專利名稱：一種新型高效低NOx可控火焰形狀燃氣燃燒器的制作方法
技術領域：
在石油化工過程中廣泛采用燃氣燃燒器，氣體燃料的來源是生產過程中自產的瓦 斯氣。本發明涉及一種新型燃氣燃燒器，這種燃燒器可以根據工藝需要產生所需的火焰形 狀，具有較高的熱效率，即可以產生所需形狀的穩定火焰，火焰的形狀、寬度、長度、方向和 位置可以根據加熱爐的需要進行控制和調節，具有較高的熱效率和較低的NOx排放，可以 用于各種加熱爐，特別是管式加熱爐中。
背景技術：
由于各種工藝的管式加熱爐的結構不同，如爐管排布方式，傳熱方式，燃燒器位置 等等都不一樣，所以對爐膛內火焰的形狀，溫度的分布有不同的要求。現有的燃燒器難以根 據工藝需要生成所需的火焰形狀和溫度分布，難以產生較高的傳熱效率。對于氣體燃燒器來說，由于氣體燃料燃燒速度較快，火焰較短，難以控制爐內的溫 度分布，不能在輻射室內形成有利于傳熱的溫度場、提高加熱爐熱效率比較困難。并且管內 工藝介質反應溫度相對較高，所以在輻射室向爐管內介質的傳熱的難度較大。此外，管式加 熱爐的負荷大，爐膛內溫度高，控制不當容易產生燃燒污染物。不論對立式爐還是臥式爐，由于氣體火焰較短，高溫區集中在爐管局部下部，爐管 受熱不均勻，局部熱流密度大，容易過熱，而其余部位則熱流密度較低。這種溫度和熱流密 度分布不均勻的狀況影響向輻射室向爐管的傳熱，導致輻射室熱效率低，并且容易引起爐 管局部過熱，產生局部結焦，清焦周期短(裂解爐、焦化爐等)，并影響爐管壽命。這些因素 還限制了加熱爐單位容積處理量的提高，增加了單位加工量的成本。
發明內容
本發明提出一種新型燃氣燃燒器，燃料噴頭與火盆和風道的形狀相適應，燃料與 空氣可以充分混合，燃燒器對混合物和初步燃氣加以約束和導向，可以在很低的空氣過剩 系數下迅速充分燃燒，可以根據工藝需要和爐管的排布方式，產生所需形狀的穩定剛性火 焰，火焰的形狀、寬度、長度、方向和位置可以根據加熱爐的需要進行控制和調節，因此可以 控制加熱爐內的溫度場，產生易于向爐管傳熱的溫度場分布，顯著提高輻射傳熱效率，大幅 度降低燃料消耗和CO2以及NOx的排放，并且可以顯著提高加熱爐的處理量。這種新型燃 燒器結構簡單，操作彈性大，易于制造和安裝，可以在額定工況的20 130%情況下穩定正 常燃燒，并能夠適應各種氣體燃料，可以滿足各種工藝過程加熱爐的需要，特別是管式加熱 爐。
本發明提出的燃燒器如圖1、圖2和圖3所示。圖1為主視圖，圖2為俯視圖，圖 3為側視圖，其中1——火盆出口導向段，2——火盆約束段，3——燃料噴槍，4——火盆入口 導流段，5——進氣道，6——爐膛。
可以看到，本發明提出的燃燒器由約束型火盆和燃料噴槍組成，約束型火盆由火 盆出口導向段1、火盆約束段2和火盆入口導流段4三部分組成。火盆導向段1上端延伸于 爐膛6，火盆導向段1的底部與火盆約束段2頂部相連，在火盆約束段2的中下部安有一個 或多個燃燒噴頭3，火盆約束段2底部與火盆入口導流段4頂部相連，火盆入口導流段4底 部與進氣道5相聯接。燃料噴槍3位于火盆約束段2中下部，燃料噴槍3的噴頭上開有不 同數目的燃料噴孔，噴孔可以有不同的方向，噴槍3上可以帶有穩焰器。火盆和進氣道的橫 截面形狀可以是圓形、橢圓形、方形、矩形、各種弧線形等。通過調整燃料噴槍的數目和火盆 的截面形狀，可以產生寬度不同的扁平火焰。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的工作過程進行說明空氣通過進氣道5和火盆入口導流段4進入火盆約束段2，氣體燃料通過燃料噴 槍3噴入火盆約束段2的下部與空氣混合，由于火盆約束段2的約束，燃氣和空氣都不向外 (爐膛)擴散，在火盆約束段2的較小空間內，燃料與空氣可以較好地混合，經過一段距離 后，有一部分燃料燃燒放熱，其余燃料氣與空氣邊混合邊燃燒，并向火盆出口導向段1加速 流動，隨后這種具有一定溫度的混合物以較高的速度噴入爐膛6。由于在火盆內已經充分混 合，以及火盆的約束和導向，進入爐膛6的混合物流體在爐膛6中繼續流動和充分燃燒，形 成穩定的剛性長火焰。火焰的長度可以根據加熱爐工藝的需要進行調節。這種火焰可以在 加熱爐中形成有利于向爐管傳熱的溫度分布，提高加熱爐的熱效率。本發明涉及的燃燒器可以采用較小的空氣過剩系數，燃料可以充分燃燒，有較高 的燃燒和傳熱效率，并產生很低的NOx排放。傳統低NOx燃燒技術采用分級進氣或分級進 燃料的分級燃燒方式，雖然可以降低NOx的生成和排放水平，但是燃燒效率較低，降低了加 熱爐的熱效率。數值模擬計算和實驗表明這種新型燃燒器可以在空氣過剩系數在1. 01 1. 6的 條件下充分燃燒，形成可控的扁平剛直長火焰。與傳統燃燒器相比，其NOx排放降低50%以 上，并且可以提高加熱爐熱效率5% 10%。在乙烯裂解爐的工業應用表明，本發明提出的新型燃燒器可以顯著提高輻射室和 整個加熱爐的熱效率，單位加工量消耗的燃料大幅度下降，降低的幅度在8%以上，裝置的 處理量提高了 10%以上，所產生的NOx排放可以達到與采用分級燃燒技術的進口低NOx燃 燒器同樣的水平，甚至更低。由于燃料消耗顯著降低，因此也顯著降低了 CO2的排放。生產 裝置產生了較大的經濟效益。本發明提出的燃燒器適用于各種燃燒加熱裝置，尤其適合于管式加熱爐。
權利要求
本發明涉及一種新型燃氣燃燒器，它由火盆出口導向段1、火盆約束段2、一個或多個燃燒噴槍3、火盆入口導流段4和進氣道5組成。
2.由權利要求1所要求的火盆約束段2，其特征如下記火盆約束段2的寬度為D，長 度為L，高度為H，則其長度L的范圍是1. OD 80. 0D,其高度H的范圍是0. 2D 10. 0D,其 橫截面可以是圓形、方形、橢圓形、矩形、各種弧線形等。
3.由權利要求1所要求的火盆出口導向段1，其特征如下其下端與火盆約束段2光滑 相連，其長度Ll的范圍是0. 5D 85. 0D,其上端的出口寬度Dl的范圍在0. 3D 3. 0D,其 高度Hl的范圍在0. 3D 10. 0D，其上端深入爐膛的高度H4的范圍在0. ID 20. 0D，其橫 截面可以是圓形、方形、橢圓形、矩形、各種弧線形等。
4.由權利要求1所要求的火盆入口導流段4，其特征如下其上端與火盆約束段2光滑 相連，其下口帶有一定的擴張并與進氣道5連通；其長度Ll的范圍是0. 5D 85. 0D,其下口 直徑D2的范圍在0. 5D 2. 0D，其高度H2的范圍在0. 2D 10. 0D，其橫截面可以是圓形、 方形、橢圓形、矩形、各種弧線形等。
5.由權利要求1所要求的燃料噴槍3，其特征如下可以有多個噴槍，每個噴槍的噴頭 上有不同數目的燃料噴孔；噴頭可以位于火盆中心，也可以多個均衡排布；帶有多個燃燒 噴槍時，各燃料噴槍之間的間距bl、b2、b3、b4等的范圍是0. 2D 5. 0D，各燃料噴槍與側壁 之間的距離b的范圍是0. ID 0. 9D，各燃料噴頭可以具有相同或不同的燃料量，燃料噴槍 3噴頭的頂部到火盆入口導流段4的底部的距離H3的范圍在-1. OD 5. 0D。
6.由權利要求1所要求的進氣道5，其特征如下其上部與火盆入口導流段4的底部相 連，形狀尺寸相適應，其上可以帶有控制風量的風門、彎頭以及保證氣流平行進入火盆的整 流器。
7.本發明適用于各種加熱爐，特別是石油化工領域的管式加熱爐。
全文摘要
本發明涉及一種新型高效低NOx可控火焰形狀燃氣燃燒器。燃氣和空氣在該燃燒器的火盆內可以較好地混合和燃燒，經過一段距離后，具有一定溫度的混合物在火盆的約束和導向作用下，以較高的速度噴入爐膛繼續流動和充分燃燒，形成穩定的剛性長火焰。火焰的寬度和長度、方向、位置可以根據加熱爐的工藝需要和爐膛特點進行控制和調節，可以大幅度提高輻射室傳熱效率，并顯著降低NOx排放，適用于石油化工過程中的各種加熱爐，特別是管式加熱爐，尤其是裂解爐。
文檔編號F23D14/84GK101956974SQ20091015801
公開日2011年1月26日 申請日期2009年7月16日 優先權日2009年7月16日
發明者毛羽, 王娟, 王江云 申請人:毛羽