CN202813367U

CN202813367U - 一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器

Info

Publication number: CN202813367U
Application number: CN201220460164.9U
Authority: CN
Inventors: 李金科; 张建; 陶秀凝
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Tianhua Institute of Chemical Machinery and Automation Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Tianhua Institute of Chemical Machinery and Automation Co Ltd
Priority date: 2012-09-10
Filing date: 2012-09-10
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2022-09-10

Abstract

本实用新型提供了一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，主要由二级燃料进气管（1）、长明灯（2）、一级燃料进气管（3）、调风器（4）、烧嘴砖（5）、一级燃烧喷头（6）、二级燃烧喷头（7）组成，其特征在于烧嘴砖（5）内壁与外壁之间设有与助燃空气流道（8）轴向平行的多个孔道，分别布置有一级燃料进气管（3）和二级燃料进气管（1），孔道出口处为由砖垛（9）隔成的凹槽（10），凹槽（10）分别置有一级燃料喷头（6）和二级燃料喷头（7）；在有一级燃料喷头（6）的凹槽（10）中均开有通向助燃空气流道（8）的侧向通道（11），利用烟气再循环降低NOx生成量。该裂解炉用底部燃烧器，操作稳定性高，可形成扁平火焰，实现大能力燃烧和低NOx排放。

Description

一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种火焰稳定、低氮氧化物排放的裂解炉用底部燃烧器，特别是一种以燃料气为燃料的大能力、扁平火焰、低NOx排放的底部气体燃烧器，具有更多的固有稳定性，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。

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。

前期的技术和燃烧装置在降低NOx排放方面取得了不同程度的成功，但在底部燃烧器上还需要一些改进，除了环保要求以外，还对底部燃烧器的火焰形状、火焰直径、热流密度分布以及日常维护等诸多因素有很苛刻的要求。采用燃料/空气的混合物在多个燃烧区内的分级燃烧，虽然能够减少NOx的形成，但增加了燃烧器运行的不可靠性和不稳定性。循环烟气温度较高，在一定程度上抵消了烟气循环带来的好处。特别需要一种这种类型的改进的低NOx燃烧器和方法，它在设计上是不复杂的，并且在宽泛的操作范围内提供稳定的性能。

ZL201120460988.1公开了一种用于裂解炉底部的低氮氧化物排放的气体燃烧器，主要由入口风道、风道、调风挡板、风箱、烧嘴砖、一级燃烧器、二级燃烧器、长明灯组成，其特征在于烧嘴砖置于炉子底部，内部空心处为助燃空气流道，在其入口段是一个横截面积不变的流道，出口段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；一级燃料喷头和二级燃料喷头在烧嘴砖的上部外侧周围。一级燃烧器的一级燃料喷头喷出的燃料气被喷入烧嘴砖的侧向通道中，从而吸引烟气进入烧嘴砖的助燃空气流道，利用烟气再循环降低NOx生成量。该裂解炉用底部气体燃烧器，适合在乙烯裂解炉内作为底部燃烧器使用，可形成扁平火焰，实现大能力燃烧和低NOx排放，但在低负荷时，燃烧火焰的稳定性还有待进一步提高。

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的火焰稳定、低氮氧化物排放、大能力的裂解炉用底部气体燃烧器，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：一种火焰稳定的低氮氧化物排放裂解炉用底部气体燃烧器，主要由二级燃料进气管1、长明灯2、一级燃料进气管3、调风器4、烧嘴砖5、一级燃料喷头6、二级燃料喷头7组成，其特征在于烧嘴砖5置于炉子底部，内部空心处为助燃空气流道8，其出口段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α，横截面与外壁面形成角度β；烧嘴砖5内壁与外壁之间设有与助燃空气流道8轴向平行的多个孔道，分别布置有一级燃料进气管3和二级燃料进气管1，孔道出口处为由砖垛9隔成的凹槽10，凹槽10分别置有一级燃料喷头6和二级燃料喷头7；在有一级燃料喷头6的凹槽10中均开有通向助燃空气流道8的侧向通道11，一级燃料喷头6上的一级燃料喷孔的方向与侧向通道11的轴向一致，与水平面形成角度γ，其喷出的燃料气进入烧嘴砖5的侧向通道11中，从而吸引烟气进入烧嘴砖5的助燃空气流道8，利用烟气再循环降低NOx生成量。

本实用新型的裂解炉用底部气体燃烧器采用分级燃料燃烧和烟气再循环技术，降低NOx生成量。设置砖垛9以增加烧嘴砖5的外表面积，在高温裂解炉内增加热接触面，以便在燃烧器低负荷燃烧时形成稳定的火焰。

侧向通道11的横截面最好为方形或圆形，与烧嘴砖壁面交界处倒圆R，有助于烟气的均匀吸入。在助燃空气流道8内侧向通道11的下方最好设有挡块12。

一级燃料喷头6与一级燃料进气管3的螺纹连接处，以及二级燃料喷头7和二级燃料进气管1的螺纹连接处最好均处在炉底衬里的顶面下方，以保护螺纹连接不受烟气的热损伤。

更具体地举例，燃料喷头分布在烧嘴砖的凹槽10中，其凹槽10呈喇叭口状，侧壁面有一定的坡度，最好分别与燃料喷头的喷孔方向相匹配。α最好为45°～80°，β最好为30°～60°；挡块的坡度与γ一致，最好为5°～45°；侧向通道与烧嘴砖外壁面倒圆R最好为5～30mm；燃料喷头与燃料进气管的螺纹连接处最好低于炉底衬里的顶面20～100mm。

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通量分布。

本实用新型提供了一个用于乙烯裂解炉底部的大能力、低NOx燃烧器，与目前裂解炉用低NOx燃烧器相比，燃烧火焰更稳定；而且，本实用新型的燃烧器在维护和控制上更加简单，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的俯视图。

图3是本实用新型燃烧器烧嘴砖的三维图。

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、扁平火焰、低NOx排放底部气体燃烧器，主要由二级燃料进气管1、长明灯2、一级燃料进气管3、调风器4、烧嘴砖5、一级燃烧喷头6、二级燃烧喷头7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，助燃空气通过调风器4，进入烧嘴砖5助燃空气流道8，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1、图2、图3，此实用新型燃烧器烧嘴砖5外侧设置有砖垛9，砖垛9的外形与燃料喷孔方向相匹配。

参阅图1、图2、图3，侧向通道11横截面为方形，与烧嘴砖壁面交接处倒圆R为20mm。

参阅图1、图2，一级燃料喷头6、二级燃料喷头7放置在烧嘴砖5由砖垛9隔成的凹槽10中，一级燃料喷孔的方向与侧向通道11的轴向一致，γ为15°。

每个侧向通道11的下方在助燃空气流道8内设有挡块12，挡块12的坡度为15°。

参阅图1，燃料喷头与燃料进气管的螺纹连接处低于炉底衬里的顶面80mm。

参阅图1、图3，烧嘴砖空气流道的设计采用计算流体动力学方法进行。

图1、图2中的一级燃料喷头6、二级燃料喷头7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。

Claims

1.一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，主要由二级燃料进气管（1）、长明灯（2）、一级燃料进气管(3)、调风器(4)、烧嘴砖(5)、一级燃料喷头(6)、二级燃料喷头(7)组成，其特征在于烧嘴砖（5）置于炉子底部，内部空心处为助燃空气流道（8），其出口段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α，横截面与外壁面形成角度β；烧嘴砖（5）内壁与外壁之间设有与助燃空气流道（8）轴向平行的多个孔道，分别布置有一级燃料进气管（3）和二级燃料进气管（1），孔道出口处为由砖垛（9）隔成的凹槽（10），凹槽（10）分别置有一级燃料喷头（6）和二级燃料喷头（7）；在有一级燃料喷头（6）的凹槽（10）中均开有通向助燃空气流道（8）的侧向通道（11），一级燃料喷头（6）上的一级燃料喷孔的方向与侧向通道（11）的轴向一致，与水平面形成角度γ，其喷出的燃料气进入烧嘴砖（5）的侧向通道（11）中，从而吸引烟气进入烧嘴砖（5）的助燃空气流道（8）。

2.根据权利要求1所述的一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，其特征在于凹槽（10）呈喇叭口状，侧壁面有坡度，分别与燃料喷头的喷孔方向相匹配。

3.根据权利要求1所述的一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，其特征在于侧向通道（11）横截面为圆形或方形。

4.根据权利要求1所述的一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，其特征在于侧向通道（11）与烧嘴砖壁面交界处倒圆R为5～30mm。

5.根据权利要求1所述的一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，其特征在于挡块（12）的坡度与γ相等。

6.根据权利要求1所述的一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，其特征在于夹角α为45°～80°。

7.根据权利要求1所述的一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，其特征在于夹角β为30°～60°。

8.根据权利要求1所述的一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，其特征在于夹角γ为5°～45°。

9.根据权利要求1所述的一种火焰稳定的低氮氧化物裂解炉用底部燃烧器，其特征在于燃料喷头与燃料进气管的螺纹连接处低于炉底衬里的顶面20～100mm。