專利名稱：一種可降低氮氧化物排放的側(cè)壁氣體燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種可降低氮氧化物排放的側(cè)壁氣體燃燒器，特別是一種以燃料 氣為燃料的貼壁火焰、低噪音、低氮氧化物氣體燃燒器，特別適用于乙烯裂解爐上。
背景技術(shù)：
燃燒器是乙烯裂解爐的主要部件之一，大多數(shù)裂解爐采用了側(cè)壁燃燒器和底部燃 燒器聯(lián)合供熱的方式，這種配置方式可獲得較均勻的爐管軸向溫度分布。隨著對環(huán)境保護 的日益重視，NOx含量的高低成為衡量燃燒器燃燒性能的重要指標之一，燃燒器制造商也相 繼開發(fā)了各種類型的低NOx燃燒器。目前使用的低NOx燃燒器主要有三種。第一種是分級空氣燃燒器，使助燃空氣分 流以建立貧氧的第一燃燒區(qū)，從而減少NOx的形成，在第二燃燒區(qū)將剩余部分的空氣引入， 從而完成整個燃燒過程。第二種是分級燃料燃燒器，助燃空氣一次全部引入第一燃燒區(qū)，但 在第一燃燒區(qū)只有部分燃料被燃燒，剩余的燃料被引入到第二燃燒區(qū)，利用第一燃燒區(qū)過 剩的氧進行燃燒。在這種燃燒器中，第一燃燒區(qū)過剩的空氣稀釋了燃料，燃燒溫度較低，從 而減少NOx的形成。第三種是煙氣再循環(huán)燃燒器，利用助燃空氣或燃料氣流產(chǎn)生的低壓區(qū)， 使煙氣再循環(huán)到燃燒區(qū)域中，惰性煙氣冷卻火焰，降低氧分壓，從而減少NOx的形成。前期的技術(shù)和燃燒裝置在降低NOx排放方面取得了不同程度的成功，但通常應(yīng) 用于底部燃燒器，對于側(cè)壁燃燒器而言，還需要一些改進，除了環(huán)保要求以外，還對側(cè)壁燃 燒器的火焰形狀、火焰直徑、熱流密度分布以及日常維護等諸多因素有很苛刻的要求。CN00247075. 6公開了一種側(cè)壁氣體燃燒器，主要由燃料氣進口管、引射器、燒嘴組 成，特點是在進氣口端設(shè)有外、內(nèi)消音器及視火孔，燃料氣進口管的出口端設(shè)有置于引射器 內(nèi)的燃氣噴頭，引射器前端接有燒嘴，燒嘴頭部為碗狀，其碗部周邊開有數(shù)個矩形噴孔；引 射器、燒嘴外圍設(shè)有燒嘴磚，外消音器與燒嘴磚之間設(shè)有二次助燃空氣調(diào)節(jié)器。該氣體燃燒 器火焰貼壁燃燒，燃燒狀況好，使用壽命長，操作方便，噪音低，但由于未采用低NOx燃燒技 術(shù)，NOx排放相對較高。隨著底部燃燒器運用新技術(shù)降低了 NOx排放，側(cè)壁燃燒器成為影響 乙烯裂解爐NOx排放的主要設(shè)備。
發(fā)明內(nèi)容本實用新型的目的在于提供一種可降低氮氧化物排放的側(cè)壁氣體燃燒器，特別是 一種適用于乙烯裂解爐上的以燃料氣為燃料的貼壁火焰、低噪音、低氮氧化物氣體燃燒器， 它不僅可以滿足環(huán)保要求，還可以獲得良好的側(cè)壁燃燒器火焰形狀、火焰直徑以及熱流密 度分布，并且便于維護。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種可降低氮氧化物排放的側(cè)壁氣體燃燒器，主要由消音罩1、二次風(fēng)門2、 一次風(fēng)門3、進氣管4、燃料噴嘴5、引射器6、一級燒嘴7、二級燒嘴8、燒嘴磚9組成，其特征 在于進氣管4的出口端外套有燃料噴嘴5，燃料噴嘴5置于引射器6內(nèi)，燃料噴嘴5另一端外沿上開有數(shù)個一級燃料噴孔10，使從進氣管4引進的一部分燃料氣通過一級燃料噴孔10 噴入引射器6，引射器6出口端接有一級燒嘴7，一級燒嘴7內(nèi)中心管腔12套有二級燒嘴8， 外腔體與引射器6腔體相接，一級燒嘴7的中心管腔12在出口處向外擴張成碗狀，邊緣伸 至燒嘴磚內(nèi)壁面外，碗部周邊開有火孔11，火孔方向與燒嘴磚內(nèi)壁面平行；在燃料噴嘴5該 端還內(nèi)套有二級燒嘴8，二級燒嘴8由二級燃料分配管14和二級燃料噴頭15組成，并且在 二級燒嘴8的入口處二級燃料分配管14內(nèi)設(shè)有二級燃料噴孔18，進氣管4引進的另一部分 燃料氣通過燃料噴嘴5、二級燃料噴孔18進入二級燒嘴8，二級燒嘴8的二級燃料噴頭15 穿過一級燒嘴7中心管腔在出口端即碗形根部開有二級燃料排放孔16。本實用新型可降低氮氧化物排放的側(cè)壁氣體燃燒器采用分級燃料和煙氣再循環(huán) 燃燒技術(shù)，一部分燃料氣通過引射器6引射一次助燃空氣并與之混合后經(jīng)一級燒嘴7噴入 爐膛燃燒，二次助燃空氣通過燒嘴磚9與一級燒嘴7之間的環(huán)隙進入爐膛參與燃燒。剩余 部分的燃料氣由二級燃料噴孔18噴入二級燒嘴8，通過二級燃料噴頭15上的二級燃料排放 孔16進入爐膛，使二級燃料在進入燃燒區(qū)之前先與煙氣混合。換而言之，燃料氣從進氣管 進入，一級燃料由一級燃料噴孔噴入引射器，通過引射器引射一次助燃空氣，一級燃料與一 次助燃空氣在引射器內(nèi)混合后，經(jīng)一級燒嘴進入爐膛燃燒區(qū)。通過燒嘴磚與一級燒嘴之間 環(huán)隙進入爐膛的二次助燃空氣也在燃燒區(qū)參與燃燒。剩余的二級燃料由二級燃料噴孔噴入 二級燒嘴，通過二級燃料噴頭上的排放孔進入爐膛內(nèi)距離燃燒區(qū)相隔夠遠的一個位置，使 二級燃料在進入燃燒區(qū)之前先與煙氣混合，利用二級燃料氣流產(chǎn)生的低壓區(qū)，使煙氣再循 環(huán)到燃燒區(qū)域中。更具體地舉例，燃料噴嘴5上可有3 8個沿圓周均布的一級燃料噴孔10，一級 燃料噴孔與燃料噴嘴軸線的夾角α為5 10°。一級燒嘴7內(nèi)設(shè)有中心管腔12便于二 級燒嘴8延伸穿過它，中心管腔12出口還可有多邊凹槽13，二級燒嘴8的二級燃料噴頭15 上有一與多邊凹槽13相匹配的多邊凸臺17。二級燃料噴頭15出口端部外沿上可有3 8 個二級燃料排放孔16，二級燃料排放孔可沿二級燃料噴頭豎直中軸面對稱布置或沿周向均 布，二級燃料排放孔間軸線夾角β為45 120°，二級燃料排放孔與二級燃料噴頭軸線的 夾角Y為60 80°。本實用新型側(cè)壁氣體燃燒器中消音罩1內(nèi)部最好襯有兩層消音棉。在使用本實用新型時，最好采用計算流體動力學(xué)(CFD)方法進行引射器6、一級燒 嘴7及二級燒嘴8流道的設(shè)計；采用計算流體動力學(xué)(CFD)方法確定一級燃料噴孔10、二級 燃料噴孔18、一級燒嘴的火孔11、二級燃料排放孔16的數(shù)量、布置和方位，從而獲得令人滿 意的火焰和熱流分布。一級燒嘴的火孔11 (最好是矩形火孔)邊緣距燒嘴磚9內(nèi)壁邊緣為 4 10mm，最好為5mm。一級燒嘴7的燃燒負荷最好占總?cè)剂系?0% 80% ；二級燒嘴8的 燃燒負荷最好占總?cè)剂系?0% 20%。本實用新型是CN00247075. 6的改進，為了降低氮氧化物排放，本實用新型采用了 燃料分級和煙氣再循環(huán)燃燒技術(shù)，燃料分為二級注入燃燒區(qū)，一級燃料與全部助燃空氣在 爐膛燃燒區(qū)混合燃燒，過剩的助燃空氣冷卻了火焰溫度，從而減少NOx的生成。剩余的二級 燃料進入燃燒區(qū)之前先與煙氣混合，利用二級燃料氣流產(chǎn)生的低壓區(qū)，使煙氣再循環(huán)到燃 燒區(qū)域中，與過剩的助燃空氣完成燃燒，由于惰性煙氣冷卻了火焰，并降低了氧分壓，從而 減少NOx的生成。與CN00247075. 6的側(cè)壁氣體燃燒器相比，本實用新型的NOx排放可降低50%以上，低于40ppmvd。本實用新型的側(cè)壁氣體燃燒器特別適合在裂解爐上使用，火焰貼壁燃燒，燃燒狀 況好，噪音低，并實現(xiàn)低氮氧化物排放；而且本實用新型的燃燒器在維護和控制上更加簡 單，調(diào)節(jié)比(燃燒器最大負荷與最小負荷之比)可達5:1，允許裂解爐的操作者在優(yōu)化和穩(wěn)定 的熱通量特性下操作。本實用新型的其它和更深一步的目標、特征和優(yōu)點通過下面的具體實施方式
和附 圖中進一步描述。

圖1是本實用新型燃燒器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實用新型燃燒器燃料噴嘴的剖視圖；圖3是圖2的A向視圖；圖4是本實用新型燃燒器一級燒嘴的剖視圖；圖5是本實用新型燃燒器二級燒嘴的剖視圖；圖6是圖5的B向視圖。
具體實施方式
圖1所示是一種應(yīng)用本實用新型的用于乙烯裂解爐的低噪音、低氮氧化物側(cè)壁氣 體燃燒器，主要由消音罩1、二次風(fēng)門2、一次風(fēng)門3、進氣管4、燃料噴嘴5、引射器6、一級燒 嘴7、二級燒嘴8、燒嘴磚9組成。它僅是本實用新型的一種形式，本實用新型并不僅限于此。參閱圖1，燃料氣從進氣管4進入，部分經(jīng)燃料噴嘴5噴入引射器6的一級燃料，通 過引射器6引射一次助燃空氣與一級燃料在引射器6與二級燒嘴8間的環(huán)隙中混合后，經(jīng) 一級燒嘴7進入爐膛燃燒區(qū)。通過燒嘴磚9與一級燒嘴7之間環(huán)隙進入爐膛的二次助燃空 氣也在燃燒區(qū)參與燃燒。剩余部分的二級燃料經(jīng)燃料噴嘴5進入延伸穿過一級燒嘴7的二 級燒嘴8并噴入爐膛，二級燃料氣流產(chǎn)生的低壓區(qū)可使煙氣再循環(huán)到燃燒區(qū)域中，燃料最 終完全燃燒。參閱圖1、2、3，燃料噴嘴5設(shè)置于引射器6內(nèi)，其一端內(nèi)套有進氣管4，另一端內(nèi)套 有二級燒嘴8，燃料噴嘴5上有3個均布的一級燃料噴孔10，一級燃料噴孔10與燃料噴嘴 5軸線的夾角α為9°。參閱圖1、4，一級燒嘴7內(nèi)設(shè)便于二級燒嘴8延伸穿過它的中心管腔12和多邊凹 槽13，中心管腔在出口處向外擴張成碗狀，碗部周邊開有數(shù)個矩形火孔11。參閱圖4、5、6，二級燒嘴8由二級燃料分配管14和二級燃料噴頭15組成，二級燃 料噴頭15上有一與一級燒嘴多邊凹槽13相匹配的多邊凸臺17。參閱圖5、6，二級燃料分配管14入口端開有二級燃料噴孔18，二級燃料噴頭15上 有3個二級燃料排放孔16，二級燃料排放孔16間軸線夾角β為45°，二級燃料排放孔16 與二級燃料噴頭15軸線的夾角Y為70°。圖1中引射器6、一級燒嘴7、二級燒嘴8的流道設(shè)計采用計算流體動力學(xué)(CFD)方 法進行。圖2、3、4、5、6中一級燃料噴孔10、一級燒嘴火孔11、二級燃料噴孔18、二級燃料排放孔16的設(shè)計、布置、數(shù)量和方位采用計算流體動力學(xué)(CFD)方法進行設(shè)計。 該側(cè)壁氣體燃燒器NOx排放低于40ppmvd，火焰貼壁，操作維護方便。
權(quán)利要求1.一種可降低氮氧化物排放的側(cè)壁氣體燃燒器，主要由消音罩(1)、二次風(fēng)門(2)、一 次風(fēng)門(3)、進氣管(4)、燃料噴嘴(5)、引射器(6)、一級燒嘴(7)、二級燒嘴(8)、燒嘴磚(9) 組成，其特征在于進氣管(4)的出口端外套有燃料噴嘴(5)，燃料噴嘴(5)置于引射器(6) 內(nèi)，燃料噴嘴(5)另一端外沿上開有數(shù)個一級燃料噴孔(10)，使從進氣管(4)引進的一部分 燃料氣通過一級燃料噴孔(10)噴入引射器(6)，引射器(6)出口端接有一級燒嘴(7)，一級 燒嘴(7)內(nèi)中心管腔(12)套有二級燒嘴(8)，外腔體與引射器(6)腔體相接，一級燒嘴(7) 的中心管腔(12)在出口處向外擴張成碗狀，邊緣伸至燒嘴磚內(nèi)壁面外，碗部周邊開有火孔(11)，火孔方向與燒嘴磚內(nèi)壁面平行；在燃料噴嘴(5)該端還內(nèi)套有二級燒嘴(8)，二級燒 嘴(8)由二級燃料分配管(14)和二級燃料噴頭(15)組成，并且在二級燒嘴(8)的入口處二 級燃料分配管(14)內(nèi)設(shè)有二級燃料噴孔(18)，進氣管(4)引進的另一部分燃料氣通過燃料 噴嘴(5)、二級燃料噴孔(18)進入二級燒嘴(8)，二級燒嘴(8)的二級燃料噴頭(15)穿過一 級燒嘴(7)中心管腔在出口端即碗形根部開有二級燃料排放孔(16)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)壁氣體燃燒器，其特征在于燃料噴嘴(5)上有3 8個沿 圓周均布的一級燃料噴孔(10)，一級燃料噴孔(10)與燃料噴嘴(5)軸線的夾角α為5 10°。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)壁氣體燃燒器，其特征在于一級燒嘴(7)內(nèi)設(shè)有中心管腔(12)，中心管腔(12)內(nèi)套有二級燒嘴(8)，中心管腔出口還有多邊凹槽(13)，然后出口處向 外擴張成碗狀；二級燒嘴(8)的二級燃料噴頭(15)上設(shè)有與一級燒嘴多邊凹槽(13)相匹配 的多邊凸臺(17)，二級燒嘴(8)的二級燃料噴頭(15)穿過一級燒嘴(7)中心管腔，凸臺嵌入 至凹槽中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的側(cè)壁氣體燃燒器，其特征在于二級燃料噴頭(15)在出口端即 碗形根部開有3 8個二級燃料排放孔(16)，二級燃料排放孔(16)沿二級燃料噴頭(15)豎 直中軸面對稱布置或沿周向均布。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的側(cè)壁氣體燃燒器，其特征在于二級燃料排放孔(16)間軸線 夾角β為45 120°，二級燃料排放孔(16)與二級燃料噴頭(15)軸線的夾角γ為60 80°。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)壁氣體燃燒器，其特征在于消音罩(1)內(nèi)部襯有兩層消音棉。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的側(cè)壁氣體燃燒器，其特征在于一級燒嘴的火孔(11)邊緣距燒 嘴磚(9)內(nèi)壁邊緣4 10mm。
專利摘要本實用新型提供了一種可降低氮氧化物排放的側(cè)壁氣體燃燒器，主要由消音罩(1)、二次風(fēng)門(2)、一次風(fēng)門(3)、進氣管(4)、燃料噴嘴(5)、引射器(6)、一級燒嘴(7)、二級燒嘴(8)、燒嘴磚(9)組成，一部分燃料氣通過引射器(6)引射一次助燃空氣并與之混合后經(jīng)一級燒嘴(7)噴入爐膛燃燒，二次助燃空氣通過燒嘴磚(9)與一級燒嘴(7)之間的環(huán)隙進入爐膛參與燃燒。剩余部分的燃料氣經(jīng)延伸穿過一級燒嘴(7)的二級燒嘴(8)噴入爐膛，使二級燃料在進入燃燒區(qū)之前先與煙氣混合。該側(cè)壁氣體燃燒器，特別適合在裂解爐上使用，火焰貼壁燃燒，燃燒狀況好，噪音低，維護方便，并實現(xiàn)低氮氧化物排放。
文檔編號F23D14/48GK201819214SQ201020547528
公開日2011年5月4日 申請日期2010年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月29日
發(fā)明者劉韞硯, 孫建兵, 安發(fā)亮, 康翼, 張建, 張賢福, 徐紅兵, 李金科, 毛小亮 申請人:中國石油化工股份有限公司, 天華化工機械及自動化研究設(shè)計院