一種管式加熱爐雙預熱環(huán)保燃燒器及其應用
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及石油化工管式加熱爐技術領域，尤其是涉及一種管式加熱爐雙預熱環(huán)保燃燒器及其應用。
【背景技術】
[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，燃料燃燒產生的熱量將爐管內的介質加熱到所需的溫度，使之產生反應或達到后續(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，經燃氣燃燒器在輻射室內形成火焰，依次加熱輻射爐管和對流爐管內的介質。目前已公開的專利文獻和工業(yè)裝置中，基本都是將空氣預熱后進入到燃燒器參與燃燒反應，燃料氣都是常溫狀態(tài)進入到燃燒器參與燃燒反應。
[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溫度，減少加熱爐及余熱回收系統的煙氣酸露點腐蝕，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燃燒器的溫度較高，能量密度大，燃燒強度大，容易產生熱力型NOx。
[0004]隨著管式爐燃燒器燃燒技術的發(fā)展和環(huán)保要求的日益提高，對燃燒器排放指標的要求越加嚴格。新標準規(guī)定煙氣中NOx排放指標要求控制在50 μ L/L以下，低NO ,排放值成為當今衡量燃燒器產品的重要技術指標。為了滿足日益嚴格的環(huán)保要求，低NOJl燒器在技術上得到了不斷發(fā)展，主要通過空氣分級、燃料分級、煙氣回流等燃燒技術來降低燃燒過程中NOx的生成量。三種技術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。火焰區(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，極易出現脫火、熄火等安全隱患。目前已公開的專利文獻及市場上的燃燒器普遍不能對燃料氣和空氣同時預熱，因為同時預熱后，能量密度高，燃燒區(qū)熱強度過高極易產生熱力型Ν0Χ。因此需要發(fā)明一種利用燃料分級、煙氣回流技術的雙預熱燃燒器，燃料氣和空氣都可以預熱，通過燃燒器進入管式加熱爐后爐內燃燒區(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，在空氣預熱器中被加熱，與燃氣共同由燃燒器射入輻射室，邊混合邊燃燒，加熱輻射爐管和對流爐管內的介質，煙氣溫度經空氣預熱器降低，由引風機排入煙囪；高效低NOx富氧燃燒器采用均速增速器和燃氣分級技術強化燃氣與空氣的混合效果，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外分級技術，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)明提出了燃料氣內外分級，同時內部燃料氣進一步分級，呈多點分布式，擴散燃燒區(qū)域，同時在耐火磚上開斜孔，增強爐膛內煙氣流動，均化爐膛內溫度分布，降低高溫區(qū)，也可以增強燃燒的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內容】

[0006]本發(fā)明的目的就是為了克服現有燃燒器不能用于雙預熱氣體的特點，實現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特布局和耐火磚的特殊結構形式，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構形成的穩(wěn)焰區(qū)，使燃燒火焰更加穩(wěn)定。
[0007]本發(fā)明通過自身的獨特結構將燃料分級技術、煙氣再循環(huán)技術集為一身，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)焰板和獨特的耐火磚布局結構來提高燃燒穩(wěn)定性，從而實現SOjP NOJS排放，燃燒高穩(wěn)定性的發(fā)明目的，可以通過以下技術方案來實現:
[0008]一種管式加熱爐雙預熱環(huán)保燃燒器，設置在管式爐的爐膛內，包括筒體、耐火磚、外噴槍、內噴槍，所述的耐火磚位于所述筒體上部，所述的耐火磚內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，底端由筒體內穿過，頂端由所述的耐火磚外周通過并伸入到所述的爐膛內，
[0010]所述的內噴槍位于火道內，與外噴槍互相平行并且內噴槍在所述火道內沿豎直向上方向設置，
[0011]外噴槍的外噴槍噴頭的高度高于內噴槍的內噴槍噴頭的高度，外噴槍噴頭與內噴槍噴頭之間的耐火磚處開設有耐火磚斜孔，使外噴槍及內噴槍內通過的燃燒氣體分階段燃燒。燃料氣為經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，助燃空氣為經過預熱的高溫空氣，溫度一般在100-300°C。
[0012]采用內外噴槍的設置結構是為了使燃料分級燃燒，擴大燃燒區(qū)，避免因雙預熱后燃燒熱強度高產生熱力型N0X。
[0013]所述的外噴槍噴頭比內噴槍噴頭高出的高度是外噴槍長度的十分之一到六分之
O
[0014]所述的外噴槍設有2-6支，沿筒體的周向均勻設置在耐火磚外側開設的凹槽內，外噴槍底部與外噴槍集合管連通。
[0015]所述的內噴槍及耐火磚斜孔的數量與外噴槍相同，內噴槍底部與內噴槍集合管連通。
[0016]所述的耐火磚形成的主體外形為圓筒狀結構，頂部漸縮，內部火道為文丘里結構，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徑為筒體內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。由于燃料進燃燒器前預熱過，容易燃燒，同時火道為文丘里形狀，具有流體抽吸匯集效應，燃燒比較穩(wěn)定，因此也可以不設置穩(wěn)焰板。
[0021]設置穩(wěn)焰板時，燃燒器筒體上方內部設置穩(wěn)焰板的固定支撐，優(yōu)選設置三塊固定支撐板和支撐桿組合結構，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]管式加熱爐雙預熱環(huán)保燃燒器的應用，該燃燒器主要用于燃料氣和助燃空氣同時預熱的工況下，燃料氣和助燃空氣進燃燒器的溫度都超過30°C，采用燃料分級技術，降低因燃料和空氣同時預熱帶來的燃燒強度的問題，內噴槍位于火道內，內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，抑制了因燃料氣預熱帶來的熱力型形成。
[0024]燃燒器內部煙氣再循環(huán)。耐火磚火道喉頸段中心的斜管在內噴槍噴頭噴出的高速燃料作用下形成一個負壓區(qū)，燃燒的高溫煙氣和助燃空氣在穩(wěn)焰板上方形成一個回流區(qū)，火焰根部得到了預熱，更有利于燃料達到著火點，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，外噴槍內側對應有耐火磚斜管，外噴槍的高速燃燒，在火焰底部產生一個低壓區(qū)，同時耐火磚斜管在內噴槍的高速燃燒下也產生抽吸作用，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燃燒器低，避免了燃料預熱帶來的燃燒強度高的問題。
[0026]與現有技術相比，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%，達到50yL/L以下，提高了加熱爐熱效率，降低了運行成本，是一種集節(jié)能、環(huán)保、高效為一體的新型雙預熱燃燒器，具有如下優(yōu)點:
[0027](I)燃料氣經過深度脫硫后，燃燒后的煙氣中303含量極低，漏點溫度降低，可以避免換熱器的露點腐蝕，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熱后進入專用雙預熱燃燒器，一方面燃燒強度高，增加了輻射室傳熱量在總負荷中的占比，能量利用率高，另一方面，可以促進燃料氣迅速點火和燃盡，節(jié)約燃料。
[0029](3)燃料氣分級燃燒，煙氣再循環(huán)技術，可以擴大燃燒區(qū)，降低燃燒區(qū)的燃燒溫度，抑制了因燃料氣預熱帶來的熱力型形成。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明的主視結構示意圖；
[0031]圖2為本發(fā)明的俯視結構示意圖；
[0032]圖3為本發(fā)明應用時的結構示意圖。
[0033]圖中，1-風道蝶閥，2-筒體，3-長明燈，4-外噴槍，5-內噴槍，6_耐火磚，7_內噴槍噴頭，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