專利名稱：雙燃料氣-液燃燒器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及燃燒器的改進，例如在碳氫化合物的蒸汽裂化中用在 高溫爐中的燃燒器的改進。更具體地說，本發(fā)明涉及能夠提供良好的 燃燒效率、穩(wěn)定的燃燒以及低煙灰產生的改進的雙燃料(氣體/非氣態(tài) 的)燃燒器。
背景技術：
蒸汽裂化長期以來用于將各種碳氫化合物進料裂化成烯烴，優(yōu)選 地諸如乙烯、丙烯和丁烯的輕質烯烴。常規(guī)的蒸汽裂化利用具有兩個
主要部段的爐子對流部段和輻射部段。碳氫化合物進料通常作為液 體或氣體進入爐子的對流部段，其中碳氫化合物進料通常通過與來自 輻射部段的熱廢氣的非直接接觸以及與蒸汽的直接接觸而^L加熱并且 被汽化。然后，被汽化的進料和蒸汽的混合物引入在其中發(fā)生裂化的 輻射部段。
常規(guī)的蒸汽裂化系統(tǒng)對于裂化高質量的進料是有效的，該進料包 含大部分諸如石腦油的輕質、易揮發(fā)的碳氫化合物。但是，蒸汽裂化 的經濟性有時候偏重于裂化包含諸如常壓渣油和原油的渣油的低成本 進料。原油和常壓渣油通常包含沸點超過590°C (U00。F)的高分子 量、不揮發(fā)的成分。裂化較重質的進料產生大量焦油。還有其它進料， 例如產生大量焦油并且對于常規(guī)裂化系統(tǒng)有問題的瓦斯油和減壓瓦斯 油。
在常規(guī)的化學制造過程中，蒸汽裂化器焦油通常是不希望的副產 品。當煉油廠產生大量的低價值蒸汽裂化器焦油時，精煉爐配置在將 焦油混煉成重質燃料或其它低價值產品的位置。可選地，蒸汽裂化器 焦油可以用作煉油廠的燃料，但是，其物理和化學性質使得它特別難
以清潔且有效地燃燒。
用在大型工業(yè)爐子中的燃燒器通常使用液體或氣態(tài)燃料。液體燃 料燃燒器通常在燃燒前將燃料與蒸汽混合以使燃料霧化，從而能夠更 完全地燃燒，并且在燃燒區(qū)將燃燒空氣與燃料混合。
根據(jù)用于混合空氣和燃料的方法，燃燒氣體的燃燒器可以分為預 先混合燃燒器或原料氣燃燒器。它們在構造和所用的燒嘴的類型方面 也不同。
原料氣燃燒器直接將燃料噴入空氣流中，使得燃料和空氣的混合 與燃燒同時發(fā)生。由于空氣流不隨著燃料流明顯變化，自然通風燃燒 器的配風器的設置在燃燒率改變之后必需改變。因此，如在美國專利
4，257，763號中所說明的，頻繁的調節(jié)可能是必要的，這個專利結合于
此以共參考。此外，許多原料氣燃燒器產生明亮的火焰。
預先混合燃燒器將燃料與一些或全部燃燒空氣在燃燒前相混合。
由于預先混合通過利用存在于燃料流中的能量來完成，空氣流基本上
與燃料流成比例。結果，因此，需要不太頻繁的調節(jié)。預先混合燃料
和空氣還便于實現(xiàn)所希望的火焰特性。由于這些性質，預先混合燃燒 器與各種蒸汽裂化爐構造相適應。
爐底燃燒的預先混合燃燒器用在許多蒸汽裂化器和蒸汽重整器 中，主要是由于它們能夠在這些爐子的高的輻射部段中產生比較均勻 的熱分布剖面?；鹧媸遣幻髁恋?，使爐壁溫度容易監(jiān)測。因此，預先 混合燃燒器是這種爐子選擇的燃燒器。預先混合燃燒器也能夠設計成 用于其它類型的爐子中需要的特定的熱分布剖面或火焰形狀。
用于燃燒氣體的工業(yè)爐子的大多數(shù)近來的燃燒器設計基于在單個 燃燒器中使用多個燃料射流。這種燃燒器可以用燃料分級、廢氣再循 環(huán)或兩者的組合。某些燃燒器可以在單個燃燒器中具有多到8至12 個燃料噴嘴。大量燃料噴嘴要求利用非常小的噴嘴直徑。此外，這種 燃燒器的燃料噴嘴通常暴露在燃燒室中的高溫廢氣中。
由于近年來關心減少污染物的排放和改進用在大型爐子和鍋爐中 的燃燒器的效率，燃燒器的設計有了明顯的改進。工業(yè)上廣泛接受的
一種用于減少排放的方法就是通常所說的分級法。通過分級，初級火 焰區(qū)或者空氣不足(富燃料)或者燃料不足(貧燃料)。在次級火焰區(qū) 或者在燃燒室的別的地方將平衡的空氣或燃料噴入燃燒器中。燃燒分
級導致減少初級火焰區(qū)的峰值溫度并且已經發(fā)現(xiàn)以減少NOx的方式 改變燃燒速度。但是，這必需與輻射熱傳遞隨著火焰溫度降低而減少 這樣的事實平衡，同時CO排放、不完全燃燒的指標可能實際增加。
在預先混合燃燒器的范圍內，術語"初級空氣"是指與燃料預先 混合的空氣；"次級空氣，，以及在一些情況下"三級空氣，，是指為了合 適的燃燒所需要的平衡空氣。在原料氣燃燒器中，初級空氣是指與燃 料更加密切相關的空氣；次級和三級空氣是與燃料的相關性更遠的空 氣。可燃性的上限是指火焰能夠通過其蔓延的包含最大燃料濃度(富 燃料)的混合物。
美國專利2，813，578號(其整個內容結合于此以供參考)提出一種 重質液體燃料燃燒器，其在燃燒之前將燃料與蒸汽相混合以用于吸入。 燃料和蒸汽的吸入效應將熱爐氣抽吸到管道中并抽吸到燃燒爐體中， 以幫助加熱燃燒爐體以及通過爐體中的孔的燃料和蒸汽。這種布置據(jù)
還防止油的滴落。
美國專利2,918,117號提出一種重質液體燃料燃燒器，其包括文丘 里管，以將燃燒產物抽吸到初級空氣中以加熱進入的空氣流，因此使 燃料完全汽化。
美國專利4,230,445號(其整個內容結合于此以供參考)提出 一種 液體燃料燃燒器，其通過經由幾個通道提供廢氣/空氣混合物減少NOx
排放。廢氣通過利用鼓風機從燃燒室抽吸。
美國專利4,575,332號(其整個內容結合于此以供參考)提出 一種 具有油噴管和燃氣噴管兩者的燃燒器，其中通過間斷地將燃燒空氣混合到燃油或燃氣火焰中以使燃燒速度降低火焰的溫度而減少NOx排放.
美國專利4，629，413號提出一種低NOx預先混合燃燒器，并且討
論了預先混合燃燒器的優(yōu)點和減少NOx排放的方法。美國專利 4,629,413號的預先混合燃燒器據(jù)說通過使次級空氣和火焰延遲混合， 并且使一些冷卻的廢氣能夠與次級空氣再循環(huán)來降低NOx排放。美國 專利4,629,413號的內容整個地結合于此以供參考。
美國專利5，092，761號提出通過再循環(huán)廢氣從預先混合燃燒器減 少NOx排放的方法和設備。廢氣利用燃料氣體和燃燒空氣通過噴燒管 的文丘里管部分的吸入效應從爐子經由循環(huán)管道吸進。進入初級空氣 室的空氣流由風門控制，并且，如果風門部分地關閉，空氣室中的壓 力的減少使廢氣能夠從爐子經由再循環(huán)管道吸進，并且進入初級空氣 室。然后，廢氣在燃燒之前在初級空氣室中與燃燒空氣混合，以稀釋 燃燒空氣中氧氣的濃度，這降低火焰的溫度并且因而減少NOx排放。 廢氣再循環(huán)系統(tǒng)可以更新裝進現(xiàn)有的燃燒器中，或者可以包括在新的 低NOx燃燒器中。美國專利5,092,761號的整個內容結合于此以供參 考。
美國專利5，516，279號提出 一種含氧燃料燃燒器系統(tǒng)，用于交替地 或同時地燃燒氣態(tài)或液體燃料。這里提出使用從含氧燃料燃燒器發(fā)出 的氣態(tài)燃料射流，該氣態(tài)燃料射流或者由于氧氣噴管而下沖，或者夾 在由兩個輔助氧化劑射流產生的氧化劑射流之間，氧化劑射流優(yōu)選由 氧氣形成。提出一種可促動的第二燃料噴嘴用于產生由液體燃料構成 的第二燃料射流，該第二燃料射流以小于20。的角度成角度地朝向氧 化劑射流。當使用液體燃料時，提出氣態(tài)燃料被關閉并且液體燃料被 打開，反之亦然，或者兩者能夠同時工作，其中氧化劑為兩種燃料流 供氧。
美國專利6，877，980號(其公開的整個內容結合于此以供參考)提 出一種用于例如蒸汽裂化方面的爐子的燃燒器。該燃燒器包括初級空 氣室、具有上游端、下游端和在所述上游端和下游端中間的文丘里管 的噴燒管，所述文丘里管包括具有基本恒定內截面尺寸的喉部，使 得長度對所述喉部的最大內截面尺寸之比至少為3;靠近爐子中的第 一開口安裝在所述噴燒管下游端上的燒嘴，以便燃料的燃燒發(fā)生在所
述燒嘴的下游；以及設置在靠近所述噴燒管的上游端附近的燃料噴射 孔，用于將燃料引入所述噴燒管中。
盡管單燃料燃燒器廣泛使用，但是對同時使用氣體和液體燃料的 雙燃料燃燒器相當感興趣。通過利用雙燃料燃燒器能夠獲得各種好處。 例如，在許多情況下，這些燃燒器能夠設計成允許或者兩種燃料燃燒 或者只有氣體燃料燃燒，因此提供燃料選擇的靈活性。當設計雙燃料 燃燒器時常規(guī)的知識是將大量空氣提供給液體燃料火焰以努力實現(xiàn)高 效率的燃燒，產生最少的碳和煙灰。這些燃燒器通常具有完全分開的 氣體和液體火焰，因為認為氣態(tài)火焰具有高燃燒率，這將用完大多數(shù)
氧，因此奪去液體燃料進行高效燃燒所需要的氧。
正如可以理解的，用于雙燃料燃燒器中的一種可能的燃料是蒸汽 裂化器焦油。蒸汽裂化器焦油通常具有非常低的粉塵含量，這將有助 于使得從火焰中最終產生的顆粒量最少。但是，當蒸汽裂化器焦油在 常規(guī)的雙燃料燃燒器中燃燒時，特別是在過度富含空氣的環(huán)境下燃燒 時需要關注。
第一，如果使用太多的空氣，燃燒器中的燃燒溫度可能變得太低。 在這種情況下，燃燒效率降低并且燃燒器產生的碳將增加。第二，火 焰穩(wěn)定性將成為問題，原因在于火焰可能在完全或接近完全燃燒到嚴 重不完全燃燒之間波動。不完全燃燒的結果是燃燒器將產生大量煙灰。
盡管本領域中存在這些進步，但是仍然需要氣態(tài)/非氣態(tài)雙燃料燃 燒器，其具有燃料選擇的靈活性，并且具有良好的燃燒效率，具有穩(wěn) 定的火焰并且具有低煙灰產生特性。

發(fā)明內容
一方面，這里公開的是一種用于在例如用在蒸汽裂解中的爐子中 燃燒氣態(tài)和非氣態(tài)燃料的雙燃料燃燒器，所述燃燒器包括(a)初級 空氣室，用于提供第一部分空氣；(b)具有上游端和下游端的噴燒管； (c)鄰近所述噴燒管的上游端設置的燃料噴射孔，用于將氣態(tài)燃料引 進所述噴燒管中；(d)鄰近爐子中的第一開口安裝在所述噴燒管的下
游端的燒嘴，使得燃料的燃燒發(fā)生在所述燒嘴的下游，從而產生氣態(tài)
燃料火焰；以及(e)用于提供霧化的非氣態(tài)燃料的至少一個非氣態(tài)燃 料噴槍，所述至少一個非氣態(tài)燃料噴槍具有至少一個燃料排放噴射孔， 所述至少一個非氣態(tài)燃料噴槍在徑向上定位在所述燒嘴的所述外徑之 外，其中所述排放噴射孔定位成以便非氣態(tài)燃料噴進氣態(tài)燃料火焰中， 因而非氣態(tài)燃料火焰的一部分在燃燒之前汽化并且穩(wěn)定非氣態(tài)燃料火 焰。
另一方面，這里公開的是一種用于在爐子的燃燒器內燃燒非氣態(tài) 燃料、氣態(tài)燃料和空氣的方法。該方法包括如下步驟(a)在預定位 置混合氣態(tài)燃料和空氣；(b)在所述預定位置下游的第一燃燒地點燃 燒氣態(tài)燃料以產生氣態(tài)燃料火焰；(c)將非氣態(tài)燃料提供給至少一個 燃料排放噴射孔；(d)將非氣態(tài)燃料噴射進入氣態(tài)燃料火焰中，使得 非氣態(tài)燃料的一部分在燃燒之前汽化；以及(e)在第二燃燒地點燃燒 非氣態(tài)燃料；其中提供非氣態(tài)燃料以便徑向地設置在第一燃燒地點之 外。
這里公開的燃燒器提供具有良好的火焰穩(wěn)定性、低煙灰產生以及 良好的燃燒效率的燃燒器結構。
從下面參考附圖的詳細描述中這里公開的燃燒器的若干特征將變 得很明白。


在下面參考附圖的描述中將進一步說明本發(fā)明，附圖以非限制的
方式圖示本發(fā)明的各種實施例，其中
圖1示出本發(fā)明的燃燒器的局部剖視圖2是沿著圖1的2-2線截取的局部剖視圖3是沿著圖1的3-3線所截取的俯視圖4是沿著圖1的2-2線截取的可選實施例的局部剖視圖5是沿著圖1的3-3線所截取的、圖4的中所示的可選實施例的俯視圖6A是用于本發(fā)明的燃燒器中的燃料噴槍的剖視圖；和 圖6B是圖6A中所示燃料噴槍的端視圖。
具體實施例方式
雖然本發(fā)明將就用于爐子或工業(yè)爐子的燃燒器進行描述，但是本 領域的技術人員應當明白，本發(fā)明的教導對于例如鍋爐的其他處理部
件也具有適用性。因此，這里的術語"爐子"應當理解為意指爐子、鍋 爐和其它適用的處理部件。
參考圖1至圖3以及圖6A和6B，燃燒器10包括設置在爐底14 的井中的獨立式噴燒管12。該噴燒管12包括上游端16、下游端18 以及文丘里管部分19。燒嘴20設置在下游端18并且被環(huán)形耐火磚22 圍繞?？梢栽O置在氣體燃料接管24內的氣體燃料噴射孔ll設置在氣 體燃料豎管65的頂端并且設置在噴燒管12的上游端16，并且將氣體 燃料引入噴燒管12中。新鮮空氣或周圍空氣通過可調節(jié)的風門37b 引進初級空氣室26中，在噴燒管12的上游端16與氣體燃料相混合， 并且向上通過文丘里管部分19。燃料和新鮮空氣的燃燒發(fā)生在燒嘴20 的下游。
參考圖2和圖3,多個分級的空氣端口 30起源于次級空氣室32， 并且通過爐底14進入爐子。新鮮空氣或周圍空氣通過可調節(jié)的風門 34進入次級空氣室32 (見圖1)，并且通過分級的空氣端口 30進入爐 子，以提供次級或分級燃燒。
除了通過氣體燃料接管24提供并且在燒嘴20處燃燒的氣體燃料 之外，非氣態(tài)燃料也可以由燃燒器10燃燒。為了提供這種能力， 一個 或更多個非氣態(tài)燃料噴槍200設置在燃燒器10的環(huán)形耐火磚22內。 合適的非氣態(tài)燃料源以舉例的方式包括，但不限于，蒸汽裂化器焦油、 催化裂化裝置殘渣、減壓渣油、常壓渣油、脫瀝青油、樹脂、焦化裝 置油、重質粗柴油、頁巖油、焦油砂、或來自焦油砂的合成原油、蒸 餾渣油、煤焦油、瀝青以及其他重質石油部分。其它感興趣的燃料包 括熱解燃料油(PFO)、直餾石腦油、催化石腦油、蒸汽裂化石腦油以
及戊烷。
參考圖6A和6B，非氣態(tài)燃料噴槍200可以由非氣態(tài)燃料管線216 供料，非氣態(tài)燃料通過非氣態(tài)燃料管線216流動。設置具噴射孔(未 示出)的非氣態(tài)燃料接管212以幫助控制非氣態(tài)燃料的流量。非氣態(tài) 燃料經由非氣態(tài)燃料入口 202提供給每個非氣態(tài)燃料管線216，優(yōu)選 地，非氣態(tài)燃料入口 202設置在爐底下面，如圖2所示。正如將會更 加明白的，本發(fā)明的燃燒器可以只用氣態(tài)燃料或者同時用氣態(tài)和非氣 態(tài)燃料兩者工作。
正如將會更加明白的，本發(fā)明的燃燒器可以只用氣態(tài)燃料或者同 時用氣態(tài)和非氣態(tài)燃料兩者工作。當以雙燃料(氣態(tài)/非氣態(tài))模式工 作時，燃燒器可以設計并設置成使得非氣態(tài)燃料的燃燒產生從約0到 約50%的整個燃燒器的熱量釋放。而且，燃燒器可以設計并設置成使 得非氣態(tài)燃料的燃燒產生從約0到約37%的燃燒器的熱量釋放。還有， 燃燒器可以設計并設置成使得非氣態(tài)燃料的燃燒產生從約0到約25% 的燃燒器的熱量釋放。當以雙燃料模式工作，其中非氣態(tài)燃料的燃燒 產生約50%的整個燃燒器的熱量釋放時，發(fā)現(xiàn)在燃燒器底部的溫度可 以達到不希望地高的程度。
仍然參考圖6A和圖6B，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選形式，當非氣態(tài)燃料 在從一個或更多個非氣態(tài)燃料噴槍200離開時被霧化。設置流體霧化 器220以使非氣態(tài)燃料霧化。諸如蒸汽的流體通過入口 222進入霧化 器管線224。霧化器包括多個壓力射流孔226,通過壓力射流孔226 供給霧化的流體。霧化器流體和燃料在部段218內混合并且通過多個 噴射孔214排出。霧化的流體和非氣態(tài)燃料經由至少一個燃料排放噴 射孔204排出末端部分210。所示類型的合適的燃料噴槍可以從俄克 拉荷馬州Tulsa市的Callidus Technologies, LLC買到，其它合格的種 類可以從其它工業(yè)來源得到。
本發(fā)明的各種實施例是可能的。在一個實施例中，所述至少一個 燃料排放噴射孔204可以是單個孔，設置成以便與氣體火焰的中心線 平行。在可選實施例中，為了穩(wěn)定非氣態(tài)燃料火焰，所述至少一個燃
料排放噴射孔204以燃燒器底部為基準相對于平行于氣體火焰的中心
線的直線朝向氣體火焰成角度e地指向(小于90° )。例如，所述至
少一個燃料排放噴射孔204可以從燃燒器10的頂表面(垂直于火焰方 向)以5度和IO度之間的角度指向。特別希望將該至少一個非氣態(tài)燃 料噴槍的至少一個非氣態(tài)燃料排放噴射孔構造成使得非氣態(tài)燃料在燃 燒之前噴射到氣態(tài)燃料火焰中。這將具有穩(wěn)定非氣態(tài)火焰的效果，也 將減少煙塵的產生。通過噴射進富燃料的氣態(tài)燃料火焰的核心部分， 這部分汽化的非氣態(tài)燃料火焰在氧氣不足的區(qū)域這樣做以支持完全燃 燒。此外，從燃燒器10的氣態(tài)燃料火焰發(fā)出的高溫也將起汽化非氣態(tài) 燃料的作用，以實現(xiàn)更加有效的燃燒。結果，通常與不完全燃燒相關 的問題被最小化甚至消除。
如圖6B所示，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，希望提供以燃燒器的底部14為基準相 對于平行于噴燒管的中心線成5度和10度之間的角度取向的三個燃料 排放噴射孔204。這將具有穩(wěn)定非氣態(tài)燃料火焰的效果，也將減少煙 塵的產生。
參考圖4和圖5，圖4和圖5示出本發(fā)明的另一個實施例。正如 圖l至圖3所示的實施例的情況一樣，非氣態(tài)燃料也可以由燃燒器10 燃燒。為此， 一個或更多個非氣態(tài)燃料噴槍200設置在燃燒器10的燃 燒器底部14。參考圖6A和6B，非氣態(tài)燃料噴槍200由非氣態(tài)燃料管 線216供料。設置具有噴射孔(未示出)的非氣態(tài)燃料接管212以幫 助控制非氣態(tài)燃料的流量。非氣態(tài)燃料經由非氣態(tài)燃料入口 202供給 非氣態(tài)燃料管線215,優(yōu)選地，非氣態(tài)燃料入口 202設置在爐底下面， 如圖4所示。正如上面所述的實施例的情況一樣，圖4和圖5的燃燒 器可以只用氣態(tài)燃料或同時用氣態(tài)和非氣態(tài)燃料兩者工作。
同樣，當非氣態(tài)燃料在從一個或更多個非氣態(tài)燃料噴槍200離開 時被霧化。設置流體霧化器220以使非氣態(tài)燃料霧化。諸如蒸汽的流 體通過入口 222進入霧化器管線224。霧化器包括多個壓力射流孔226， 通過壓力射流孔226供給霧化的流體。霧化器流體和燃料在部段218 內混合并且通過多個噴射孔214排出。霧化的流體和非氣態(tài)燃料經由
至少一個燃料排放噴射孔204排出末端部分210。所示類型的合適的 燃料噴槍可以從俄克拉荷馬州Tulsa市的Callidus Technologies, LLC 買到，其它合格的種類可以從其它工業(yè)來源得到。
同樣，所述至少一個燃料排放噴射孔204可以是單個孔，設置成 以便與氣體火焰的中心線平行。在可選實施例中，為了穩(wěn)定非氣態(tài)燃 料火焰，所述至少一個燃料排放噴射孔204以燃燒器底部為基準相對
于平行于氣體火焰的中心線的直線朝向氣體火焰成角度e地指向(小
于90。)。例如，所述至少一個燃料排放噴射孔204可以從燃燒器10 的頂表面(垂直于火焰方向)以5度和10度之間的角度指向。特別希 望將該至少一個非氣態(tài)燃料噴槍的至少一個非氣態(tài)燃料排放噴射孔構 造成使得非氣態(tài)燃料在燃燒之前噴射到氣態(tài)燃料火焰中。這將具有穩(wěn) 定非氣態(tài)火焰的效果，也將減少煙塵的產生。這部分汽化的非氣態(tài)燃 料火焰在氧氣不足的區(qū)域通過噴射進富燃料的氣態(tài)燃料火焰的核心部 分來支持完全燃燒。這將具有穩(wěn)定非氣態(tài)火焰的效果，也將減少煙塵 的產生。此外，從燃燒器10的氣態(tài)燃料火焰發(fā)出的高溫也將起汽化非 氣態(tài)燃料的作用，以實現(xiàn)更加有效的燃燒。結果，通常與不完全燃燒 相關的問題被最小化甚至消除。
正如在上面所看到的并且在圖6B所示出的，業(yè)已發(fā)現(xiàn)，希望提 供以燃燒器的底部14為基準相對于平行于噴燒管的中心線成5度和 10度之間的角度取向的三個燃料排放噴射孔204。這將具有穩(wěn)定非氣 態(tài)燃料火焰的效果，也將減少煙塵的產生。
再次參考圖1至圖5,本發(fā)明的可選實施例也可以與雙燃料實施 方式一起采用廢氣再循環(huán)。為了將來自爐子的廢氣再循環(huán)到初級空氣 室，F(xiàn)GR導管76從爐底中的開口 40延伸到初級空氣室26中?？蛇x 地，可以用多個通道(未示出)代替單個通道。廢氣通過經過噴燒管 12的文丘里管19的氣體燃料的吸入效應經由FGR導管76吸進。以 這種方式，初級空氣和廢氣在初級空氣室26相混合，初級空氣室26 在燃燒區(qū)之前。因此，與燃料混合的惰性材料的量增加，因而降低火 焰溫度，結果，減少NOx排放。關閉或部分關閉風門37b限制能夠被 吸進初級空氣室26的新鮮空氣的量并且因而提供從爐底吸進廢氣所 需的真空度。
選擇性地，通過提供一個或更多個伸進FGR導管76中的初級空 氣通道37和38能夠促進混合。通道37和38是圓錐形截面、圓柱形 或方形，并且每個通道37和38之間的間隙在FGR導管76中產生紊 流區(qū)，在紊流區(qū)能夠產生很好的廢氣與空氣的混合。
通道37和38的幾何形狀設計成通過增加進入FGR導管76中的 空氣動量促進混合。通過將初級空氣通道37和38的總流動面積減少 到仍然允許得到足夠的用于燃燒的初級空氣的程度使空氣的速度最佳 化，本領域的技術人員通過常規(guī)實驗能夠確定。
通過在FGR導管76內壁的下端提供板部件83能夠進一步增強 混合。該板部件83延伸進入初級空氣室26中。通過圍繞板的廢氣和 空氣的混合物的流動形成流動渦旋。流動渦旋提供廢氣和空氣的進一 步混合。板部件83也使FGR導管76有效地加長，并且較長的FGR 導管也促進更好的混合。
由通道37和38以及板部件83引起的再循環(huán)廢氣和初級空氣之間 的混合量的改進導致燃燒器的較高的容量以在文丘里管部分19里面 吸入廢氣再循環(huán)以及更均勻的混合物。較高的廢氣再循環(huán)通過給燃燒 所釋放的能量提供散熱降低整個火焰的溫度。在文丘里管部分19里面 更好的混合往往減少由于局部高氧區(qū)引起的過熱點。
未混合的低溫周圍空氣(初級空氣)通過成角度的通道37和38 引進，通道37和38均具有第一端和第二端，第一端包括由風門37b 控制的噴射孔37a和38a，第二端包括與FGR導管76連通的噴射孔。 這樣引進的周圍空氣與再循環(huán)的廢氣在FGR導管76中直接混合。初 級空氣通過經過燃料噴射孔的氣體燃料的吸入效應經由通道37和38 吸進，燃料噴射孔可以包含在氣體燃料接管24內。周圍空氣可以是上 面所述的新鮮空氣。
有利的是，由從約20%到約80%的廢氣和從約20%到約80%周 圍空氣構成的混合物通過FGR導管76被吸進。特別優(yōu)選地，采用約
50%的廢氣和約50%的周圍空氣的混合物。
在操作中，可以設置在氣體燃料接管24中的燃料噴射孔11將氣 體燃料排放到噴燒管12中，在這里與初級空氣、再循環(huán)廢氣或其混合 物相混合。然后，燃料、再循環(huán)廢氣和初級空氣的混合物從燒嘴20 排放。噴燒管12的文丘里管部分19中的混合物保持在富燃料可燃性 限度以下，即，在文丘里管中沒有足夠的氧氣支持燃燒。添加次級空 氣以提供用于燃燒所需的空氣的剩余部分。
FGR導管76的截面可以設計成以便大體是矩形，通常其較小尺 寸在較大尺寸的30%到100%的范圍內。通常FGR導管76的截面積 在從約5平方英寸到約12平方英寸/百萬(MM) Btu/hr燃燒器容量 的范圍內，在實際的實施例中，從約34平方英寸到約60平方英寸。 以這種方式，每MMBtu/hr燃燒器容量，F(xiàn)GR導管76能夠容納每小 時至少IOO磅的質量流量。優(yōu)選，每MMBtu/hr燃燒器容量每小時至 少130磅，更優(yōu)選，每MMBtu/hr燃燒器容量每小時至少200磅。而 且，能夠實現(xiàn)大于10%和高至15。/?；蛏踔粮咧?0%的FGR比例。
下面將參考圖1至圖5描述另一個可選實施例。設置壁60以環(huán)繞 安裝在噴燒管12的下游端18上的燒嘴20，以在燒嘴20下游的火焰 基部與爐子內的FGR導管76和一個或更多個空氣端口 30兩者之間 提供屏障。正如通過參考圖3和5可以理解的，根據(jù)所采用的非氣態(tài) 燃料構造，燃料噴槍200或者位于在由壁60圍繞的區(qū)域內或者位于其 外側。
有利的是，這里公開的燃燒器可以在廢氣中包含約2%的氧(約 10%至約12%過量的空氣)的條件下工作。除了利用廢氣作為稀釋劑 之外，通過稀釋實現(xiàn)較低的火焰溫度的另 一種技術是通過利用蒸汽噴 射。蒸汽能夠噴射在初級空氣或次級空氣室中。如圖1所示，蒸汽可 以通過一個或更多個蒸汽噴射管15噴射。優(yōu)選地，蒸汽在文丘里管的 上游噴射。
雖然已經參考具體的裝置、材料和實施例描述了本發(fā)明，但是應 當理解，本發(fā)明不限于公開的具體細節(jié)，而是可以延伸到權利要求范 圍內的等同物。
權利要求
1.一種用于在爐子中燃燒氣態(tài)和非氣態(tài)燃料的雙燃料燃燒器，所述燃燒器包括(a)初級空氣室，用于提供至少一部分燃燒空氣；(b)具有上游端和下游端的噴燒管；(c)鄰近所述噴燒管的上游端設置的燃料噴射孔，用于將氣態(tài)燃料引進所述噴燒管中；(d)鄰近爐子中的第一開口安裝在所述噴燒管的下游端、具有外徑的燒嘴，使得氣態(tài)燃料的燃燒發(fā)生在所述燒嘴的下游，從而產生氣態(tài)燃料火焰；以及(e)至少一個非氣態(tài)燃料噴槍，所述至少一個非氣態(tài)燃料噴槍具有至少一個燃料排放噴射孔，所述至少一個非氣態(tài)燃料噴槍在徑向上定位在所述燒嘴的所述外徑之外，其中所述至少一個非氣態(tài)燃料噴槍的所述至少一個燃料排放噴射孔定位成以便非氣態(tài)燃料噴進氣態(tài)燃料火焰中，因而非氣態(tài)燃料火焰的一部分在燃燒之前汽化，并且穩(wěn)定非氣態(tài)燃料火焰。
2. 根據(jù)權利要求l的燃燒器，包括用于供給非氣態(tài)燃料的多個非 氣態(tài)燃料噴槍。
3. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的燃燒器，其中所述非氣態(tài)燃料 噴槍的徑向定位使氣態(tài)燃料的燃燒能夠穩(wěn)定非氣態(tài)燃料燃燒。
4. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的燃燒器，還包括周邊耐火磚， 其在周邊圍繞所述燒嘴，所述周邊耐火磚鄰近所述燒嘴具有多個徑向 設置的開口，用于將所述多個非氣態(tài)燃料噴槍設置在所述周邊耐火磚 的所述開口內。
5. 根據(jù)權利要求4的燃燒器，其中所述周邊耐火磚的每個開口尺 寸做成在所述周邊耐火磚和每個所述非氣態(tài)燃料噴槍之間提供最小間 隙，用于有效地減少過多的燃燒空氣。
6. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的燃燒器，還包括 (i) 周邊耐火磚，其在周邊圍繞所述燒嘴，和(ii) 圍繞所述周邊耐火磚的燃燒器底部，所述燃燒器底部具有多 個徑向設置的開口 ，用于將所述多個非氣態(tài)燃料噴槍設置在所述燃燒 器底部的所述開口內。
7. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的燃燒器，其中所述燃燒器底部 的每個開口的尺寸做成在所燃燒器底部和每個所述非氣態(tài)燃料噴槍之 間提供最小間隙，用于有效地減少過多的燃燒空氣。
8. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的燃燒器，其中所述噴燒管的所 述上游端接收燃料和廢氣、空氣或其混合物，并且其中所述燃燒器還 包括至少一個通道，所述通道具有在爐子第二開口處、允許廢氣進 入的第一端和鄰近所述噴燒管的上游端的第二端。
9. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的燃燒器，其中所述噴燒管的所 述上游端接收燃料和廢氣、空氣或其混合物，并且其中所述燃燒器還 包括至少一個通道，所述通道具有在爐子第二開口處、允許廢氣進 入的第一端和鄰近所述噴燒管的上游端的第二端。
10. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的燃燒器，還包括在一笫一火 焰開口和所述至少一個通道的所述第一端之間延伸進入爐子中的壁，以給流動提供實質屏障。
11. 根據(jù)權利要求10的燃燒器，其中所述壁在周邊圍繞所述燒嘴。
12. 根據(jù)權利要求10的燃燒器，其中所述壁用于減少流進火焰基 部的氧氣。
13. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的燃燒器，還包括與所述爐子 的次級空氣室流體連通的至少一個空氣端口。
14. 根據(jù)前述權利要求任何一項的燃燒器，其中非氣態(tài)燃料選自 下面一組蒸汽裂化器焦油、催化裂化裝置殘渣、減壓渣油、常壓渣 油、脫瀝青油、樹脂、焦化裝置油、重質粗柴油、頁巖油、焦油砂、 來自焦油砂的合成原油、蒸餾渣油、煤焦油、瀝青、其他重質石油部 分、熱解燃料油(PFO)、直餾石腦油、催化石腦油、蒸汽裂化石腦油 以及戊烷。
15. 根據(jù)權利要求l的燃燒器，其中所述至少一個燃料排放噴射 孔朝著氣態(tài)燃料火焰以5和IO度之間的角度定向。
16. 根據(jù)前述權利要求任何一項的燃燒器，其中非氣態(tài)燃料的燃 燒產生從0到50%的燃燒器的熱釋放。
17. 根據(jù)一種燃燒非氣態(tài)燃料、氣態(tài)燃料和空氣的方法將根據(jù)前 述權利要求中任何一項的燃燒器用作爐子中的燃燒器，該方法包括如 下步驟(a) 在預定位置混合氣態(tài)燃料和空氣；(b) 在所述預定位置下游的第一燃燒地點燃燒氣態(tài)燃料，以產生 氣態(tài)燃料火焰；(c) 將非氣態(tài)燃料提供給至少一個燃料排放噴射孔；(d) 將非氣態(tài)燃料噴進氣態(tài)燃料火焰中，使得非氣態(tài)燃料的一部 分在燃燒之前汽化并且穩(wěn)定非氣態(tài)燃料火焰，以及(e) 在第二燃燒地點燃燒非氣態(tài)燃料；其中非氣態(tài)燃料被提供成在徑向上定位在笫一燃燒地點之外。
18. 根據(jù)權利要求的17的方法，還包括響應離開燃料噴射孔并朝 著所述燃燒地點流動的未燃燒的氣態(tài)燃料的吸入效應，從爐子內的位 置吸進廢氣流的步驟，氣態(tài)燃料在第一燃燒地點的上游的預定位置處 與空氣混合。
19. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的方法，其中氣態(tài)燃料用預先 混合燃燒器燃燒。
20. 根振前述權利要求任何一項的方法，其中所述爐子是蒸汽裂 化爐。
21. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的方法，還包括燃燒非氣態(tài)燃 料并且產生從0到50%的燃燒器的熱量釋放。
22. 根據(jù)前述權利要求中任何一項的方法，還包括以5度和10 度之間的角度朝著氣態(tài)燃料火焰定向所述至少一個燃料排放噴射孔的 步驟。
全文摘要
一種用于用在例如蒸汽裂化的爐子中的燃燒器。該燃燒器包括用于提供至少一部分空氣的初級空氣室；具有上游端和下游端的噴燒管；靠近所述噴燒管的上游端設置的燃料噴射孔；用于將氣態(tài)燃料引進噴燒管并且靠近爐子的第一開口安裝在噴燒管的下游端且具有外經的燒嘴，以便氣態(tài)燃料的燃燒發(fā)生在燒嘴的下游，從而產生氣態(tài)燃料火焰；至少一個非氣態(tài)燃料噴槍，所述至少一個非氣態(tài)燃料噴槍徑向地設置成在燒嘴的外徑之外，其中至少一個非氣態(tài)燃料噴槍的至少一個燃料排放噴射孔設置成以便非氣態(tài)燃料噴射進氣態(tài)燃料火焰，從而在燃燒之前汽化并且穩(wěn)定非氣態(tài)燃料火焰。
文檔編號F23C6/00GK101360952SQ200680051308
公開日2009年2月4日 申請日期2006年12月12日 優(yōu)先權日2006年1月24日
發(fā)明者D·B·斯派塞, G·斯蒂芬斯 申請人:埃克森美孚化學專利公司