高強力混合低氧化氮排放的節能型氣體燃燒器的製作方法

2023-06-01 00:19:46

專利名稱：高強力混合低氧化氮排放的節能型氣體燃燒器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及節能燃燒技術與環境保護領域，涉及一種石油化工加熱爐設備， 更進一步說，涉及一種高強力混合低氧化氮排放的節能型氣體燃燒器。
背景技術：
進入到上世紀九十年代，煉油、化工、化肥生產的制氫裝置加熱爐，一段反應爐，開始了對各裝置自產的變壓吸附(簡稱PSA)器中的尾氣，解析脫附氣的再利用，不再將此尾氣送入火炬燃燒，再將含有熱能的煙氣排入大氣中。對此大量低壓低熱值的尾氣(已近似於廢氣)燃燒後的熱能一方面加熱石化產品，另一方面對換熱後的高溫煙氣與助燃空氣換熱成400°C 士 100°C的高溫助燃風。現有用於加熱爐頂燒裝置的高強力混合低氧化氮排放的節能型氣體燃燒器，是將此尾氣與助燃風和高壓燃料氣外混混合燃燒。一般均設置高壓燃料與低壓尾氣二條供氣系統，為此燃燒器也須設置二套供氣與燃燒系統。因此，燃燒器結構和操作較為複雜和麻煩；同時，由於高壓燃料或低壓尾氣燃燒均在燃燒器火盆磚內完成， 燃燒後煙氣溫度較高，故有一定量NOx生成，對環境汙染有一定的影響。如今，人們對高強力混合低氧化氮排放的節能型氣體燃燒器追求是要解決了上述存在的問題。既能簡化燃燒器結構，降低燃燒器及其系統的操作難度，通過對低壓低熱值尾氣或對低壓低熱值尾氣加補少量的燃料氣(如天然氣或煉廠瓦斯氣)實現內外三層燃燒， 降低燃燒火焰溫度，又有效地抑制NOx生成量，從而可實現低NOx汙染排放。

實用新型內容針對技術背景所述問題，本實用新型提供一種可以燃燒全部低壓低熱值的尾氣或燃燒全部低壓低熱值尾氣與少量的燃料氣(如天然氣或煉廠瓦斯氣)混合氣的燃燒器，來滿足加熱爐裝置對產品產能深度加工所需的熱能。該燃燒器可實現對低壓力低熱值尾氣實現高強混合，充分燃燒，並對送入的高溫助燃空氣的熱能加以利用，達到高效節能，低NOx煙氣排放的目的。本實用新型是這樣實現的1. 一種高強力混合低氧化氮排放的節能型氣體燃燒器，包括外筒體1、內筒體3、 調風器7和包括氣噴頭接管12和氣噴頭9組成的氣燒嘴5，其特徵在於所述的氣噴頭9為包括氣噴頭前板10、氣噴頭後板11組成的中空圓盤結構，有多個以圓盤中心呈同心圓分布且貫通在氣噴頭前板10和氣噴頭後板11中的圓孔即在圓盤中心布置的1圈中間圓孔和在圓盤邊緣布置的1圈邊緣圓孔，以及二者之間的m圈預混合子噴管13 ；所述的每個預混合子噴管13中設有軸向呈α角、徑向呈β角的複合角的噴孔。在具體實施中，所述的預混合子噴管13中噴孔複合角的角度分別為α =25° 35°，β = 25° 35° ；[0011]所述的中間圓孔、預混合子噴管13和邊緣孔的開孔面積比為1 :6:3;所述的預混合子噴管13的圈數m = 3 ；所述的預混合子噴管13的個數為48 64個；所述的中間圓孔的個數為4 16個，所述的邊緣圓孔的個數為40 50個。此外，所述的燃燒器外部可以設置有卡接氣噴頭接管12、用於調節與固定氣燒嘴5高度位置的調節器6;所述的燃燒器可以設置有調節高溫助燃空氣量的對開式調風器7和指示擋板開度的外部指示器；所述的內筒體3與外筒體1的連接方式最好採用鋸齒形連接，並設有固定柱和絕熱柱；所述的燃燒器內筒體3內還可以設置有密布的消聲孔和蓄熱的火盆磚4 ；所述的燃燒器正常燃燒時，燃燒器的助燃空氣溫度為常溫到400°C 士 100°C，風壓為IKPa左右。為了使噴射的高速強湍流燃氣與助燃空氣充分混合，燃燒產生具有一定長度的熱焰以及一定剛度的高速熱氣流，實用新型中在所述的每個預混合子噴管中設有徑向呈β 角，軸向呈α角的複合角的噴孔；其中，α為25° 35°，β為25° 35°。如此，低壓低熱值尾氣(或混合氣)則可以從預混合子噴管的噴孔徑向呈β角，軸向呈α角向前旋轉噴出與軸向來的高溫空氣產生強力混合，而將此部分燃料充分燃燒創造條件。另外，為阻止高溫的內筒體向外筒體的傳熱，所述的內筒體3與外筒體1間設有隔熱襯裡2 ；所述的隔熱襯裡為隔熱材料製成。所述的內筒體3與外筒體1的連接方式採用鋸齒形連接，並設有固定柱和絕熱柱。所述的套管8可以為設有電子點火器的套管；可以對點火杆的伸入或退出起導向與定位作用，便於自動或手動點火。為了便於空氣的流量，所述的對開調風器7的外部指示器可直觀的指示擋板開度；所述的高溫助燃空氣經此對開調風器7進入內筒體。在實際操作中，本實用新型使用的400°C 士 100°C的高溫助燃空氣源來自於利用燃燒低壓低熱值的尾氣，該高溫煙氣經利用其熱能加熱爐管內的介質原料後，仍具有相當高的溫度與空氣通過多級換熱器換熱而成。具有一定壓力(如llffa左右)的高溫助燃空氣經調風器進入內筒體，流向氣燒嘴上的氣噴頭。燃料與高溫助燃空氣的均勻混合是充分燃燒的基本條件，影響混合好壞的因素是燃料噴射形式及與助燃空氣流動的混合方式、混合強度和混合速度。而在本實用新型中，經過特殊結構設計的中間三圈的預混合子噴管就很好地實現了燃料氣與助燃空氣強力混合， 且混合速度快。低壓低熱值尾氣，或低壓低熱值尾氣與少量燃料氣(天然氣或煉廠瓦斯氣)的混合氣經氣燒嘴上的預混合子噴管流向氣噴頭，然後燃料按中間圓孔流量為總流量 10%的左右，三圈預混孔流量為總流量的60%左右，邊緣孔流量為總流量的30%左右，向火盆磚噴出進行燃燒。由於本實用新型是以低壓低熱值的尾氣作主燃料，又是以400°C 士 100°C的高溫空氣作助燃劑，同時，又用特殊結構氣燒嘴噴頭作三層強力混合，故燃燒充分效率高。在充分利用尾氣釋放出熱能同時將高溫空氣的熱能帶入爐膛，加之燃燒器優異的隔熱保溫及低熱傳導設計，使燃燒器箱體向外散熱損失降至最低。本實用新型還採用消聲結構，因而能達到高效、節能、低NOx汙染排放與低噪聲的環保目的。同現有技術相比，本實用新型所具有的突出優點如下(1)能有效地抑制NOx生成量本實用新型的氣燒嘴和氣噴頭結構如圖2所示，其中，Ii1Nn7為圓孔的個數；屯 山為圓孔的直徑值。所述的三圈預混合子噴管的流量為總流量的60%左右，而通過這些預混合子噴管的高溫空氣流量只是所需總空氣量的40%，因而這是貧氧燃燒，將有20%的燃料未燒盡，繼續向前流動，這樣有效地降低了燃燒火焰溫度； 與此同時，邊緣一圈n6d3圓孔的燃料流量為總流量的30%，而與之供給的高溫空氣由氣噴頭邊緣與火盆磚之間空隙高速流來，其高溫空氣流量為所需總空氣量的60%，所以，邊緣一圈n6d3圓孔噴出的燃料燃燒是過氧燃燒，同樣降低了燃燒火焰的溫度。因此，上述二種燃燒組成的一次燃燒煙氣中，NOx生成量被有效地抑制住。而剩餘的10%燃料總流量由(ηι+η2) Cl1圓孔噴出並與上述三圈預混合子噴管燃燒剩餘燃料混合和上述未用完的30%空氣總量進行第二次燃燒。從而本實用新型燃燒器是在燃燒過程中有效地抑制NOx生成量，煙氣中的NOx量可控制在彡120mg/Nm3,它是一種環保型燃燒器。(2)燃燒效率高本實用新型中，低壓低熱值尾氣(或混合氣)從預混合子噴管 n7d4噴圓孔徑向呈β角，軸向呈α角向前旋轉噴出與軸向來的高溫空氣產生強力混合，而將此部分燃料充分燃燒創造條件。而邊緣圓孔的燃料燃燒是在大大過氧狀態下燃燒，因而燃燒將非常充分。且剩餘燃料有足夠的過剩空氣量，所以其二次燃燒也將是非常充分的。所以本實用新型燃燒器是燃燒效率高的燃燒器。(3)節能效果顯著本實用新型的燃料是用的低壓低熱值尾氣，或補有少量燃料氣的混合氣，而助燃空氣用的是本裝置換熱而來的高溫助燃空氣，而其熱能被充分地利用， 故本實用新型燃燒器是節能效果顯著的節能型燃燒器。(4)散熱損失小由於本實用新型燃燒器的隔熱襯裡設計有良好的隔熱保溫作用，其散熱損失小。(5)噪音低由於本實用新型燃燒器的內筒體上分布有消聲孔，該設計具有良好的消聲作用，故而在燃燒過程中有效降低了高溫助燃空氣在燃燒器內高速流動產生的噪音，其噪聲可控制在SOdB(A)以下，成為真正的環保燃燒。

圖1本實用新型節能型氣體燃燒器結構示意圖圖加氣燒嘴和氣噴頭結構側面示意圖圖2b氣燒嘴和氣噴頭結構正面示意圖圖3a預混合子噴管結構側面示意圖圖北預混合子噴管結構正面示意圖
具體實施方式
以下結合附圖進一步說明本實用新型的具體實施方式
。如附圖1和附圖2所示，本實用新型主要包括燃燒器外筒體1、足夠厚的隔熱襯裡2、分布有消聲孔的內筒體3、蓄熱的火盆磚4、位於燃燒器中心位置的具有特殊結構的氣燒嘴5、用於調節與固定氣燒嘴5高度位置的調節器6、用於調節高溫助燃空氣量的調風器 7、用於伸入電子點火杆的套管8和指示擋板開度的外部指示器。其中，所述的氣燒嘴中的氣噴頭為設有預混合子噴管結構的圓盤三層圓孔式燃氣噴頭；包括氣噴頭前板10、氣噴頭後板11、氣噴頭接管12、預混合子噴管13。該種三層圓孔式結構包括在圓盤中心布置的中間圓孔，由中心向外延伸的三圈預混孔，和在圓盤邊緣布置的邊緣圓孔；從而將送入的低壓低熱值的尾氣分成三股噴出，即一股從中心布置的中間圓孔，一股從中心向外延伸的三圈預混合子噴管，一股從邊緣布置的邊緣圓孔。低壓低熱值尾氣(或混合氣)從氣燒嘴5尾部法蘭口送入，通過氣燒嘴5的導管與氣噴頭上的圓孔以一定速度噴向爐膛，而此時，由空氣預熱器過來的400°C 士 100°C的高溫助燃空氣在IKPa (g)壓力下，經熱風道依次通過調風器7，燃燒器內筒3通道、火盆磚4上部通道後，高速流向氣燒嘴5上的氣噴頭9的背部，然後分成二股一股高溫空氣經氣噴頭 9與火盆磚4之間環形間隙通道，呈環形風高速噴出，如附圖2所示。該高速環形高溫環形空氣流與上述氣噴頭9上邊緣一圈n6d3圓孔噴出的低壓低熱值燃料邊強力混合邊充分燃燒，形成燃燒火焰的外層火焰，垂直向下噴向爐膛。在設計上，由於該環形高溫空氣流量為全部燃料充分燃燒所需的總空氣量的60%左右，而從氣噴頭9邊緣一圈的n6d3圓孔的低壓低熱值尾氣的流量為總熱負荷所需的流量的30%左右，因而它是高過氧燃燒，不僅保證了把這部分尾氣全部燃盡，而且極有效地降低了此一次外緣火焰的燃燒溫度。與此同時，另一股高溫空氣經氣噴頭9上多排的(n3+n4+n5) d2預混合子噴管13噴出。如附圖3所示，該股高速高溫空氣在流經每個預混合子噴管13的同時與預混合子噴管13上ri7d4噴孔噴出的旋轉斜向前的尾氣流股發生高強力充分混合之後，在預混合子噴管 13的管口進行燃燒。在設計上，由於通過每個預混合子噴管13的高溫空氣量，僅為從ri7d4 噴孔噴出的尾氣流量全部燃盡所需的高溫空氣量的67%左右，因而此一次燃燒為極貧氧燃燒，同樣有效地降低了該一次垂直向下火焰的燃燒溫度。隨著從(n3+n4+n5)d2多排預混合子噴管噴出的未燃盡旋轉的20%燃料尾氣流量與氣噴頭9上中心位置的(叫+！^屯噴出約 10%尾氣流量，與上一股未用盡的30%環形高溫空氣混合進行充分燃燒，由於該燃燒煙氣高速向下，中心形成一個負壓區，因而形成煙氣內循環，這個與爐管內介質換熱後的煙氣， 有效地冷卻這部分二次燃燒的火焰溫度。綜合以上所述，在充分燃燒尾氣的同時，有效地抑制了煙氣中NOx生成量，使排放煙氣中NOx濃度在120mg/Nm3以下。
權利要求1.一種高強力混合低氧化氮排放的節能型氣體燃燒器，包括外筒體(1)、內筒體(3)、 調風器(7)和包括氣噴頭接管(1 和氣噴頭(9)組成的氣燒嘴(5)，其特徵在於所述的氣噴頭(9)為包括氣噴頭前板(10)、氣噴頭後板(11)組成的中空圓盤結構，有多個以圓盤中心呈同心圓分布且貫通在氣噴頭前板(10)和氣噴頭後板(11)中的圓孔即在圓盤中心布置的1圈中間圓孔和在圓盤邊緣布置的1圈邊緣圓孔，以及二者之間的m圈預混合子噴管(13)；所述的每個預混合子噴管(1 中設有軸向呈α角、徑向呈β角的複合角的噴孔。
2.如權利要求1所述的節能型氣體燃燒器，其特徵在於所述的預混合子噴管(13)中噴孔複合角的角度分別為α =25° 35°，β = 25° 35°。
3.如權利要求2所述的節能型氣體燃燒器，其特徵在於所述的中間圓孔、預混合子噴管(13)和邊緣孔的開孔面積比為1 6 3。
4.如權利要求3所述的節能型氣體燃燒器，其特徵在於 所述的預混合子噴管(13)的圈數m= 3。
5.如權利要求4所述的節能型氣體燃燒器，其特徵在於 所述的預混合子噴管(1 的個數為48 64個；所述的中間圓孔的個數為4 16個，所述的邊緣圓孔的個數為40 50個。
6.如權利要求5所述的節能型氣體燃燒器，其特徵在於所述的燃燒器外部設置有卡接氣噴頭接管(12)、用於調節與固定氣燒嘴(5)高度位置的調節器(6)。
7.如權利要求5所述的節能型氣體燃燒器，其特徵在於所述的燃燒器設置有調節高溫助燃空氣量的對開式調風器(7)和指示擋板開度的外部指示器。
8.如權利要求5所述的節能型氣體燃燒器，其特徵在於所述的內筒體C3)與外筒體(1)的連接方式採用鋸齒形連接，並設有固定柱和絕熱柱。
9.如權利要求5所述的節能型氣體燃燒器，其特徵在於所述的燃燒器內筒體(3)內設置有密布的消聲孔和蓄熱的火盆磚G)。
10.如權利要求6所述的節能型氣體燃燒器，其特徵在於所述的燃燒器設置有調節高溫助燃空氣量的對開式調風器(7)和指示擋板開度的外部指示器；所述的內筒體(3)與外筒體(1)的連接方式採用鋸齒形連接，並設有固定柱和絕熱柱；所述的燃燒器內筒體(3)內設置有密布的消聲孔和蓄熱的火盆磚G)。
專利摘要本實用新型為一種高強力混合低氧化氮排放的節能型氣體燃燒器。所述的氣噴頭(9)為包括氣噴頭前板(10)、氣噴頭後板(11)組成的中空圓盤結構，有多個以圓盤中心呈同心圓分布且貫通在氣噴頭前板(10)和氣噴頭後板(11)中的圓孔即在圓盤中心布置的1圈中間圓孔和在圓盤邊緣布置的1圈邊緣圓孔，以及二者之間的m圈預混合子噴管(13)；所述的每個預混合子噴管(13)中設有軸向呈α角、徑向呈β角的複合角的噴孔。本實用新型的燃燒器由於燃燒為多層燃燒的火焰，有效降低煙氣中NOX生成量，並由於對尾氣再燃燒利用及對送入的高溫助燃空氣熱能的利用，從而只需補燒極少的氣體燃料，因此是一種節能效果很好的燃燒器。
文檔編號F23D14/02GK202032581SQ20112002193
公開日2011年11月9日 申請日期2011年1月24日 優先權日2011年1月24日
發明者馮永生, 劉長愛, 周桂娟, 孫毅, 張小筠, 房家貴, 文鋒, 蔡建光, 鄒長青, 陳隆生, 黃金鑫 申請人:中國石化工程建設公司, 中國石油化工集團公司, 湖南吉祥石化科技股份有限公司