CN210772168U

CN210772168U - 一种用于水套加热炉的超低氮燃烧器

Info

Publication number: CN210772168U
Application number: CN201921459805.7U
Authority: CN
Inventors: 周宏斌; 于勇勇; 张国庆; 张海波; 孙小峰
Original assignee: Beijing Uniwater Environmental Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Uniwater Environmental Technology Co ltd
Priority date: 2019-09-04
Filing date: 2019-09-04
Publication date: 2020-06-16
Anticipated expiration: 2029-09-04

Abstract

本实用新型公开了一种用于水套加热炉的超低氮燃烧器，包括风机、具有第一气体通道的内部送气管道、同轴套设在内部送气管道外部并与内部送气管道的外壁之间形成有第二气体通道的外部送气管道、以及与第一气体通道相通的供气管道，所述第一气体通道以及第二气体通道均与风机的出风口相连通；所述内部送气管道还包括位于其远离风机的末端处的内部气体出口段以及设置其近端与内部气体出口段之间的管壁上的若干个气体逸散口；所述外部送气管道还包括位于其远离风机的末端处的外部气体出口段，所述外部气体出口段的深度小于内部气体出口段的深度；此外，所述燃烧器还包括位于内部气体出口段的外侧且与外部气体出口段相连的燃烧网。

Description

一种用于水套加热炉的超低氮燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种燃烧器，具体涉及一种用于油田地区水套加热炉的超低氮燃烧器，可实现油田地区水套加热炉烟气达标排放的效果，属于环境保护技术领域。

背景技术

油田地区水套加热炉的供热设备为简单的燃烧装置，其主要采用套管天然气，通常存在以下问题：1)现有的燃烧装置存在燃烧不充分、燃烧局部温度过高等问题，导致最终排放的烟气中NOx、CO超标，对周边的环境质量造成污染；2)套管天然气较城市天然气具有杂质多(如含水、含硫等)、气源压力不稳定等特点，因此在燃烧器运行过程中存在堵塞频繁、火焰稳定性差等问题，导致其运行不稳定。因此，迫切需要一种适用于油田水套加热炉的超低氮燃烧装置，在确保燃烧器稳定运行的前提下，其排放的烟气能达到环保要求。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种适用于油田水套加热炉稳定供热的超低氮燃烧器，其通过分级燃烧和扩大燃烧表面的方式，可实现加热炉的稳定运行，同时还能实现烟气中NOx的排放达到超低氮(≤30mg/m³)排放的标准。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种用于油田水套加热炉的超低氮燃烧器，其包括风机、具有第一气体通道的内部送气管道、同轴套设在所述内部送气管道外部并与内部送气管道的外壁之间形成有第二气体通道的外部送气管道、以及与所述第一气体通道相通的供气管道，并且，所述第一气体通道以及第二气体通道均与风机的出风口相连通；其中：所述内部送气管道还包括位于其远离风机的末端处的内部气体出口段以及设置在靠近风机的近端与内部气体出口段之间的管壁上的若干个气体逸散口；所述外部送气管道还包括位于其远离风机的末端处的外部气体出口段，并且，所述外部气体出口段的深度小于内部气体出口段的深度；此外，所述燃烧器还包括位于内部气体出口段的外侧且与外部气体出口段相连的燃烧网。

进一步地：所述内部气体出口段相对于内部送气管道从内至外呈扩散状，并且，相对于内部送气管道的轴线，所述内部气体出口段的扩散角度≤20°。

更进一步地：所述内部气体出口段的外端部设有内燃烧盘，所述内燃烧盘上设有位于其中心处的封片以及沿所述封片设置在所述内燃烧盘上的若干个喷嘴。

再进一步地：所述喷嘴为斜喷嘴，且所述斜喷嘴与内部送气管道的轴线之间的夹角为15°～30°；所述封片的截面积不大于内燃烧盘截面积的30％。

作为优选：所述气体逸散口的总开口面积不小于内部送气管道的横截面积。

作为优选的实施方式：所述外部气体出口段相对于外部送气管道从内向外呈扩散状，并且，相对于外部送气管道的轴线，所述外部气体出口段的单侧扩散角≤40°。

进一步地：所述外部气体出口段的外端部设有沿内部气体出口段的外壁周向布置且与内燃烧盘平行的外燃烧盘；所述外燃烧盘上设有若干个与内部送气管道的轴线相平行的直喷嘴。

更进一步地：所述第二气体通道内还设有一对分别位于外部送气管道的内壁以及内部送气管道的外壁上的、相对设置的挡板，按照气流的方向，所述挡板位于内部送气管道的气体逸散口的前方，并且，由所述挡板形成的气体通道的横截面积不小于外部送气管道的截面积的50％。

再进一步地：所述供气管道上设置有调节阀；所述燃烧网为金属纤维烧结网。

还进一步地：所述内部气体出口段与内部送气管道一体成型，或者，所述内部气体出口段通过焊接与内部送气管道相连通；所述外部气体出口段与外部送气管道一体成型，或者，所述外部气体出口段通过连接管以焊接的方式与外部送气管道相连通。

本实用新型的有益效果在于，本实用新型的燃烧器，通过同轴套设的内部送气管道以及外部送气管道的设置使得油田套管天然气的燃烧过程分为两级进行，并且，通过内燃烧盘、外燃烧盘以及燃烧网相结合的方式扩大了燃烧表面，降低燃烧温度，从而减少热力型NOx的生成。本实用新型的燃烧器，通过分级燃烧和扩大燃烧表面相结合的方式，实现了对套管天然气不稳定的情况的良好的自我调节功能，并且可使得排放的烟气中的NOx排放浓度≤30mg/m³，具有明显的降氮效果。另外，针对油田的套管天然气使用本实用新型的燃烧器，具有安装简便、占地面积小、运行故障率低的特点。

附图说明

图1示出了本实用新型所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器的结构示意图；

图2示出了图1中所示的超低氮燃烧器的A-A向剖面图；

图3示出了图1中所示的超低氮燃烧器的B-B向剖面图；

图中，1、风机；2、连接法兰；3、供气管道；4内部送气管道；5、外部送气管道；6、燃烧网；31、调节阀；32、出气喷嘴；40、第一气体通道；41、气体逸散口；42、内部气体出口段；43、内燃烧盘；44、封片；45、斜喷嘴；51、第二气体通道；52、挡板；53、连接管；54、外部气体出口段；55、外燃烧盘；56、直喷嘴。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步说明。

如图1-图3所示，本实用新型所述的用于油田水套加热炉的超低氮燃烧器，包括风机1、供气管道3、内部送气管道4以及外部送气管道5，其中，所述内部送气管道4具有第一气体通道40，所述供气管道3的进气口与油田套管天然气相连，其出气喷嘴32伸入到内部送气管道4中与第一气体通道40相通，并且，所述供气管道3上设置有流量调节阀31，以调节进入到第一气体通道40中的天然气的量。外部送气管道5同轴套设在内部送气管道4的外部并在外部送气管道5的内壁与内部送气管道4的外壁之间形成第二气体通道51。此外，第一气体通道40以及第二气体通道51均与风机1的出风口相连通。具体地，在本实用新型中，如图1所示，所述的内部送气管道4以及外部送气管道5靠近风机1的近端可通过连接法兰2与风机1的出风口相连，以使得经由风机1送入的空气可进入内部送气管道4的第一气体通道40以及外部送气管道5的第二气体通道51。

如图1所示，所述内部送气管道4还包括位于内部送气管道4的、远离风机1的末端的内部气体出口段42，在本实用新型中，所述内部气体出口段42为倒圆台形结构，其中，所述倒圆台形结构的截面相对较小的上圆位于内部靠近风机1的一侧，而其截面相对较大的下圆则位于远离风机1的一侧，即，所述内部气体出口段42相对于内部送气管道4从内向外呈扩散状，并且，在本实用新型中，相对于内部送气管道4的轴线，所述内部气体出口段42的扩散角度优选≤20°，在降低能耗的前提下，该角度范围有利于混合气体更均匀的分布于出口处。此外，所述内部气体出口段42的外端部，即，所述倒圆台形的内部气体出口段42的下圆处设有一内燃烧盘43，所述内燃烧盘43上设有位于其中心处的封片44以及沿所述封片44在所述内燃烧盘43上优选均匀布置的若干个斜喷嘴45。其中，所述封片44的截面积不大于内燃烧盘43整体截面积的30％，若封片44的截面积大于内燃烧盘43整体截面积的30％时，可由可能造成混合气通过内燃烧盘43时的阻力过大，进而不能保证斜喷嘴45的分布以及强度；而所述斜喷嘴45与内部送气管道4的轴线之间的夹角在15°～30°之间，从而使得经斜喷嘴45倾斜喷出的混合气体正好满足分散在将在下文详细描述的直喷嘴56的喷出的混合气体的中心位置，进而有利于贫氧和富氧气体的混合，保证混合气体均匀参与燃烧。此外，如图1所示，所述内部送气管道4还包括设置在靠近风机1的近端与内部气体出口段42之间的管壁上的若干个优选均匀设置的气体逸散口41，以使得内部送气管道4的第一气体通道40中的气体可以经由气体逸散口41逸散到外部送气管道5的第二气体通道51中。优选的是，所述气体逸散口41的开孔方向与内部送气管道4的中心轴线垂直，且气体逸散口41的总开口面积不小于内部送气管道4的横截面积。另外，可以理解的是，在实际操作中，所述内部气体出口段42可与内部送气管道4一体成型，或者，所述内部气体出口段42可通过例如焊接的方式与内部送气管道4相连通。

与内部送气管道4相类似，所述外部送气管道5包括位于外部送气管道5的、远离风机1的末端的具有倒圆台形结构的外部气体出口段54，其中，4所述倒圆台形结构的截面相对较小的上圆位于接近风机1的一侧，且其截面相对较大的下圆位于相对于风机1远离的一侧，即，所述外部气体出口段54相对于外部送气管道5从内向外呈扩散状，并且，相对于外部送气管道5的轴线，所述外部气体出口段54的单侧扩散角≤40°，换言之，相对于外部送气管道5的轴线，所述外部气体出口段54的总扩散角≤80°。在本实用新型中，如图1所示，所述外部气体出口段54的深度小于内部气体出口段42，也就是说，外部气体出口段54的倒圆台结构的高度高于内部气体出口段42的倒圆台结构的高度，并且，在所述外部气体出口段54的外端部，即，倒圆台形的外部气体出口段54的下圆处设有一沿内部气体出口段42的外壁周向布置且与内燃烧盘43平行的外燃烧盘55，且所述外燃烧盘55上设有若干个优选均匀布置的直喷嘴56，其中，所述直喷嘴56与内部送气管道4的轴线相平行。此外，如图2所示，沿着气流方向，所述外部送气管道5的第二气体通道51内还设有相对分别位于外部送气管道5的内壁以及内部送气管道4的外壁上的一对挡板52，所述挡板52位于内部送气管道4的气体逸散口41的前方，并且由该对挡板52形成的气体通道的横截面积不小于外部送气管道5的截面积的50％。可以理解的是，在实际操作中，所述外部气体出口段54可与外部送气管道5一体成型，或者，所述外部气体出口段54可通过连接管53以例如焊接的方式与外部送气管道5相连通，其中，所述连接管53优选具有与内部气体出口段42相平行的截面。此外，本实用新型所述的超低氮燃烧器还包括位于内部气体出口段42的外侧且与外部气体出口段54的相连的燃烧网6，所述燃烧网6与内燃烧盘43平行设置，并且所述燃烧6网优选为金属纤维烧结网。

本实用新型如上所述的超低氮燃烧器，其燃料为油田套管天然气，助燃气体为空气，所述燃烧器的工作原理如下：天然气经供气管道3进入内部送气管道4的第一气体通道40内，并在此与风机1送来的空气充分混合。混合后的含天然气和空气的第一混合气体顺着气流方向在第一气体通道40中向前流动经过气体逸散口41，从而使得一部分第一混合气体经气体逸散口41进入到外部送气管道5的第二气体通道51中，而内部送气管道4中剩余的第一混合气体进入到内部气体出口段42中，此时，由于内部气体出口段42的扩散状使得对进入其中的第一混合气体产生了一定的扩散作用，进而由于气流方向的改变而使得混合气体进一步混合，同时，第一混合气体在内部气体出口段42中的成角度扩散还可使得其中的气体分布的更为均匀。进一步混合均匀后的第一混合气体顺着气流方向到达内燃烧盘43，此时，设置在内燃烧盘43上的点火装置(未示出)点燃第一混合气体，燃烧的第一混合气体经由封片44四周的斜喷嘴45以一定角度向四周环境扩散到达燃烧网6并在其表面燃烧；其中，所述点火装置可采用本领域已知的离子点火装置，在此不再赘述其结构。同时，进入到外部送气管道5中的第一混合气体与经由风机1送来的空气在第二气体通道51中充分混合形成含有空气和天然气的第二混合气体，该第二混合气体经由外部气体出口段54进一步混合后到达外燃烧盘55燃烧，且经由直喷嘴56喷出到达燃烧网6。其中，由于第二气体通道51内还设有分别位于外部送气管道5的内壁以及内部送气管道4的外壁上的、相对设置的一对挡板52，从而使得第二气体通道51此处的内径变小，进而当第二气体通道51内的气体流经该位置时将由于挡板52的截流作用而使得风速加大，从而提高第二混合气体在外燃烧盘55上的充分燃烧。

操作过程中，可以通过调节供气管道3上的调节阀31以调节进入内部送气管道4中的天然气的量。由于内部送气管道4中的第一混合气体中的天然气的量要远高于外部送气管道5中的第二混合气体中的天然气的量，因此，相对于第二混合气体，所述第一混合气体为贫氧混合气，而外部送气管道5中的第二混合气体则为富氧混合气。从而使得经由直喷嘴56喷出的富氧混合气与经由斜喷嘴45喷出的贫氧混合气形成了天然气的分级燃烧，即，内部送气管道4的第一混合气体中的天然气在贫氧的状态下由于燃烧不充分生成了CO等还原剂，这些还原剂可将NOx还原成无污染的N₂从而达到降低NOx的目的，产生的剩余CO则可在燃烧网6上经由外部送气管道5送来的富氧的第二混合气体进一步充分燃烧生成CO₂。

实施例1

将本实用新型如上所述的燃烧器应用于某油田干线水套炉工艺加热炉替换原有燃烧器，并检测燃烧炉排放烟气中氮氧化物的浓度，其结果如表1所示：

表1燃烧器更换前后烟气中氮氧化物排放浓度对比表

	改造前	改造后
			烟气中NOx(mg/m<sup>3</sup>)	172	22

实施例2

将本实用新型如上所述的燃烧器应用于某油田干线水套炉工艺加热炉替换原有燃烧器，并检测燃烧炉排放烟气中氮氧化物的浓度，其结果如表2所示：

表2燃烧器更换前后烟气中氮氧化物排放浓度对比表

	改造前	改造后
			烟气中NOx(mg/m<sup>3</sup>)	346	12

实施例3

将本实用新型如上所述的燃烧器应用于某油田干线水套炉工艺加热炉替换原有燃烧器，并检测燃烧炉排放烟气中氮氧化物的浓度，其结果如表3所示：

表3燃烧器更换前后烟气中氮氧化物排放浓度对比表

	改造前	改造后
			烟气中NOx(mg/m<sup>3</sup>)	350	6

本实用新型的燃烧器，通过同轴套设的内部送气管道4以及外部送气管道5的设置使得油田套管天然气的燃烧过程分为两级进行，并且，通过内燃烧盘43、外燃烧盘55以及燃烧网6相结合的方式扩大了燃烧表面，降低燃烧温度，从而减少热力型NOx的生成。两种手段的结合，对套管天然气不稳定的情况具有良好的自我调节功能，同时具有明显的降氮效果。

本实用新型已通过优选的实施方式进行了详尽的说明。然而，通过对前文的研读，对各实施方式的变化和增加也是本领域的一般技术人员所显而易见的。申请人的意图是所有这些变化和增加落在了本实用新型权利要求的保护范围中。本文中使用的术语仅为对具体的实施例加以说明，其并非意在对本实用新型进行限制。除非另有定义，本文中使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)均与本实用新型所属领域的一般技术人员的理解相同。任何对此产品进行的修饰与改良，在专利范围或范畴内同类或相近物质的替代与使用，均属于本实用新型专利保护范围。

Claims

1.一种用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：包括风机、具有第一气体通道的内部送气管道、同轴套设在所述内部送气管道外部并与内部送气管道的外壁之间形成有第二气体通道的外部送气管道、以及与所述第一气体通道相通的供气管道，并且，所述第一气体通道以及第二气体通道均与风机的出风口相连通；其中：所述内部送气管道还包括位于其远离风机的末端处的内部气体出口段以及设置在靠近风机的近端与内部气体出口段之间的管壁上的若干个气体逸散口；所述外部送气管道还包括位于其远离风机的末端处的外部气体出口段，并且，所述外部气体出口段的深度小于内部气体出口段的深度；此外，所述燃烧器还包括位于内部气体出口段的外侧且与外部气体出口段相连的燃烧网。

2.根据权利要求1所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：所述内部气体出口段相对于内部送气管道从内至外呈扩散状，并且，相对于内部送气管道的轴线，所述内部气体出口段的扩散角度≤20°。

3.根据权利要求1所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：所述内部气体出口段的外端部设有内燃烧盘，所述内燃烧盘上设有位于其中心处的封片以及沿所述封片设置在所述内燃烧盘上的若干个喷嘴。

4.根据权利要求3所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：所述喷嘴为斜喷嘴，且所述斜喷嘴与内部送气管道的轴线之间的夹角为15°～30°；所述封片的截面积不大于内燃烧盘截面积的30％。

5.根据权利要求1所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：所述气体逸散口的总开口面积不小于内部送气管道的横截面积。

6.根据权利要求1所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：所述外部气体出口段相对于外部送气管道从内向外呈扩散状，并且，相对于外部送气管道的轴线，所述外部气体出口段的单侧扩散角≤40°。

7.根据权利要求6所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：所述外部气体出口段的外端部设有沿内部气体出口段的外壁周向布置且与内燃烧盘平行的外燃烧盘；所述外燃烧盘上设有若干个与内部送气管道的轴线相平行的直喷嘴。

8.根据权利要求1所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：所述第二气体通道内还设有一对分别位于外部送气管道的内壁以及内部送气管道的外壁上的、相对设置的挡板，按照气流的方向，所述挡板位于内部送气管道的气体逸散口的前方，并且，由所述挡板形成的气体通道的横截面积不小于外部送气管道的截面积的50％。

9.根据权利要求1-8中任意一项所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：所述供气管道上设置有调节阀；所述燃烧网为金属纤维烧结网。

10.根据权利要求1-8中任意一项所述的用于水套加热炉的超低氮燃烧器，其特征在于：所述内部气体出口段与内部送气管道一体成型，或者，所述内部气体出口段通过焊接与内部送气管道相连通；所述外部气体出口段与外部送气管道一体成型，或者，所述外部气体出口段通过连接管以焊接的方式与外部送气管道相连通。