专利名称：一种扁平火焰的裂解炉用底部气体燃烧器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种扁平火焰的裂解炉用底部气体燃烧器，特别是一种以燃料气为燃料的大能力、扁平火焰、低N0X、低噪音的裂解炉用底部气体燃烧器，适用于乙烯裂解炉上。
背景技术：
燃料气与空气混合后进行燃烧，空气中的氧气与燃料气中的碳氢化合物进行燃烧反应并放出大量的热。但是在高温、氧过剩的条件下燃烧时，空气中的氮气将和空气中的氧气发生反应生成NOx。众所周知，在其它条件相同的情况下，NOx的生成量随着燃烧温度的升高而增大。NOx是对环境有危害的物质，通常认为NOx的排放与臭氧的减少及其他环境问题有关；在NOx排放对环境的影响日益得到人们关心之前，通常所有类型的火焰加热炉都采用单级燃烧器，同目前使用的低NOx燃烧器相比，这种简单的单级燃烧器会产生很高水平的NOx排放，无法满足当前环保标准和规章的要求。为了减少NOx排放，就需要设计出低NOx燃烧器。CN200720032397. 8公开了一种长火焰低NOx排放的气体燃烧器，该气体燃烧器主要由消音罩、风道、调风挡板、风箱、折流板、一级燃烧器、二级燃烧器、烧嘴砖、长明灯组成，其特征在于烧嘴砖置于炉子底部，内部空心处为空气流道，在其入口段是一个横截面积不变的平直流道，出口段的横截面积逐渐变小形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度β ；烧嘴砖空气流道的入口段靠近内壁处设置有一级燃烧器，一级燃料喷孔向内倾斜，角度α与β相同，二级燃料喷头上有二级燃料喷孔和三级燃料喷孔。该气体燃烧器可形成扁平长火焰，实现大能力燃烧和超低NOx排放。循环烟气温度较高，在一定程度上抵消了烟气循环带来的好处。为此，限制了 NOx减少量的完成。目前需要一个有效的、改良的利用烟气再循环的低NOx燃烧器和方法，其中循环烟气在进入燃烧器火焰之前温度被充分降低，并且燃烧系统中没有任何热能损失。特别需要一种这种类型的改进的低NOx燃烧器和方法，它在设计上是不复杂的，并且在宽泛的操作范围内提供稳定的性能。另外，需要这种类型的燃烧器和方法能够在增加烟气再循环量时能有效地操作。CN201010296302. X公开了一种多点燃烧的长火焰超低NOx排放的气体燃烧器，该气体燃烧器主要由消音罩、风道、调风挡板、风箱、一级燃烧器、二级燃烧器、烧嘴砖、长明灯组成，其特征在于烧嘴砖的空气流道内设置有一级燃烧器，一级燃烧器为预混式燃烧器，采用烟气再循环技术，进一步降低NOx排放；还设置有二级燃烧器，二级燃烧器为扩散式燃烧器，由二级燃料进气管、二级燃料喷嘴组成。该气体燃烧器，采用了分级燃料燃烧技术、烟气再循环技术和多点分散燃烧技术，以降低燃料燃烧温度，以利于裂解炉内热场的均勻分布，并实现大能力燃烧和超低NOx排放，特别适合在裂解炉内作为底部燃烧器使用。
发明内容[0006]本实用新型的目的在于提供一种适用于乙烯裂解炉的大能力、扁平火焰、低NOx排放的裂解炉用底部气体燃烧器，它不仅可以满足环保要求，而且可以获得良好的底部燃烧器火焰形状、火焰长度、火焰刚性以及热流密度分布。本实用新型的目的是这样实现的一种扁平火焰的裂解炉用底部气体燃烧器，主要由调风器1、风箱2、长明灯3、燃料分配管4、一级燃烧器5、二级燃烧器6、烧嘴砖7组成，其特征在于烧嘴砖7置于炉子底部，内部空心处为中心空气流道8，在其入口段是一个横截面积不变、横截面为椭圆形的流道，出口段的横截面积逐渐变小，形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度α，横截面与外壁面形成角度β ；—级燃料喷头9和二级燃料喷头11置于烧嘴砖7外部，在烧嘴砖7变截面处周围，并且靠近外壁面。烧嘴砖7上开有侧向通道10，使炉膛与中心空气流道8连通，该侧向通道的一端靠近一级燃烧器5的一级燃料喷头9。本实用新型的扁平火焰裂解炉用底部气体燃烧器采用分级燃料燃烧和烟气再循环技术，燃料分二级进行燃烧。一级燃烧器5的一级燃料喷头9喷出的燃料气被喷入烧嘴砖7的侧向通道10中，从而吸引炉膛内的烟气进入烧嘴砖7的中心空气流道8，燃料气和烟气的混合物在混合区呈旋流状，与全部助燃空气混合形成一次燃烧区，进行贫燃料燃烧，降低了 NOx生成量。二级燃烧器6的二级燃料喷头11喷出的燃料气进入一次燃烧区下游，与燃烧剩余的助燃空气和烟气混合，形成二次燃烧区，火焰最高温度不会达到传统燃烧器的火焰温度，也降低了 NOx生成量。烧嘴砖出口段是一个逐渐收缩的空气流道，横截面为椭圆形，在空气收缩流道内，椭圆形截面逐渐缩小，使助燃空气被不断增速，以便形成扁平长火焰，烧嘴砖的出口段与炉膛相连。侧向通道10使炉膛与中心空气流道8连通，每个侧向通道10最好放置在与烧嘴砖7内侧相切的位置，以利于一级燃料、烟气和助燃空气的旋流混合，一级燃料喷头9的喷孔方向与侧向通道10的轴向一致。二级燃料喷头11的喷孔方向与烧嘴砖7横截面及外壁面形成的角度β相匹配，喷孔轴线最好与外壁面平行，以增强二级燃料与烟气的混合。烧嘴砖安装在炉子底部，并靠近炉子侧墙的内壁面，燃烧火焰由于壁面效应而贴近炉墙内壁面，并顺着炉墙内壁面流动和燃烧，因此在炉墙内壁面产生一个较均勻的热流分布。更具体地举例，一级燃料喷头9和二级燃料喷头11分布于烧嘴砖7外部，在烧嘴砖7变截面处周围，并且靠近外壁面，α最好为45° 80°，β最好为40 ° 75° ；最好有2 4个一级燃烧器5和2 4个二级燃烧器6。在使用本实用新型时，最好采用计算流体动力学(CFD)方法进行烧嘴砖空气流道的设计；采用计算流体动力学(CFD)方法确定一级燃料喷孔、二级燃料喷孔的数量、布置和方位，从而获得令人满意的火焰形状和热流分布。一级燃料的燃烧负荷最好占总燃料的10% 40% ；二级燃料的燃烧负荷最好占总燃料的90% 60%。本实用新型提供了一个用于乙烯裂解炉的扁平火焰、低NOx燃烧器，与目前裂解炉用低NOx燃烧器相比，能力更大、热流分布更加合理、操作更加稳定；而且，本实用新型的燃烧器在维护和控制上更加简单，允许裂解炉的操作者在优化和稳定的热通量特性下操作，特别适用于乙烯裂解炉上。本实用新型的其它和更深一步的目标、特征和优点通过下面的具体实施方式
和附图中进行进一步描述。
图1是本实用新型燃烧器的主视图。图2是本实用新型燃烧器的俯视图。图中1 一调风器，2 —风箱，3 —长明灯，4 一燃料分配管，5 —一级燃烧器，6 —二级燃烧器，7 —烧嘴砖，8 —中心空气流道，9- 一级燃料喷头，10-侧向通道，11- 二级燃料喷头。
具体实施方式
图1所示是一种应用本实用新型的用于乙烯裂解炉的大能力、扁平火焰、低NOx排放底部气体燃烧器，主要由调风器1、风箱2、长明灯3、燃料分配管4、一级燃烧器5、二级燃烧器6、烧嘴砖7组成。它仅是本实用新型的一种形式，本实用新型并不仅限于此。参阅图1，助燃空气通过调风器1，进入风箱2，然后进入烧嘴砖7中心空气流道8的入口段和出口段，最后进入炉膛，燃料和助燃空气在炉膛内进行分级扩散混合燃烧。参阅图1此实用新型燃烧器烧嘴砖7中心空气流道8的入口段是一个横截面积不变的流道，其横截面为椭圆形。出口段是一个逐渐收缩的流道，椭圆形截面逐渐缩小，使助燃空气不断增速，以便形成扁平长火焰。参阅图1，烧嘴砖安装在炉子底部，并靠近炉子侧墙的内壁面，燃烧火焰由于壁面效应而贴近炉墙内壁面，并顺着炉墙内壁面向上流动和燃烧。参阅图1、图2，侧向通道10可连通炉膛与中心空气流道8，每个侧向通道10放置在与烧嘴砖7内侧壁面相切的位置。参阅图1、图2，一级燃料喷头9、二级燃料喷头11放置于烧嘴砖7外部，在烧嘴砖7变截面处周围，并且靠近外壁面，一级燃料喷孔的方向与侧向通道10的轴向一致，二级燃料喷孔的方向与烧嘴砖7横截面及外壁面形成的角度β匹配。参阅图1、图2，烧嘴砖空气流道的设计采用计算流体动力学方法进行。图1、图2中的一级燃料喷头9、二级燃料喷头11的设计、布置、数量和方位采用计算流体动力学(CFD)方法进行设计。
权利要求1.一种扁平火焰的裂解炉用底部气体燃烧器，主要由调风器(1)、风箱(2)、长明灯 (3)、燃料分配管(4)、一级燃烧器(5)、二级燃烧器(6)、烧嘴砖(7)组成，其特征在于烧嘴砖 (7)置于炉子底部，内部空心处为中心空气流道(8)，在其入口段是一个横截面积不变的流道，出口段的横截面积逐渐变小，形成空气收缩流道，此时横截面与内壁面形成角度α，横截面与外壁面形成角度β ；—级燃料喷头(9)和二级燃料喷头(11)在烧嘴砖(7)的外部变截面处周围，并且靠近外壁面；一级燃烧器(5 )的一级燃料喷头(9 )喷出的燃料气被喷入烧嘴砖(7)的侧向通道(10)中，从而吸引炉膛内的烟气进入烧嘴砖(7)的中心空气流道(8) 并与全部助燃空气混合，形成一次燃烧区；二级燃烧器(6)的二级燃料喷头(11)喷出的燃料气进入一次燃烧区下游，与燃烧剩余的助燃空气和烟气混合，形成二次燃烧区。
2.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于烧嘴砖(7)的中心空气流道(8)的横截面为椭圆形。
3.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于侧向通道(10)使炉膛与中心空气流道(8)连通，每个侧向通道(10)放置在与烧嘴砖(7)内侧壁面相切的位置。
4.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于一级燃料喷头(9)的喷孔方向与侧向通道10的轴向一致。
5.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于夹角α为45° 80°。
6.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于夹角β为40° 75°。
7.根据权利要求1所述的裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于二级燃料喷头(11)的喷孔方向与夹角β相匹配。
专利摘要本实用新型提供了一种裂解炉用底部气体燃烧器，其特征在于烧嘴砖(7)置于炉子底部，内部空心处为中心空气流道(8)，在其入口段是一个横截面积不变的流道，横截面为椭圆形，出口段的横截面积逐渐变小，形成空气收缩流道。一级燃料喷头(9)喷出的燃料气被喷入烧嘴砖(7)的侧向通道(10)中，从而吸引炉膛内的烟气进入烧嘴砖(7)的中心空气流道(8)，燃料气和烟气的混合物在混合区呈旋流状，与全部助燃空气混合形成一次燃烧区，进行贫燃料燃烧，降低了NOx生成量。二级燃料喷头(11)喷出的燃料气进入一次燃烧区下游，与燃烧剩余的助燃空气和烟气混合，形成二次燃烧区，同样降低了NOx生成量。该燃烧器，适合在乙烯裂解炉内作为底部燃烧器使用，可形成扁平火焰，实现大能力燃烧和低NOx排放。
文档编号F23D14/58GK202328232SQ20112046100
公开日2012年7月11日 申请日期2011年11月20日 优先权日2011年11月20日
发明者刘韫砚, 张建, 张贤福, 徐红兵, 李金科, 毛小亮 申请人:天华化工机械及自动化研究设计院