CN106382629A - 高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，设置在加热炉内，它包括火盆砖、油气联合枪、2～4支高氢***、自产气体***组件、长明灯、高氢气连接管、油气联合枪燃油连接管、油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管、长明灯连接管、二根自产气体枪连接管、燃烧器主体、调风机构、四个调节球阀、三通调节球阀、点火灯、观火灯和火检。本发明将燃料分级并比例调节，适宜不同负荷下的低NOx燃烧排放要求；通过对助燃空气的多种扰流及文丘里效应的利用，有效抑制NOx生成；通过对火盆砖和高氢燃***的喷头的特殊设计，解决了热量局部聚集，易造成局部过热问题。具有烧脱氢尾气，又能烧解析气、脱附气等自产气体，同时又能烧油的功能。
Description
技术领域
本发明涉及一种石油化工燃烧器设备，特别涉及一种高氢燃气扁平火焰超低NOx
排放油气联合燃烧器。
背景技术
目前有一大部份工艺加热炉，由于炉管与炉管之间相距较近，燃烧器火焰形状设计不合理，就会出现火焰舔炉管，导致炉管上的温度不均匀，局部超温区域容易结焦严重，大大的缩短检修周期和炉管使用寿命。
进入到上世纪九十年代，随着节能和环保的需要，大部份炼油、化工、化肥厂，都对各装置自产的脱氢尾气（含高氢）、解析气、脱附气等自产气体的再利用，不再将其送入火炬燃烧。由于这些炼厂气具有氢含量高、热值偏低，燃气量及组分随油品品质变化等特点，因此在燃烧器的设计中要综合这些因素，并根据目前对环保排放NOx达标要求，实现超低NOx燃烧，现在制造厂普遍缺乏此类解决方案和可供达到理想效果的燃烧器产品。
国家环保总局发布的《石油炼制工业污染物排放标准》（GB 31570-2015）规定2015-07-01开始实施，其中一类地区NOx排放要求低于100mg/m3。国内石化加热炉燃烧器的低NOx排放燃烧技术，大都只能保证NOx排放达到50PPM左右（80~120 mg/m3），而国外的同类燃烧器产品排放可达20~30PPM。在燃烧器上采用多种抑制NOx的技术手段，如：燃料分级燃烧、浓淡燃烧、燃料再燃、烟气再循环等等，但是，一直达不到国外的同类产品的先进效果。众多的技术在结构应用中存在一些相互干扰的地方，实际应用时又不能根据工况进行调整，因此，有些产品就存在火焰刚性不好，火焰发飘，燃烧不充分等现象，NOx排放指标也极不稳定。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中燃烧器产品NOx排放不达标等不足，提供一种实现超低NOx燃烧的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃气燃烧器。
一种高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，设置在加热炉内，它包括火盆砖、油气联合枪、2～4支高氢***、自产气体***组件、长明灯、高氢气连接管、油气联合枪燃油连接管、油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管、长明灯连接管、二根自产气体枪连接管。
所述火盆砖的底部设有燃烧器主体且所述火盆砖与所述燃烧器主体相连通。所述燃烧器主体的侧面设有调风机构且所述调风机构与所述燃烧器主体相连通。所述自产气体***组件设置在所述燃烧器主体上。所述油气联合枪的一端分别穿过所述燃烧器主体的底部伸入所述燃烧器主体和火盆砖内，另一端分别与所述油气联合枪燃油连接管和油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管相连。所述长明灯的一端分别穿过所述燃烧器主体的底部伸入所述燃烧器主体和火盆砖内，另一端与所述长明灯连接管相连。所述2～4支高氢***的一端分别穿过所述燃烧器主体的底部伸入所述燃烧器主体和火盆砖内，另一端都与所述高氢气连接管相连。
所述自产气体***组件与所述二根自产气体枪连接管相连。所述高氢气连接管、油气联合枪燃油连接管、油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管和长明灯连接管上分别设有一个调节球阀。所述二根自产气体枪连接管远离所述自产气体***组件的那端设有三通调节球阀。所述燃烧器主体的底部设有点火孔、观火孔和火检。
在其中一个实施例中，所述自产气体***组件包括6～10支自产气体枪和二个U型集合管。
所述二个U型集合管的端面封闭并首尾相连，且所述二个U型集合管环绕所述燃烧器主体的外侧面设置在所述燃烧器主体上。所述6～10支自产气体枪环绕所述火盆砖的外侧四周并均匀对称设置在所述二个U型集合管上，且每支自产气体枪都与其中一个所述U型集合管相连通。所述U型集合管的中部与所述自产气体枪连接管相连通且一个所述U型集合管对应一根所述自产气体枪连接管。
在其中一个实施例中，所述火盆砖包括火盆砖主体、6～10个凹槽和6～10个自产气体通道。所述火盆砖主体的外侧四周均匀分布设置有所述6～10个凹槽且一个所述凹槽对应一个所述自产气体枪。所述火盆砖主体上部四个侧面均匀设有6～10个自产气体通道，且一个所述自产气体通道对应一个所述自产气体枪。
在其中一个实施例中，所述火盆砖为中空宝塔结构，中空部分为火盆砖助燃空气通道。
所述火盆砖的上部外侧面向内倾斜且上部内侧面呈倒八字型，所述火盆砖的下部呈长方形。
在其中一个实施例中，所述自产气体通道从下往上向所述火盆砖内部倾斜。
在其中一个实施例中，所述燃烧器主体包括降噪多孔板内筒、外筒和耐火纤维层。所述耐火纤维层设置在所述外筒和降噪多孔板内筒之间。
在其中一个实施例中，所述油气联合枪包括油枪和燃***。所述油枪设置在所述燃***内部。所述油气联合枪燃油连接管与所述油枪相连通，所述油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管与所述***相连通。
在其中一个实施例中，所述油气联合枪还包括稳焰罩，所述稳焰罩设置在所述燃***的顶部，用于稳定中心火焰，防止脱火。
在其中一个实施例中，所述燃烧器主体为中空结构，中空部分为燃烧器助燃空气通道。
在其中一个实施例中，每个所述高氢燃***包括高氢燃***喷头、高氢燃***枪杆和至少一个高氢燃***喷孔。所述高氢燃***枪杆的一端分别穿过所述燃烧器主体的底部伸入所述燃烧器主体和火盆砖内，另一端都与所述高氢气连接管相连。所述高氢燃***喷头设置在所述高氢燃***枪杆的顶部。所述至少一个高氢燃***喷孔设置在所述高氢燃***喷头上。
本发明的优点及有益效果：
1、本发明通过将燃料分级并比例调节，适宜不同负荷下的低NOx燃烧排放要求。
2、本发明通过对助燃空气的多种扰流及文丘里效应的利用，使得分级燃料混合充
分，燃烧器中心火焰分散，火焰传播方式可靠，火焰温度降低，有效抑制NOx生成。
3、本发明高氢***、油气联合枪和自产气体枪燃料喷射对应，在火盆砖上方合理的
交叉、对射、分层次燃烧，其中应用了烟气再燃、燃料和空气的过浓燃烧、燃料和空气的过淡燃烧、分散燃烧，炉膛烟气回流，燃料和空气强制混合等技术，有效抑制NOx生成，且火焰宏观呈宝塔扁平，竖直向上刚直有力。
4、本发明通过对火盆砖和高氢燃***的喷头的特殊设计，解决了烧高氢存在的燃烧
传播速度快，低负荷容易出现回火烧坏喷嘴问题；火焰短小，燃烧区域集中，热量局部聚集，易造成局部过热问题。能满足石化加热炉装置中扁平宝塔火焰、烧高氢、底烧、烧油、燃料分级可调的低NOx油气联合燃烧器的要求，火焰刚直有力不舔炉管、不脱火、燃烧效率高。
5、本发明采用自动电子点火的长明灯。加之燃烧器主体采用消声结构及低热传导设计，隔热保温性能优异，使燃烧器箱体向外散热损失降至最低，因而达到高效、节能、超低NOX污染排放与低噪声的环保目的。
附图说明
图1为本发明的主剖视图。
图2为本发明的侧剖视图。
图3为本发明的俯视图。
图4为火盆砖的主视图。
图5为火盆砖的俯视图。
图6为图5的A-A剖视图。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被称为“设置”在另一个元件，它可以是直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是与另一个元件“相连”，它可以是直接连接到另一个元件，或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在于限制本发明。
实施例1
请参阅图1至图6，一种高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，设置在加热炉19内，它包括火盆砖1、油气联合枪5、二支高氢***7、自产气体***组件、长明灯2、高氢气连接管77、油气联合枪燃油连接管57、油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管50、长明灯连接管21、二根自产气体枪连接管95、燃烧器主体3、调风机构4、四个调节球阀41、三通调节球阀43、点火灯23、观火灯25和火检27。
其中，火盆砖1的底部设有燃烧器主体3且火盆砖1与燃烧器主体3相连通。燃烧器主体3的侧面设有调风机构4且调风机构4与燃烧器主体3相连通。自产气体***组件设置在燃烧器主体3上。油气联合枪5的一端分别穿过燃烧器主体3的底部伸入燃烧器主体3和火盆砖1内，另一端分别与油气联合枪燃油连接管57和油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管50相连。长明灯2的一端分别穿过燃烧器主体3的底部伸入燃烧器主体3和火盆砖1内，另一端与长明灯连接管21相连。2～4支高氢***7的一端分别穿过燃烧器主体3的底部伸入燃烧器主体3和火盆砖1内，另一端都与高氢气连接管77相连。
具体的，自产气体***组件与二根自产气体枪连接管95相连。高氢气连接管7、油气联合枪燃油连接管57、油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管50和长明灯连接管21上分别设有一个调节球阀41。二根自产气体枪连接管95远离自产气体***组件的那端设有三通调节球阀43。燃烧器主体3的底部设有点火孔23、观火孔25和火检27。
其中，四个调节球阀41和三通调节球阀43可以方便的调节各支枪燃气分配比例，实现降低NOx排放最佳效果。
其中，自产气体***组件包括10支自产气体枪91和二个U型集合管93。
具体的，二个U型集合管93的端面封闭并首尾相连，且二个U型集合管93环绕燃烧器主体3的外侧面设置在燃烧器主体3上。10支自产气体枪91环绕火盆砖1的外侧四周并均匀对称设置在二个U型集合管93上，且每支自产气体枪91都与其中一个U型集合管93相连通。U型集合管93的中部与自产气体枪连接管95相连通且一个U型集合管93对应一根自产气体枪连接管95。
如图4至图6所示，火盆砖1包括火盆砖主体13、10个凹槽15和10个自产气体通道17。火盆砖主体13的外侧四周均匀分布设置有10个凹槽15且一个凹槽15对应一个自产气体枪91。火盆砖主体13上部四个侧面均匀设有10个自产气体通道17，且一个自产气体通道17对应一个自产气体枪91。
其中，自产气体通道17从下往上向所述火盆砖1内部倾斜。火盆砖1对应自产气体枪91的喷射燃气面为斜面结构，各斜面沿着燃气喷射扩散，设计的斜面从根部往上呈现放射状，相邻斜面角度不同，利于使燃气喷射及携带的回流烟气差异化，局部进行扰流，使燃料分布及火焰温度更加分散，减低NOx产生。
其中，火盆砖1为中空宝塔结构，中空部分为火盆砖1助燃空气通道。火盆砖1的上部外侧面向内倾斜且上部内侧面呈倒八字型，火盆砖1的下部呈长方形，利于燃气及火焰附着在火墙上。
其中，燃烧器主体3包括降噪多孔板内筒31、外筒33和耐火纤维层35。耐火纤维层35
设置在外筒33和降噪多孔板内筒31之间，用于保温隔热和降噪。燃烧器主体3为中空结构，中空部分为燃烧器助燃空气通道。
具体的，油气联合枪5包括油枪、燃***和稳焰罩。油枪设置在燃***内部。油气联合枪燃油连接管57与油枪相连通，油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管50与***相连通。稳焰罩设置在燃***的顶部，用于稳定中心火焰，防止脱火。
其中，每个高氢燃***7包括高氢燃***喷头、高氢燃***枪杆和至少一个高氢燃***喷孔。高氢燃***枪杆的一端分别穿过燃烧器主体3的底部伸入燃烧器主体3和火盆砖1内，另一端都与高氢气连接管77相连。高氢燃***喷头设置在高氢燃***枪杆的顶部。至少一个高氢燃***喷孔设置在高氢燃***喷头上。
其中，调风机构4包括挡板叶片、连杆机构和调风手柄。
需要说明的是：本发明自产气体指的是解析气、脱附气等自产气体。
本发明的工作原理和工作过程：
燃气通过各***烧嘴喷头上的喷孔向火盆砖1斜面及上空呈多级喷射，实现燃烧区域内燃料的浓淡区域分布差异，抑制NOx的生成。燃气喷射引射及火盆砖1斜面上沿口处形成低压区，促使炉膛烟气回流，与燃气、助燃空气再次混合燃烧，进一步抑制NOx的生成。
油气联合枪5的烧嘴在火盆砖1内，喷出的燃气与助燃空气混合后燃烧。此处，空气相对过剩较大，燃烧时温度不高，有利于抑制NOx的生成，一级燃烧后的贫氧烟气在火盆砖1口处与自产气体枪燃气烧嘴喷射的燃气混合，进入二级燃烧，更进一步抑制NOx的生成。
火盆砖1对应自产气体***的喷射燃气面为斜面结构，各斜面沿着燃气喷射扩散，设计的斜面从根部往上呈现放射状，相邻斜面角度不同，利于使燃气喷射及携带的回流烟气差异化，局部进行扰流，使燃料分布及火焰温度更加分散，减低NOx产生。
本发明的优点及有益效果：
1、本发明通过将燃料分级并比例调节，适宜不同负荷下的低NOx燃烧排放要求。
2、本发明通过对助燃空气的多种扰流及文丘里效应的利用，使得分级燃料混合充
分，燃烧器中心火焰分散，火焰传播方式可靠，火焰温度降低，有效抑制NOx生成。
3、本发明高氢***7、油气联合枪5和自产气体枪91燃料喷射对应，在火盆砖1
上方合理的交叉、对射、分层次燃烧，其中应用了烟气再燃、燃料和空气的过浓燃烧、燃料和空气的过淡燃烧、分散燃烧，炉膛烟气回流，燃料和空气强制混合等技术，有效抑制NOx生成，且火焰宏观呈宝塔扁平，竖直向上刚直有力。
4、本发明通过对火盆砖1和高氢燃***喷头的特殊设计，解决了烧高氢存在的燃烧
传播速度快，低负荷容易出现回火烧坏喷嘴问题；火焰短小，燃烧区域集中，热量局部聚集，易造成局部过热问题。能满足石化加热炉装置中扁平宝塔火焰、烧高氢、底烧、烧油、燃料分级可调的低NOx油气联合燃烧器的要求，火焰刚直有力不舔炉管、不脱火、燃烧效率高。
5、本发明采用自动电子点火的长明灯2。加之燃烧器主体3采用消声结构及低热传
导设计，隔热保温性能优异，使燃烧器箱体向外散热损失降至最低，因而达到高效、节能、超低NOX污染排放与低噪声的环保目的。
根据多次试验结果和在宁波科元塑胶有限公司12万吨/年乙苯-苯乙烯扩建装置蒸汽过热炉（F-32301）装置中测量的数据：
烟气中氧含量（O2）：3%（mol干基）；
NOX浓度：≤40mg/Nm3；
CO浓度：＜20ml/Nm3；
燃烧器100%运行的噪音：≤60dB（A）（距设备1m以外处）；
已达到超低NOX污染排放与低噪声的环保目的。
以上所述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，设置在加热炉内，其特征在
于，包括火盆砖、油气联合枪、2～4支高氢***、自产气体***组件、长明灯、高氢气连接管、油气联合枪燃油连接管、油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管、长明灯连接管、二根自产气体枪连接管；
所述火盆砖的底部设有燃烧器主体且所述火盆砖与所述燃烧器主体相连通，所述燃烧器主体的侧面设有调风机构且所述调风机构与所述燃烧器主体相连通，所述自产气体***组件设置在所述燃烧器主体上，所述油气联合枪的一端分别穿过所述燃烧器主体的底部伸入所述燃烧器主体和火盆砖内，另一端分别与所述油气联合枪燃油连接管和油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管相连，所述长明灯的一端分别穿过所述燃烧器主体的底部伸入所述燃烧器主体和火盆砖内，另一端与所述长明灯连接管相连，所述2～4支高氢***的一端分别穿过所述燃烧器主体的底部伸入所述燃烧器主体和火盆砖内，另一端都与所述高氢气连接管相连，所述自产气体***组件与所述二根自产气体枪连接管相连，所述高氢气连接管、油气联合枪燃油连接管、油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管和长明灯连接管上分别设有一个调节球阀，所述二根自产气体枪连接管远离所述自产气体***组件的那端设有三通调节球阀，所述燃烧器主体的底部设有点火孔、观火孔和火检。
2.根据权利要求1所述的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，其特征在
于，所述自产气体***组件包括6～10支自产气体枪和二个U型集合管，所述二个U型集合管的端面封闭并首尾相连，且所述二个U型集合管环绕所述燃烧器主体的外侧面设置在所述燃烧器主体上，所述6～10支自产气体枪环绕所述火盆砖的外侧四周并均匀对称设置在所述二个U型集合管上，且每支自产气体枪都与其中一个所述U型集合管相连通，所述U型集合管的中部与所述自产气体枪连接管相连通且一个所述U型集合管对应一根所述自产气体枪连接管。
3.根据权利要求2所述的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，其特征在
于，所述火盆砖包括火盆砖主体、6～10个凹槽和6～10个自产气体通道，所述火盆砖主体的外侧四周均匀分布设置有所述6～10个凹槽且一个所述凹槽对应一个所述自产气体枪，所述火盆砖主体上部四个侧面均匀设有6～10个自产气体通道，且一个所述自产气体通道对应一个所述自产气体枪。
4.根据权利要求1所述的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，其特征在
于，所述火盆砖为中空宝塔结构，中空部分为火盆砖助燃空气通道，所述火盆砖的上部外侧面向内倾斜且上部内侧面呈倒八字型，所述火盆砖的下部呈长方形。
5.根据权利要求3所述的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，其特征在
于，所述自产气体通道从下往上向所述火盆砖内部倾斜。
6.根据权利要求1所述的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，其特征在于，所述燃烧器主体包括降噪多孔板内筒、外筒和耐火纤维层，所述耐火纤维层设置在所述外筒和降噪多孔板内筒之间。
7.根据权利要求1所述的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，其特征在于，所述油气联合枪包括油枪和燃***，所述油枪设置在所述燃***内部，所述油气联合枪燃油连接管与所述油枪相连通，所述油气联合枪燃油雾化蒸汽连接管与所述***相连通。
8.根据权利要求7所述的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，其特征在于，
所述油气联合枪还包括稳焰罩，所述稳焰罩设置在所述燃***的顶部，用于稳定中心火焰，防止脱火。
9.根据权利要求1所述的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，其特征在于，
所述燃烧器主体为中空结构，中空部分为燃烧器助燃空气通道。
10.根据权利要求1所述的高氢燃气扁平火焰超低NOx排放油气联合燃烧器，其特征在于，每个所述高氢燃***包括高氢燃***喷头、高氢燃***枪杆和至少一个高氢燃***喷孔，所述高氢燃***枪杆的一端分别穿过所述燃烧器主体的底部伸入所述燃烧器主体和火盆砖内，另一端都与所述高氢气连接管相连，所述高氢燃***喷头设置在所述高氢燃***枪杆的顶部，所述至少一个高氢燃***喷孔设置在所述高氢燃***喷头上。
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Denomination of invention: High hydrogen gas flat flame ultra-low NOx emission oil-gas combined burner Effective date of registration: 20210726 Granted publication date: 20190118 Pledgee: China Everbright Bank Corporation Yueyang Branch Pledgor: YUEYANG MAPOWER THERMPROCESS & ELECTROMAGNETIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2021980006675 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: High Hydrogen Gas Flat Flame Ultra-Low NOx Emission Oil-Gas Combined Burner Effective date of registration: 20220922 Granted publication date: 20190118 Pledgee: China Everbright Bank Corporation Yueyang Branch Pledgor: YUEYANG MAPOWER THERMPROCESS & ELECTROMAGNETIC TECHNOLOGY Co.,Ltd. Registration number: Y2022980015976 |