一種管式加熱爐雙預(yù)熱環(huán)保燃燒器及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及石油化工管式加熱爐技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種管式加熱爐雙預(yù)熱環(huán)保燃燒器及其應(yīng)用。
【背景技術(shù)】
[0002]管式加熱爐是石油化工企業(yè)中使用的工藝加熱爐，在耐火材料包圍的燃燒室內(nèi)，燃料燃燒產(chǎn)生的熱量將爐管內(nèi)的介質(zhì)加熱到所需的溫度，使之產(chǎn)生反應(yīng)或達(dá)到后續(xù)工藝的要求。目前，管式加熱爐多以煉廠氣或天然氣為燃料，以空氣作為氧化劑，經(jīng)燃?xì)馊紵髟谳椛涫覂?nèi)形成火焰，依次加熱輻射爐管和對流爐管內(nèi)的介質(zhì)。目前已公開的專利文獻(xiàn)和工業(yè)裝置中，基本都是將空氣預(yù)熱后進(jìn)入到燃燒器參與燃燒反應(yīng)，燃料氣都是常溫狀態(tài)進(jìn)入到燃燒器參與燃燒反應(yīng)。
[0003]隨著管式加熱爐深度節(jié)能的需要，燃料氣脫硫可以從根本上降低露點(diǎn)溫度，減少加熱爐及余熱回收系統(tǒng)的煙氣酸露點(diǎn)腐蝕，降低排煙溫度，提高熱效率。同時燃料氣脫硫還可減少隨煙氣排放到大氣的硫化物，減輕對環(huán)境的污染，不失為解決加熱爐露點(diǎn)腐蝕的優(yōu)選方法。燃料氣脫硫后帶來的問題就是燃料氣進(jìn)燃燒器的溫度較高，能量密度大，燃燒強(qiáng)度大，容易產(chǎn)生熱力型NOx。
[0004]隨著管式爐燃燒器燃燒技術(shù)的發(fā)展和環(huán)保要求的日益提高，對燃燒器排放指標(biāo)的要求越加嚴(yán)格。新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定煙氣中NOx排放指標(biāo)要求控制在50 μ L/L以下，低NO ,排放值成為當(dāng)今衡量燃燒器產(chǎn)品的重要技術(shù)指標(biāo)。為了滿足日益嚴(yán)格的環(huán)保要求，低NOJl燒器在技術(shù)上得到了不斷發(fā)展，主要通過空氣分級、燃料分級、煙氣回流等燃燒技術(shù)來降低燃燒過程中NOx的生成量。三種技術(shù)的主要目的都是降低火焰區(qū)溫度，避免火焰存在局部高溫區(qū)，減少熱力型Ν0Χ?；鹧鎱^(qū)溫度越低，熱力型NOx生成量越低。但是隨著火焰區(qū)溫度的降低，火焰燃燒的穩(wěn)定性也隨之降低，極易出現(xiàn)脫火、熄火等安全隱患。目前已公開的專利文獻(xiàn)及市場上的燃燒器普遍不能對燃料氣和空氣同時預(yù)熱，因?yàn)橥瑫r預(yù)熱后，能量密度高，燃燒區(qū)熱強(qiáng)度過高極易產(chǎn)生熱力型Ν0Χ。因此需要發(fā)明一種利用燃料分級、煙氣回流技術(shù)的雙預(yù)熱燃燒器，燃料氣和空氣都可以預(yù)熱，通過燃燒器進(jìn)入管式加熱爐后爐內(nèi)燃燒區(qū)溫度場均勻，環(huán)保性能好。
[0005]中國專利CN104121581A公開了一種高效低NOx管式加熱爐低濃度富氧燃燒系統(tǒng)及燃燒器，空氣與富氧空氣在靜態(tài)混合器中充分混合，在空氣預(yù)熱器中被加熱，與燃?xì)夤餐扇紵魃淙胼椛涫遥吇旌线吶紵?，加熱輻射爐管和對流爐管內(nèi)的介質(zhì)，煙氣溫度經(jīng)空氣預(yù)熱器降低，由引風(fēng)機(jī)排入煙囪；高效低NOx富氧燃燒器采用均速增速器和燃?xì)夥旨壖夹g(shù)強(qiáng)化燃?xì)馀c空氣的混合效果，分散火焰、降低火焰溫度，抑制富氧燃燒時NOx的生成量。采用燃料氣簡單的內(nèi)外分級技術(shù)，雖然在用于富氧燃燒時有一定的改善作用，但是并不能完全解決燃料氣和空氣雙預(yù)熱時帶來的燃燒區(qū)絕熱燃燒溫度過高的狀況，因此本發(fā)明提出了燃料氣內(nèi)外分級，同時內(nèi)部燃料氣進(jìn)一步分級，呈多點(diǎn)分布式，擴(kuò)散燃燒區(qū)域，同時在耐火磚上開斜孔，增強(qiáng)爐膛內(nèi)煙氣流動，均化爐膛內(nèi)溫度分布，降低高溫區(qū)，也可以增強(qiáng)燃燒的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服現(xiàn)有燃燒器不能用于雙預(yù)熱氣體的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)既能減少火焰燃燒高溫區(qū)的存在，又能穩(wěn)定燃燒的目的，本發(fā)明提供了一種石油化工行業(yè)管式加熱爐用雙預(yù)熱低SO5Jg NO 燒器，一方面采用不大于10 μ L/L的高溫超低硫燃料氣，一方面依靠燃燒器燃料噴槍的獨(dú)特布局和耐火磚的特殊結(jié)構(gòu)形式，將燃燒器火焰燃燒區(qū)拉大，降低燃燒區(qū)絕熱燃燒溫度，避免產(chǎn)生熱力型N0X。同時，本發(fā)明的燃燒器利用耐火磚和穩(wěn)焰板形成煙氣再循環(huán)，并且利用耐火磚特殊結(jié)構(gòu)形成的穩(wěn)焰區(qū)，使燃燒火焰更加穩(wěn)定。
[0007]本發(fā)明通過自身的獨(dú)特結(jié)構(gòu)將燃料分級技術(shù)、煙氣再循環(huán)技術(shù)集為一身，采用不大于10 μ L/L的高溫超低硫燃料氣，同時利用噴槍、穩(wěn)焰板和獨(dú)特的耐火磚布局結(jié)構(gòu)來提高燃燒穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)SOjP NOJS排放，燃燒高穩(wěn)定性的發(fā)明目的，可以通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn):
[0008]一種管式加熱爐雙預(yù)熱環(huán)保燃燒器，設(shè)置在管式爐的爐膛內(nèi)，包括筒體、耐火磚、外噴槍、內(nèi)噴槍，所述的耐火磚位于所述筒體上部，所述的耐火磚內(nèi)部形成與筒體同心的火道，
[0009]所述的外噴槍位于耐火磚外側(cè)，底端由筒體內(nèi)穿過，頂端由所述的耐火磚外周通過并伸入到所述的爐膛內(nèi)，
[0010]所述的內(nèi)噴槍位于火道內(nèi)，與外噴槍互相平行并且內(nèi)噴槍在所述火道內(nèi)沿豎直向上方向設(shè)置，
[0011]外噴槍的外噴槍噴頭的高度高于內(nèi)噴槍的內(nèi)噴槍噴頭的高度，外噴槍噴頭與內(nèi)噴槍噴頭之間的耐火磚處開設(shè)有耐火磚斜孔，使外噴槍及內(nèi)噴槍內(nèi)通過的燃燒氣體分階段燃燒。燃料氣為經(jīng)過脫硫的高溫超低硫燃料氣，溫度在200-400°C左右，硫含量不大于10 μ L/L，助燃空氣為經(jīng)過預(yù)熱的高溫空氣，溫度一般在100-300°C。
[0012]采用內(nèi)外噴槍的設(shè)置結(jié)構(gòu)是為了使燃料分級燃燒，擴(kuò)大燃燒區(qū)，避免因雙預(yù)熱后燃燒熱強(qiáng)度高產(chǎn)生熱力型N0X。
[0013]所述的外噴槍噴頭比內(nèi)噴槍噴頭高出的高度是外噴槍長度的十分之一到六分之
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[0014]所述的外噴槍設(shè)有2-6支，沿筒體的周向均勻設(shè)置在耐火磚外側(cè)開設(shè)的凹槽內(nèi)，外噴槍底部與外噴槍集合管連通。
[0015]所述的內(nèi)噴槍及耐火磚斜孔的數(shù)量與外噴槍相同，內(nèi)噴槍底部與內(nèi)噴槍集合管連通。
[0016]所述的耐火磚形成的主體外形為圓筒狀結(jié)構(gòu)，頂部漸縮，內(nèi)部火道為文丘里結(jié)構(gòu)，火道最小直徑處形成文丘里喉頸，主要是用于加速助燃空氣和內(nèi)噴槍出來的燃料氣，氣體在火道的喉頸管段加速后，壓降較低，通過火磚的斜孔抽吸回流煙氣，降低火焰燃燒區(qū)的溫度。
[0017]所述的文丘里喉頸內(nèi)徑為筒體內(nèi)徑的十分之六到十分之九。
[0018]所述的耐火磚斜孔自耐火磚外周向內(nèi)周，由下向上，最下部處于爐膛下邊緣，最上部位于火道的文丘里喉頸處，耐火磚斜孔的孔徑為外噴槍直徑的0.8到3倍。
[0019]所述的筒體下部與風(fēng)道蝶閥連通形成助燃空氣通道。
[0020]所述的火道的中部還可以設(shè)置穩(wěn)焰板，該穩(wěn)焰板為與筒體保持同心的圓形多孔板。由于燃料進(jìn)燃燒器前預(yù)熱過，容易燃燒，同時火道為文丘里形狀，具有流體抽吸匯集效應(yīng)，燃燒比較穩(wěn)定，因此也可以不設(shè)置穩(wěn)焰板。
[0021]設(shè)置穩(wěn)焰板時，燃燒器筒體上方內(nèi)部設(shè)置穩(wěn)焰板的固定支撐，優(yōu)選設(shè)置三塊固定支撐板和支撐桿組合結(jié)構(gòu)，所述固定支撐板和支撐桿焊接以固定在筒體上方。
[0022]所述的筒體的底部設(shè)有底板，該底板上安裝有長明燈，所述的長明燈的上端伸入到火道中。
[0023]管式加熱爐雙預(yù)熱環(huán)保燃燒器的應(yīng)用，該燃燒器主要用于燃料氣和助燃空氣同時預(yù)熱的工況下，燃料氣和助燃空氣進(jìn)燃燒器的溫度都超過30°C，采用燃料分級技術(shù)，降低因燃料和空氣同時預(yù)熱帶來的燃燒強(qiáng)度的問題，內(nèi)噴槍位于火道內(nèi)，內(nèi)噴槍噴頭噴出燃料氣先期與助燃空氣混合，過氧燃燒。過量的空氣可降低燃料燃燒的溫度。外噴槍噴頭布置在耐火磚火道外圍，直接噴入爐膛，在耐火磚上方與助燃空氣混合燃燒，滯后于內(nèi)噴槍噴出的燃料燃燒。上述過程為燃料的分階段燃燒，有效地降低了火焰區(qū)域的燃燒溫度，抑制了因燃料氣預(yù)熱帶來的熱力型形成。
[0024]燃燒器內(nèi)部煙氣再循環(huán)。耐火磚火道喉頸段中心的斜管在內(nèi)噴槍噴頭噴出的高速燃料作用下形成一個負(fù)壓區(qū)，燃燒的高溫?zé)煔夂椭伎諝庠诜€(wěn)焰板上方形成一個回流區(qū)，火焰根部得到了預(yù)熱，更有利于燃料達(dá)到著火點(diǎn)，燃燒更穩(wěn)定。同時燃燒的煙氣又重新被引入火焰區(qū)，降低了燃燒器的氧分壓，抑制了火焰燃燒的絕熱溫度。
[0025]燃燒器的外部煙氣再循環(huán)。每個外噴槍噴頭伸出耐火磚，外噴槍內(nèi)側(cè)對應(yīng)有耐火磚斜管，外噴槍的高速燃燒，在火焰底部產(chǎn)生一個低壓區(qū)，同時耐火磚斜管在內(nèi)噴槍的高速燃燒下也產(chǎn)生抽吸作用，從而巧妙地將煙氣引入火道中，形成外部煙氣再循環(huán)。由于煙氣回流作用，燃燒火焰溫度較傳統(tǒng)燃燒器低，避免了燃料預(yù)熱帶來的燃燒強(qiáng)度高的問題。
[0026]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明燃燒器主要用于高溫超低硫燃料氣和高溫空氣的燃燒條件下，與傳統(tǒng)燃燒器相比，煙氣中SO3極低，不到I μ L/L，火焰最高溫度可降低200°C左右，NOx生成量可減少60% -70%，達(dá)到50yL/L以下，提高了加熱爐熱效率，降低了運(yùn)行成本，是一種集節(jié)能、環(huán)保、高效為一體的新型雙預(yù)熱燃燒器，具有如下優(yōu)點(diǎn):
[0027](I)燃料氣經(jīng)過深度脫硫后，燃燒后的煙氣中303含量極低，漏點(diǎn)溫度降低，可以避免換熱器的露點(diǎn)腐蝕，從而可以降低排煙溫度，提高加熱爐整體的熱效率；
[0028](2)燃料氣和空氣同時預(yù)熱后進(jìn)入專用雙預(yù)熱燃燒器，一方面燃燒強(qiáng)度高，增加了輻射室傳熱量在總負(fù)荷中的占比，能量利用率高，另一方面，可以促進(jìn)燃料氣迅速點(diǎn)火和燃盡，節(jié)約燃料。
[0029](3)燃料氣分級燃燒，煙氣再循環(huán)技術(shù)，可以擴(kuò)大燃燒區(qū)，降低燃燒區(qū)的燃燒溫度，抑制了因燃料氣預(yù)熱帶來的熱力型形成。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的主視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明的俯視結(jié)構(gòu)示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明應(yīng)用時的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0033]圖中，1-風(fēng)道蝶閥，2-筒體，3-長明燈，4-外噴槍，5-內(nèi)噴槍，6_耐火磚，7_內(nèi)噴槍噴頭，8-外噴槍噴頭，9-穩(wěn)焰板，10-凹槽，11-文丘里喉頸，12-耐火磚斜