專利名稱：一種扁平火焰的裂解爐用底部氣體燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種扁平火焰的裂解爐用底部氣體燃燒器，特別是一種以燃料氣為燃料的大能力、扁平火焰、低N0X、低噪音的裂解爐用底部氣體燃燒器，適用于乙烯裂解爐上。
背景技術(shù)：
燃料氣與空氣混合后進(jìn)行燃燒，空氣中的氧氣與燃料氣中的碳?xì)浠衔镞M(jìn)行燃燒反應(yīng)并放出大量的熱。但是在高溫、氧過剩的條件下燃燒時(shí)，空氣中的氮?dú)鈱⒑涂諝庵械难鯕獍l(fā)生反應(yīng)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(duì)環(huán)境有危害的物質(zhì)，通常認(rèn)為NOx的排放與臭氧的減少及其他環(huán)境問題有關(guān)；在NOx排放對(duì)環(huán)境的影響日益得到人們關(guān)心之前，通常所有類型的火焰加熱爐都采用單級(jí)燃燒器，同目前使用的低NOx燃燒器相比，這種簡單的單級(jí)燃燒器會(huì)產(chǎn)生很高水平的NOx排放，無法滿足當(dāng)前環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)章的要求。為了減少NOx排放，就需要設(shè)計(jì)出低NOx燃燒器。CN200720032397. 8公開了一種長火焰低NOx排放的氣體燃燒器，該氣體燃燒器主要由消音罩、風(fēng)道、調(diào)風(fēng)擋板、風(fēng)箱、折流板、一級(jí)燃燒器、二級(jí)燃燒器、燒嘴磚、長明燈組成，其特征在于燒嘴磚置于爐子底部，內(nèi)部空心處為空氣流道，在其入口段是一個(gè)橫截面積不變的平直流道，出口段的橫截面積逐漸變小形成空氣收縮流道，此時(shí)橫截面與內(nèi)壁面形成角度β ；燒嘴磚空氣流道的入口段靠近內(nèi)壁處設(shè)置有一級(jí)燃燒器，一級(jí)燃料噴孔向內(nèi)傾斜，角度α與β相同，二級(jí)燃料噴頭上有二級(jí)燃料噴孔和三級(jí)燃料噴孔。該氣體燃燒器可形成扁平長火焰，實(shí)現(xiàn)大能力燃燒和超低NOx排放。循環(huán)煙氣溫度較高，在一定程度上抵消了煙氣循環(huán)帶來的好處。為此，限制了 NOx減少量的完成。目前需要一個(gè)有效的、改良的利用煙氣再循環(huán)的低NOx燃燒器和方法，其中循環(huán)煙氣在進(jìn)入燃燒器火焰之前溫度被充分降低，并且燃燒系統(tǒng)中沒有任何熱能損失。特別需要一種這種類型的改進(jìn)的低NOx燃燒器和方法，它在設(shè)計(jì)上是不復(fù)雜的，并且在寬泛的操作范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的性能。另外，需要這種類型的燃燒器和方法能夠在增加煙氣再循環(huán)量時(shí)能有效地操作。CN201010296302. X公開了一種多點(diǎn)燃燒的長火焰超低NOx排放的氣體燃燒器，該氣體燃燒器主要由消音罩、風(fēng)道、調(diào)風(fēng)擋板、風(fēng)箱、一級(jí)燃燒器、二級(jí)燃燒器、燒嘴磚、長明燈組成，其特征在于燒嘴磚的空氣流道內(nèi)設(shè)置有一級(jí)燃燒器，一級(jí)燃燒器為預(yù)混式燃燒器，采用煙氣再循環(huán)技術(shù)，進(jìn)一步降低NOx排放；還設(shè)置有二級(jí)燃燒器，二級(jí)燃燒器為擴(kuò)散式燃燒器，由二級(jí)燃料進(jìn)氣管、二級(jí)燃料噴嘴組成。該氣體燃燒器，采用了分級(jí)燃料燃燒技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)和多點(diǎn)分散燃燒技術(shù)，以降低燃料燃燒溫度，以利于裂解爐內(nèi)熱場的均勻分布，并實(shí)現(xiàn)大能力燃燒和超低NOx排放，特別適合在裂解爐內(nèi)作為底部燃燒器使用。
發(fā)明內(nèi)容[0006]本實(shí)用新型的目的在于提供一種適用于乙烯裂解爐的大能力、扁平火焰、低NOx排放的裂解爐用底部氣體燃燒器，它不僅可以滿足環(huán)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。本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種扁平火焰的裂解爐用底部氣體燃燒器，主要由調(diào)風(fēng)器1、風(fēng)箱2、長明燈3、燃料分配管4、一級(jí)燃燒器5、二級(jí)燃燒器6、燒嘴磚7組成，其特征在于燒嘴磚7置于爐子底部，內(nèi)部空心處為中心空氣流道8，在其入口段是一個(gè)橫截面積不變、橫截面為橢圓形的流道，出口段的橫截面積逐漸變小，形成空氣收縮流道，此時(shí)橫截面與內(nèi)壁面形成角度α，橫截面與外壁面形成角度β ；—級(jí)燃料噴頭9和二級(jí)燃料噴頭11置于燒嘴磚7外部，在燒嘴磚7變截面處周圍，并且靠近外壁面。燒嘴磚7上開有側(cè)向通道10，使?fàn)t膛與中心空氣流道8連通，該側(cè)向通道的一端靠近一級(jí)燃燒器5的一級(jí)燃料噴頭9。本實(shí)用新型的扁平火焰裂解爐用底部氣體燃燒器采用分級(jí)燃料燃燒和煙氣再循環(huán)技術(shù)，燃料分二級(jí)進(jìn)行燃燒。一級(jí)燃燒器5的一級(jí)燃料噴頭9噴出的燃料氣被噴入燒嘴磚7的側(cè)向通道10中，從而吸引爐膛內(nèi)的煙氣進(jìn)入燒嘴磚7的中心空氣流道8，燃料氣和煙氣的混合物在混合區(qū)呈旋流狀，與全部助燃空氣混合形成一次燃燒區(qū)，進(jìn)行貧燃料燃燒，降低了 NOx生成量。二級(jí)燃燒器6的二級(jí)燃料噴頭11噴出的燃料氣進(jìn)入一次燃燒區(qū)下游，與燃燒剩余的助燃空氣和煙氣混合，形成二次燃燒區(qū)，火焰最高溫度不會(huì)達(dá)到傳統(tǒng)燃燒器的火焰溫度，也降低了 NOx生成量。燒嘴磚出口段是一個(gè)逐漸收縮的空氣流道，橫截面為橢圓形，在空氣收縮流道內(nèi)，橢圓形截面逐漸縮小，使助燃空氣被不斷增速，以便形成扁平長火焰，燒嘴磚的出口段與爐膛相連。側(cè)向通道10使?fàn)t膛與中心空氣流道8連通，每個(gè)側(cè)向通道10最好放置在與燒嘴磚7內(nèi)側(cè)相切的位置，以利于一級(jí)燃料、煙氣和助燃空氣的旋流混合，一級(jí)燃料噴頭9的噴孔方向與側(cè)向通道10的軸向一致。二級(jí)燃料噴頭11的噴孔方向與燒嘴磚7橫截面及外壁面形成的角度β相匹配，噴孔軸線最好與外壁面平行，以增強(qiáng)二級(jí)燃料與煙氣的混合。燒嘴磚安裝在爐子底部，并靠近爐子側(cè)墻的內(nèi)壁面，燃燒火焰由于壁面效應(yīng)而貼近爐墻內(nèi)壁面，并順著爐墻內(nèi)壁面流動(dòng)和燃燒，因此在爐墻內(nèi)壁面產(chǎn)生一個(gè)較均勻的熱流分布。更具體地舉例，一級(jí)燃料噴頭9和二級(jí)燃料噴頭11分布于燒嘴磚7外部，在燒嘴磚7變截面處周圍，并且靠近外壁面，α最好為45° 80°，β最好為40 ° 75° ；最好有2 4個(gè)一級(jí)燃燒器5和2 4個(gè)二級(jí)燃燒器6。在使用本實(shí)用新型時(shí)，最好采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法進(jìn)行燒嘴磚空氣流道的設(shè)計(jì)；采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法確定一級(jí)燃料噴孔、二級(jí)燃料噴孔的數(shù)量、布置和方位，從而獲得令人滿意的火焰形狀和熱流分布。一級(jí)燃料的燃燒負(fù)荷最好占總?cè)剂系?0% 40% ；二級(jí)燃料的燃燒負(fù)荷最好占總?cè)剂系?0% 60%。本實(shí)用新型提供了一個(gè)用于乙烯裂解爐的扁平火焰、低NOx燃燒器，與目前裂解爐用低NOx燃燒器相比，能力更大、熱流分布更加合理、操作更加穩(wěn)定；而且，本實(shí)用新型的燃燒器在維護(hù)和控制上更加簡單，允許裂解爐的操作者在優(yōu)化和穩(wěn)定的熱通量特性下操作，特別適用于乙烯裂解爐上。本實(shí)用新型的其它和更深一步的目標(biāo)、特征和優(yōu)點(diǎn)通過下面的具體實(shí)施方式
和附圖中進(jìn)行進(jìn)一步描述。

圖1是本實(shí)用新型燃燒器的主視圖。圖2是本實(shí)用新型燃燒器的俯視圖。圖中1 一調(diào)風(fēng)器，2 —風(fēng)箱，3 —長明燈，4 一燃料分配管，5 —一級(jí)燃燒器，6 —二級(jí)燃燒器，7 —燒嘴磚，8 —中心空氣流道，9- 一級(jí)燃料噴頭，10-側(cè)向通道，11- 二級(jí)燃料噴頭。
具體實(shí)施方式
圖1所示是一種應(yīng)用本實(shí)用新型的用于乙烯裂解爐的大能力、扁平火焰、低NOx排放底部氣體燃燒器，主要由調(diào)風(fēng)器1、風(fēng)箱2、長明燈3、燃料分配管4、一級(jí)燃燒器5、二級(jí)燃燒器6、燒嘴磚7組成。它僅是本實(shí)用新型的一種形式，本實(shí)用新型并不僅限于此。參閱圖1，助燃空氣通過調(diào)風(fēng)器1，進(jìn)入風(fēng)箱2，然后進(jìn)入燒嘴磚7中心空氣流道8的入口段和出口段，最后進(jìn)入爐膛，燃料和助燃空氣在爐膛內(nèi)進(jìn)行分級(jí)擴(kuò)散混合燃燒。參閱圖1此實(shí)用新型燃燒器燒嘴磚7中心空氣流道8的入口段是一個(gè)橫截面積不變的流道，其橫截面為橢圓形。出口段是一個(gè)逐漸收縮的流道，橢圓形截面逐漸縮小，使助燃空氣不斷增速，以便形成扁平長火焰。參閱圖1，燒嘴磚安裝在爐子底部，并靠近爐子側(cè)墻的內(nèi)壁面，燃燒火焰由于壁面效應(yīng)而貼近爐墻內(nèi)壁面，并順著爐墻內(nèi)壁面向上流動(dòng)和燃燒。參閱圖1、圖2，側(cè)向通道10可連通爐膛與中心空氣流道8，每個(gè)側(cè)向通道10放置在與燒嘴磚7內(nèi)側(cè)壁面相切的位置。參閱圖1、圖2，一級(jí)燃料噴頭9、二級(jí)燃料噴頭11放置于燒嘴磚7外部，在燒嘴磚7變截面處周圍，并且靠近外壁面，一級(jí)燃料噴孔的方向與側(cè)向通道10的軸向一致，二級(jí)燃料噴孔的方向與燒嘴磚7橫截面及外壁面形成的角度β匹配。參閱圖1、圖2，燒嘴磚空氣流道的設(shè)計(jì)采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)方法進(jìn)行。圖1、圖2中的一級(jí)燃料噴頭9、二級(jí)燃料噴頭11的設(shè)計(jì)、布置、數(shù)量和方位采用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(CFD)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求1.一種扁平火焰的裂解爐用底部氣體燃燒器，主要由調(diào)風(fēng)器(1)、風(fēng)箱(2)、長明燈 (3)、燃料分配管(4)、一級(jí)燃燒器(5)、二級(jí)燃燒器(6)、燒嘴磚(7)組成，其特征在于燒嘴磚 (7)置于爐子底部，內(nèi)部空心處為中心空氣流道(8)，在其入口段是一個(gè)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(shí)橫截面與內(nèi)壁面形成角度α，橫截面與外壁面形成角度β ；—級(jí)燃料噴頭(9)和二級(jí)燃料噴頭(11)在燒嘴磚(7)的外部變截面處周圍，并且靠近外壁面；一級(jí)燃燒器(5 )的一級(jí)燃料噴頭(9 )噴出的燃料氣被噴入燒嘴磚(7)的側(cè)向通道(10)中，從而吸引爐膛內(nèi)的煙氣進(jìn)入燒嘴磚(7)的中心空氣流道(8) 并與全部助燃空氣混合，形成一次燃燒區(qū)；二級(jí)燃燒器(6)的二級(jí)燃料噴頭(11)噴出的燃料氣進(jìn)入一次燃燒區(qū)下游，與燃燒剩余的助燃空氣和煙氣混合，形成二次燃燒區(qū)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐用底部氣體燃燒器，其特征在于燒嘴磚(7)的中心空氣流道(8)的橫截面為橢圓形。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐用底部氣體燃燒器，其特征在于側(cè)向通道(10)使?fàn)t膛與中心空氣流道(8)連通，每個(gè)側(cè)向通道(10)放置在與燒嘴磚(7)內(nèi)側(cè)壁面相切的位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐用底部氣體燃燒器，其特征在于一級(jí)燃料噴頭(9)的噴孔方向與側(cè)向通道10的軸向一致。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐用底部氣體燃燒器，其特征在于夾角α為45° 80°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐用底部氣體燃燒器，其特征在于夾角β為40° 75°。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裂解爐用底部氣體燃燒器，其特征在于二級(jí)燃料噴頭(11)的噴孔方向與夾角β相匹配。
專利摘要本實(shí)用新型提供了一種裂解爐用底部氣體燃燒器，其特征在于燒嘴磚(7)置于爐子底部，內(nèi)部空心處為中心空氣流道(8)，在其入口段是一個(gè)橫截面積不變的流道，橫截面為橢圓形，出口段的橫截面積逐漸變小，形成空氣收縮流道。一級(jí)燃料噴頭(9)噴出的燃料氣被噴入燒嘴磚(7)的側(cè)向通道(10)中，從而吸引爐膛內(nèi)的煙氣進(jìn)入燒嘴磚(7)的中心空氣流道(8)，燃料氣和煙氣的混合物在混合區(qū)呈旋流狀，與全部助燃空氣混合形成一次燃燒區(qū)，進(jìn)行貧燃料燃燒，降低了NOx生成量。二級(jí)燃料噴頭(11)噴出的燃料氣進(jìn)入一次燃燒區(qū)下游，與燃燒剩余的助燃空氣和煙氣混合，形成二次燃燒區(qū)，同樣降低了NOx生成量。該燃燒器，適合在乙烯裂解爐內(nèi)作為底部燃燒器使用，可形成扁平火焰，實(shí)現(xiàn)大能力燃燒和低NOx排放。
文檔編號(hào)F23D14/58GK202328232SQ20112046100
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月20日
發(fā)明者劉韞硯, 張建, 張賢福, 徐紅兵, 李金科, 毛小亮 申請(qǐng)人:天華化工機(jī)械及自動(dòng)化研究設(shè)計(jì)院