CN203147763U - 多级燃料扁平附墙火焰低nox气体燃烧器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种多级燃料扁平附墙火焰低NOX气体燃烧器，由燃烧器主体和火盆砖组成，其中：燃烧器主体包括筒体，设置在筒体一侧的空气入口及调风机构，设置在筒体底端的长明灯，和设置在筒体另一侧的燃气入口及组合燃气枪，其中组合燃气枪上设有内烧嘴喷头和外烧嘴喷头；所述的火盆砖设置在炉体底部墙体上，火盆砖的中心开有一个长而窄的风道口，风道口长方形出风口长边呈扁状收缩并向墙倾斜，风道口两侧设置有内喷嘴槽，内烧嘴喷头设置在内喷嘴槽内形成一级燃烧；火盆砖外侧设置有外喷嘴槽，外烧嘴喷头设置在外喷嘴槽内形成二级燃烧；其中内烧嘴喷头喷道与外烧嘴喷头喷道呈α角或γ角或β角或δ角。本实用新型有效降低了烟气中NOX生成，节能环境。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃烧器，特别指一种节能、环保，适应于加氢炉或相类似炉型中使用，实现附墙火焰燃烧和大幅度降低烟气中NOx污染物排放量，低噪音运行的多级燃料扁平附墙火焰低NOX气体燃烧器。
背景技术
根据市场动态、加热炉传热技术发展方向、产品技术服务及各方信息：目前国内石油炼化行业中，加氢装置使用的附墙焰燃烧器存在有对燃料压力偏低适应性差，易脱火，火焰偏长且无力，附墙效果不好的现象；而延迟焦化装置现常用的向上直扁平焰燃烧器，又不便应用在加氢装置中；再者，前述两种燃烧器都有空气过剩系数较大，不利节能的缺陷。随着国家对环境排放以及对低碳经济和节能降耗的日益重视，同时也是加氢和延迟焦化等装罝对加热炉炉温分布均匀性的要求提高及设备使用寿命提高的需要，对节能和减排的要求越来越高，综合以上信息，研制一种燃烧效率高，污染排放低的适用于加氢和焦化装置的燃烧器迫在眉睫。
发明内容
本实用新型的目的是针对背景技术中存在的缺陷和问题加以改进和创新，提供一种底装侧烧的适应于加氢炉或相类似炉型中使用，并实现扁平附墙火焰燃烧和大幅度降低烟气中NOx污染物排放量，扁平火焰贴墙性好,提高炉温分布均匀性, 能充分满足加热炉装置对产品深度加工所需热能要求和节能环保要求的多级燃料扁平附墙火焰低NOX气体燃烧器。
本实用新型的技术方案是构造一种由燃烧器主体和安装燃烧器主体的火盆砖组成的燃烧器，其中：
燃烧器主体包括筒体，设置在筒体一侧的空气入口及调风机构，设置在筒体底端的长明灯，和设置在筒体另一侧的燃气入口及组合燃气枪，其中组合燃气枪上设有内烧嘴喷头和外烧嘴喷头；
所述的火盆砖设置在炉体底部墙体上，火盆砖的中心开有一个长而窄的风道口，风道口长方形出风口长边呈扁状收缩并向墙倾斜，风道口两侧设置有内喷嘴槽，内烧嘴喷头设置在内喷嘴槽内形成一级燃烧；火盆砖外侧设置有外喷嘴槽，外烧嘴喷头设置在外喷嘴槽内形成二级燃烧；其中内烧嘴喷头喷道与外烧嘴喷头喷道呈α角或γ角或β角或δ角。
本实用新型的优点及有益效果：
本实用新型较好地解决了上述技术背景中存在的问题，燃烧器采用了燃料分级、强化混合、非当量、分段燃烧、降低燃烧火焰中心温度、扼制NOx生成的燃烧技术，有效的降低了烟气中NOX生成量，因此是一种节能效果很好的燃烧器。
附图说明
图1是本实用新型剖面结构示意图。
图2是图1右视图。
图3是图2俯视图。
图4是本实用新型内喷嘴槽结构示意图。
图5是本实用新型外喷嘴槽结构示意图。
图6是本实用新型火盆砖剖面结构示意图。
具体实施方式
由图1至6可知，本实用新型由燃烧器主体和安装燃烧器主体的火盆砖1组成，其中：
燃烧器主体包括筒体2，设置在筒体2一侧的空气入口及调风机构3，设置在筒体2底端的长明灯4，和设置在筒体2另一侧的燃气入口及组合燃气枪5，其中组合燃气枪5上设有内烧嘴喷头6和外烧嘴喷头7；
所述的火盆砖1设置在炉体底部墙体上，火盆砖1的中心开有一个长而窄的风道口8，风道口8长方形出风口长边呈扁状收缩并向墙倾斜，风道口8两侧设置有内喷嘴槽9，内烧嘴喷头6设置在内喷嘴槽9内形成一级燃烧；火盆砖1外侧设置有外喷嘴槽10，外烧嘴喷头7设置在外喷嘴槽10内形成二级燃烧；其中内烧嘴喷头6喷道与外烧嘴喷头7喷道呈α角或γ角或β角或δ角。
本实用新型所述的火盆砖1为由左上片11、左下片13与右上片12、右下片14组成的中间为风道口8的结构。所述的筒体2内部为消音多孔板风道，助燃空气经空气入口并通过调风机构3作用进入筒体2内上升至风道口8助燃。所述的长明灯4安装在筒体2的底端并点燃内烧嘴喷头6。所述的组合燃气枪5外端连接并输送燃气，中部设置三个外烧嘴喷头7于火盆砖1外侧，内端设置两个内烧嘴喷头6于火盆砖1风道口8内，且点燃后的内烧嘴喷头6、外烧嘴喷头7与火盆砖斜面呈α角或γ角或β角或δ角构成多级燃烧。
本实用新型的结构原理：
本实用新型由火盆砖1、筒体2、调风机构3、长明灯4、特殊结构组合燃气枪5，含内烧嘴喷头6与外烧嘴喷头7等构成。燃烧器采用了燃料分级、强化混合、非当量分段燃烧、降低燃烧火焰中心温度、扼制NOx生成的燃烧技术，实现了三级燃料可分别与250℃至450℃高温空气强力混合分段燃烧从而大幅度抑制NOx生成量,由此它是高效节能低NOx排放环保型燃烧器.
本实用新型火盆砖1的设计在于，火盆砖上下左右四片构成，火盆中心设一个长而窄的风道口，出风口上部长边扁状收缩，向墙倾斜；短边向上两侧扩散；在火盆砖离墙一侧设置了两种不同角度、不同高度的燃气附着斜面；火盆砖两侧分别设置了一个供组合燃气枪5内烧嘴喷头6通过的凹槽，凹槽上端连着斜上通向风道口的豁口；火盆砖1外斜面一侧下端台面设置了分别供组合燃气枪5三个外烧嘴喷头7通过的三个凹槽。
本实用新型组合燃气枪5在于，设计了一个燃料气入口、五个燃气烧嘴的组合燃气枪，烧嘴按二内三外布置，分别对应火盆砖1五个凹槽；二个内烧嘴喷头6上各设置了一个指向火盆砖1内腔的斜上δ角燃气喷孔，同时在三个外烧嘴喷头7上各设有 β′与γ′角度的多个喷孔，它伸出火盒砖1 斜面下端台面m与n尺寸,且喷孔的喷射角 β′与γ′与火盆砖斜面β与γ 角具有一定的对应关系。组合燃气枪5的两侧内烧嘴喷头6上各设有斜上δ角燃气喷孔，其高度位置处于火盆砖1腔体内凹槽的特定处，使从此孔喷出的一级燃料气以超过300m/s的速度（等熵绝热喷射速度）射向火盆砖出风口内斜面，与从供风风道过来的进入火盆砖的高温空气在出风口产生碰撞、混合，形成一次附墙燃烧。组合燃气枪5 的外烧嘴喷头7 由两侧及中间喷头组成, 将二级燃料气自然分成三股, 中间喷头喷出的一股燃料气与火盆砖风道口出来的烟气及多余高温空气混合形成第二次附墙燃烧； 两侧喷头喷出的二股燃料气再与火盆砖风道囗出来的烟气和高温空气混合形成第三次附墙燃烧。此燃烧特点将是高效节能的。
本实甪新型是典型的多段燃料、非当量燃烧，燃烧火焰中心温度低，有效地抑制了燃烧烟气中NOx生成量，燃烧烟气中NOx浓度可以控制在50ppm以下，所以它是一种低NOx气体燃烧器。一次燃烧的烟气与剩余的空气混合后(此过程伴随空气被加热而升温)，从火盆砖1出风口向墙面喷出，由于空气中含氧缘故，所以在与沿火盆砖1斜面喷来的燃料气混合燃烧过程中，能有效地将烟气引向并烧红侧墙，增强了火焰附强性。
本实用新型扁平焰长明灯4,改善了长明灯点火效果和燃烧火焰的扁平特性。
本实用新型防止高温的内筒体向外筒体的传热的隔热结构设计，其中有：足够厚的隔热材料，内筒体与外筒体连接采用锯齿形连接及固定柱加绝热柱结构。故助燃空气温度在350℃±100℃，风压在100Pa至200Pa左右，可正常燃烧。在自然常温供风炉底抽力在-20Pa～40Pa也可正常燃烧。
本实用新型的设计原理：
本实用新型火盆砖1由上下左右四片构成，火盆中心设一个长而窄的风道口，长方形出风口长边呈扁状收缩，向墙倾斜；短边呈向上扩散形；在火盆砖1离墙一侧设置了两种不同角度、不同高度的燃气附着斜面；两侧各设置了一个供组合燃气枪5内烧嘴通过的凹槽，凹槽上端连着斜上通向风道口的豁口；离墙一侧台面设置了三个供组合燃气枪5外烧嘴通过的凹槽；特别设计了一个燃料气入口的特殊结构组合燃气枪5，在燃气枪上设有五支烧嘴，分别按内烧嘴喷头6(两侧各1个喷嘴),外烧嘴喷头7( 共3个喷嘴)布置；火盆砖1下面设置筒体2，调风机构3设置在筒体2下端侧面。一级燃料分别由二支内烧嘴的喷头喷孔按δ角朝火盆砖1中心斜上喷出，二级燃料由三支外烧嘴沿火盆砖1离墙侧燃气附着斜面斜上喷出；一级燃料气流（以等熵绝热喷射速度）喷入助燃空气流中，经扁平火焰长明灯4点燃后，在第一燃烧区产生附墙燃烧，同时，一级燃烧烟气在出风口点燃外烧嘴喷头7 喷出的二级燃料，按其设计的喷射倾角不同，外烧嘴喷头7中间喷头喷出的燃料先行燃烧,形成第二层扁平附墙火焰, 外烧嘴喷头7两侧喷头喷出的燃料再次燃烧,形成第三层扁状附墙火焰，从而实现了燃料气分级、分段燃烧，燃料燃烧充分完全,使得炉膛温度分布更均匀，降低了燃烧火焰中心温度和烟气中NOX的排放；火盆砖1将特殊结构组合燃气枪5的内烧嘴两侧喷头喷孔与外烧嘴三支喷头喷孔打成多种角度，形成三层火焰，既强化了混合、加速了燃烧过程，又降低了火焰中心温度，同时其喷孔大小按整个火焰面均匀燃烧强度设计，并尽可能地加大火焰面的宽度。扁状收缩的火盆砖1风道口加大了一级燃料燃烧烟气和剩余助燃空气混合气的出口流速，增加了气流的絮动强度，增速的一级混合烟气与二级燃料构成撞击混合，强化了二级燃料与一级混合烟气的混合，使二级燃料燃烧烟气在燃烧区域停留时间大为缩短。另外，一级燃料气从内烧嘴喷头喷出与空气混合后，在空气过剩下产生附墙燃烧，为非当量燃烧，有效降低了内层扁平火焰温度；二级燃料从外烧嘴三支喷头喷出与一级燃料燃烧烟气先后气混合后，产生外混附墙燃烧，形成中间与外层扁平附墙火焰。同时由于特殊结构火盆砖1扁状收缩风口的增速作用，高速喷出的烟气产生负压卷吸，使部分己降温烟气回流中间与外层扁平火焰面冷却，这就大大抑制了NOx生成，组合后的完全燃烧，有效地抑制了NOx生成量，所以，排放烟气中NOx浓度可控制在50PPm以下。
本实用新型在使用过程中，具有一定压力的助燃空气经调风机构3按燃烧需要风量调节后由筒体2的风口进入筒体2中间风道，其风道的内筒四壁为多孔板，由于内、外筒间嵌入了消声保温棉，故而形成吸声效果极佳的消声器，可以吸附消除80%以上由助燃空气在风道中高速流动而产生的噪音，从而使燃烧器在运行中处于低噪音状态。高速流动的助燃空气流经火盆砖1扁状收缩出风口的增速作用，在火盆砖1风道口形成了强劲的一次燃烧烟气与剩余助燃空气混合气流速度，此混合气流动层与侧墙面形成了较强的负压区，由三支外喷嘴喷出的二级燃料，沿火盆砖燃气附着斜面均匀快速的流向负压区，与助燃空气强力混合的十分均匀与充分，在中心火焰引燃后，能快速贴向助燃风及燃料气喷射方向墙面并迅速弥漫扩展，形成明亮有力的淡黄偏兰色宽附墙火焰，因而保证了扁平火焰的附墙性。
本实用新型可适应于450度的高温空气条件下使用, 此时可以提高燃烧温度和火焰的传播速度，增加燃烧区内的化学反应速度从而强化燃烧，燃烧仍处于稳定状态，能源节约效果更显著。
本实用新型的工作原理：
如图1、2所示，本实用新型在使用时，将具有一定压力的高温(300度左右或450度左右) 助燃空气由本身压差及炉膛负压造成的吸力通过供风风道经调风机构3按燃烧需要风量送入，由筒体2的风口折向进入筒体2内矩形內筒风道并向上提速，该内筒四壁为消音多孔板，吸附高速流动的助燃空气产生的噪音，从而使燃烧器在运行中处于低噪音状态，同时此內、外筒体连接采取减少传热的措施,可使筒体2外表面温度符合规范要求。助燃空气继续向上进入火盆砖1内腔中心的一个长而窄的矩形风道，再折向进入其上部出风口—一个长边呈扁形收缩状两侧呈扩散状，向火墙倾斜一个角度的风道, 此时, 在长明灯4点燃的扁平火焰作用下，引燃由特殊结构组合燃气枪5两侧内烧嘴喷头6向内聜中心(斜向一个δ角)喷出的一级燃料气与上述助燃空气的混合气。由于设计时, 两支内烧嘴的喷头开孔仅允许一級燃料气流量只占需要的燃料气总流量的30%左右, 而送入的高温空气却是燃料气总量需要的燃烧空气总量，显然，此时是过氧非化学当量燃烧，有效地降低了燃烧火焰中心温度。在收缩内腔风道构成的第一燃烧区产生的附墙扁平燃烧火焰，产生的一级燃烧烟气与剩余高温助燃空气混合气，在出风口先点燃外烧嘴上的中间喷头喷出的二级燃料气，形成中间层扁平附墙火焰, 与此同时点燃外烧嘴喷头7的两侧喷头喷出的二级燃料气, 从而形成外层扁平附墙火焰，从而实现了燃料气分级、分段燃烧，有效地降低了燃烧烟气中NOx生成量。由于二支内烧嘴喷头6与三支外烧嘴喷头7上喷头的喷孔数量与大小布置按整个火焰面均匀燃烧强度设计选取燃料流量, 提高了整个火焰面火焰温度的均匀性；又由于火盆砖1的风道斜向炉墙,且一次燃烧烟气与剩余高温空气的混合气从收缩口呈一斜角向炉墙高速喷射，同时二次燃料气沿火盆砖1斜面向炉墙高速喷射, 此二股气流与炉墙空间的负圧以及里侧高温空气中氧的吸附作用，使得整个燃烧的扁平火焰有很好的贴墙附墙特性；还由于燃料总量分成三级先后燃烧以及燃料与高温空气强力混合使得燃烧充分，不仅燃烧烟气中的CO浓度(＜45PPm左右)与未燃C,H颗粒浓度较低，而且有效地控制附墙扁平火焰的高度(最大热贠荷时,火焰高度＜2m；正常热负荷时，火焰高度＜1.6m)；再由于火盆砖1风道口的短边扩散与外喷嘴喷头7两侧烧嘴的喷头的喷孔角度相对应设计，有效地拉宽火焰宽度至650mm～700mm。
在燃烧试验中显示,当高温空气的空气提高到450度左右时可以提高燃烧温度和火焰的传播速度，增加燃烧区内的化学反应速度从而强化燃烧，所以燃烧更充分,扁平火焰刚性更好, 并可少甪10%左右燃料用量。为节约能源提供了一种新的途泾。
本实用新型由于两侧内烧嘴喷头6上的喷头处于火盆砖1 两侧竖直的凹槽內，避免了燃烧火焰的触及，同时喷头在燃料持续续不断喷射形成的冷却作用下,避免了燃料在喷孔处结焦的可能性；同理,外烧嘴喷头7的三支烧嘴上的喷头远离燃烧火焰160mm与190mm，也是在燃料持续不断喷射形成的冷却作用下，避免了燃料在喷孔处结焦的可能性，由此，延长了喷头使用寿命与燃烧器检修周期。该燃烧器由于空气阻力降小，故在强制通风进燃烧器风压100Pa左右及自然通风抽力在-20Pa至-40Pa时，燃烧效果都较理想。
本实用新型所述的实施例仅仅是对本实用新型的优选实施方式进行的描述，并非对本实用新型构思和范围进行限定，在不脱离本实用新型设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本实用新型的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入本实用新型的保护范围，本实用新型请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。
Claims (5)
1.一种多级燃料扁平附墙火焰低NOX气体燃烧器，由燃烧器主体和安装燃烧器主体的火盆砖（1）组成，其特征在于：
燃烧器主体包括筒体（2），设置在筒体（2）一侧的空气入口及调风机构（3），设置在筒体（2）底端的长明灯（4），和设置在筒体（2）另一侧的燃气入口及组合燃气枪（5），其中组合燃气枪（5）上设有内烧嘴喷头（6）和外烧嘴喷头（7）；
所述的火盆砖（1）设置在炉体底部墙体上，火盆砖（1）的中心开有一个长而窄的风道口（8），风道口（8）长方形出风口长边呈扁状收缩并向墙倾斜，风道口（8）两侧设置有内喷嘴槽（9），内烧嘴喷头（6）设置在内喷嘴槽（9）内形成一级燃烧；火盆砖（1）外侧设置有外喷嘴槽（10），外烧嘴喷头（7）设置在外喷嘴槽（10）内形成二级燃烧；其中内烧嘴喷头（6）喷道与外烧嘴喷头（7）喷道呈α角或γ角或β角或δ角。
2.根据权利要求1所述的多级燃料扁平附墙火焰低NOX气体燃烧器，其特征在于所述的火盆砖（1）为由左上片（11）、左下片（13）与右上片（12）、右下片（14）组成的中间为风道口（8）的结构。
3.根据权利要求1所述的多级燃料扁平附墙火焰低NOX气体燃烧器，其特征在于所述的筒体（2）内部为消音多孔板风道，助燃空气经空气入口并通过调风机构（3）作用进入筒体（2）内上升至风道口（8）助燃。
4.根据权利要求1所述的多级燃料扁平附墙火焰低NOX气体燃烧器，其特征在于所述的长明灯（4）安装在筒体（2）的底端并点燃内烧嘴喷头（6）。
5.根据权利要求1所述的多级燃料扁平附墙火焰低NOX气体燃烧器，其特征在于所述的组合燃气枪（5）外端连接并输送燃气，中部设置三个外烧嘴喷头（7）于火盆砖（1）外侧，内端设置两个内烧嘴喷头（6）于火盆砖（1）风道口（8）内，且点燃后的内烧嘴喷头（6）、外烧嘴喷头（7）与火盆砖斜面呈α角或γ角或β角或δ角构成多级燃烧。
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