CN208566685U - 一种燃料三级分级高效节能低NOx气体燃烧器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，包括筒体，筒体上部设有安装法兰，托砖板、固砖套均与安装法兰焊接，火盆砖位于托砖板上并由固砖套固定；筒体内部设有套管，套管顶端与稳焰罩固定连接，套管内设有中心气枪，稳焰罩一侧设有长明灯，稳焰罩外部设有内环气枪组件和外环气枪组件，筒体的底部端板设有看火孔、点火孔，筒体侧壁底部设有通风孔，助燃空气蝶阀与筒体侧壁底部焊接。本实用新型实现三级燃料气分级燃烧，燃烧充分，效率高，燃气中不产生CO及其它可燃物，实现高效节能、低NO_x燃烧排放。

Description

一种燃料三级分级高效节能低NOx气体燃烧器

技术领域

本实用新型涉及石油化工加热炉和锅炉用燃烧器技术领域，具体来说，涉及一种燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器。

背景技术

为了达到环保排放要求，石油化工炼厂近几年陆续对炼油装置加热炉、锅炉等所用燃烧器进行低NO_x改造，采用了低NO_x燃烧技术，其中主要采用的几种燃烧技术包括空气分级、燃料分级、烟气回流、浓淡燃烧等。经过改造后的加热炉大多数NO_x排放浓度确实降低显著，但是，部分加热炉在NO_x降低的同时，却出现燃料消耗增加、加热炉效率降低的问题，更有甚者部分加热炉炉膛出现二次燃烧，炉压不稳，给加热炉正常操作带来安全隐患。这些问题的出现与燃烧器采用的控制燃烧各阶段燃烧强度有关，这些低NO_x燃烧控制技术基本核心是降低燃烧强度、控制火焰温度、分散火焰中心、及时冷却火焰，使热力型NO_x得到极大的抑制。实际操作中，由于有很大一部分加热炉长期处于低负荷状态，炉膛温度低于650℃（CO着火温度644~658℃），燃烧器在燃烧过程中由于火焰温度被控制过低，在分段燃烧过程中，由于浓淡燃烧的不均匀性，导致燃烧过程中间产物CO不能在设定的燃烧区域被氧化燃烧干净，有部分CO、CH化合物逃逸在炉膛最终随烟气中被排放，致使燃烧不充分、或二次燃烧降低炉膛辐射换热效率，最终导致燃料消耗增加，加热炉热效率较低。

一般炼化企业要求烟气中CO排放低于40mg/Nm³，根据市场了解到的信息，国内甚至国外进口的燃烧器产品均不同程度的出现了CO超标排放质量问题，在炉膛温度较低的加热炉中，其中有CO排放超过10000 mg/Nm³，大部分在100~500 mg/Nm³之间。目前各个燃烧器厂家都在对各自产品进行优化整改，力图解决在加热炉炉膛温度低时，实现NO_x及CO等达标排放。

实用新型内容

针对相关技术中的上述技术问题，本实用新型提出一种燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，采用三级燃料分级、利用一级、二级燃料气燃烧快速将助燃空气加热到850℃~1000℃以上，一级、二级燃烧后的烟气由于是贫燃非当量燃烧，因此，含有较多的氧气组分，该烟气出火盆砖口后，在火盆砖上部与第三级燃料气相遇、逐步混合燃烧，由于中心含氧烟气温度较高，因此，形成了类似弥散型柔和燃烧的现象，三级燃料气较快速的在火盆砖上空的火焰外边缘被燃烧干净。该燃烧器一级、二级燃烧基本在火盆砖内完成，出火盆砖口即为高温的含氧烟气，由于烟气温度高于甲烷、一氧化碳、乙烷等可燃物的着火温度（自燃温度）和强燃温度，因此，在第三级燃烧过程中，有明火状态下的剧烈燃烧反应，也有高温状态下的高温氧化强燃反应，分级燃烧使得燃烧火焰温度更均匀，火焰散热较好，NO_x抑制效果好，可燃物完全燃烧，燃烧效率高，实现高效节能低NO_x排放的目的。

为实现上述技术目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种燃料三级分级高效节能低NOx气体燃烧器，包括筒体，筒体上部设有安装法兰，安装法兰通过螺栓连接紧固件与加热炉炉底板或侧壁板固定连接，筒体内部设有托砖板和固砖套，托砖板、固砖套均与安装法兰焊接，火盆砖位于托砖板上并由固砖套固定；筒体底部设有底部端板，筒体内部设有套管，套管底端固定在筒体的底部端板上，套管顶端与稳焰罩固定连接，套管内设有中心气枪，中心气枪固定在筒体的底部端板上，中心气枪的枪头部分穿过套管及稳焰罩伸至稳焰罩内；稳焰罩一侧设有长明灯，长明灯固定在筒体的底部端板上，稳焰罩外部设有内环气枪组件，内环气枪组件以筒体的中心为中心按圆周均布在火盆砖内，内环气枪组件固定在筒体的底部端板上，外环气枪组件以筒体的中心为中心按圆周均布在火盆砖外，外环气枪组件固定在筒体的底部端板上；内环气枪组件与外环气枪组件通过连通软管连通，中心气枪、长明灯、外环气枪组件分别通过中心气枪燃气软管、长明灯燃气软管、主燃气软管与加热炉相应燃气管线连接；筒体的底部端板设有看火孔、点火孔，筒体侧壁底部设有通风孔，助燃空气蝶阀与筒体侧壁底部焊接，通风孔与助燃空气蝶阀的筒节方管连通，助燃空气蝶阀与加热炉供风系统风道连接。

进一步的，所述筒体为中空的圆筒结构，筒体内壁设置有保温隔热层及内衬保护钢丝网。

进一步的，所述中心气枪下部通过法兰螺栓固定在筒体底部端板上。

进一步的，所述内环气枪组件包括内喷嘴，内喷嘴通过管螺纹或焊接方式与内枪管连接，内枪管焊接在内环形汽包管上，内枪管下部设有内法兰板，筒体底部端板设有与内法兰板相应的法兰面，内枪管穿过筒体底部端板的预留孔，内法兰板与筒体底部端板相应的法兰面通过螺栓固定连接，内喷嘴头部球形面上设有二级燃料气喷孔。

进一步的，所述外环气枪组件包括外喷嘴，外喷嘴通过管螺纹或焊接方式与外枪管固定连接，外枪管焊接在外环形汽包管上，外枪管下部设有外法兰板，筒体底部端板设有与外法兰板相应的法兰面，外枪管穿过筒体底部端板的预留孔，外法兰板与筒体底部端板相应的法兰面用螺栓固定；外喷嘴的头部球形面上设有三级燃料气喷孔。

进一步的，所述助燃空气蝶阀为中空状方管结构，助燃空气蝶阀内部设有保温层和对开的调风叶片，助燃空气蝶阀外部设有手柄，助燃空气蝶阀通过法兰与加热炉供风管路连接。

进一步的，所述火盆砖为中空圆筒形结构，火盆砖内部为直筒型，火盆砖上口设有一小段缩口锥段，火盆砖外壁下部为直段，火盆砖外壁上部为锥面，火盆砖外壁对应每支外气枪安装处设置有U型槽，所述U型槽开口向下，所述外气枪穿过U型槽上端。

进一步的，所述稳焰罩为中空的锥形管，稳焰罩的斜面设有多个长圆孔。

本实用新型的有益效果：本实用新型实现三级燃料气分级燃烧，燃烧充分，效率高，燃气中不产生CO及其它可燃物，实现高效节能、低NO_x燃烧排放；

通过调节一级燃料气分配量，可以调节一级燃烧后助燃空气温度，调节二级、三级燃烧强度，即一级燃料气占比越大，则温度越高，燃烧越剧烈，二级、三级燃料气燃尽时间越短，可燃物越容易被燃烧分解干净，实现高效节能燃烧，适当的调节燃料气比例，可以在各种操作工况下，实现低CO、低NO_x最佳排放效果，实现环保达标排放；

一级燃烧在火盆内完成，在稳焰罩及长明灯的辅助下，可以实现稳定燃烧；二级燃料气顺着火盆砖内壁上行至砖口，在缩口位置及火盆砖环形端口处，形成涡流，火焰在端口处低压涡流区稳定燃烧，火焰稳定；燃烧器火焰形成圆形火焰，火焰由内之外呈现氧含量逐步变淡、燃料逐步变浓的分布规律，火焰成形好，火焰温度控制灵活，火焰刚直有力，燃烧充分。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例所述的燃烧器的主视图；

图2是根据本实用新型实施例所述的燃烧器的俯视图；

图3是根据本实用新型实施例所述的燃烧器的仰视图；

图4是根据本实用新型实施例所述的助燃空气蝶阀的结构示意图；

图中：1、火盆砖，2、中心气枪，3、长明灯，4、内环气枪组件，5、外环气枪组件，6、稳焰罩，7、螺栓连接紧固件，8、筒体，9、点火孔，10、看火孔，11、连通软管，12、助燃空气蝶阀，13、主燃气软管，14、中心气枪燃气软管，15.长明灯燃气软管。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-4所示，根据本实用新型实施例所述的燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，包括筒体8，筒体8上部设有安装法兰，安装法兰通过螺栓连接紧固件7与加热炉炉底板或侧壁板固定连接，筒体8内部设有托砖板和固砖套，托砖板和固砖套均为钢板制作，托砖板、固砖套均与安装法兰焊接，安装时火盆砖1底部支撑在托砖板上，被固砖套限定位置并深入炉膛内部；筒体8底部设有底部端板，筒体8内部设有套管，套管底端固定在筒体8的底部端板上，套管顶端与稳焰罩6固定连接，套管内设有中心气枪2，中心气枪2固定在筒体8的底部端板上，中心气枪2的枪头部分穿过套管及稳焰罩6伸至稳焰罩6内；稳焰罩6一侧设有长明灯3，长明灯3固定在筒体8的底部端板上，稳焰罩6外部设有内环气枪组件4，内环气枪组件4以筒体8的中心为中心按圆周均布在火盆砖1内，内环气枪组件4固定在筒体8的底部端板上，外环气枪组件5以筒体8的中心为中心按圆周均布在火盆砖外，外环气枪组件5固定在筒体8的底部端板上，中心气枪、长明灯、内环气枪组件、外环气枪组件穿过筒体并将各自枪头（喷头）伸入燃烧器内部或炉膛内；内环气枪组件4与外环气枪组件5通过连通软管11连通，中心气枪2、长明灯3、外环气枪组件5分别通过中心气枪燃气软管14、长明灯燃气软管15、主燃气软管13与加热炉相应燃气管线连接，以输送燃料气供给燃烧器燃烧；筒体8的底部端板设有看火孔10、点火孔9，点火孔9用于点火时将点火器伸入燃烧器筒体内以点燃长明灯1；看火孔10主要用于操作者观察燃烧器燃烧状况；筒体8侧壁底部设有通风孔，助燃空气蝶阀12与筒体8侧壁底部焊接，通风孔与助燃空气蝶阀12的筒节方管连通，用于调节不同负荷时助燃空气供给量，助燃空气蝶阀12与加热炉供风系统风道连接，以输送助燃空气供给燃烧器燃烧。

所述筒体8为中空的圆筒结构，由钢板卷制，筒体8内壁设置有保温隔热层及内衬保护钢丝网，筒体8中间通道为助燃空气通道，筒体8底部端面由底部端板封闭，底部端板由钢板及保温层组成，底部端板设有用于长明灯、中心气枪、内环气枪组件、外环气枪组件安装固定用的预留孔和法兰面。

所述中心气枪2下部通过法兰、螺栓固定在筒体8底部端板上。

所述内环气枪组件4包括内喷嘴，内喷嘴通过管螺纹或焊接方式与内枪管连接，内枪管焊接在内环形汽包管上，内枪管下部设有内法兰板，筒体8底部端板设有与内法兰板相应的法兰面，内枪管穿过筒体8底部端板的预留孔直至到达火盆砖靠近火盆砖内壁处，内法兰板与筒体8底部端板相应的法兰面通过螺栓固定连接，内喷嘴头部球形面上设有二级燃料气喷孔，用于将二级燃料气沿火盆砖内壁喷送至砖口。内环气枪组件燃气进口端与内环形汽包管连接，内环形汽包管作用是将燃气均匀的分配给每支燃气枪，内环形汽包管上设置有燃气接口，通过金属软管与加热炉主燃气管线连接。

所述外环气枪组件5包括外喷嘴，外喷嘴通过管螺纹或焊接方式与外枪管固定连接，外枪管焊接在外环形汽包管上，外枪管下部设有外法兰板，筒体8底部端板设有与外法兰板相应的法兰面，外枪管穿过筒体8底部端板的预留孔直至到达火盆砖靠近火盆砖外壁锥面处，外法兰板与筒体底部端板相应的法兰面用螺栓固定；外喷嘴的头部球形面上设有三级燃料气喷孔，用于将三级燃料气沿火盆砖外壁锥面喷送至砖口。外环气枪组件燃气进口端与外环形汽包管连接，外环形汽包管作用是将燃气均匀的分配给每支燃气枪，外环形汽包管上设置有燃气接口，通过金属软管与加热炉主燃气管线连接。

所述助燃空气蝶阀12为中空状方管结构，助燃空气蝶阀12内部设有保温层和对开的调风叶片，助燃空气蝶阀12外部设有手柄，可以通过外部的手柄旋动调风叶片，以调节助燃空气量，保证燃烧。助燃空气蝶阀12通过钢板法兰与石化加热炉供风管路相连。

所述火盆砖1为中空圆筒形结构，由耐火材料制成，火盆砖1内部为直筒型，火盆砖1上口设有一小段缩口锥段，主要为了提高助燃风喷出速度，并在砖口环状端面形成稳焰涡流燃烧区，火盆砖1外壁下部为直段，火盆砖1外壁上部为锥面，火盆砖1外壁对应每支外气枪安装处设置有U型槽，所述U型槽开口向下，所述外气枪穿过U型槽上端。

所述稳焰罩6为中空的锥形管，由耐热钢铸造而成，稳焰罩6的斜面设有多个长圆孔，可供少量助燃空气通过。

为了方便理解本实用新型的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本实用新型的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本实用新型所述的燃烧器，中心气枪分派一级燃料气，内气枪与外气枪分别对应二级、三级燃料气，长明灯通过人工点火，中心气枪一级火焰在稳焰罩的稳焰作用下由长明灯点燃，当助燃空气高速从稳焰罩6长圆孔穿过，或从稳焰罩口附近流过时，根据文丘里效应，在稳焰罩内将形成低压、低速涡流区，一级燃料气在此与助燃空气混合，并被点燃进行一级燃烧，内气枪将二级燃料气喷向火盆砖内壁送至砖口，二级燃料在火盆砖内出口缩口处被一级火焰和长明灯一起点燃并进行二级燃烧，最终在砖口上空燃烧完成。

外气枪将三级燃料气喷向火盆砖锥面送至火盆砖口处，三级燃料在火盆砖口上方与一级、二级燃烧预热的高温含氧助燃空气（助燃空气经过火盆内一级、二级燃烧后被加热到高温，形成含氧较多的烟气）相遇后进行三级燃烧，少量二级燃烧未燃尽的燃料气继续燃烧，形成燃气包裹含氧高温烟气的环状火焰，直至在火盆砖上空的炉膛内燃尽。

本实用新型内环气枪组件4、外环气枪组件5的气枪设置数量视燃烧器负荷经计算后确定，一般各有4~8支，气枪喷孔对应的各自的喷射角度α°、γ°、β°及喷孔大小由燃料气性质决定，主要与燃料热值、组分、着火温度、火焰传播速度等因素有关。通过加热炉燃气管线上的手阀可以调节一级燃料气量从而适应不同炉膛温度、操作负荷下的工况，确保排放达标。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，通过设计燃气三级分级燃烧技术，形成圆形火焰，火焰内部实现浓淡非当量燃烧规律，火焰中心温度850~1000℃，即有效地抑制了NO_x生成，有效地燃尽可燃物，实现低NO_x、低CO的环保超低NO_x排放目的，燃烧器效率高、节能。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，包括筒体（8），其特征在于，筒体（8）上部设有安装法兰，安装法兰通过螺栓连接紧固件（7）与加热炉炉底板或侧壁板固定连接，筒体（8）内部设有托砖板和固砖套，托砖板、固砖套均与安装法兰焊接，火盆砖（1）位于托砖板上并由固砖套固定；筒体（8）底部设有底部端板，筒体（8）内部设有套管，套管底端固定在筒体（8）的底部端板上，套管顶端与稳焰罩（6）固定连接，套管内设有中心气枪（2），中心气枪（2）固定在筒体（8）的底部端板上，中心气枪（2）的枪头部分穿过套管及稳焰罩（6）伸至稳焰罩（6）内；稳焰罩（6）一侧设有长明灯（3），长明灯（3）固定在筒体（8）的底部端板上，稳焰罩（6）外部设有内环气枪组件（4），内环气枪组件（4）以筒体（8）的中心为中心按圆周均布在火盆砖（1）内，内环气枪组件（4）固定在筒体（8）的底部端板上，外环气枪组件（5）以筒体（8）的中心为中心按圆周均布在火盆砖外，外环气枪组件（5）固定在筒体（8）的底部端板上；内环气枪组件（4）与外环气枪组件（5）通过连通软管（11）连通，中心气枪（2）、长明灯（3）、外环气枪组件（5）分别通过中心气枪燃气软管（14）、长明灯燃气软管（15）、主燃气软管（13）与加热炉相应燃气管线连接；筒体（8）的底部端板设有看火孔（10）、点火孔（9），筒体（8）侧壁底部设有通风孔，助燃空气蝶阀（12）与筒体（8）侧壁底部焊接，通风孔与助燃空气蝶阀（12）的筒节方管连通，助燃空气蝶阀（12）与加热炉供风系统风道连接。

2.根据权利要求1所述的燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，其特征在于，所述筒体（8）为中空的圆筒结构，筒体（8）内壁设置有保温隔热层及内衬保护钢丝网。

3.根据权利要求1所述的燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，其特征在于，所述中心气枪（2）下部通过法兰、螺栓固定在筒体（8）底部端板上。

4.根据权利要求1所述的燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，其特征在于，所述内环气枪组件（4）包括内喷嘴，内喷嘴通过管螺纹或焊接方式与内枪管连接，内枪管焊接在内环形汽包管上，内枪管下部设有内法兰板，筒体（8）底部端板设有与内法兰板相应的法兰面，内枪管穿过筒体（8）底部端板的预留孔，内法兰板与筒体（8）底部端板相应的法兰面通过螺栓固定连接，内喷嘴头部球形面上设有二级燃料气喷孔。

5.根据权利要求1所述的燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，其特征在于，所述外环气枪组件（5）包括外喷嘴，外喷嘴通过管螺纹或焊接方式与外枪管固定连接，外枪管焊接在外环形汽包管上，外枪管下部设有外法兰板，筒体（8）底部端板设有与外法兰板相应的法兰面，外枪管穿过筒体（8）底部端板的预留孔，外法兰板与筒体底部端板相应的法兰面用螺栓固定；外喷嘴的头部球形面上设有三级燃料气喷孔。

6.根据权利要求1所述的燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，其特征在于，所述助燃空气蝶阀（12）为中空状方管结构，助燃空气蝶阀（12）内部设有保温层和对开的调风叶片，助燃空气蝶阀（12）外部设有手柄，助燃空气蝶阀（12）通过法兰与加热炉供风管路连接。

7.根据权利要求1所述的燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，其特征在于，所述火盆砖（1）为中空圆筒形结构，火盆砖（1）内部为直筒型，火盆砖（1）上口设有一小段缩口锥段，火盆砖（1）外壁下部为直段，火盆砖（1）外壁上部为锥面，火盆砖（1）外壁对应每支外气枪安装处设置有U型槽，所述U型槽开口向下，所述外气枪穿过U型槽上端。

8.根据权利要求1所述的燃料三级分级高效节能低NO_x气体燃烧器，其特征在于，所述稳焰罩（6）为中空的锥形管，稳焰罩（6）的斜面设有多个长圆孔。