燃烧器的制造方法
【专利摘要】本实用新型提供一种燃烧器,包括燃烧器筒体、调节阀、耐火砖、燃气喷枪、旋流器,耐火砖与燃烧器筒体构成一次燃烧区和二次燃烧区,本实用新型将空气分级技术和旋流燃烧技术有机结合，提高燃烧器的燃烧效率的同时进一步降低氮氧化物的排放量。
【专利说明】燃烧器
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种燃气燃烧器，尤其涉及一种管式加热炉用燃烧器。
【背景技术】
[0002]大型石油化工厂管式加热炉的能量消耗和热负荷都比较大，对于中等加工深度的炼油厂，其所拥有的加热炉燃料消耗，约占处理原油能力的4%?8%，所消耗燃料费用约占其操作费用的60%?70%。另一方面，管式加热炉会产生大量氮氧化物，氮氧化物能形成光化学烟雾，是破坏臭氧层的一种常见大气污染物。
[0003]目前加热炉常用的高效低氮氧化物改造技术包括空气分级、旋流燃烧等燃烧技术。其中，空气分级燃烧是一种比较成熟的低NOx燃烧技术，空气分级燃烧的核心思路是避开高温和大过剩空气系数的同时出现，从而降低NOx的生成。主要方法是先将一定比例的空气(小于理论空气量)从燃烧器送入，使燃料在缺氧条件下燃烧，燃烧温度和速度都有效降低，燃料由于不能完全燃烧而生成中间产物HN、HCN、CN、NH3和NH2等，其相互复合生成N2或者将已经生成的NOx还原分解。然后将剩余的部分空气以二次风的形式送入，为剩余燃料助燃。在此区间由于火焰温度低，在燃尽区也不会有大量的NOx生成。虽然空气分级燃烧技术有明显的降氮效果，但目前该技术使用过程中不完全燃烧产物多，导致燃烧效率降低。
[0004]旋流燃烧技术能有效地加强燃料与空气的混合程度提高燃烧效率。中国专利CN10185243A公开了高效燃烧工业炉旋流式燃烧器，含有旋转通道、螺旋肋片，强化燃料与空气的充分混合，降低了氮氧化物的排放。燃料气一般通过无旋流的中心喷嘴射入炉膛，或径向射入同轴旋流空气，通过旋流形成燃烧产物的中心回流区，高温低速的燃烧产物与反应中间体在中心回流区内部对未反应的空气和燃料进行预热并稀释，能有效地强化低热值合成气的燃烧，在高速射流下形成稳定的火焰。由于射流的卷吸作用，燃料和空气射入突扩炉膛时会在炉膛底部形成有利于促进烟气整体循环的边角回流区，回流区的大小受到射流动量与炉膛尺寸的共同影响。烟气循环使炉内的温度分布更加均匀，循环的冷烟气对燃烧反应物进行稀释，降低了最高燃烧温度且缩小了高温区面积，不仅能够稳定燃烧，而且还能很好地抑制热力型NOx的形成。
[0005]现有技术管式加热炉要么采用单一的空气分级燃烧技术，要么采用单一旋流燃烧技术，因此仍然存在着燃烧不完全以及NOx排放量较高的问题。随着NOx排放标准和节能标准的严格化，炼化企业迫切需要新型的管式加热炉，保持较高燃烧效率的同时降低NOx的排放。
【发明内容】
[0006]本实用新型将空气分级燃烧技术和旋流燃烧技术结合，提高燃烧器的燃烧效率的同时进一步降低氮氧化物的排放量。
[0007]—种燃烧器，包括燃烧器筒体、调节阀、耐火砖、燃气喷枪、旋流器；所述的调节阀位于空气入口处，两个调节阀上下错落排列，调节过剩空气系数；所述的燃气喷枪位于燃烧器中心，喷枪顶部喷孔均匀分布，下端连接燃料气供气管；所述的耐火砖与燃烧器筒体构成一次燃烧区(图1中主燃区)和二次燃烧区，一次燃烧区环绕燃气喷枪，以使得燃料气与空气在一次燃烧区良好混合，二次燃烧区居于一次燃烧区和燃气燃烧道出口之间，空气分别经由两耐火砖间隙和上方耐火砖孔隙进入二次燃烧区域；所述旋流器置于喷枪顶端，对少于化学计量的空气(即以下称为一次风)进行旋流，使得燃气与一次风混合完全并快速反应，这样可以有效避免不完全燃烧现象，从而提高燃烧效率，剩余空气(以下称为二次风)进入二次燃烧区。
[0008]有益效果
[0009]对燃烧器的评价因素主要有温度场分布和污染物排放两点，本实用新型能在降低氮氧化物排放的同时保持良好的燃烧效率。
[0010]本实用新型将空气分级技术和旋流燃烧技术有机结合，旋流燃烧有效弥补了空气分级技术的缺陷，即燃烧不完全的问题，从而保证高效低氮燃烧。本实用新型利用CFD(计算流体力学)对结构参数进行优化，从而明显改善了温度场分布，消除或减小了炉膛局部高温区，使炉膛温度分布更为均匀，扩大了 1100K?1200K温度区的面积，提高了燃烧器的效率，也保证了较低的氮氧化物排放效果。
【专利附图】
【附图说明】
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[0011]图1为本实用新型的一种管式加热炉燃烧器的结构图；
[0012]1-燃气喷枪；2-旋流器；3-燃烧器筒体；4-火盆砖I; 5-通风孔；6-火盆砖2; 7-火盆砖3; 8-燃烧道出口； 10-调节阀I; 11-调节阀2;
[0013]图2为本实用新型的一种旋流器A向示意图
[0014]图3为本实用新型一种旋流器叶片示意图
[0015]1-旋流器内圈；2_旋流器叶片；3_旋流器内圈；
[0016]图4为本实用新型一种旋流器B向内圈示意图
[0017]图5为实施例CFD模拟温度等值线图；
[0018]图6为实施例CFD模拟CO浓度分布图；
[0019]图7为实施例CFD模拟NO浓度分布图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合实施例进一步阐述本实用新型。
[0021]一种高效低氮燃烧器，包括燃烧器筒体、调阀、耐火砖、燃气喷枪、旋流器；所述的调节阀位于空气入口处，控制空气流量，所述调节阀为两个，两个调节阀上下错落排列，分别控制一次风和二次风风量。燃烧器还包括燃烧道出口，出口形状无特别限制，可以是现有技术的各种新式，比如直道，扩大的通道，缩小的通道，优选缩径通道。
[0022]所述的燃气喷枪位于燃烧器中心，喷枪顶部喷孔均匀分布，下部连接燃气供气管；
[0023]所述的耐火砖与燃烧器筒体构成一次燃烧区和二次燃烧区，一次燃烧区包括筒体和耐火砖4，环绕燃气喷枪，控制调节阀，使少于化学计量的空气(以下称为一次风)进入一次燃烧，以使得燃料气与一次风在火盆砖内良好混合；二次燃烧区包括筒体和耐火砖6，剩余空气(以下称为二次风)分别经由两耐火砖间隙和上方耐火砖孔隙进入二次燃烧区域，在这里二次风与来自一次燃烧区域的气体混合，使二次燃烧区域的燃烧充分，燃烧效率高；由于本实用新型将空气分级加入，使得燃烧器内燃烧温度低，产生的氮氧化物低。经模拟测试本实用新型燃烧器产生的氮氧化物一般低于50ppm。
[0024]所述旋流器置于燃气喷枪顶端，对一次风进行旋流，使得燃气与一次风混合完全并快速反应，这样可以有效避免不完全燃烧现象，从而提高燃烧效率。旋流器采用涡轮型，图2是本实用新型的一种旋流器型式示意图。
[0025]图1所示是一种应用本实用新型高效低氮燃烧器的实例，它主要有由燃烧器筒体3、调节阀10、调节阀11、耐火砖4、耐火砖6、耐火砖7、燃气喷枪1、旋流器2等组成。它仅是本实用新型的一种形式，本实用新型并不仅限与此。
[0026]燃烧器的调节阀10和调节阀11位于空气入口处，两个调节阀上下错落排列，调节阀10调节一次风风量，调节阀11调节二次风风量，调节阀10、11可以配合调节过剩空气系数以及一次风、二次风质量分级比，直到达到满足产生足够低的氮氧化物，本领域技术人员知悉燃烧炉氮氧化物排放量少于50ppm可称为排放量低。
[0027]燃气喷枪I位于燃烧筒体3中心，喷枪顶部均匀分布喷孔，下端连接燃料气供气管；火盆砖4与燃烧器筒体3构成一次燃烧区，一次燃烧区环绕燃气喷枪，以使得燃气与一次风在一次燃烧区内良好混合；耐火砖4、耐火砖6与燃烧器筒体3构成二次燃烧区，二次燃烧区经由耐火砖4和耐火砖6的间隙和耐火砖6的通风孔5连接燃烧器燃烧区域；环绕燃气喷枪顶端安装有旋流器2，对一次风进行旋流，使得一次风与一次燃烧产物完全混合并快速反应，提高了燃烧器的燃烧效率。
[0028]燃烧器运行时，空气分别通过调节阀10、调节阀11进入燃烧器，一次风鼓入一次风通道，上升至旋流器2处进行旋流，以增加水平方向动量，促进燃料气与一次风的混合；二次风经由二次风通道进入燃烧区域，与来自一次燃烧区未完全燃烧燃料气进行反应。
[0029]燃烧器的燃气喷枪喷口数目、旋流器角度以及燃烧道出口形式都经过计算流体力学(CFD)软件Fluent进行了优化设计。根据Fluent优化设计的旋流器角度为45-65度，优选50-60度，更优选60度，燃气喷枪喷口数目为8-16个，优选10-12个。图5为对实施例I进行CFD模拟得到的温度等值线分布图，由图可见，该燃烧器燃烧效果良好，温度分布均匀，局部高温区面积小，温度高于1800K的区域较小。而由图6的CO浓度分布图也可见，CO在出口处接近为O，说明燃烧完全，不存在不完全燃烧的现象。图7为实施例1的NO浓度分布图，由图可见，NO峰值出现在局部高温区，由于射流卷吸的作用，NO浓度随高度增加逐渐降低，并在出口达到50ppm。而采用单一空气分级技术燃烧器的NO在出口排放量可达10ppm,大大超过本实用新型的NO排放量。
【权利要求】
1.一种燃烧器，包括燃烧器筒体、调节阀、耐火砖、燃气喷枪、旋流器，所述的调节阀位于空气入口处，所述的燃气喷枪位于燃烧器中心，所述旋流片置于燃气喷枪顶端。
2.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于:所述调节阀为两个，上下错落排列。
3.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于:燃烧器还包括燃烧道出口。
4.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于:所述的耐火砖与燃烧器筒体构成一次燃烧区和二次燃烧区，一次燃烧区包括筒体(3)和耐火砖(4)，环绕燃气喷枪(2)，控制调节阀，使一次风进入一次燃烧区，以使得燃料气与一次风在一次燃烧区内良好混合；二次燃烧区包括筒⑶和耐火砖(4)、耐火砖(6)，使二次风经由两耐火砖间隙和耐火砖(6)孔隙(5)进入二次燃烧区。
5.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于:所述喷枪顶部喷孔均匀分布。
6.根据权利要求1所述的燃烧器，其特征在于:所述的旋流器角度为45?65°C。
7.根据权利要求6所述的燃烧器，其特征在于:所述的旋流器角度为50?60°C。
8.根据权利要求6所述的燃烧器，其特征在于:所述的旋流器角度为60°C。
【文档编号】F23D14/46GK204141584SQ201420473075
【公开日】2015年2月4日 申请日期:2014年8月21日 优先权日:2014年8月21日
【发明者】王元华, 李保全, 刘波, 徐向荣, 吴晓磊, 李旭灿, 王庆峰, 任红峰, 汤翠萍 申请人:中国石化扬子石油化工有限公司, 中国石油化工股份有限公司