一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器的製作方法

2023-05-02 06:23:01

專利名稱：一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器的製作方法
技術領域：
一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器技術領域[0001]本實用新型涉及一種火焰穩定、低氮氧化物排放的裂解爐用底部燃燒器，特別是一種以燃料氣為燃料的大能力、扁平火焰、低NOx排放的底部氣體燃燒器，具有更多的固有穩定性，適用於乙烯裂解爐上。
背景技術：
[0002]燃料氣與空氣混合後進行燃燒，空氣中的氧氣與燃料氣中的碳氫化合物進行燃燒反應並放出大量的熱。但是在高溫、氧過剩的條件下燃燒時，空氣中的氮氣將和空氣中的氧氣發生反應生成NOx。眾所周知，在其它條件相同的情況下，NOx的生成量隨著燃燒溫度的升高而增大。NOx是對環境有危害的物質，通常認為NOx的排放與臭氧的減少及其他環境問題有關。[0003]目前使用的低NOx燃燒技術主要有三種。第一種是空氣分級，使助燃空氣分流以建立貧氧的第一燃燒區，從而減少NOx的形成，在第二燃燒區將剩餘部分的空氣引入，從而完成整個燃燒過程。第二種是燃料分級，助燃空氣一次全部引入第一燃燒區，但在第一燃燒區只有部分燃料被燃燒，剩餘的燃料被引入到第二燃燒區，利用第一燃燒區過剩的氧進行燃燒。在這種燃燒器中，第一燃燒區過剩的空氣稀釋了燃料，燃燒溫度較低，從而減少NOx 的形成。第三種是煙氣再循環，利用助燃空氣或燃料氣流產生的低壓區，使煙氣再循環到燃燒區域中，惰性煙氣冷卻火焰，降低氧分壓，從而減少NOx的形成。[0004]前期的技術和燃燒裝置在降低NOx排放方面取得了不同程度的成功，但在底部燃燒器上還需要一些改進，除了環保要求以外，還對底部燃燒器的火焰形狀、火焰直徑、熱流密度分布以及日常維護等諸多因素有很苛刻的要求。採用燃料/空氣的混合物在多個燃燒區內的分級燃燒，雖然能夠減少NOx的形成，但增加了燃燒器運行的不可靠性和不穩定性。 循環煙氣溫度較高，在一定程度上抵消了煙氣循環帶來的好處。特別需要一種這種類型的改進的低NOx燃燒器和方法，它在設計上是不複雜的，並且在寬泛的操作範圍內提供穩定的性能。[0005]ZL201120460988. I公開了一種用於裂解爐底部的低氮氧化物排放的氣體燃燒器， 主要由入口風道、風道、調風擋板、風箱、燒嘴磚、一級燃燒器、二級燃燒器、長明燈組成，其特徵在於燒嘴磚置於爐子底部，內部空心處為助燃空氣流道，在其入口段是一個橫截面積不變的流道，出口段的橫截面積逐漸變小，形成空氣收縮流道，此時橫截面與內壁面形成角度β 級燃料噴頭和二級燃料噴頭在燒嘴磚的上部外側周圍。一級燃燒器的一級燃料噴頭噴出的燃料氣被噴入燒嘴磚的側向通道中，從而吸引煙氣進入燒嘴磚的助燃空氣流道， 利用煙氣再循環降低NOx生成量。該裂解爐用底部氣體燃燒器，適合在乙烯裂解爐內作為底部燃燒器使用，可形成扁平火焰，實現大能力燃燒和低NOx排放，但在低負荷時，燃燒火焰的穩定性還有待進一步提高。實用新型內容[0006]本實用新型的目的在於提供一種適用於乙烯裂解爐的火焰穩定、低氮氧化物排放、大能力的裂解爐用底部氣體燃燒器，它不僅可以滿足環保要求，而且可以獲得良好的底部燃燒器火焰形狀、火焰長度、火焰剛性以及熱流密度分布。[0007]本實用新型的目的是這樣實現的一種火焰穩定的低氮氧化物排放裂解爐用底部氣體燃燒器，主要由二級燃料進氣管I、長明燈2、一級燃料進氣管3、調風器4、燒嘴磚5、一級燃料噴頭6、二級燃料噴頭7組成，其特徵在於燒嘴磚5置於爐子底部，內部空心處為助燃空氣流道8，其出口段的橫截面積逐漸變小，形成空氣收縮流道，此時橫截面與內壁面形成角度α，橫截面與外壁面形成角度β ;燒嘴磚5內壁與外壁之間設有與助燃空氣流道8軸向平行的多個孔道，分別布置有一級燃料進氣管3和二級燃料進氣管1，孔道出口處為由磚垛9隔成的凹槽10，凹槽10分別置有一級燃料噴頭6和二級燃料噴頭7 ;在有一級燃料噴頭6的凹槽10中均開有通向助燃空氣流道8的側向通道11，一級燃料噴頭6上的一級燃料噴孔的方向與側向通道11的軸向一致，與水平面形成角度Y，其噴出的燃料氣進入燒嘴磚5的側向通道11中，從而吸引煙氣進入燒嘴磚5的助燃空氣流道8，利用煙氣再循環降低 NOx生成量。[0008]本實用新型的裂解爐用底部氣體燃燒器採用分級燃料燃燒和煙氣再循環技術，降低NOx生成量。設置磚垛9以增加燒嘴磚5的外表面積，在高溫裂解爐內增加熱接觸面，以便在燃燒器低負荷燃燒時形成穩定的火焰。[0009]側向通道11的橫截面最好為方形或圓形，與燒嘴磚壁面交界處倒圓R，有助於煙氣的均勻吸入。在助燃空氣流道8內側向通道11的下方最好設有擋塊12。[0010]一級燃料噴頭6與一級燃料進氣管3的螺紋連接處，以及二級燃料噴頭7和二級燃料進氣管I的螺紋連接處最好均處在爐底襯裡的頂面下方，以保護螺紋連接不受煙氣的熱損傷。[0011]更具體地舉例，燃料噴頭分布在燒嘴磚的凹槽10中，其凹槽10呈喇叭口狀，側壁面有一定的坡度，最好分別與燃料噴頭的噴孔方向相匹配。Ct最好為45° 80° , β最好為30° 60° ;擋塊的坡度與Y —致,最好為5° 45° ;側向通道與燒嘴磚外壁面倒圓 R最好為5 30mm ;燃料噴頭與燃料進氣管的螺紋連接處最好低於爐底襯裡的頂面20 IOOmm0[0012]在使用本實用新型時，最好採用計算流體動力學(CFD)方法進行燒嘴磚空氣流道的設計；採用計算流體動力學(CFD)方法確定燃料噴孔的數量、布置和方位，從而獲得令人滿意的火焰形狀和熱通量分布。[0013]本實用新型提供了一個用於乙烯裂解爐底部的大能力、低NOx燃燒器，與目前裂解爐用低NOx燃燒器相比，燃燒火焰更穩定；而且，本實用新型的燃燒器在維護和控制上更加簡單，允許裂解爐的操作者在優化和穩定的熱通量特性下操作，特別適用於乙烯裂解爐上。[0014]本實用新型的其它和更深一步的目標、特徵和優點通過下面的具體實施方式
和附圖中進行進一步描述。


[0015]圖I是本實用新型燃燒器的主視圖。[0016]圖2是本實用新型燃燒器的俯視圖。[0017]圖3是本實用新型燃燒器燒嘴磚的三維圖。
具體實施方式
[0018]圖I所示是一種應用本實用新型的用於乙烯裂解爐的大能力、扁平火焰、低NOx排放底部氣體燃燒器，主要由二級燃料進氣管I、長明燈2、一級燃料進氣管3、調風器4、燒嘴磚5、一級燃燒噴頭6、二級燃燒噴頭7組成。它僅是本實用新型的一種形式，本實用新型並不僅限於此。[0019]參閱圖，助燃空氣通過調風器4，進入燒嘴磚5助燃空氣流道8，最後進入爐膛，燃料和助燃空氣在爐膛內進行分級擴散混合燃燒。[0020]參閱圖I、圖2、圖3，此實用新型燃燒器燒嘴磚5外側設置有磚垛9，磚垛9的外形與燃料噴孔方向相匹配。[0021]參閱圖I、圖2、圖3，側向通道11橫截面為方形，與燒嘴磚壁面交接處倒圓R為 20mmo[0022]參閱圖I、圖2，一級燃料噴頭6、二級燃料噴頭7放置在燒嘴磚5由磚垛9隔成的凹槽10中，一級燃料噴孔的方向與側向通道11的軸向一致，Y為15°。[0023]每個側向通道11的下方在助燃空氣流道8內設有擋塊12，擋塊12的坡度為15°。[0024]參閱圖1，燃料噴頭與燃料進氣管的螺紋連接處低於爐底襯裡的頂面80mm。[0025]參閱圖I、圖3，燒嘴磚空氣流道的設計採用計算流體動力學方法進行。[0026]圖I、圖2中的一級燃料噴頭6、二級燃料噴頭7的設計、布置、數量和方位採用計算流體動力學(CFD)方法進行設計。
權利要求1.一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，主要由二級燃料進氣管(I)、長明燈(2)、一級燃料進氣管(3)、調風器(4)、燒嘴磚(5)、一級燃料噴頭￠)、二級燃料噴頭(7)組成，其特徵在於燒嘴磚(5)置於爐子底部，內部空心處為助燃空氣流道(8)，其出口段的橫截面積逐漸變小，形成空氣收縮流道，此時橫截面與內壁面形成角度a，橫截面與外壁面形成角度P ;燒嘴磚(5)內壁與外壁之間設有與助燃空氣流道(8)軸向平行的多個孔道，分別布置有一級燃料進氣管(3)和二級燃料進氣管(I )，孔道出口處為由磚垛(9)隔成的凹槽(10)，凹槽(10)分別置有一級燃料噴頭(6)和二級燃料噴頭(7);在有一級燃料噴頭(6)的凹槽(10 )中均開有通向助燃空氣流道(8 )的側向通道(11)，一級燃料噴頭(6 )上的一級燃料噴孔的方向與側向通道(11)的軸向一致，與水平面形成角度Y，其噴出的燃料氣進入燒嘴磚(5)的側向通道(11)中，從而吸引煙氣進入燒嘴磚(5)的助燃空氣流道(8)。
2.根據權利要求I所述的一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，其特徵在於凹槽(10)呈喇叭口狀，側壁面有坡度，分別與燃料噴頭的噴孔方向相匹配。
3.根據權利要求I所述的一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，其特徵在於側向通道(11)橫截面為圓形或方形。
4.根據權利要求I所述的一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，其特徵在於側向通道(11)與燒嘴磚壁面交界處倒圓R為5 30mm。
5.根據權利要求I所述的一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，其特徵在於擋塊(12)的坡度與Y相等。
6.根據權利要求I所述的一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，其特徵在於夾角a為45° 80°。
7.根據權利要求I所述的一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，其特徵在於夾角P為30° 60°。
8.根據權利要求I所述的一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，其特徵在於夾角Y為5° 45°。
9.根據權利要求I所述的一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，其特徵在於燃料噴頭與燃料進氣管的螺紋連接處低於爐底襯裡的頂面20 100mm。
專利摘要本實用新型提供了一種火焰穩定的低氮氧化物裂解爐用底部燃燒器，主要由二級燃料進氣管(1)、長明燈(2)、一級燃料進氣管(3)、調風器(4)、燒嘴磚(5)、一級燃燒噴頭(6)、二級燃燒噴頭(7)組成，其特徵在於燒嘴磚(5)內壁與外壁之間設有與助燃空氣流道(8)軸向平行的多個孔道，分別布置有一級燃料進氣管(3)和二級燃料進氣管(1)，孔道出口處為由磚垛(9)隔成的凹槽(10)，凹槽(10)分別置有一級燃料噴頭(6)和二級燃料噴頭(7)；在有一級燃料噴頭(6)的凹槽(10)中均開有通向助燃空氣流道(8)的側向通道(11)，利用煙氣再循環降低NOx生成量。該裂解爐用底部燃燒器，操作穩定性高，可形成扁平火焰，實現大能力燃燒和低NOx排放。
文檔編號F23D14/48GK202813367SQ20122046016
公開日2013年3月20日 申請日期2012年9月10日 優先權日2012年9月10日
發明者李金科, 張建, 陶秀凝 申請人:中國石油化工股份有限公司, 天華化工機械及自動化研究設計院有限公司