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CN114151790A - 一种分布式烟气内外双循环耦合分级燃烧设备 - Google Patents

一种分布式烟气内外双循环耦合分级燃烧设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种分布式烟气内外双循环耦合分级燃烧设备，所述设备包括：裂解炉、烟囱、外循环烟气回流总管、调节阀、引风机、烟气分配管和多个底部燃烧器。烟囱的一端与裂解炉相连通，另一端与外循环烟气回流总管的一端连接。外循环烟气回流总管的另一端与调节阀连接，调节阀远离外循环烟气回流总管的一端与引风机连接，引风机远离所述调节阀的一端与烟气分配管连接，烟气分配管与多个底部燃烧器连接。引风机通过外循环烟气回流总管抽取烟囱内的烟气，并通过调节阀调节烟气流量，再由烟气分配管注入到每个底部燃烧器，以在每个底部燃烧器进行分级燃烧。本发明可以降低NOx排放的有效性。

Description

一种分布式烟气内外双循环耦合分级燃烧设备
技术领域
本发明涉及热能技术领域，特别是一种分布式烟气内外双循环耦合分级燃烧设备。
背景技术
氮氧化物(NOx)是造成大气污染的主要污染源之一，对人体及动植物具有致毒作用，是形成雾霾(PM2.5)、酸雨、酸雾的重要因素。NOx生成主要三种类型，分别是热力型NOx、瞬时型NOx、燃料型NOx。热力型NOx是由于燃烧空气中的氮气，在高温下氧化而产生。NO的生成速率与氧分子浓度的0.5次方成正比，随着反应温度的升高热力型NO的生成根据Arrhenius定律，呈指数规律增加。快速型NOx是空气中的氮在高温下与氧化合而成。它产生在火焰面内，是富碳氢类燃料在过剩空气系数小于1时燃烧特有的现象。快速型NOx的生成受温度的影响不是很大。在一定的温度下，快速型NOx主要取决于过剩空气系数。燃料型NOx是燃料中本身含有的NH3、HCN等含氮物质，或者燃料中含氮的有机化合物在燃料燃烧过程中直接裂解产生N、CN、HCN等中间产物，经过氧化而生成的，也有部分NOx是热解直接产生的。
裂解炉等高温炉膛石化工艺加热炉采用多台燃烧器供热方式，由于其炉膛温度高，是产生NOx排放的主要大型石化设备。由于裂解炉等高温石化加热炉多采用燃气作为燃料。NOx产生的源头是热力型的NOx与快速型NOx，其中最主要的是热力型NOx。之前多采用低氮燃烧器的方式降低NOx排放。随着NOx排放指标要求更加严格，仅仅采用低氮燃烧器降低NOx排放已经难以满足要求。为了实现超低NOx排放，在裂解炉等高温炉膛石化工艺加热炉采用烟气脱硝的方式，但是烟气脱硝投资成本和运行成本均很高。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种分布式烟气内外双循环耦合分级燃烧设备。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种分布式烟气内外双循环耦合分级燃烧设备，所述设备包括：裂解炉、烟囱、外循环烟气回流总管、调节阀、引风机、烟气分配管和多个底部燃烧器；其中，
所述烟囱的一端与所述裂解炉相连通，另一端与所述外循环烟气回流总管的一端连接；
所述外循环烟气回流总管的另一端与所述调节阀连接，所述调节阀远离所述外循环烟气回流总管的一端与所述引风机连接，所述引风机远离所述调节阀的一端与所述烟气分配管连接，所述烟气分配管与多个所述底部燃烧器连接；
所述引风机通过所述外循环烟气回流总管抽取所述烟囱内的烟气，并通过所述调节阀调节烟气流量，再由所述烟气分配管注入到每个所述底部燃烧器，以在每个所述底部燃烧器进行分级燃烧。
可选地，所述底部燃烧器包括：外循环烟气注入口、回流烟气整流器、风箱、隔板、外围燃气枪、中心燃气枪、烟气比例调节翻板和助燃风进口，其中，
所述外循环烟气注入口与所述通过所述回流烟气整流器与所述风箱连通；
所述隔板将所述风箱拆分为两部分，一部分针对所述外围燃气枪，另一部分针对所述中心燃气枪；
通过所述烟气比例调节翻板的不同开度将烟气按照不同比例分配到风箱的上述两部分，以调节烟气对所述外围燃气枪和所述中心燃气枪燃烧排放效果；
所述助燃风进口以使助燃风进入上述两部分。
可选地，所述回流烟气整流器为多孔板形式的整流器。
可选地，所述回流烟气整流器为旋流喷孔形式的整流器。
可选地，所述外循环烟气回流总管和所述烟气分配管中总管流通面积是进入底部燃烧器烟气支管面积总和的3倍及以上。
可选地，在所述设备进入工作状态时，所述外循环注入口注入的烟气与所述中心燃气枪先进行一次燃烧，所述外围燃气枪上的二级燃气喷嘴喷射高速燃气卷吸炉膛内的循环烟气进入底部燃烧火焰区域。
本发明与现有技术相比的优点在于：
本发明实施例通过分布式整流型烟气外循环将烟气比较均匀的分配进入每个底部燃烧器，从而提高烟气外循环降低NOx的效率。通过可调节区域掺混比例，使得烟气能够按照不同的比例分别进入助燃风不同区域，从而在确保低氮燃烧稳定性的基础上，进一步提高烟气降低NOx排放的有效性。通过底部烟气内循环燃烧技术，将卷吸炉膛底部烟气，是的底部火焰均匀性进一步提高，降低NOx排放。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种分布式烟气外循环设备的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种耦合烟气外循环的底部燃烧器的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种内外循环烟气参与燃烧原理的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种回流烟气整流器的示意图。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种将烟气外循环、烟气内循环和分级燃烧相耦合的超低排放燃烧设备，通过分布式结构设计实现高效降低NOx排放。
在本实施例中，分布式烟气内外双循环耦合分级燃烧设备可以包括：裂解炉、烟囱、外循环烟气回流总管、调节阀、引风机、烟气分配管和多个底部燃烧器，其中，所述烟囱的一端与所述裂解炉相连通，另一端与所述外循环烟气回流总管的一端连接；所述外循环烟气回流总管的另一端与所述调节阀连接，所述调节阀远离所述外循环烟气回流总管的一端与所述引风机连接，所述引风机远离所述调节阀的一端与所述烟气分配管连接，所述烟气分配管与多个所述底部燃烧器连接；所述引风机通过所述外循环烟气回流总管抽取所述烟囱内的烟气，并通过所述调节阀调节烟气流量，再由所述烟气分配管注入到每个所述底部燃烧器，以在每个所述底部燃烧器进行分级燃烧。
图1为分布式烟气外循环设备整体图，图2为耦合烟气外循环的底部燃烧器图。引风机5通过外循环烟气回流总管3抽取烟囱2中的烟气，并通过调节阀4调节烟气流量，再由烟气分配管6注入到每个底部燃烧器7。具体注入方式为烟气通过底部燃烧器7的外循环烟气注入口12进入流经回流烟气整流器11进入风箱13。通过回流烟气整流器11对烟气进行整流。隔板14可以将风箱13分为两部分，一部分针对外围燃气枪8，一部分针对中心燃气枪10。通过烟气比例调节翻板15的不同开度将烟气按照不同比例分配到风箱的这两部分。从而调节烟气对外围燃气枪8和中心燃气枪10燃烧排放效果的影响。助燃风则通过助燃风进口16进入参与燃烧。
本发明中为确保烟气分配均匀需要外循环烟气回流总管3和烟气分配管6中总管流通面积是进入底部燃烧器烟气支管面积总和的3倍或更多。11回流烟气整流器见图4回流烟气整流器结构图。可以采用多孔板或者旋流喷孔形式。烟气通过回流烟气整流器11迅速被分散，部分烟气向前由烟气比例调节翻板15调节进入针对外围燃气枪8的助燃风区域，部分烟气横向分散进入针对中心燃气枪10的助燃风区域。
如图3内外循环烟气参与燃烧原理示意图，外循环注入烟气与中心燃气枪10先进行一次燃烧，外围燃气枪8上的二级燃气喷嘴喷射高速燃气卷吸大量炉膛内循环烟气进入底部燃烧火焰区域。通过内外双循环烟气参与燃烧，显著降低底部燃烧NOx的生成。
本发明实施例提供的上述技术方案，将烟气外循环、烟气内循环和分级燃烧相耦合的超低排放燃烧设备，通过分布式结构设计实现高效降低NOx排放。其中：
分布式整流型烟气外循环：通过引风机将裂解炉为代表的高温炉膛工艺加热炉的烟气从烟囱出抽出，通过烟气外循环管道，引到炉底部，通过分布式管道送入每个底部燃烧器。在每台底部燃烧器烟气进口安装整流器，确保烟气均匀的分配到每台燃烧器。
可调节区域掺混比例：燃烧器采用燃气分级燃烧方式初步降低氮氧化物排放。将烟气通过调节板调整烟气与助燃风位置的不同的掺混比例。
底部烟气内循环低氮燃烧技术：通过底部燃烧器外围燃气喷嘴和底部助燃风形成高速射流烟气，卷吸炉底烟气，形成烟气内循环，使得底部火焰进一步均匀，降低NOx排放。
本申请所述具体实施方式可以使本领域的技术人员更全面地理解本申请，但不以任何方式限制本申请。因此，本领域技术人员应当理解，仍然对本申请进行修改或者等同替换；而一切不脱离本申请的精神和技术实质的技术方案及其改进，均应涵盖在本申请专利的保护范围中。

Claims (6)

1.一种分布式烟气内外双循环耦合分级燃烧设备，其特征在于，所述设备包括：裂解炉、烟囱、外循环烟气回流总管、调节阀、引风机、烟气分配管和多个底部燃烧器；其中，
所述烟囱的一端与所述裂解炉相连通，另一端与所述外循环烟气回流总管的一端连接；
所述外循环烟气回流总管的另一端与所述调节阀连接，所述调节阀远离所述外循环烟气回流总管的一端与所述引风机连接，所述引风机远离所述调节阀的一端与所述烟气分配管连接，所述烟气分配管与多个所述底部燃烧器连接；
所述引风机通过所述外循环烟气回流总管抽取所述烟囱内的烟气，并通过所述调节阀调节烟气流量，再由所述烟气分配管注入到每个所述底部燃烧器，以在每个所述底部燃烧器进行分级燃烧。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述底部燃烧器包括：外循环烟气注入口、回流烟气整流器、风箱、隔板、外围燃气枪、中心燃气枪、烟气比例调节翻板和助燃风进口，其中，
所述外循环烟气注入口与所述通过所述回流烟气整流器与所述风箱连通；
所述隔板将所述风箱拆分为两部分，一部分针对所述外围燃气枪，另一部分针对所述中心燃气枪；
通过所述烟气比例调节翻板的不同开度将烟气按照不同比例分配到风箱的上述两部分，以调节烟气对所述外围燃气枪和所述中心燃气枪燃烧排放效果；
所述助燃风进口以使助燃风进入上述两部分。
3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述回流烟气整流器为多孔板形式的整流器。
4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述回流烟气整流器为旋流喷孔形式的整流器。
5.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述外循环烟气回流总管和所述烟气分配管中总管流通面积是进入底部燃烧器烟气支管面积总和的3倍及以上。
6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，在所述设备进入工作状态时，所述外循环注入口注入的烟气与所述中心燃气枪先进行一次燃烧，所述外围燃气枪上的二级燃气喷嘴喷射高速燃气卷吸炉膛内的循环烟气进入底部燃烧火焰区域。
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