专利名称：一种新型高效低NOx可控火焰形状燃气燃烧器的制作方法
技术领域：
在石油化工过程中广泛采用燃气燃烧器，气体燃料的来源是生产过程中自产的瓦 斯气。本发明涉及一种新型燃气燃烧器，这种燃烧器可以根据工艺需要产生所需的火焰形 状，具有较高的热效率，即可以产生所需形状的稳定火焰，火焰的形状、宽度、长度、方向和 位置可以根据加热炉的需要进行控制和调节，具有较高的热效率和较低的NOx排放，可以 用于各种加热炉，特别是管式加热炉中。
背景技术：
由于各种工艺的管式加热炉的结构不同，如炉管排布方式，传热方式，燃烧器位置 等等都不一样，所以对炉膛内火焰的形状，温度的分布有不同的要求。现有的燃烧器难以根 据工艺需要生成所需的火焰形状和温度分布，难以产生较高的传热效率。对于气体燃烧器来说，由于气体燃料燃烧速度较快，火焰较短，难以控制炉内的温 度分布，不能在辐射室内形成有利于传热的温度场、提高加热炉热效率比较困难。并且管内 工艺介质反应温度相对较高，所以在辐射室向炉管内介质的传热的难度较大。此外，管式加 热炉的负荷大，炉膛内温度高，控制不当容易产生燃烧污染物。不论对立式炉还是卧式炉，由于气体火焰较短，高温区集中在炉管局部下部，炉管 受热不均勻，局部热流密度大，容易过热，而其余部位则热流密度较低。这种温度和热流密 度分布不均勻的状况影响向辐射室向炉管的传热，导致辐射室热效率低，并且容易引起炉 管局部过热，产生局部结焦，清焦周期短(裂解炉、焦化炉等)，并影响炉管寿命。这些因素 还限制了加热炉单位容积处理量的提高，增加了单位加工量的成本。
发明内容
本发明提出一种新型燃气燃烧器，燃料喷头与火盆和风道的形状相适应，燃料与 空气可以充分混合，燃烧器对混合物和初步燃气加以约束和导向，可以在很低的空气过剩 系数下迅速充分燃烧，可以根据工艺需要和炉管的排布方式，产生所需形状的稳定刚性火 焰，火焰的形状、宽度、长度、方向和位置可以根据加热炉的需要进行控制和调节，因此可以 控制加热炉内的温度场，产生易于向炉管传热的温度场分布，显著提高辐射传热效率，大幅 度降低燃料消耗和CO2以及NOx的排放，并且可以显著提高加热炉的处理量。这种新型燃 烧器结构简单，操作弹性大，易于制造和安装，可以在额定工况的20 130%情况下稳定正 常燃烧，并能够适应各种气体燃料，可以满足各种工艺过程加热炉的需要，特别是管式加热 炉。
本发明提出的燃烧器如图1、图2和图3所示。图1为主视图，图2为俯视图，图 3为侧视图，其中1——火盆出口导向段，2——火盆约束段，3——燃料喷枪，4——火盆入口 导流段，5——进气道，6——炉膛。
可以看到，本发明提出的燃烧器由约束型火盆和燃料喷枪组成，约束型火盆由火 盆出口导向段1、火盆约束段2和火盆入口导流段4三部分组成。火盆导向段1上端延伸于 炉膛6，火盆导向段1的底部与火盆约束段2顶部相连，在火盆约束段2的中下部安有一个 或多个燃烧喷头3，火盆约束段2底部与火盆入口导流段4顶部相连，火盆入口导流段4底 部与进气道5相联接。燃料喷枪3位于火盆约束段2中下部，燃料喷枪3的喷头上开有不 同数目的燃料喷孔，喷孔可以有不同的方向，喷枪3上可以带有稳焰器。火盆和进气道的横 截面形状可以是圆形、椭圆形、方形、矩形、各种弧线形等。通过调整燃料喷枪的数目和火盆 的截面形状，可以产生宽度不同的扁平火焰。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的工作过程进行说明空气通过进气道5和火盆入口导流段4进入火盆约束段2，气体燃料通过燃料喷 枪3喷入火盆约束段2的下部与空气混合，由于火盆约束段2的约束，燃气和空气都不向外 (炉膛)扩散，在火盆约束段2的较小空间内，燃料与空气可以较好地混合，经过一段距离 后，有一部分燃料燃烧放热，其余燃料气与空气边混合边燃烧，并向火盆出口导向段1加速 流动，随后这种具有一定温度的混合物以较高的速度喷入炉膛6。由于在火盆内已经充分混 合，以及火盆的约束和导向，进入炉膛6的混合物流体在炉膛6中继续流动和充分燃烧，形 成稳定的刚性长火焰。火焰的长度可以根据加热炉工艺的需要进行调节。这种火焰可以在 加热炉中形成有利于向炉管传热的温度分布，提高加热炉的热效率。本发明涉及的燃烧器可以采用较小的空气过剩系数，燃料可以充分燃烧，有较高 的燃烧和传热效率，并产生很低的NOx排放。传统低NOx燃烧技术采用分级进气或分级进 燃料的分级燃烧方式，虽然可以降低NOx的生成和排放水平，但是燃烧效率较低，降低了加 热炉的热效率。数值模拟计算和实验表明这种新型燃烧器可以在空气过剩系数在1. 01 1. 6的 条件下充分燃烧，形成可控的扁平刚直长火焰。与传统燃烧器相比，其NOx排放降低50%以 上，并且可以提高加热炉热效率5% 10%。在乙烯裂解炉的工业应用表明，本发明提出的新型燃烧器可以显著提高辐射室和 整个加热炉的热效率，单位加工量消耗的燃料大幅度下降，降低的幅度在8%以上，装置的 处理量提高了 10%以上，所产生的NOx排放可以达到与采用分级燃烧技术的进口低NOx燃 烧器同样的水平，甚至更低。由于燃料消耗显著降低，因此也显著降低了 CO2的排放。生产 装置产生了较大的经济效益。本发明提出的燃烧器适用于各种燃烧加热装置，尤其适合于管式加热炉。
权利要求
本发明涉及一种新型燃气燃烧器，它由火盆出口导向段1、火盆约束段2、一个或多个燃烧喷枪3、火盆入口导流段4和进气道5组成。
2.由权利要求1所要求的火盆约束段2，其特征如下记火盆约束段2的宽度为D，长 度为L，高度为H，则其长度L的范围是1. OD 80. 0D,其高度H的范围是0. 2D 10. 0D,其 横截面可以是圆形、方形、椭圆形、矩形、各种弧线形等。
3.由权利要求1所要求的火盆出口导向段1，其特征如下其下端与火盆约束段2光滑 相连，其长度Ll的范围是0. 5D 85. 0D,其上端的出口宽度Dl的范围在0. 3D 3. 0D,其 高度Hl的范围在0. 3D 10. 0D，其上端深入炉膛的高度H4的范围在0. ID 20. 0D，其横 截面可以是圆形、方形、椭圆形、矩形、各种弧线形等。
4.由权利要求1所要求的火盆入口导流段4，其特征如下其上端与火盆约束段2光滑 相连，其下口带有一定的扩张并与进气道5连通；其长度Ll的范围是0. 5D 85. 0D,其下口 直径D2的范围在0. 5D 2. 0D，其高度H2的范围在0. 2D 10. 0D，其横截面可以是圆形、 方形、椭圆形、矩形、各种弧线形等。
5.由权利要求1所要求的燃料喷枪3，其特征如下可以有多个喷枪，每个喷枪的喷头 上有不同数目的燃料喷孔；喷头可以位于火盆中心，也可以多个均衡排布；带有多个燃烧 喷枪时，各燃料喷枪之间的间距bl、b2、b3、b4等的范围是0. 2D 5. 0D，各燃料喷枪与侧壁 之间的距离b的范围是0. ID 0. 9D，各燃料喷头可以具有相同或不同的燃料量，燃料喷枪 3喷头的顶部到火盆入口导流段4的底部的距离H3的范围在-1. OD 5. 0D。
6.由权利要求1所要求的进气道5，其特征如下其上部与火盆入口导流段4的底部相 连，形状尺寸相适应，其上可以带有控制风量的风门、弯头以及保证气流平行进入火盆的整 流器。
7.本发明适用于各种加热炉，特别是石油化工领域的管式加热炉。
全文摘要
本发明涉及一种新型高效低NOx可控火焰形状燃气燃烧器。燃气和空气在该燃烧器的火盆内可以较好地混合和燃烧，经过一段距离后，具有一定温度的混合物在火盆的约束和导向作用下，以较高的速度喷入炉膛继续流动和充分燃烧，形成稳定的刚性长火焰。火焰的宽度和长度、方向、位置可以根据加热炉的工艺需要和炉膛特点进行控制和调节，可以大幅度提高辐射室传热效率，并显著降低NOx排放，适用于石油化工过程中的各种加热炉，特别是管式加热炉，尤其是裂解炉。
文档编号F23D14/84GK101956974SQ20091015801
公开日2011年1月26日 申请日期2009年7月16日 优先权日2009年7月16日
发明者毛羽, 王娟, 王江云 申请人:毛羽