CN221098602U - 一种新型的裂解炉燃烧器 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种新型的裂解炉燃烧器，第一方面，由于燃气通过射流燃气喷管以射流状态喷入，氧气通过旋流叶片以旋流状态和燃气混合，从而形成紊流的混合气，混合气在混合完成后立即通过空心圆柱状喷嘴进入反应腔室，不但确保了天然气和氧气混合的完全均匀，还取消了较长的混合段，使得混合腔室内混合气体在喷嘴内的停留时间小于着火诱导期。另外一方面，混合气的混合比例未达到气体的着火下限，以确保在进入反应腔室不会发生早期着火的现象，规避燃烧器烧坏的风险；配合补氧组件进行补氧，从而达到着火点；另外通过可以调整底部补入的氧气的补入量，可以调整了局部的氧浓度使得局部达到***门限内，以确保充分燃烧，保持火焰的稳定。

Description

一种新型的裂解炉燃烧器

技术领域

本申请涉及天然气化工及其工艺设备技术领域，特别涉及一种新型的裂解炉燃烧器。

背景技术

天然气制乙炔的主流工艺为部分氧化法，是指利用一部分原料天然气与氧气燃烧为另一部分天然气裂解提供大量的热量生成乙炔的方法。目前掌握该技术的为德国BASF公司和乌克兰国家化学工程研究设计院有限责任公司。该工艺的核心设备为裂解炉，裂解炉燃烧器和反应室组成。两家公司的主要区别在于燃烧器的结构形式不同，德国BASF公司采用直通式燃烧器，乌克兰国家化学工程研究设计院有限责任公司采用旋焰式燃烧器和反应室。由于乙炔裂解需要1300℃以上的温度快速反应，确保在310ms内进行急冷否则会大大影响乙炔生成率。为确保在极短的反应时间内完成反应要求进入燃烧室前的氧气与甲烷需充分混合满足充分反应条件。因此上述两家公司的工艺种均采用了预混结构。

经过预热的天然气从顶部进入旋焰式燃烧器的环状预混段，预热后氧气经气流侧面孔道两侧吹入天然气中，天然气-氧气混合气以大于50m/s的流速进入旋焰式燃烧器的两个环形流道段，在每个流道内有6个导向块，混合气体形成流体旋流后，以大于300m/s的流速高速进入反应室，其弊端在于虽然天然气和氧气在旋焰式燃烧器的较大体积混合段和环形流道段完成较为均匀的混合，但混合气停留时间较长，易造成早期着火的危险，导致成本效率和有效性降低。

发明内容

本申请实施例提供一种新型的裂解炉燃烧器及使用方法，以解决相关技术中虽然天然气和氧气在旋焰式燃烧器的较大体积混合段和环形流道段完成较为均匀的混合，但混合气停留时间较长，易造成早期着火的危险的问题。

第一方面，提供了一种新型的裂解炉燃烧器，其包括：

混合腔室，其上设有与其内部连通的射流燃气喷管和氧气喷管；混合腔室内转动设有旋流叶片，所述氧气喷管位于混合腔室的侧面，且其喷射方向沿旋流叶片运行轨迹的径向设置；所述射流燃气喷管位于混合腔室的顶部，并且其喷射方向竖直设置；

冷却腔室，其上下开口，顶部与所述混合腔室密封连接，底部密封连接有反应腔室；

多个空心圆柱状喷嘴，其位于所述冷却腔室内，并且其上下两端分被与所述混合腔室和反应腔室连通；

补氧组件，其具有多个排氧口，多个排氧口位于空心圆柱状喷嘴与反应腔室连通处的下方，补氧组件用于向反应腔室输入氧气，以使混合气达到着火点比例。

一些实施例中，所述空心圆柱状喷嘴与反应腔室连通处的部分为扩径锥段，扩径锥段的上部直径小于扩径锥段的底部直径。

一些实施例中所述旋流叶片的中心处通过转轴转动连接在混合腔室的内底壁上；

多个空心圆柱状喷嘴排布形成多个圆环，多个圆环同心设置，以形成环形分布区域；所述射流燃气喷管的竖向投影位于所述环形分布区域内。

一些实施例中，所述补氧组件包括补氧主管和补氧主管副管，补氧主管一部分位于冷却腔室内，并向下穿设至反应腔室内，另一部分穿设冷却腔室的侧壁；补氧主管副管位于反应腔室内，并且其上开设有所述排氧口。

一些实施例中所述补氧主管的数量为一个，并且位于冷却腔室底部的中心处；

所述补氧主管副管的数量为多个，并且以所述中心为圆心，成圆环阵列分布。

一些实施例中，所述补氧主管副管为直线型管道或曲线型管道，所述排氧口沿补氧主管副管的轨迹方向排布；一个排氧口对应一个空心圆柱状喷嘴，并位于空心圆柱状喷嘴的正下方。

一些实施例中，所述冷却腔室外壁设有与其内部连通的进水组件和排水组件，排水组件位于进水组件上方。

一些实施例中，所述进水组件包括第一圆形轨迹管，第一圆形轨迹管通过多个径向设置的输水管与冷却腔室内部连通；

所述排水组件包括第二圆形轨迹管，第二圆形轨迹管通过多个径向设置的排水管与冷却腔室内部连通。

一些实施例中，所述冷却腔室内壁的周向上均匀间隔分布有多个翼型挡板，多个翼型挡板的所在高度与所述输水管所在高度相等，并且相邻两个翼型挡板之间对应一个输水管；

所述翼型挡板的末端朝向冷却腔室的中心轴，末端为翼型挡板远离冷却腔室内壁的一端。

第二方面，提供了一种新型的裂解炉燃烧器的使用方法，其包括：

将燃气以流速大于30m/s的射流流态从射流燃气喷管喷入混合腔室；

将氧气从氧气喷管进入，并通过旋流叶片以旋流流态与燃烧混合，以使混合气以流速大于40m/s的紊流流态通过多个空心圆柱状喷嘴进入反应腔室；

控制补氧组件向反应腔室输入氧气，并在混合气比例达到着火点比例时点燃混合气。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

第一方面，由于燃气通过射流燃气喷管以射流状态喷入，氧气通过旋流叶片以旋流状态和燃气混合，从而形成紊流的混合气，混合气在混合完成后立即通过空心圆柱状喷嘴进入反应腔室，这种结构不但确保了天然气和氧气混合的完全均匀，还取消了较长的混合段，使得混合腔室内混合气体在喷嘴内的停留时间小于着火诱导期。

另外一方面，混合气的混合比例未达到气体的着火下限，以确保在进入反应腔室不会发生早期着火的现象，规避燃烧器烧坏的风险；另外配合补氧组件进行补氧，从而达到着火点；另外通过可以调整底部补入的氧气的补入量，可以调整了局部的氧浓度使得局部达到***门限内，以确保充分燃烧，保持火焰的稳定。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的新型的裂解炉燃烧器的内部结构示意图；

图2为本申请实施例提供的新型的氧气喷管喷射气流形成旋流状态的原理示意图；

图3为本申请实施例提供的补氧组件、进水组件和排水组件的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的冷却腔室内壁具有翼型挡板的结构示意图。

图中：1、混合腔室；2、射流燃气喷管；3、氧气喷管；4、旋流叶片；5、冷却腔室；6、反应腔室；7、空心圆柱状喷嘴；8、补氧组件；800、补氧主管；801、补氧主管副管；9、排氧口；10、进水组件；1000、第一圆形轨迹管；1001、输水管；11、排水组件；1100、第二圆形轨迹管；1101、排水管；12、翼型挡板。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种新型的裂解炉燃烧器及使用方法，以解决相关技术中虽然天然气和氧气在旋焰式燃烧器的较大体积混合段和环形流道段完成较为均匀的混合，但混合气停留时间较长，易造成早期着火的危险的问题。

请参阅图1-图4，一种新型的裂解炉燃烧器，其包括：

混合腔室1，其上设有与其内部连通的射流燃气喷管2和氧气喷管3；混合腔室1内转动设有旋流叶片4，氧气喷管3位于混合腔室1的侧面，且其喷射方向沿旋流叶片4运行轨迹形成的圆的径向设置；射流燃气喷管2位于混合腔室1的顶部，并且其喷射方向竖直设置；参照图2，氧气喷管3与旋流叶片4的喷入状态；

冷却腔室5，其上下开口，顶部与混合腔室1密封连接，底部密封连接有反应腔室6；

多个空心圆柱状喷嘴7，其位于冷却腔室5内，并且其上下两端分被与混合腔室1和反应腔室6连通；

补氧组件8，其具有多个排氧口9，多个排氧口9位于空心圆柱状喷嘴7与反应腔室6连通处的下方，补氧组件8用于向反应腔室6输入氧气，以使混合气达到着火点比例。

通过以上的设置，第一方面，由于燃气通过射流燃气喷管2以射流状态喷入，氧气通过旋流叶片4以旋流状态和燃气混合，从而形成紊流的混合气，混合气在混合完成后立即通过空心圆柱状喷嘴7进入反应腔室6，这种结构不但确保了天然气和氧气混合的完全均匀，还取消了较长的混合段，使得混合腔室内混合气体在喷嘴内的停留时间小于着火诱导期。火焰传播速度是防止回火及脱火的关键指标，如果混合气体流速小于焰传播速度火焰将烧回喷嘴内，如果混合气体流速大于焰传播速度气流将会把火焰越推越远最终熄灭产生脱火。

另外一方面，混合气的混合比例未达到气体的着火下限，以确保在进入反应腔室6不会发生早期着火的现象，规避燃烧器烧坏的风险；另外配合补氧组件8进行补氧，从而达到着火点；另外通过可以调整底部补入的氧气的补入量，可以调整了局部的氧浓度使得局部达到***门限内，以确保充分燃烧，保持火焰的稳定。

从而，通过以上的说明在结构上的两方面来解决早期着火的危险的问题。

在一些优选的实施例中，为进一步确保混合气体流速大于火焰传播速度，有以下的设置：

空心圆柱状喷嘴7与反应腔室6连通处的部分为扩径锥段，扩径锥段的上部直径小于扩径锥段的底部直径。

确保在多个空心圆柱状喷嘴7中混合气停留时间尽量短，小于着火诱导期的2秒时间；调整扩径锥段的直径，确保多个空心圆柱状喷嘴7出来的混合气体流速大于火焰传播速度，混合气体流速大于火焰传播速度，规避了早期着火的风险。

在一些优选的实施例中，对空心圆柱状喷嘴7和射流燃气喷管2的位置进行进一步限定，以保证快速混合，并减少停留时间。

旋流叶片4的中心处通过转轴转动连接在混合腔室1的内底壁上；

多个空心圆柱状喷嘴7排布形成多个圆环，多个圆环呈同心设置，以形成环形分布区域；射流燃气喷管2的竖向投影位于环形分布区域内；射流燃气喷管2位于环形分布区域***。

在一些优选的实施例中，对补氧组件8进行详细的解释说明：

参考图4，图4中为取消了反应腔室6顶板的示意图，因此也展示了补氧组件8，补氧组件8包括补氧主管800和补氧主管副管801，补氧主管800一部分位于冷却腔室5内，并向下穿设至反应腔室6内，另一部分穿设冷却腔室5的侧壁；补氧主管副管801位于反应腔室6内，并且其上开设有排氧口9。补氧主管800的数量为一个，并且位于冷却腔室5底部的中心处；补氧主管副管801的数量为多个，并且以中心为圆心，成圆环阵列分布。

其中，补氧主管副管801为直线型管道或曲线型管道，排氧口9沿补氧主管副管801的轨迹方向排布；一个排氧口9对应一个空心圆柱状喷嘴7，并位于空心圆柱状喷嘴7的正下方。

通过以上的设置，使得排氧口9与空心圆柱状喷嘴7对应，可以快速的进行混合补充氧气，并且以上形式中补氧主管副管801优选为曲线型管道，可以形成伞状，从均匀排布在反应腔室6内。

在一些优选的实施例中，为保证确保燃烧器的温度得到有效控制，有以下的设置：

冷却腔室5外壁设有与其内部连通的进水组件10和排水组件11，排水组件11位于进水组件10上方。

进水组件10包括第一圆形轨迹管1000，第一圆形轨迹管1000通过多个径向设置的输水管1001与冷却腔室5内部连通；

排水组件11包括第二圆形轨迹管1100，第二圆形轨迹管1100通过多个径向设置的排水管1101与冷却腔室5内部连通。

以上的补水形式，可以从各个方向补充冷水，从使得冷水分布均匀，更好的散热；另外多个径向设置的排水管1101和输水管1001的结构形式，与多个空心圆柱状喷嘴7排布形成多个圆环，多个圆环同心设置形成的结构形式相配合，以使每个输水管1001进入的水流进入到相邻的两个空心圆柱状喷嘴7之间，从而确保进入多个空心圆柱状喷嘴7的布管区内的管间空隙和非布管区的压损情况基本一致，冷却水流动性较好、流动面均匀；进水和出水流动性好。

进一步的，冷却腔室5内壁的周向上均匀间隔分布有多个翼型挡板12，多个翼型挡板12的所在高度与输水管1001所在高度相等，并且相邻两个翼型挡板12之间对应一个输水管1001；翼型挡板12的末端朝向冷却腔室5的中心轴，末端为翼型挡板12远离冷却腔室5内壁的一端。

多个翼型挡板12的设置，进一步的确保进入多个空心圆柱状喷嘴7的布管区内的管间空隙和非布管区的压损情况基本一致，冷却水流动性较好、流动面均匀，其原理为：多个翼型挡板12作为导流结构，使得水流形成涡流，从而加快水流的同时，保证流动面均匀。

本申请还提出了一种新型的裂解炉燃烧器的使用方法，其包括：

将燃气以流速大于30m/s的射流流态从射流燃气喷管2喷入混合腔室1；

将氧气从氧气喷管3进入，并通过旋流叶片4以旋流流态与燃烧混合，以使混合气以流速大于40m/s的紊流流态通过多个空心圆柱状喷嘴7进入反应腔室6；

控制补氧组件8向反应腔室6输入氧气，并在混合气比例达到着火点比例时点燃混合气。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种新型的裂解炉燃烧器，其特征在于，其包括：

混合腔室(1)，其上设有与其内部连通的射流燃气喷管(2)和氧气喷管(3)；混合腔室(1)内转动设有旋流叶片(4)，所述氧气喷管(3)位于混合腔室(1)的侧面，且其喷射方向沿旋流叶片(4)运行轨迹形成的圆的径向设置；所述射流燃气喷管(2)位于混合腔室(1)的顶部，并且其喷射方向竖直设置；

冷却腔室(5)，其上下开口，顶部与所述混合腔室(1)密封连接，底部密封连接有反应腔室(6)；

多个空心圆柱状喷嘴(7)，其位于所述冷却腔室(5)内，并且其上下两端分被与所述混合腔室(1)和反应腔室(6)连通；

补氧组件(8)，其具有多个排氧口(9)，多个排氧口(9)位于空心圆柱状喷嘴(7)与反应腔室(6)连通处的下方，补氧组件(8)用于向反应腔室(6)输入氧气，以使混合气达到着火点比例。

2.如权利要求1所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

所述空心圆柱状喷嘴(7)与反应腔室(6)连通处的部分为扩径锥段，扩径锥段的上部直径小于扩径锥段的底部直径。

3.如权利要求1所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

所述旋流叶片(4)的中心处通过转轴转动连接在混合腔室(1)的内底壁上；

多个空心圆柱状喷嘴(7)排布形成多个圆环，多个圆环同心设置，以形成环形分布区域；所述射流燃气喷管(2)位于环形分布区域***。

4.如权利要求1所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

所述补氧组件(8)包括补氧主管(800)和补氧主管副管(801)，补氧主管(800)一部分位于冷却腔室(5)内，并向下穿设至反应腔室(6)内，另一部分穿设冷却腔室(5)的侧壁；补氧主管副管(801)位于反应腔室(6)内，并且其上开设有所述排氧口(9)。

5.如权利要求4所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

所述补氧主管(800)的数量为一个，并且位于冷却腔室(5)底部的中心处；

所述补氧主管副管(801)的数量为多个，并且以所述中心为圆心，成圆环阵列分布。

6.如权利要求5所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

所述补氧主管副管(801)为直线型管道或曲线型管道，所述排氧口(9)沿补氧主管副管(801)的轨迹方向排布；一个排氧口(9)对应一个空心圆柱状喷嘴(7)，并位于空心圆柱状喷嘴(7)的正下方。

7.如权利要求1所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

所述冷却腔室(5)外壁设有与其内部连通的进水组件(10)和排水组件(11)，排水组件(11)位于进水组件(10)上方。

8.如权利要求7所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

所述进水组件(10)包括第一圆形轨迹管(1000)，第一圆形轨迹管(1000)通过多个径向设置的输水管(1001)与冷却腔室(5)内部连通；

所述排水组件(11)包括第二圆形轨迹管(1100)，第二圆形轨迹管(1100)通过多个径向设置的排水管(1101)与冷却腔室(5)内部连通。

9.如权利要求8所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

所述冷却腔室(5)内壁的周向上均匀间隔分布有多个翼型挡板(12)，多个翼型挡板(12)的所在高度与所述输水管(1001)所在高度相等，并且相邻两个翼型挡板(12)之间对应一个输水管(1001)；

所述翼型挡板(12)的末端朝向冷却腔室(5)的中心轴，末端为翼型挡板(12)远离冷却腔室(5)内壁的一端。