CN202328252U - 一种使用预热助燃空气的低NOx侧壁气体燃烧器 - Google Patents

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张建
徐红兵
康翼
刘韫砚
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Abstract

本实用新型提供了一种使用预热助燃空气的低NOX侧壁气体燃烧器，主要由风道(1)、烧嘴砖(2)、稳焰装置(3)、烧嘴(4)、进气管(5)和筒体(6)组成。预热助燃空气是经过风道（1）进入筒体（6）中，穿过稳焰装置（3）中心与一级燃料喷孔（11）和二级燃料喷孔（12）中喷射出的燃料气混合扰动，从而燃烧形成贴壁火焰。该侧壁气体燃烧器，特别适合在乙烯裂解炉上使用，火焰贴壁燃烧，燃烧状况好，温度分布均匀；使用预热助燃空气，强化了传热，达到节能目的；采用燃料分级和烟气再循环燃料技术，降低了NOX的排放水平；维护和控制简单，调节比大，允许裂解炉的操作者在优化和稳定的热通量特性下操作。

Description

一种使用预热助燃空气的低NOx侧壁气体燃烧器
技术领域
本实用新型涉及一种使用预热助燃空气的低NOX侧壁气体燃烧器，特别是一种以燃料气为燃料的贴壁火焰燃烧器。特别适用于石油化工厂的乙烯裂解炉上。 
背景技术
燃烧器是乙烯裂解炉的主要部件之一，大多数裂解炉采用了底部燃烧器和侧壁燃烧器联合供热的方式，这种配置方式可获得较均匀的炉内温度场分布。 
近几年来，“节能降耗”主题逐渐提上日程。乙烯裂解炉也采用了一些节能降耗方面的技术。在燃烧器上游增加空气预热器就是其中的一项。增加空气预热器的作用是利用装置的废热来预热燃烧器的助燃空气，预热后的助燃空气就携带这部分热能进入裂解炉内，从而达到节能的目的。 
目前使用预热助燃空气在节能方面取得了不同程度的成功，但通常应用于底部燃烧器。随着“节能降耗”的推进和底部燃烧器在助燃空气预热上的成功，预热助燃空气这一节能技术将逐渐应用于侧壁燃烧器。对于侧壁燃烧器，由于其结构通常和底部燃烧器不同，还需要根据侧壁燃烧器的特点做一些改进。 
CN90222263.5公布了一种三喷管式旋流式气体燃烧器，该气体燃烧器的火焰处于旋流状态，是一个贴壁的平面火焰辐射面。同时采用预热空气，强化了传热。但是由于未采用先进的降低NOX技术，NOX排放较高。 
NOx是对环境有危害的物质，通常认为NOx的排放与臭氧的减少及其他环境问题有关。在高温、氧过剩的条件下燃烧时，空气中的氮气将和空气中的氧气发生反应生成NOx。众所周知，在其它条件相同的情况下，NOx的生成量随着燃烧温度的升高而增大。 
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种使用预热助燃空气的低NOX侧壁气体燃烧器，特别是一种适用于乙烯裂解炉上的以燃料气为燃料的贴壁火焰燃烧器。它不仅可以满足节能要求，还可以获得良好的侧壁燃烧器火焰形状、火焰直径以及热流密度分布，采用分级燃料燃烧技术和烟气再循环技术获得低NOx排放。并且便于维护、更换和操作。 
本实用新型的目的是这样实现的： 
一种使用预热助燃空气的低NOX侧壁气体燃烧器，主要由风道1、烧嘴砖2、稳焰装置3、烧嘴4、进气管5、筒体6组成，其特征在于筒体6固定于炉体的侧壁板上，风道1焊于筒体6的侧边，形成一个直角弯，作为预热助燃空气通道，风道1和筒体6的内部通道最好均为直筒形；烧嘴砖2固定于炉体的侧壁板上，下部与筒体6相接，烧嘴砖2的外形轮廓最好为方形，烧嘴砖2内部的空气通道在进口段为一段直筒形，接近出口时空气通道横截面逐渐扩大形成碗状结构7；筒体6中心轴向固定有进气管5，进气管5穿过筒体6进入至烧嘴砖2的空气通道内，进气管5的出口端套有烧嘴4，烧嘴4由筒形底座8、一级燃料喷管10和二级燃料喷管9组成，烧嘴4的进口端为筒形底座8，筒形底座8上再焊有一级燃料喷管10和二级燃料喷管9，其中二级燃料喷管9的方向沿空气通道轴向，一级燃料喷管10的方向为直角弯向烧嘴砖2空气通道内壁面，呈半S形流道与内壁面相切。一级燃料喷管10上开有一级燃料喷孔11。二级燃料喷管9上开有二级燃料喷孔12。稳焰装置3是一个中空、其外沿带有直角折边的圆环，同轴置于烧嘴砖2的空气通道内，最好置于直筒形空气通道与碗状结构空气通道底部交接处或靠近直筒形空气通道与碗状结构空气通道底部交接处，稳焰装置3的外沿靠近烧嘴砖2空气通道内壁面，折边折向烧嘴砖出口，折边内侧置烧嘴4的二级燃料喷管9和一级燃料喷管10，起到稳焰作用，稳焰装置3同轴固定于进气管5上；燃料气是通过进气管5进入烧嘴4的筒形底座8中，然后流经二级燃料喷管9和一级燃料喷管10，再从一级燃料喷孔11和二级燃料喷孔12喷出；预热助燃空气是经过风道1进入筒体6中，穿过稳焰装置3中心与一级燃料喷孔11和二级燃料喷孔12中喷射出的燃料气混合扰动，从而燃烧形成沿着烧嘴砖2的碗状结构7而出的贴壁火焰。
本实用新型的使用预热助燃空气的低NOX侧壁气体燃烧器的各个主要部件最好都是活连接，便于燃烧器安装时的调整和日常使用中的维护和更换。 
更具体的举例，对于本实用新型的使用预热助燃空气的低NOX侧壁气体燃烧器的一级燃料喷管10最好是2～4个。一级燃料喷管10上有一个一级燃料喷孔11，一级燃料喷孔11的方向与稳焰装置3的直角折边内壁面相切。二级燃料喷管9上最好有3～5个二级燃料喷孔12，二级燃料喷孔12与二级燃料喷管9轴线的夹角L最好为60～80度。二级燃料喷孔12距稳焰装置3的出口边缘最好为5～10mm。 
在使用本实用新型时，最好采用计算流体动力学(CFD)方法进行烧嘴砖2、稳焰装置3和烧嘴4的流道设计；采用计算流体动力学(CFD)方法确定二级燃料喷孔12和一级燃料喷管10的数量、布置和方位，从而获得令人满意的火焰和热流分布。 
稳焰装置3出口即直角折边边缘最好距离烧嘴砖2的空气通道的碗状结构7的底部即空气通道横截面开始变化增大处最好为0～6mm。一级燃料喷孔11的燃烧负荷最好占总燃料的60%～80%；二级燃料喷孔12的燃烧负荷最好占总燃料的40%～20%。 
本实用新型为了降低NOX排放，采用了燃料分级和烟气再循环技术。一级燃料与全部的助燃空气在炉膛燃烧区混合燃烧，过剩的助燃空气降低了火焰温度，从而减少的NOX的生成。二级燃料从二级燃料喷孔12中喷出，在进入二级燃烧区之前先与一级燃烧区的烟气混合。利用二级燃料气流产生的低压区，使烟气再循环到燃烧区域中，与过剩的助燃空气完成燃烧，由于惰性烟气冷却了火焰，并降低了氧分压，从而减少NOX的生成。 
本实用新型的侧壁燃烧器特别适合在裂解炉上使用，火焰贴壁燃烧，燃烧状况好，温度分布均匀；使用预热助燃空气，强化了传热，达到节能目的；采用燃料分级和烟气再循环技术，降低了NOX的排放水平；维护和控制简单，调节比大，允许裂解炉的操作者在优化和稳定的热通量特性下操作。 
本实用新型的其它和更深一步的目标、特征和优点通过下面的具体实施方式和附图中进一步描述。 
附图说明
图1是本实用新型燃烧器的结构示意图； 
图2是本实用新型燃烧器烧嘴4的结构主视图；
图3是本实用新型燃烧器烧嘴4的A向视图；
图4是本实用新型燃烧器稳焰装置3的剖视图；
图5是本实用新型燃烧器烧嘴砖2的局部剖视图。
其中：1-风道，2-烧嘴砖，3-稳焰装置，4-烧嘴，5-进气管，6-筒体，7-碗状结构，8-筒形底座，9-二级燃料喷管，10-一级燃料喷管，11-一级燃料喷孔，12-二级燃料喷孔。 
具体实施方式
图1所示是一种应用于本实用新型的使用预热助燃空气的低NOX侧壁气体燃烧器，主要由风道1、烧嘴砖2、稳焰装置3、烧嘴4、进气管5、筒体6组成。它仅是本实用新型的一种形式，本实用新型并不仅限于此。
参阅图1，燃料气从进气管5进入，经烧嘴4喷射于稳焰装置3内；预热助燃空气从风道1进入，经筒体6穿过稳焰装置3与从所喷射出的燃料气混合，从而燃烧形成火焰。 
参阅图1、2、3、4，烧嘴4上进口端为一筒形底座8，筒形底座8上再焊有一级燃料喷管10和二级燃料喷管9。一级燃料喷管10上开有一级燃料喷孔11。二级燃料喷管9上开有二级燃料喷孔12。一级燃料喷管10和二级燃料喷管9于稳焰装置3内。 
参阅图1、4、5，稳焰装置3同轴置于烧嘴砖2内，燃料气和助燃空气混合扰动后沿烧嘴砖2出口的碗状结构7喷射而出。 
图1、2、3、4中烧嘴砖2、稳焰装置3和烧嘴4的流道设计采用计算流体动力学（CFD）方法进行。 
图2、3、5中的二级燃料喷孔12、一级燃料喷管10的数量、布置和方位以及烧嘴砖2上碗状结构7的结构设计采用计算流体动力学（CFD）方法进行设计。    
该侧壁气体燃烧器使用预热助燃空气，火焰贴壁，NOX排放低，操作、维护和更换方便。

Claims (10)

1.一种使用预热助燃空气的低NOX侧壁气体燃烧器，主要由风道（1）、烧嘴砖（2）、稳焰装置（3）、烧嘴（4）、进气管（5）、筒体（6）组成，其特征在于风道（1）焊于筒体（6）的侧边，形成一个直角弯，作为预热助燃空气通道；烧嘴砖（2）固定于炉体的侧壁板上，下部与筒体（6）相接，烧嘴砖（2）内部的空气通道在进口段为一段直筒形，接近出口时空气通道横截面逐渐扩大形成碗状结构（7）；筒体（6）中心轴向固定有进气管（5），进气管（5）穿过筒体（6）进入至烧嘴砖（2）的空气通道内，进气管（5）的出口端套有烧嘴（4），烧嘴（4）由筒形底座（8）、一级燃料喷管（10）和二级燃料喷管（9）组成，烧嘴（4）的进口端为筒形底座（8），筒形底座（8）上焊有一级燃料喷管（10）和二级燃料喷管（9），其中二级燃料喷管（9）的方向沿空气通道轴向，一级燃料喷管（10）的方向为直角弯向烧嘴砖（2）空气通道内壁面，呈半S形流道与内壁面相切；一级燃料喷管（10）上开有一级燃料喷孔（11）；二级燃料喷管（9）上开有二级燃料喷孔（12）；稳焰装置（3）是一个中空、其外沿带有直角折边的圆环，同轴置于烧嘴砖(2)的空气通道内，其外沿靠近烧嘴砖（2）空气通道内壁面，折边折向烧嘴砖出口，折边内侧置烧嘴(4)的燃料二级喷管（9）和一级燃料喷管（10），起到稳焰作用，稳焰装置（3）同轴固定于进气管（5）上。
2.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于风道（1）和筒体（6）的内部通道均为直筒形。
3.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于烧嘴砖(2)的外形轮廓为方形。
4.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于稳焰装置（3）置于直筒形空气通道与碗状结构空气通道底部交接处或靠近直筒形空气通道与碗状结构空气通道底部交接处。
5.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于一级燃料喷管（10）为2～4个。
6.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于一级燃料喷孔（11）的方向与稳焰装置（3）的直角折边内壁面相切。
7.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于二级燃料喷管（9）上有3～5个二级燃料喷孔（12）。
8.根据权利要求5所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于二级燃料喷孔（12）与二级燃料喷管（9）轴线的夹角L为60～80度。
9.根据权利要求8所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于二级燃料喷孔（12）距稳焰装置（3）的出口边缘为5～10mm。
10.根据权利要求6所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于稳焰装置（3）的直角折边边缘距离烧嘴砖（2）的空气通道的碗状结构（7）的底部即空气通道横截面开始变化增大处0～6mm。
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