CN102393018A

CN102393018A - 一种用于裂解炉底部的低氮氧化物排放的气体燃烧器

Info

Publication number: CN102393018A
Application number: CN2011103686090A
Authority: CN
Inventors: 李金科; 徐红兵; 刘韫砚
Original assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Tianhua Institute of Chemical Machinery and Automation Co Ltd
Current assignee: China Petroleum and Chemical Corp; Tianhua Institute of Chemical Machinery and Automation Co Ltd
Priority date: 2011-11-20
Filing date: 2011-11-20
Publication date: 2012-03-28

Abstract

本发明提供了一种用于裂解炉底部的低氮氧化物排放的气体燃烧器，主要由入口风道（1）、风道（2）、调风挡板（3）、风箱（4）、烧嘴砖（5）、一级燃烧器（6）、二级燃烧器（7）、长明灯（8）组成，其特征在于烧嘴砖（5）置于炉子底部，内部空心处为中心空气流道（9），在其入口段（10）是一个横截面积不变的流道，出口段（11）的横截面积逐渐变小，形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度β；一级燃料喷头（12）和二级燃料喷头（13）在烧嘴砖（5）的上部外侧周围。一级燃烧器（6）的一级燃料喷头（12）喷出的燃料气被喷入烧嘴砖（5）的侧向通道（14）中，从而吸引烟气进入烧嘴砖（5）的中心空气流道（9），利用烟气再循环降低NO_x生成量。该裂解炉用底部气体燃烧器，适合在乙烯裂解炉内作为底部燃烧器使用，可形成扁平火焰，实现大能力燃烧和低NO_x排放。

Description

一种用于裂解炉底部的低氮氧化物排放的气体燃烧器

技术领域

本发明涉及一种新型低氮氧化物排放、低噪音的裂解炉用底部燃烧器，特别是一种以燃料气为燃料的大能力、扁平火焰、低NOx、低噪音的裂解炉用底部气体燃烧器，适用于乙烯裂解炉上。

背景技术

燃料气与空气混合后进行燃烧，空气中的氧气与燃料气中的碳氢化合物进行燃烧反应并放出大量的热。但是在高温、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。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NOx排放对环境的影响日益得到人们关心之前，通常所有类型的火焰加热炉都采用单级燃烧器，同目前使用的低NOx燃烧器相比，这种简单的单级燃烧器会产生很高水平的NOx排放，无法满足当前环保标准和规章的要求。为了减少NOx排放，就需要设计出低NOx燃烧器。

CN200720032397.8公开了一种长火焰低氮氧化物排放的气体燃烧器，该气体燃烧器主要由消音罩、风道、调风挡板、风箱、折流板、一级燃烧器、二级燃烧器、烧嘴砖、长明灯组成，其特征在于烧嘴砖置于炉子底部，内部空心处为空气流道，在其入口段是一个横截面积不变的平直流道，出口段的横截面积逐渐变小形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度β；烧嘴砖空气流道的入口段靠近内壁处设置有一级燃烧器，一级燃料喷孔向内倾斜，角度α与β 相同，二级燃料喷头上有二级燃料喷孔和三级燃料喷孔。该气体燃烧器可形成扁平长火焰，实现大能力燃烧和超低NOx排放。

CN00247075.6公开了一种侧壁气体燃烧器，该气体燃烧器主要由燃料气进口管、引射器、烧嘴组成，特点是在进气口端设有外、内消音器及视火孔，燃料气进口管的出口端设有置于引射器内的燃气喷头，引射器前端接有烧嘴，烧嘴头部为碗状，其碗部周边开有数个矩形喷孔；引射器、烧嘴外围设有烧嘴砖，外消音器与烧嘴砖之间设有二次助燃空气调节器，火焰贴壁燃烧，燃烧状况好，使用寿命长，操作方便，噪音低。

循环烟气温度较高，在一定程度上抵消了烟气循环带来的好处。为此，限制了NOx减少量的完成。目前需要一个有效的、改良的利用烟气再循环的低NOx燃烧器和方法，其中循环烟气在进入燃烧器火焰之前温度被充分降低，并且燃烧系统中没有任何热能损失。特别需要一种这种类型的改进的低NOx燃烧器和方法，它在设计上是不复杂的，并且在宽泛的操作范围内提供稳定的性能。另外，需要这种类型的燃烧器和方法能够在增加烟气再循环量时能有效地操作。

CN201010296302.X公开了一种多点燃烧的长火焰超低氮氧化物排放的气体燃烧器，该气体燃烧器主要由消音罩、风道、调风挡板、风箱、一级燃烧器、二级燃烧器、烧嘴砖、长明灯组成，其特征在于烧嘴砖的空气流道内设置有一级燃烧器，一级燃烧器为预混式燃烧器，采用烟气再循环技术，进一步降低NOx排放；还设置有二级燃烧器，二级燃烧器为扩散式燃烧器，由二级燃料进气管、二级燃料喷嘴组成。该气体燃烧器，采用了分级燃料燃烧技术、烟气再循环技术和多点分散燃烧技术，以降低燃料燃烧温度，以利于裂解炉内热场的均匀分布，并实现大能力燃烧和超低NOx排放，特别适合在裂解炉内作为底部燃烧器使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于乙烯裂解炉的大能力、长火焰、低氮氧化物排放、低噪音的裂解炉用底部气体燃烧器，它不仅可以满足环保要求，而且可以获得良好的底部燃烧器火焰形状、火焰长度、火焰刚性以及热流密度分布。

本发明的目的是这样实现的：一种低氮氧化物排放的裂解炉用底部气体燃烧器，主要由入口风道1、风道2、调风挡板3、风箱4、烧嘴砖5、一级燃烧器6、二级燃烧器7、长明灯8组成，其特征在于烧嘴砖5置于炉子底部，内部空心处为中心空气流道9，在其入口段10是一个横截面积不变的流道，出口段11的横截面积逐渐变小，形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度β；烧嘴砖5内壁与外壁之间设有与中心空气流道9轴向平行的多个孔道，分别布置有一级燃烧器6和二级燃料器7，一级燃烧器6的一级燃料喷头12和二级燃烧器7的二级燃料喷头13设在烧嘴砖5的上部外侧周围；在每一个一级燃烧器6的一级燃料喷头12旁边均开有通向中心空气流道9的侧向通道14，一级燃料喷头12上开有一级燃料喷孔和二级燃料喷孔，一级燃料喷孔的方向与侧向通道14的轴向一致，喷出的燃料气进入烧嘴砖5的侧向通道14中，从而吸引烟气进入烧嘴砖5的中心空气流道9，利用烟气再循环降低NOx生成量。

本发明的低氮氧化物排放的气体燃烧器采用分级燃料燃烧技术，燃料分三级进行燃烧。一级燃料喷头12上开有一级燃料喷孔和二级燃料喷孔，二级燃料喷头13上开有二级燃料喷孔和三级燃料喷孔。一级燃料从一级燃料喷孔以自由射流方式通过侧向通道14喷入空气流道出口段11进入炉膛，形成第一燃烧区；二级燃料从二级燃料喷孔喷入炉膛，在第一燃烧区外侧形成第二燃烧区。三级燃料从三级燃料喷孔喷入炉膛，在第二燃烧区外侧形成第三燃烧区。助燃空气通过入口风道1、风道2和调风挡板3进入风箱4，然后依次进入烧嘴砖5的入口段平直流道和出口段收缩流道，最后进入炉膛，全部引入第一燃烧区，燃料和助燃空气在炉膛内进行分级扩散混合燃烧。

烧嘴砖出口段是一个流道逐渐收缩的空气收缩流道，在空气收缩流道内，助燃空气被不断增速，以便与扁平长火焰相适应，烧嘴砖的出口段与炉膛相连。

侧向通道14与中心空气流道9是连通的。每个侧向通道14的下方在中心空气流道9内最好设有一个挡块15，以防止火焰向下燃烧。

烧嘴砖安装在炉子底部，并靠近炉子侧墙的内壁面，燃烧火焰由于壁面效应而贴近炉墙内壁面，并顺着炉墙内壁面流动和燃烧，因此在炉墙内壁面产生一个较均匀的热流分布。

更具体地举例，一级燃料喷头12和二级燃料喷头13分布在烧嘴砖5上部的外侧周围。β最好为45^o～80^o；最好有2～4个一级燃烧器6和2～4个二级燃烧器7。

本发明气体燃烧器中风道2前最好接有入口风道1，入口风道1采用直角通道，可以更好地降低噪音污染。

本发明裂解炉用底部气体燃烧器中入口风道1、风道2和风箱4之间通过长螺栓和连接法兰连接。

本发明气体燃烧器中入口风道1、风道2、风箱4内部衬有消音棉，进一步降低噪音污染。

在使用本发明时，最好采用计算流体动力学（CFD）方法进行烧嘴砖空气流道的设计；采用计算流体动力学（CFD）方法确定一级燃料喷孔、二级燃料喷孔和三级燃料喷孔的数量、布置和方位，从而获得令人满意的火焰形状和热流分布。一级燃料的燃烧负荷最好占总燃料的10%～35%；二级和三级燃料的燃烧负荷最好占总燃料的90%～65%。

本发明提供了一个用于乙烯裂解炉的大能力、低NOx燃烧器，与目前裂解炉用低NOx燃烧器相比，能力更大、热流分布更加合理、操作更加稳定；而且，本发明的燃烧器在维护和控制上更加简单，允许裂解炉的操作者在优化和稳定的热通量特性下操作，特别适用于乙烯裂解炉上。

本发明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行进一步描述。

附图说明

图1是本发明燃烧器的主视图；

图2是本发明燃烧器的俯视图。

其中：1-入口风道，2-风道，3-调风挡板，4-风箱，5-烧嘴砖，6-一级燃烧器，7-二级燃烧器，8-长明灯，9-中心空气流道，10-入口段，11-出口段，12-一级燃料喷头，13-二级燃料喷头，14-侧向通道，15-挡块。

具体实施方式

图1所示是一种应用本发明的用于乙烯裂解炉的大能力、超低NOx燃烧器，主要由入口风道1、风道2、调风挡板3、风箱4、烧嘴砖5、一级燃烧器6、二级燃烧器7、长明灯8组成。它仅是本发明的一种形式，本发明并不仅限于此。

参阅图1，助燃空气通过入口风道1、风道2和调风挡板3，进入风箱4，然后依次进入烧嘴砖5中心空气流道9的入口段10和出口段11，最后进入炉膛，燃料和助燃空气在炉膛内进行分级扩散混合燃烧。

参阅图1此发明燃烧器烧嘴砖5中心空气流道9的入口段10是一个横截面不变的流道。出口段11逐渐收缩，形成一个收缩流道，使流道逐渐变扁，助燃空气不断增速，以便与扁平长火焰相适应。

参阅图1，烧嘴砖安装在炉子底部，并靠近炉子侧墙的内壁面，燃烧火焰由于壁面效应而贴近炉墙内壁面，并顺着炉墙内壁面向上流动和燃烧。

参阅图1、图2，一级燃料喷头12、二级燃料喷头13放置在烧嘴砖5上部外侧周围，一级燃料喷孔的方向与侧向通道14的轴向一致。

每个侧向通道14的下方在中心空气流道9内设有一个挡块15，以防止火焰向下燃烧。

参阅图1、图2，烧嘴砖空气流道的设计采用计算流体动力学方法进行。

图1、图2中的一级燃料喷头12、二级燃料喷头13的设计、布置、数量和方位采用计算流体动力学(CFD)方法进行设计。

实施例

以下是该发明裂解炉用底部气体燃烧器的计算流体动力学(CFD)分析。燃烧器的设计负荷是4.8MW，燃料气温度和助燃空气温度均为常温，采用天然气作为燃料，一级燃料占总燃料的30%，二级和三级燃料占总燃料的70%，对烧嘴砖的空气流道进行设计，并确定一级、二级和三级燃料喷孔的数量、布置和方位。

Claims

1.一种低氮氧化物排放的裂解炉用底部气体燃烧器，主要由入口风道（1）、风道（2）、调风挡板（3）、风箱（4）、烧嘴砖（5）、一级燃烧器（6）、二级燃烧器（7）、长明灯（8）组成，其特征在于烧嘴砖（5）置于炉子底部，内部空心处为中心空气流道（9），在其入口段（10）是一个横截面积不变的流道，出口段（11）的横截面积逐渐变小，形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度β；烧嘴砖（5）内壁与外壁之间设有与中心空气流道（9）轴向平行的多个孔道，分别布置有一级燃烧器（6）和二级燃料器（7），一级燃烧器（6）的一级燃料喷头（12）和二级燃烧器（7）的二级燃料喷头(13)设在烧嘴砖（5）的上部外侧周围；在每一个一级燃烧器（6）的一级燃料喷头（12）旁边均开有通向中心空气流道（9）的侧向通道（14），一级燃料喷头（12）上开有一级燃料喷孔和二级燃料喷孔，一级燃料喷孔的方向与侧向通道（14）的轴向一致，喷出的燃料气进入烧嘴砖（5）的侧向通道（14）中。

2.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于二级燃料喷头（13）上开有二级燃料喷孔和三级燃料喷孔。

3.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于三级燃料从三级燃料喷孔喷入炉膛，在第二燃烧区外侧形成第三燃烧区。

4.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于侧向通道（14）的下方在中心空气流道（9）内设有一个挡块（15），以防止火焰向下燃烧。

5.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于夹角β为45^o～80^o。

6.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于有2～4个一级燃烧器（6）。

7.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于有2～4个二级燃烧器（7）。