料燃烧温度，以利于裂解炉内热场的均匀分布，并实现大能力燃烧和超低NOx排放，特别适合在裂解炉内作为底部燃烧器使用。

燃料分级燃烧器和烟气再循环燃烧器已在裂解炉上广泛应用，在降低NOx排放方面取得了不同程度的成功。对于使用气体燃料的裂解炉而言，空气分级燃烧器应用较少，效果不佳，需要一些改进，准确地控制燃烧器附近区域的燃料与空气的混合和空气量以阻止生成NOx，同时保持较高的燃烧效率和良好的热流密度分布。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种适用于乙烯裂解炉底部的低NOx排放空气分级气体燃烧器，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。

本实用新型的目的是这样实现的：一种用于裂解炉底部的空气分级气体燃烧器，主要由点火孔1、长明灯2、L型风箱3、进气管6、燃料喷头7、烧嘴砖8、风门组成，其特征在于烧嘴砖8置于炉子底部，中心处为一次空气通道9，其中置有进气管6、长明灯2，烧嘴砖内壁与外壁之间有孔道为二次空气通道10，可使空气通过二次空气通道10进入炉膛；在烧嘴砖8下方与L型风箱3出口相接，L型风箱3入口内置隔板4将空气流道分割为两部分，L型风箱出口内置套筒5接于烧嘴砖8的一次空气通道9，并将进气管6、长明灯2同轴套入，套筒5与隔板4相接，L型风箱3内部空气流道被隔板4和套筒5分割为两部分，分别与一次空气通道9和二次空气通道10连通，进入其中的一次助燃空气和二次助燃空分别由一次风门12和二次风门11控制。

使用本实用新型的燃烧器时，全部燃料气经进气管6通过燃料喷头7喷入烧嘴砖8的一次空气通道9中，与一次助燃空气混合形成一次燃烧区，进行贫氧燃烧，降低了NOx生成量。二次助燃空气经烧嘴砖8的二次空气通道10进入炉膛，在一次燃烧区下游，与燃烧剩余的燃料气和烟气混合，完成全部燃烧并形成二次燃烧区，降低了火焰温度，同样降低了NOx生成量。

本实用新型燃烧器燃烧可形成扁平长火焰，烧嘴砖8的一次空气通道9入口段横截面最好为圆形，便于套筒5插入，出口段横截面最好为圆形或矩形，入口段到出口段是一个逐渐扩大的流道。烧嘴砖8的二次空气通道10最好为多个（4～12）横截面为圆形或椭圆形的通孔，呈“一”字型分列在一次空气通道9的两侧。燃料喷头7头部为柱状体，其上开有多个喷孔呈“一”字型分列在燃料喷头7中轴面的两侧。

本实用新型燃烧器燃烧也可形成柱形长火焰，烧嘴砖8的一次空气通道9也可以是一个横截面积不变的流道，横截面为圆形，便于套筒5插入。烧嘴砖8的二次空气通道10也可以为多个（4～12）横截面为圆形或椭圆形的通孔，分布在一次空气通道9的周围。燃料喷头7头部也可以为球型体，其上开有多个喷孔沿圆周均布。

二次空气通道10的中心线与水平面夹角为α，燃料喷头7的喷孔中心线与水平面夹角为β，最好α≤β，以延迟燃料与二次助燃空气的混合，形成长火焰并降低NOx生成量。

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，长明灯2和燃料喷头7置于一次助燃空气流道内；烧嘴砖8中心有一次空气通道9和4～12个二次空气通道10；α最好为70°～85°,β最好为75°～85°。

在使用本实用新型时，最好采用计算流体动力学（CFD）方法进行烧嘴砖一次空气流道和二次空气流道的设计；采用计算流体动力学（CFD）方法确定燃料喷孔的数量、布置和方位，从而获得令人满意的火焰形状和热流分布。一次助燃空气量最好占总空气量的20%～50%；二次助燃空气量最好占总空气量的80%～50%。

本实用新型提供了一种长火焰的空气分级低NOx燃烧器，与目前裂解炉用低NOx燃烧器相比，结构更简单，并能保持较高的燃烧效率和良好的热流密度分布；而且，本实用新型的燃烧器在维护和控制上更加方便，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视图。

图2是本实用新型燃烧器一种型式的俯视图。

图3是本实用新型燃烧器另一种型式的俯视图。

图中：1－点火孔，2－长明灯，3－L型风箱，4－隔板，5－套筒，6－进气管，7－燃料喷头，8－烧嘴砖，9-一次空气通道，10-二次空气通道，11-二次风门，12-一次风门。

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底部的长火焰、空气分级低NOx气体燃烧器，主要由点火孔1、长明灯2、L型风箱3、进气管6、燃料喷头7、烧嘴砖8、二次风门11、一次风门12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，L型风箱3内部空气流道被隔板4和套筒5分割为两部分，一次助燃空气通过一次风门12，进入L型风箱3中的套筒5内部，然后进入烧嘴砖8的一次空气通道9，与燃料喷头7喷出的燃料气混合燃烧进入炉膛。二次助燃空气通过二次风门11，进入L型风箱3中的套筒5外部，然后进入烧嘴砖8的二次空气通道10，最后进入炉膛。长明灯2和燃料喷头7置于一次助燃空气流道内。

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，燃烧火焰由于壁面效应而贴近炉墙内壁面，并顺着炉墙内壁面向上流动和燃烧。

参阅图1、图2，烧嘴砖8的一次空气通道9入口段横截面为圆形，便于套筒5插入，出口段横截面为矩形，入口段到出口段是一个逐渐扩大的流道。烧嘴砖8的二次空气通道10为10个横截面为圆形的通孔，呈“一”字型分列在一次空气通道9的两侧。

参阅图1、图2，此实用新型燃烧器燃料喷头7头部为柱状体，其上的喷孔呈“一”字型分列在燃料喷头7中轴面的两侧，与烧嘴砖8的一次空气通道9和二次空气通道10相匹配，以便形成扁平长火焰。

参阅图1、图3，烧嘴砖8的一次空气通道9也可以是一个横截面积不变的流道，横截面为圆形，便于套筒5插入。烧嘴砖8的二次空气通道10也可以为8个横截面为圆形的通孔，均布在一次空气通道9的周围。

参阅图1、图3，燃料喷头7头部也可以为球型体，其上的喷孔沿圆周均布，与烧嘴砖8的一次空气通道9和二次空气通道10相匹配，以便形成柱形长火焰。

参阅图1，二次空气通道10的中心线与水平面的夹角α小于等于燃料喷头7的喷孔中心线与水平面的夹角β。

参阅图1、图2、图3，一次空气通道9、二次空气通道10的布置、数量和方位采用计算流体动力学(CFD)方法进行设计。

图1、图2、图3中燃料喷头7喷孔的布置、数量和方位采用计算流体动力学(CFD)方法进行设计。

Claims (6)

1.一种用于裂解炉底部的空气分级气体燃烧器，主要由点火孔（1）、长明灯（2）、L型风箱（3）、进气管（6）、燃料喷头（7）、烧嘴砖（8）、风门组成，其特征在于烧嘴砖（8）置于炉子底部，中心处为一次空气通道（9），其中置有进气管（6）、长明灯（2），烧嘴砖内壁与外壁之间有孔道为二次空气通道（10），可使空气通过二次空气通道（10）进入炉膛；在烧嘴砖（8）下方与L型风箱（3）出口相接，L型风箱（3）入口内置隔板（4）将空气流道分割为两部分，L型风箱出口内置套筒（5）接于烧嘴砖（8）的一次空气通道（9），并将进气管（6）、长明灯（2）同轴套入，套筒（5）与隔板（4）相接，L型风箱（3）内部空气流道被隔板（4）和套筒（5）分割为两部分，分别与一次空气通道（9）和二次空气通道（10）连通，进入其中的一次助燃空气和二次助燃空分别由一次风门（12）和二次风门（11）控制。

2.根据权利要求1所述的空气分级气体燃烧器，其特征在于烧嘴砖（8）的一次空气流道（9），其入口段的横截面为圆形，出口段的横截面为圆形或矩形。

3.根据权利要求1所述的空气分级气体燃烧器，其特征在于烧嘴砖（8）有4～12个二次空气流道（10），呈“一”字型分列在一次空气通道（9）的长边两侧，或分布在一次空气通道（9）的周围，其横截面为圆形或椭圆形。

4.根据权利要求1所述的空气分级气体燃烧器，其特征在于二次空气通道（10）的中心线与水平面夹角α为70°～85°。

5.根据权利要求1所述的空气分级气体燃烧器，其特征在于燃料喷头（7）的喷孔中心线与水平面夹角β为75°～85°。

6.根据权利要求1所述的空气分级气体燃烧器，其特征在于二次空气通道（10）的中心线与水平面夹角α小于等于燃料喷头（7）的喷孔中心线与水平面夹角β。

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