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CN203718776U - 一种稳定火焰低NOx燃烧器 - Google Patents

一种稳定火焰低NOx燃烧器 Download PDF

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CN203718776U
CN203718776U CN201420008824.9U CN201420008824U CN203718776U CN 203718776 U CN203718776 U CN 203718776U CN 201420008824 U CN201420008824 U CN 201420008824U CN 203718776 U CN203718776 U CN 203718776U
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China
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refractory brick
supervisor
burner
branched pipe
cylindrical shell
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CN201420008824.9U
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English (en)
Inventor
厉亚宁
孙毅
赵薇
徐璟
艾国
张伟乾
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Sinopec Engineering Inc
Sinopec Engineering Group Co Ltd
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Sinopec Engineering Inc
Sinopec Engineering Group Co Ltd
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Abstract

本实用新型提供一种稳定火焰低NOx燃烧器,其设置在管式炉的炉膛(15)内,其包括筒体(2)、耐火砖(6)、瓦斯喷枪(4)、长明灯(3),所述耐火砖(6)位于所述筒体(2)上部,所述耐火砖(6)内部形成通道为火道(14)并且该火道(14)与筒体(2)同心,每只瓦斯喷枪(4)包括主管(16)、主管瓦斯喷头(8)、分支管(5)、分支管瓦斯喷头(7);所述主管瓦斯喷头(8)的高度高于所述分支管瓦斯喷头(7)的高度,使主管瓦斯喷头(8)与分支管瓦斯喷头(7)与助燃空气分阶段燃烧。本实用新型燃烧器与传统燃烧器相比,火焰最高温度可降低200℃左右,NOx生成量可减少60%~70%,降低了运行成本。

Description

一种稳定火焰低NOx燃烧器
技术领域
本实用新型涉及一种工业管式炉的燃烧器,具体涉及一种新型燃料分级稳定火焰低NOX燃烧器。 
背景技术
随着工业管式炉燃烧器燃烧技术的发展和环保要求的日益提高,对燃烧器排放指标的要求越加严格。新标准规定烟气中NOx排放指标要求控制在50ppm以下,低NOx排放值成为当今衡量燃烧器产品的重要技术指标。 
为了满足日益严格的环保要求,低NOx燃烧器在技术上得到了不断发展。其通过空气分级、燃料分级、烟气回流等燃烧技术来降低燃烧过程中NOx的生成量。三种技术的主要目的都是降低火焰区温度,避免火焰存在局部高温区,减少热力学氮氧化物量。火焰区温度越低,热力学氮氧化物生成量越低。但是随着火焰区温度的降低,火焰燃烧的稳定性也随之降低,极易出现脱火、熄火等安全隐患。目前低NOx燃烧器普遍存在稳定性差,抗干扰能力不强的问题,尤其在开工初期或低负荷工况,极易出现脱火、熄火现象。需要发明一种利用燃料分级、烟气回流技术的稳定火焰燃烧器,来提高低温火焰的稳定性。提高加热炉操作的安全性。 
实用新型内容
为了克服传统低NOx燃烧器的上述缺点,实现既能减少火焰燃烧高温区的存在,又能稳定燃烧的目的,本申请提供了一种石油化工行业管式加热炉用新 型稳定火焰低NOx燃烧器,依靠燃烧器燃料喷枪的独特布局和耐火砖的特殊结构形式,将燃烧器火焰燃烧区拉大,延长燃烧反应时间。同时,本申请的燃烧器利用耐火砖和稳焰板形成烟气再循环,并且利用耐火砖特殊结构形成的稳焰环,使燃烧火焰更加稳定。 
本实用新型完成其上述发明目的所采取的技术方案是: 
本实用新型通过自身的独特结构将燃料分级技术、烟气再循环技术集为一身,同时利用稳焰板和独特的耐火砖结构来提高燃烧稳定性,从而实现NOx低排放,燃烧高稳定性的发明目的。 
本实用新型的一种稳定火焰低NOx燃烧器,其设置在管式炉的炉膛15内,其包括筒体2、耐火砖6、瓦斯喷枪4、长明灯3,所述耐火砖6位于所述筒体2上部,所述耐火砖6内部形成通道为火道14并且该火道14与筒体2同心,其特征在于: 
每只瓦斯喷枪4包括主管16、主管瓦斯喷头8、分支管5、分支管瓦斯喷头7; 
所述主管16为直管,其底端由筒体2内穿过,其顶端由所述耐火砖6外周通过,该主管16的顶端伸到所述炉膛15内,所述主管16的顶端连接所述主管瓦斯喷头8; 
所述主管16在所述耐火砖6底部位置处分出连接管件连接所述分支管5,所述主管16与分支管5互相平行并且分支管5在所述火道14内沿竖直向上方向设置,所述分支管5顶端连接所述分支管瓦斯喷头7; 
所述主管瓦斯喷头8的高度高于所述分支管瓦斯喷头7的高度,使主管瓦斯喷头8与分支管瓦斯喷头7与助燃空气分阶段燃烧。 
所述主管16中所述耐火砖6底部处分出连接管件为90度弯头; 
所述分支管5与所述耐火砖6内壁之间间距为5~10mm; 
所述主管瓦斯喷头8顶部与耐火砖6顶部之间距离为20mm; 
所述主管瓦斯喷头8的高度高于所述分支管瓦斯喷头7的高度60~150mm。 
分支管瓦斯喷头7喷出的燃料在耐火砖6出口凹槽10处形成气体漩涡。保 证高温烟气能够通过耐火砖6出口竖直通孔12和水平通孔13喷出,引燃主管瓦斯喷头8喷出的二级燃料。提升火焰稳定性。 
沿筒体2与耐火砖6外围设置3~4支瓦斯喷枪4。 
所述筒体2下部连接风道蝶阀1,所述风道蝶阀1与所述筒体2内部相连通形成内部通道作为助燃空气通道19。 
流经燃烧器筒体2的助燃空气由助燃空气通道19进入火道14。 
所述耐火砖6的顶部出口沿其内圆周设置突沿11,所述突沿11的内径小于所述火道14直径,所述突沿11下方沿耐火砖内圆周设置凹槽10。 
所述耐火砖6中,所述凹槽10沿其内圆周均匀设置水平通孔13,所述突沿11上与上述水平通孔13对应位置设置与各水平通孔13贯通的竖直通孔12。 
所述凹槽10沿其内圆周均匀设置6~8个水平通孔13,所述突沿11上竖直通孔12数量与水平通孔13数量相同。 
所述耐火砖6的外周设置由顶端贯通至底端的通槽18,所述通槽18的数量与瓦斯喷枪4的数量相同,瓦斯喷枪4的主管16位于所述通槽18内,各通槽18的顶部设置缺口20,所述缺口20的下沿位于凹槽10以下且两侧沿与凹槽10垂直,主管瓦斯喷头8位于所述缺口20处。 
所述筒体2上方所述火道14中部设置稳焰板9,所述稳焰板9为一块圆形多孔板,其与筒体2保持同心; 
所述稳焰板9通过螺杆22利用锁紧螺母21固定在火道14中心; 
所述燃烧器筒体2上方内部设置固定支撑板23,优选设置三块固定支撑板23,所述螺杆22与所述固定支撑板23焊接以固定在筒体2上方。 
所述筒体的底部为底板17,所述长明灯3底部竖直安装在所述底板17上,其上部处于所述耐火砖6的火道14中。 
由以上结构可以看出,本实用新型燃烧器采用燃料分级:分支管5位于火道14内,端部分支管瓦斯喷头7高度低于主管瓦斯喷头8。分支管瓦斯喷头7喷出瓦斯先期与助燃空气混合,过氧燃烧。过量的空气可降低燃料燃烧的温度。 主管瓦斯枪喷头8布置在耐火砖6火道14外围,直接喷入炉膛15,在耐火砖6上方与助燃空气混合燃烧,滞后于分支管瓦斯喷头7喷出的燃料燃烧。上述过程为燃料的分阶段燃烧,有效地降低了火焰区域的燃烧温度,抑制了热力学NOx的形成。 
燃烧器内部烟气再循环。耐火砖6火道14中心的多孔圆形稳焰板9上方在分支管瓦斯喷头7喷出的高速燃料作用下形成一个负压区,燃烧的高温烟气和助燃空气在稳焰板9上方形成一个回流区,火焰根部得到了预热,更有利于燃料达到着火点,燃烧更稳定。同时燃烧的烟气又重新被引入火焰区,降低了燃烧器的氧分压。抑制了火焰燃烧的绝热温度。避免在火道14中形成局部高温区。 
燃烧器的外部烟气再循环。燃烧器耐火砖6高出炉膛15炉底耐火衬里24平面部分开有三个或四个缺口。每个主管瓦斯喷头8伸出耐火砖6,且主管瓦斯喷头8处于耐火砖6缺口处。主管瓦斯喷头8喷出的瓦斯将炉膛15内的烟气引入火道14中,形成外部烟气再循环。 
由于烟气回流作用,燃烧火焰温度较传统燃烧器低,燃烧火焰温度越低越不利于燃料燃烧,进而燃烧稳定性受到影响。为了改善火焰稳定性,如上所述,耐火砖6采用火道14出口处特殊结构:火道14出口为向内的突沿11,其出口内径小于火道14直径。出口突沿11下方有凹槽10,凹槽10内部圆周均布6个或8个贯穿性水平通孔13,出口突沿11上表面上对应水平通孔13的位置有6个或8个贯穿性竖直通孔12,竖直通孔12与水平通孔13相互贯通。 
分支管瓦斯喷头6喷出的燃料在火道14内先期燃烧。耐火砖6出口突沿11出口形成一缩口结构,火道14内燃烧的高温烟气会将耐火砖6出口突沿11加热,使耐火砖6成为一个热载体,保证燃料到达耐火砖6出口处能够达到着火点,避免燃料燃烧不稳定,而出现脱火、熄火现象。同时高温烟气通过耐火砖6出口突沿11处的竖直通孔12与水平通孔13相互贯通向外喷出,预热、引燃耐火砖6火道14外部的均布的主管瓦斯喷头8喷出的燃料,使燃烧器火道14外部的主管瓦斯喷头8也能稳定燃烧。 
如上所述,分支管5与耐火砖6内壁之间间距为5~10mm。分支管5分支管瓦斯喷头7置于耐火砖6的内部火道14中,主管16和主管瓦斯喷头8置于火道14外侧,分支管瓦斯喷头7喷出的燃料在火道14中先期与助燃空气接触,在到达耐火砖6出口前已经开始燃烧。燃烧的热烟气在耐火砖6出口突沿11下方凹槽10处形成回流区,回流区烟气通过竖直通孔12和水平通孔13喷出耐火砖,预热并引燃主管瓦斯喷头8喷出的燃料气,形成燃料分级燃烧。分支管瓦斯喷头7主要作用稳定火焰。主管瓦斯喷头8是主要燃烧火焰。其稳定性需要分支管瓦斯喷头7来维持。主管瓦斯喷头8与分支管瓦斯喷头7的高度差主要由燃料气的性质来确定,燃料中氢气含量低时主管瓦斯喷头8与分支管瓦斯喷头7的高度差小,燃料中氢气含量高时主管瓦斯喷头8与分支管瓦斯喷头7的高度差大。燃料中甲烷等燃烧速度慢的气体含量大时,主管瓦斯喷头8与分支管瓦斯喷头7的高度差大。 
本实用新型燃烧器与传统燃烧器相比,火焰最高温度可降低200℃左右,NOx生成量可减少60%~70%,达到50ppm以下,降低了运行成本,是一种集节能、环保、高效为一体的新型燃烧器。 
附图说明
图1为本实用新型燃烧器的结构示意图。 
图2为本实用新型燃烧器耐火砖的结构示意图。 
附图标记说明: 
1.风道蝶阀,2.筒体,3.长明灯,4.瓦斯喷枪,5.分支管,6.耐火砖,7.分支管瓦斯喷头,8.主管瓦斯喷头,9.稳焰板,10.凹槽,11.突沿,12.竖直通孔13.水平通孔,14.火道,15.炉膛,16.主管,17.底板,18.通槽,19.助燃空气通道,20.缺口,21.锁紧螺母,22.螺杆,23.固定支撑板,24.炉底耐火衬里。 
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述,但本实用新型的实施方式不限于此。 
本实用新型的一种新型稳定火焰低NOx燃烧器,燃烧器分为风道蝶阀1、筒体2、耐火砖6、瓦斯喷枪4、长明灯3、稳焰板9六部分构成。 
燃烧器风道蝶阀1与筒体2相连通,内部通道为助燃空气通道19。筒体2上部放置耐火砖6,耐火砖6内部火道14与筒体保持同心,流经燃烧器筒体2的助燃空气进入火道14,筒体2上方有一个稳焰板9,其为一圆形多孔板。稳焰板9与筒体2保持同心,位于火道14中部。燃烧器瓦斯喷枪4可以分为三支或四支。每支瓦斯喷枪4由一支主管16和一支分支管5及主管瓦斯喷头8、分支管瓦斯喷头7构成,主管16为一直管,安装并穿过燃烧器筒体2的底板17,并通过耐火砖6外围周边通槽18,一直伸出耐火砖6至炉膛15。分支管5是在主管16接近耐火砖6底部处从主管16上分出,连接90度弯头转弯,然后竖直向上。主管16与分支管5平行。分支管5位于火道14内,分支管5端部的分支管瓦斯喷头7高度低于主管瓦斯喷头8。主管瓦斯枪喷头8布置在耐火砖6火道14外围,直接伸入炉膛15。 
长明灯3安装在筒体2的底板17上,竖直安装,其上部处于耐火砖6的火道14中。 
燃烧器筒体2上方耐火砖6为圆筒状结构。耐火砖6下方为渐缩型入口。在耐火砖6上方火道14出口处采用特殊结构:火道14出口有一环形向内突出的突沿11,突沿11出口内径小于火道14直径。出口突沿11下方有一沿圆周布置的环形凹槽10。凹槽10内部圆周均布6个或8个贯穿性水平通孔13。出口突沿11上表面上对应水平通孔13的位置有6个或8个贯穿性竖直通孔12与水平通孔13相互贯通。 
耐火砖6外围均布三个或四个用于安装瓦斯喷枪4的主管16的通槽18,通槽18的个数与喷枪4的个数相同。 
燃烧器耐火砖6高出炉膛15炉底耐火衬里24平面部分开有三个或四个缺口20,每个主管瓦斯喷头8处于缺口20处,即缺口数量与喷枪4数量相同。 
缺口20、竖直通孔12与水平通孔13均匀分布在耐火砖6上。 
耐火砖6火道14中心的多孔圆形稳焰板9上方在分支管瓦斯喷头7喷出的高速燃料作用下形成一个负压区,燃烧的高温烟气和助燃空气在稳焰板9上方形成一个回流区,火焰根部得到了预热,更有利于燃料达到着火点,燃烧更稳定。同时燃烧的烟气又重新被引入火焰区,降低了燃烧器的氧分压,抑制了火焰燃烧的绝热温度,避免在火道中形成局部高温区。 
主管瓦斯喷头8喷出的瓦斯将炉膛15内的烟气引入火道14中,形成外部烟气再循环。因此燃烧火焰温度较传统燃烧器低,燃烧火焰温度低影响燃烧稳定性。 
为了改善火焰稳定性,分支瓦斯喷头7喷出的燃料在火道14内先期燃烧。耐火砖6出口突沿11出口形成一缩口结构,火道14内燃烧的高温烟气会将耐火砖6出口突沿11加热,使耐火砖6成为一个热载体。保证燃料到达耐火砖6出口处能够达到着火点,避免燃料燃烧不稳定,出现脱火、熄火现象。同时高温烟气通过耐火砖6出口突沿11处的竖直通孔12与水平通孔13相互贯通向外喷出,预热、引燃耐火砖6的火道14外部均布的主管瓦斯喷头8喷出的燃料,使燃烧器火道14外部的主管瓦斯喷头8也能稳定燃烧。 
结合附图,对本实用新型的优选实施例进行进一步说明: 
实施例1 
如图1和2所示,一种稳定火焰低NOx燃烧器,其设置在管式炉的炉膛15内,其包括筒体2、耐火砖6、瓦斯喷枪4、长明灯3,所述耐火砖6位于所述筒体2上部,所述耐火砖6内部形成通道为火道14并且该火道14与筒体2同心,其特征在于: 
每只瓦斯喷枪4包括主管16、主管瓦斯喷头8、分支管5、分支管瓦斯喷头7; 
所述主管16为直管,其底端由筒体2内穿过,其顶端由所述耐火砖6外周通过,该主管16的顶端伸到所述炉膛15内,所述主管16的顶端连接所述 主管瓦斯喷头8; 
所述主管16在所述耐火砖6底部位置处分出连接管件连接所述分支管5,所述主管16与分支管5互相平行并且分支管5在所述火道14内沿竖直向上方向设置,所述分支管5顶端连接所述分支管瓦斯喷头7; 
所述主管瓦斯喷头8的高度高于所述分支管瓦斯喷头7的高度,使主管瓦斯喷头8与分支管瓦斯喷头7与助燃空气分阶段燃烧。 
所述主管16中所述耐火砖6底部处分出连接管件为90度弯头; 
所述分支管5与所述耐火砖6内壁之间间距为5~10mm;所述主管瓦斯喷头8顶部与耐火砖6顶部之间距离为20mm;所述主管瓦斯喷头8的高度高于所述分支管瓦斯喷头7的高度60~150mm。 
分支管瓦斯喷头7喷出的燃料在耐火砖6出口凹槽10处形成气体漩涡。保证高温烟气能够通过耐火砖6出口竖直通孔12和水平通孔13喷出,引燃主管瓦斯喷头8喷出的二级燃料。提升火焰稳定性。 
本实施例中,沿筒体2与耐火砖6外围设置4支瓦斯喷枪4。 
所述筒体2下部连接风道蝶阀1,所述风道蝶阀1与所述筒体2内部相连通形成内部通道作为助燃空气通道19。 
流经燃烧器筒体2的助燃空气由助燃空气通道19进入火道14。 
所述耐火砖6的顶部出口沿其内圆周设置突沿11,所述突沿11的内径小于所述火道14直径,所述突沿11下方沿耐火砖内圆周设置凹槽10。 
所述耐火砖6中,所述凹槽10沿其内圆周均匀设置水平通孔13,所述突沿11上与上述水平通孔13对应位置设置与各水平通孔13贯通的竖直通孔12。本实施例中,所述凹槽10沿其内圆周均匀设置8个水平通孔13,所述突沿11上竖直通孔12数量与水平通孔13数量相同。 
所述耐火砖6的外周设置由顶端贯通至底端的通槽18,所述通槽18的数量与瓦斯喷枪4的数量相同,本实施例中设置4个通槽18,瓦斯喷枪4的主管16位于所述通槽18内,各通槽18的顶部设置缺口20,所述缺口20的下沿位于凹槽10以下且两侧沿与凹槽10垂直,主管瓦斯喷头8位于所述缺口20处。 
所述筒体2上方所述火道14中部设置稳焰板9,所述稳焰板9为一块圆形多孔板,其与筒体2保持同心;所述稳焰板9通过螺杆22利用锁紧螺母21固定在火道14中心;所述燃烧器筒体2上方内部设置固定支撑板23,所述螺杆22与所述固定支撑板23焊接以固定在筒体2上方。 
所述筒体的底部为底板17,所述长明灯3底部竖直安装在所述底板17上,其上部处于所述耐火砖6的火道14中。 

Claims (10)

1.一种稳定火焰低NOx燃烧器,其设置在管式炉的炉膛(15)内,其包括筒体(2)、耐火砖(6)、瓦斯喷枪(4)、长明灯(3),所述耐火砖(6)位于所述筒体(2)上部,所述耐火砖(6)内部形成通道为火道(14)并且该火道(14)与筒体(2)同心,其特征在于:
每只瓦斯喷枪(4)包括主管(16)、主管瓦斯喷头(8)、分支管(5)、分支管瓦斯喷头(7);
所述主管(16)为直管,其底端由筒体(2)内穿过,其顶端由所述耐火砖(6)外周通过,该主管(16)的顶端伸到所述炉膛(15)内,所述主管(16)的顶端连接所述主管瓦斯喷头(8);
所述主管(16)在所述耐火砖(6)底部位置处分出连接管件连接所述分支管(5),所述主管(16)与分支管(5)互相平行并且分支管(5)在所述火道(14)内沿竖直向上方向设置,所述分支管(5)顶端连接所述分支管瓦斯喷头(7);
所述主管瓦斯喷头(8)的高度高于所述分支管瓦斯喷头(7)的高度,使主管瓦斯喷头(8)与分支管瓦斯喷头(7)与助燃空气分阶段燃烧。
2.根据权利要求1所述的稳定火焰低NOx燃烧器,其特征在于:
所述主管(16)中所述耐火砖(6)底部处分出连接管件为90度弯头;
所述分支管(5)与所述耐火砖(6)内壁之间间距为5~10mm;
所述主管瓦斯喷头(8)顶部与耐火砖(6)顶部之间距离为20mm;
所述主管瓦斯喷头(8)的高度高于所述分支管瓦斯喷头(7)的高度60~150mm。
3.根据权利要求1所述的稳定火焰低NOx燃烧器,其特征在于:
沿筒体(2)与耐火砖(6)外围设置3~4支瓦斯喷枪(4)。
4.根据权利要求1所述的稳定火焰低NOx燃烧器,其特征在于:
所述筒体(2)下部连接风道蝶阀(1),所述风道蝶阀(1)与所述筒体(2)内部相连通形成内部通道作为助燃空气通道(19)。
5.根据权利要求1或4所述的稳定火焰低NOx燃烧器,其特征在于:
所述耐火砖(6)的顶部出口沿其内圆周设置突沿(11),所述突沿(11)的内径小于所述火道(14)直径,所述突沿(11)下方沿耐火砖内圆周设置凹槽(10)。
6.根据权利要求5所述的稳定火焰低NOx燃烧器,其特征在于:
所述耐火砖(6)中,所述凹槽(10)沿其内圆周均匀设置水平通孔(13),所述突沿(11)上与上述水平通孔(13)对应位置设置与各水平通孔(13)贯通的竖直通孔(12)。
7.根据权利要求6所述的稳定火焰低NOx燃烧器,其特征在于:
所述凹槽(10)沿其内圆周均匀设置6~8个水平通孔(13),所述突沿(11)上竖直通孔(12)数量与水平通孔(13)数量相同。
8.根据权利要求6所述的稳定火焰低NOx燃烧器,其特征在于:
所述耐火砖(6)的外周设置由顶端贯通至底端的通槽(18),所述通槽(18)的数量与瓦斯喷枪(4)的数量相同,瓦斯喷枪(4)的主管(16)位于所述通槽(18)内,各通槽(18)的顶部设置缺口(20),所述缺口(20)的下沿位于凹槽(10)以下且两侧沿与凹槽(10)垂直,主管瓦斯喷头(8)位于所述缺口(20)处。
9.根据权利要求1所述的稳定火焰低NOx燃烧器,其特征在于:
所述筒体(2)上方所述火道(14)中部设置稳焰板(9),所述稳焰板(9)为一块圆形多孔板,其与筒体(2)保持同心;
所述稳焰板(9)通过螺杆(22)利用锁紧螺母(21)固定在火道(14)中心;
所述燃烧器筒体(2)上方内部设置固定支撑板(23),所述螺杆(22)与所述固定支撑板(23)焊接以固定在筒体(2)上方。
10.根据权利要求1所述的稳定火焰低NOx燃烧器,其特征在于:
所述筒体的底部为底板(17),所述长明灯(3)底部竖直安装在所述底板(17)上,其上部处于所述耐火砖(6)的火道(14)中。
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