CN201093484Y

CN201093484Y - 燃气燃烧器

Info

Publication number: CN201093484Y
Application number: CNU2007200804785U
Authority: CN
Inventors: 赵醉; 勾永梁; 黄瑞阳; 田贵钊; 王继军
Original assignee: SICHUAN MEIFENG CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Current assignee: SICHUAN MEIFENG CHEMICAL INDUSTRY Co Ltd
Priority date: 2007-07-30
Filing date: 2007-07-30
Publication date: 2008-07-30
Anticipated expiration: 2017-07-30

Abstract

本实用新型涉及一种燃气燃烧器，主要用作以天然气为燃料的合成氨装置一段转化炉炉顶烧嘴。它包括烧嘴、空气风箱、引燃腔，所述烧嘴位于所述空气风箱中垂线上，与空气风箱内壁之间的间隙构成进风通道，所述引燃腔固定连接在所述空气风箱的下端，所述烧嘴包括主烧嘴和若干辅助烧嘴，所述辅助烧嘴对称布置在主烧嘴的四周；主烧嘴由顺序连接的喷射器、引射管、稳焰器组合构成；引射管具有顺序联结收缩段、扩张段、恒流段。有益效果是：单台热负荷高、可操作性能好、环保效果好。

Description

燃气燃烧器

技术领域

本实用新型涉及一种燃气燃烧器，主要用作以天然气为燃料的合成氨装置一段转化炉炉顶烧嘴。

背景技术

以天然气为原料，天然气加压蒸汽连续转化生产合成氨的装置，其一段转化需在800℃左右的反应温度下进行，反应为吸热反应，需通过天然气燃烧放热来提供热量。随着单套合成氨装置生产能力和环保要求的不断提高，对一段转化炉炉顶燃烧器的要求也越来越高。主要表现为：①单台燃烧器能提供的热负荷要高；②燃烧器的操作弹性要大；③火焰要求刚直有力，火焰长，不偏烧，以保证整个炉膛温度均匀且不烧损炉管；④NOx产物要少、噪声要低；⑤燃料气燃烧要充分。年产30万吨合成氨的大型合成氨厂，炉顶自吸式燃烧器均为进口产品，近年来节能改造已经改为空气预热送风式燃烧器。国产化大型合成氨装置烟气温度已低于150℃，再上空气预热器没有价值，所以必须开发适合于炉顶负压极低(-2～-4mmH₂O)且热负荷大于1.313×10⁶MW的炉顶燃烧器。

实用新型内容

本实用新型的目的，是提供一种在空气自吸式条件下高热负荷、操作弹性大、火焰刚直有力且不偏烧、NOx产物少、噪声低和燃烧充分的燃烧器。

本实用新型的技术方案是：

一种燃气燃烧器，包括烧嘴、空气风箱、引燃腔，所述烧嘴位于所述空气风箱中垂线上，与空气风箱内壁之间的间隙构成进风通道，所述引燃腔固定连接在所述空气风箱的下端，所述烧嘴包括主烧嘴和若干辅助烧嘴，所述辅助烧嘴对称布置在主烧嘴的四周。

所述主烧嘴由顺序连接的喷射器、引射管、稳焰器组合构成。

所述喷射器具有多个喷射孔。

所述稳焰器为管状结构，管壁上有若干孔。

所述引射管具有顺序联结的收缩段、扩张段、恒流段。

所述空气风箱包括一次空气风箱和二次空气风箱。

所述引燃腔具有收缩段和扩张段，收缩段对应主烧嘴出口。

本实用新型的有益效果是：单台热负荷高、可操作性能好、环保效果好。

附图说明

图1是本实用新型一个实例的结构图

图2是图1的A-A视图

图中代号含义：1.引燃腔；1-1.收缩段；1-2.扩张段；2.二次空气风箱；3.一次空气风箱；4.主烧嘴；4-1.喷射器；4-2.引射管；4-2-1.收缩段；4-2-2.扩张段；4-2-3.恒流段；4-3.稳焰器；5.辅助烧嘴；a.主燃料入口；b.辅燃料入口；c.一次风进口；d.二次风进口；e.观察孔。

具体实施方式

参见图1、图2：本实例的燃气燃烧器，包括主烧嘴4、辅助烧嘴5、一次空气风箱3、二次空气风箱2、引燃腔1，两级风箱呈串联结构，主烧嘴4位于空气风箱中垂线上，与空气风箱内壁之间的间隙构成进风通道，四个辅助烧嘴5对称布置在主烧嘴4的四周，引燃腔1固定连接在空气风箱的下端。

上述各部件的具体结构如下：

一.主烧嘴4由顺序连接的喷射器4-1、引射管4-2、稳焰器4-3组合构成。其中：

喷射器4-1采用十字形喷头，喷头具有多个喷射孔。该结构的效果是：①.喷射出的燃料气射流，对一次进风的吸引能力很强，一次进风量占进风总量的70～75％；②.多股高速燃料气射流与空气互相接触面大，容易混合均匀；③.多股射流相互干扰，可减小声波的径向辐射，降低噪音；④.燃料气与一次空气的混合气流速高，是火焰传播速度的5～13倍，且燃料气在混合气中的浓度也在着火极限范围外，因此可避免回火现象发生。

引射管4-2的内腔是异径结构，具有三个直径不同的区段，分别是：收缩段4-2-1，呈流线型收缩结构；扩张段4-2-2，呈圆锥形扩张结构；恒流段4-2-3，呈圆柱形结构。引射管4-2的内腔是主烧嘴燃料气与一次进风的混合室，它的结构决定混合气流的速度场、浓度场和温度场，实践表明，吸入段4-2-1、扩张段4-2-2速度场的均匀性较差，但是扩张段浓度场和温度场较好，圆柱段速度场、温度场、浓度场的分布均匀性好。三个区段组合在一起，混合气流的速度场、浓度场和温度场整体效应好。

稳焰器4-3布置在引射管4-2的出口，其结构是一环状的多孔罩，罩壁上有若干袖火孔，其作用是防止熄火。引射管4-2的出口是混合气流的着火点，即火焰的根，稳焰器4-3罩住该着火点，混合气在喷出引射管时，小部分经袖火孔进入稳焰器4-3，形成环状多孔袖火，围护着主火焰，主火焰的稳定性不会受到紊流和热负荷变化的影响，可避免熄火。另外，该稳焰器也供点火用，点火时，先点燃袖火，再由袖火引燃主火焰。

二.辅助烧嘴5采用全预混无焰烧嘴(4支四周布置)，也称为预混合稀薄燃烧。喷嘴为单喷射孔，助燃空气引射量大于单孔燃料气所需理论空气量，过剩空气系数为1.5～1.7。在起燃腔1的四角设置4个引射流道，与辅助烧嘴5相对应，引射流道设计成锥形吸入段和圆柱形混合段。

三.一次空气风箱3，其箱壁就是消音罩。

风箱大小是根据主烧嘴十字头喷嘴射流形成负压场的大小、梯度、空气流通面积、空气流量及阻力降大小进行综合考虑而设计，目的是满足吸入占空气总量55～60％一次空气量的需求，进风方式为环状进入。一次空气风箱3内，由于燃气的高速射流而形成低频噪声，此处高频噪声的峰值在2KHz以上。消音罩采用穿孔钢板护面，第二层为玻璃布，第三层采用离心超细玻璃棉(容重20～30kg/m³)，厚度80～100mm，各频率吸声系数为：

频率： 125 250 500 1000 2000 ＞4000Hz

吸声系数：0.29 0.60 0.85 0.87 0.88 0.9

四.起燃腔1用耐火砖砌成，是主火焰和辅助火焰的起燃之处，腔内有通往炉体的火焰通道。主火焰通道类似一个引射器，具有圆锥收缩形吸入段1-1和扩散段1-2。在主烧嘴4混合气射流形成的负压以及炉膛负压作用下，从二次空气风箱2吸入助燃空气，吸入量占总空气量的15％，形成燃气“过浓”空气不足的“浓”火焰。辅助火焰通道也类似一个圆锥收缩形引射器，在辅助燃料气射流和炉膛负压的作用下，从二次空气风箱2吸入助燃空气，由于燃料气流量很小，形成空气过量、燃气不足的“淡”火焰。中心浓火焰中少量未燃烧的燃料和不完全燃烧产物与淡火焰中低浓度残存的氧气在炉内完成三级混合、燃烧。

五.二次空气风箱2及消音罩

风箱大小是根据主烧嘴燃烧混合射流、辅助燃烧嘴射流而成负压场的大小、梯度、空气流通面积、流通阻力降大小等进行综合考虑而设计，满足占空气总量45～50％二次空气量的需求，进风方式为两侧进入。二次空气风箱2内，主火焰主要产生紊流燃烧噪声和振动燃烧噪声，前者的噪声频率峰值为250～500Hz处的低频噪声，后者噪声频率峰值主要为300～3000Hz处的中、高频噪声，其燃烧形成的低频噪声在烧嘴砖处被炉体吸收，而高频噪声较主火焰产生的噪声来讲影响较小。消音罩采用金属网护面，第二层为玻璃布，第三层采用离心超细玻璃棉(容重20～30kg/m³)，厚度100～130mm，各频率吸声系数为：

频率： 63 125 250 500 1000 2000 4000 8000Hz

吸声系数：0.10 0.38 0.63 0.85 0.88 0.88 0.92 0.92

六.本实用新型燃烧器的操作条件

燃料气压力：0.1MPa(G)(燃烧器前最大压力)

燃料气温度：30～190℃(正常工况150℃)

燃料气热值范围：5020～6750Kcal/Nm3

助燃空气

(1)温度：常温

(2)压力：常压

上述燃烧器的优点是：

1.由于燃烧器设置有中心主烧嘴和四角4个辅助烧嘴，中心主烧嘴占燃烧器热负荷的70～75％，辅助烧嘴占燃烧器热负荷的25～30％，单台燃烧器最高热负荷达1.313×10⁶MW、最低热负荷可小到0.263×10⁶MW，具有单台燃烧器热负荷高和操作弹性大的优点。

2.燃烧器中心主烧嘴火焰是“紊流本生灯火焰”，为橄榄形，其特点为：①加大了火孔出口气流速度，使内锥轮廓与光滑、微薄的焰面发生皱曲，出现扰动，消除了回火现象；②火焰扰动强烈，混合物分散成许多分子微团，边燃烧边流动；③由于焰面为由许多分子微团组成的燃烧层，燃烧表面积大，火焰的辐射传热性好；④火孔热强度高；⑤火焰根部设置稳焰器，消除了熄火现象。本燃烧器火焰刚直有力，不偏烧，火焰长度1.6～2.0m，直径Φ0.35～0.45m。

3.燃烧器中心主烧嘴为多孔喷嘴，一、二次进风口(c、d)设置有消声罩，燃烧器燃烧的射流噪声和紊流噪声能得到有效控制，单台燃烧器燃烧时的噪声值为75～80dB(A)，而旧型燃烧器的噪声为110dB(A)。

4.本燃烧器同时考虑：①空气分两段供给，燃气在一段“过浓”燃烧，空气系数为0.7左右，火焰温度较低，NO生成量可降低15～30％；②主烧嘴采用半预混燃烧，辅烧嘴采用预混式燃烧，燃气与空气预先混合后形成薄而宽展的火焰；③通过主烧嘴出口喷射的混合气体射流及在炉膛负压作用，吸入主火焰燃烧所需的二次空气10％左右，吸入量占总空气量的15％，形成燃气“过浓”空气不足的“浓”火焰和辅助燃料气射流和在炉膛负压的作用下，形成空气过量、燃气不足的“淡”火焰型浓、淡燃烧，与现有燃烧器相比，NO生成量可降低20～40％。

Claims

1.一种燃气燃烧器，包括烧嘴、空气风箱、引燃腔，所述烧嘴位于所述空气风箱中垂线上，与空气风箱内壁之间的间隙构成进风通道，所述引燃腔固定连接在所述空气风箱的下端，其特征在于：所述烧嘴包括主烧嘴和若干辅助烧嘴，所述辅助烧嘴对称布置在主烧嘴的四周。

2.根据权利要求1所述的燃气燃烧器，其特征在于：所述主烧嘴由顺序连接的喷射器、引射管、稳焰器组合构成。

3.根据权利要求2所述的燃气燃烧器，其特征在于：所述喷射器具有多个喷射孔。

4.根据权利要求2所述的燃气燃烧器，其特征在于：所述稳焰器为管状结构，管壁上有若干孔。

5.根据权利要求2所述的燃气燃烧器，其特征在于：所述引射管具有顺序联结的收缩段、扩张段、恒流段。

6.根据权利要求1所述的燃气燃烧器，其特征在于：所述空气风箱包括一次空气风箱和二次空气风箱。

7.根据权利要求1所述的燃气燃烧器，其特征在于：所述引燃腔具有收缩段和扩张段，收缩段对应主烧嘴出口。