專利名稱：一種用于裂解爐底部低氮氧化物排放的空氣分級氣體燃燒器的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種空氣分級的裂解爐用底部氣體燃燒器，特別是一種以燃料氣為燃料的低NOx排放氣體燃燒器，適用于乙烯裂解爐底部供熱。
背景技術：
燃燒器是裂解爐的主要組成部件，其燃燒產(chǎn)生的NOx是環(huán)境污染的主要因素之一，對人體有著直接的危害。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。根據(jù)燃料和燃燒條件不同，在燃燒過程中生成的NOx主要可分為三種，即熱力型NOx、燃料型NOx和快速型NOx。氣體燃料燃燒主要生成熱力型NOx和快速型NOx，它們都是空氣中的氮在高溫下與氧化合而成，但快速型NOx產(chǎn)生在火焰面內 ，是富碳氫類燃料在過?？諝庀禂?shù)小于I時燃燒特有的現(xiàn)象。目前使用的低NOx燃燒技術主要有三種。第一種是空氣分級，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。第二種是燃料分級，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)，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。CN201010296302. X公開了一種多點燃燒的長火焰超低NOx排放的氣體燃燒器，該氣體燃燒器主要由消音罩、風道、調風擋板、風箱、一級燃燒器、二級燃燒器、燒嘴磚、長明燈組成，其特征在于燒嘴磚的空氣流道內設置有一級燃燒器，一級燃燒器為預混式燃燒器，采用煙氣再循環(huán)技術，進一步降低NOx排放；還設置有二級燃燒器，二級燃燒器為擴散式燃燒器，由二級燃料進氣管、二級燃料噴嘴組成。該氣體燃燒器，采用了分級燃料燃燒技術、煙氣再循環(huán)技術和多點分散燃燒技術，以降低燃料燃燒溫度，以利于裂解爐內熱場的均勻分布，并實現(xiàn)大能力燃燒和超低NOx排放，特別適合在裂解爐內作為底部燃燒器使用。燃料分級燃燒器和煙氣再循環(huán)燃燒器已在裂解爐上廣泛應用，在降低NOx排放方面取得了不同程度的成功。對于使用氣體燃料的裂解爐而言，空氣分級燃燒器應用較少，效果不佳，需要一些改進，準確地控制燃燒器附近區(qū)域的燃料與空氣的混合和空氣量以阻止生成NOx，同時保持較高的燃燒效率和良好的熱流密度分布。

實用新型內容本實用新型的目的在于提供一種適用于乙烯裂解爐底部的低NOx排放空氣分級氣體燃燒器，它不僅可以滿足環(huán)保要求，而且可以獲得良好的底部燃燒器火焰形狀、火焰長度、火焰剛性以及熱流密度分布。本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的一種用于裂解爐底部的空氣分級氣體燃燒器，主要由點火孔I、長明燈2、L型風箱3、進氣管6、燃料噴頭7、燒嘴磚8、風門組成，其特征在于燒嘴磚8置于爐子底部，中心處為一次空氣通道9，其中置有進氣管6、長明燈2，燒嘴磚內壁與外壁之間有孔道為二次空氣通道10，可使空氣通過二次空氣通道10進入爐膛；在燒嘴磚8下方與L型風箱3出口相接，L型風箱3入口內置隔板4將空氣流道分割為兩部分，L型風箱出口內置套筒5接于燒嘴磚8的一次空氣通道9，并將進氣管6、長明燈2同軸套入，套筒5與隔板4相接，L型風箱3內部空氣流道被隔板4和套筒5分割為兩部分，分別與一次空氣通道9和二次空氣通道10連通，進入其中的一次助燃空氣和二次助燃空分別由一次風門12和二次風門11控制。使用本實用新型的燃燒器時，全部燃料氣經(jīng)進氣管6通過燃料噴頭7噴入燒嘴磚8的一次空氣通道9中，與一次助燃空氣混合形成一次燃燒區(qū)，進行貧氧燃燒，降低了 NOx生成量。二次助燃空氣經(jīng)燒嘴磚8的二次空氣通道10進入爐膛，在一次燃燒區(qū)下游，與燃燒剩余的燃料氣和煙氣混合，完成全部燃燒并形成二次燃燒區(qū)，降低了火焰溫度，同樣降低了 NOx生成量。本實用新型燃燒器燃燒可形成扁平長火焰，燒嘴磚8的一次空氣通道9入口段橫截面最好為圓形，便于套筒5插入，出口段橫截面最好為圓形或矩形，入口段到出口段是一個逐漸擴大的流道。燒嘴磚8的二次空氣通道10最好為多個(4 12)橫截面為圓形或橢圓形的通孔，呈“一”字型分列在一次空氣通道9的兩側。燃料噴頭7頭部為柱狀體，其上開有多個噴孔呈“一”字型分列在燃料噴頭7中軸面的兩側。本實用新型燃燒器燃燒也可形成柱形長火焰，燒嘴磚8的一次空氣通道9也可以是一個橫截面積不變的流道，橫截面為圓形，便于套筒5插入。燒嘴磚8的二次空氣通道10也可以為多個(4 12)橫截面為圓形或橢圓形的通孔,分布在一次空氣通道9的周圍。燃料噴頭7頭部也可以為球型體，其上開有多個噴孔沿圓周均布。二次空氣通道10的中心線與水平面夾角為a，燃料噴頭7的噴孔中心線與水平面夾角為β，最好a ( β，以延遲燃料與二次助燃空氣的混合，形成長火焰并降低NOx生成量。燒嘴磚安裝在爐子底部，并靠近爐子側墻的內壁面，燃燒火焰由于壁面效應而貼近爐墻內壁面，并順著爐墻內壁面流動和燃燒，因此在爐墻內壁面產(chǎn)生一個較均勻的熱流分布。更具體地舉例，長明燈2和燃料噴頭7置于一次助燃空氣流道內；燒嘴磚8中心有一次空氣通道9和4 12個二次空氣通道10 ； a最好為70° 85°，β最好為75° 85。。在使用本實用新型時，最好采用計算流體動力學(CFD)方法進行燒嘴磚一次空氣流道和二次空氣流道的設計；采用計算流體動力學(CFD)方法確定燃料噴孔的數(shù)量、布置和方位，從而獲得令人滿意的火焰形狀和熱流分布。一次助燃空氣量最好占總空氣量的20% 50% ;二次助燃空氣量最好占總空氣量的80% 50%。本實用新型提供了一種長火焰的空氣分級低NOx燃燒器，與目前裂解爐用低NOx燃燒器相比，結構更簡單，并能保持較高的燃燒效率和良好的熱流密度分布；而且，本實用新型的燃燒器在維護和控制上更加方便，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，特別適用于乙烯裂解爐上。[0016]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
和附圖中進行進一步描述。

圖I是本實用新型燃燒器的主視圖。圖2是本實用新型燃燒器一種型式的俯視圖。圖3是本實用新型燃燒器另一種型式的俯視圖。圖中1 一點火孔，2 —長明燈，3 — L型風箱，4 一隔板，5 —套筒，6 —進氣管，7 —
燃料噴頭，8 —燒嘴磚，9- 一次空氣通道，10- 二次空氣通道，11- 二次風門，12- —次風門。
具體實施方式圖I所示是一種應用本實用新型的用于乙烯裂解爐底部的長火焰、空氣分級低NOx氣體燃燒器，主要由點火孔I、長明燈2、L型風箱3、進氣管6、燃料噴頭7、燒嘴磚8、二次風門11、一次風門12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，L型風箱3內部空氣流道被隔板4和套筒5分割為兩部分，一次助燃空氣通過一次風門12，進入L型風箱3中的套筒5內部，然后進入燒嘴磚8的一次空氣通道9，與燃料噴頭7噴出的燃料氣混合燃燒進入爐膛。二次助燃空氣通過二次風門11，進入L型風箱3中的套筒5外部，然后進入燒嘴磚8的二次空氣通道10，最后進入爐膛。長明燈2和燃料噴頭7置于一次助燃空氣流道內。參閱圖1，燒嘴磚安裝在爐子底部，并靠近爐子側墻的內壁面，燃燒火焰由于壁面效應而貼近爐墻內壁面，并順著爐墻內壁面向上流動和燃燒。參閱圖I、圖2，燒嘴磚8的一次空氣通道9入口段橫截面為圓形，便于套筒5插入，出口段橫截面為矩形，入口段到出口段是一個逐漸擴大的流道。燒嘴磚8的二次空氣通道10為10個橫截面為圓形的通孔，呈“一”字型分列在一次空氣通道9的兩側。參閱圖I、圖2，此實用新型燃燒器燃料噴頭7頭部為柱狀體，其上的噴孔呈“一”字型分列在燃料噴頭7中軸面的兩側，與燒嘴磚8的一次空氣通道9和二次空氣通道10相匹配，以便形成扁平長火焰。參閱圖I、圖3，燒嘴磚8的一次空氣通道9也可以是一個橫截面積不變的流道，橫截面為圓形，便于套筒5插入。燒嘴磚8的二次空氣通道10也可以為8個橫截面為圓形的通孔，均布在一次空氣通道9的周圍。參閱圖I、圖3，燃料噴頭7頭部也可以為球型體，其上的噴孔沿圓周均布，與燒嘴磚8的一次空氣通道9和二次空氣通道10相匹配，以便形成柱形長火焰。參閱圖I，二次空氣通道10的中心線與水平面的夾角α小于等于燃料噴頭7的噴孔中心線與水平面的夾角β。參閱圖I、圖2、圖3，一次空氣通道9、二次空氣通道10的布置、數(shù)量和方位采用計算流體動力學(CFD)方法進行設計。圖I、圖2、圖3中燃料噴頭7噴孔的布置、數(shù)量和方位采用計算流體動力學(CFD)方法進行設計。
權利要求1.一種用于裂解爐底部的空氣分級氣體燃燒器，主要由點火孔(I)、長明燈(2)、L型風箱(3)、進氣管(6)、燃料噴頭(7)、燒嘴磚(8)、風門組成，其特征在于燒嘴磚(8)置于爐子底部，中心處為一次空氣通道(9)，其中置有進氣管(6)、長明燈(2)，燒嘴磚內壁與外壁之間有孔道為二次空氣通道(10)，可使空氣通過二次空氣通道(10)進入爐膛；在燒嘴磚(8)下方與L型風箱(3)出口相接，L型風箱(3)入口內置隔板(4)將空氣流道分割為兩部分，L型風箱出口內置套筒(5)接于燒嘴磚(8)的一次空氣通道(9)，并將進氣管(6)、長明燈(2)同軸套入，套筒(5)與隔板(4)相接，L型風箱(3)內部空氣流道被隔板(4)和套筒(5)分割為兩部分，分別與一次空氣通道(9)和二次空氣通道(10)連通，進入其中的一次助燃空氣和二次助燃空分別由一次風門(12)和二次風門(11)控制。
2.根據(jù)權利要求I所述的空氣分級氣體燃燒器，其特征在于燒嘴磚(8)的一次空氣流道(9)，其入口段的橫截面為圓形，出口段的橫截面為圓形或矩形。
3.根據(jù)權利要求I所述的空氣分級氣體燃燒器，其特征在于燒嘴磚(8)有4 12個二次空氣流道(10)，呈“一”字型分列在一次空氣通道(9)的長邊兩側，或分布在一次空氣通道(9)的周圍，其橫截面為圓形或橢圓形。
4.根據(jù)權利要求I所述的空氣分級氣體燃燒器，其特征在于二次空氣通道(10)的中心線與水平面夾角α為70° 85°。
5.根據(jù)權利要求I所述的空氣分級氣體燃燒器，其特征在于燃料噴頭(7)的噴孔中心線與水平面夾角β為75° 85°。
6.根據(jù)權利要求I所述的空氣分級氣體燃燒器，其特征在于二次空氣通道(10)的中心線與水平面夾角α小于等于燃料噴頭(7)的噴孔中心線與水平面夾角β。
專利摘要本實用新型提供了一種用于裂解爐底部低氮氧化物排放的空氣分級氣體燃燒器，主要由點火孔(1)、長明燈(2)、L型風箱(3)、進氣管(6)、燃料噴頭(7)、燒嘴磚(8)、風門組成，其特征在于L型風箱(3)內部流道被隔板(4)和套筒(5)分割為兩部分，進入其中的助燃空氣分別由各自風門控制。燒嘴磚(8)置于爐子底部，中心處為一次空氣通道(9)，燒嘴磚內壁與外壁之間有孔道為二次空氣通道(10)。燃料氣通過燃料噴頭(7)噴入燒嘴磚(8)的一次空氣通道(9)中，與一次助燃空氣混合形成一次燃燒區(qū)，進行富燃料燃燒，降低了NOx生成量。二次助燃空氣經(jīng)二次空氣通道進入爐膛，在一次燃燒區(qū)下游，與燃燒剩余的燃料氣和煙氣混合，完成全部燃燒并形成二次燃燒區(qū)，降低了火焰溫度，同樣降低了NOx生成量。該燃燒器，適合在乙烯裂解爐內作為底部燃燒器使用，可形成長火焰，實現(xiàn)低NOx排放。
文檔編號F23D14/48GK202598516SQ20122024651
公開日2012年12月12日 申請日期2012年5月29日 優(yōu)先權日2012年5月29日
發(fā)明者李金科, 張建 申請人:天華化工機械及自動化研究設計院