高压降多级强扰流低NOx排放气体燃烧器的制作方法

本发明涉及石油化工燃烧器设备，具体来说，涉及一种高压降多级强扰流低nox排放气体燃烧器。

背景技术：

目前，应用于石化加热炉及锅炉行业的燃烧器设备，一般要求助燃风通过设备时压力降(即压头损失)低于300pa，并且要求在最大放热量下，当空气挡板全开时，至少应有90％的有效抽力是用于通过燃烧器，且至少应有75％的空气侧压降是用于通过燃烧器的喉部；较低的压力降有利于提高燃烧器调风阀的调节性，使操作工可以灵活的调节单台负荷、配风量，得到每台燃烧器最佳燃烧效果。低风压燃烧器侧重在兼顾燃烧器自然和强制两种工况及调风阀的现场手动调节，其装置配备的变频鼓风机一直工作在低频段；但是，随着加热炉工艺的进步，加热炉大型化对燃烧器火焰的形状(长度、刚直度、截面)要求也随着提高，在操作时也更加依赖于自动化智能调节，现在的趋势是每台燃烧器要求较高的压力降(500pa以上)、助燃风高速喷出火盆砖，以便得到更刚直、长度更合适的火焰，利于炉膛辐射传热；在操作上，正常开车时，燃烧器风门及燃气阀门全部打开，自动控制系统仅通过调节风机频率(或主风道调节挡板开度)来控制整台炉子的供风量，通过自动连锁控制燃烧器主燃料气阀门开度控制加热炉所需负荷。

普通的低压降燃烧器已经不适合要求，另外随着环保要求的提高，也要求高压降、高风速的燃烧器达到低nox燃烧效果。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现要素：

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出高压降多级强扰流低nox排放气体燃烧器，能够提供高压降、高风速供风，燃料分级、强扰流和燃烧火焰稳定性好，实现低nox燃烧的气体燃烧器，将烟气中nox浓度降至50mg/m3以下排放。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种高压降多级强扰流低nox排放气体燃烧器，包括燃烧器筒体，所述燃烧器筒体顶部设有火盆砖，所述燃烧器筒体与所述火盆砖相连通，所述燃烧器筒体中间设有通道，所述火盆砖外侧设有外环气枪组件，所述外环气枪组件的顶部延伸至炉膛，所述燃烧器筒体的底部设有内环气枪组件、长明灯、观火孔和点火孔，所述内环气枪组件和长明灯的头部分别穿插于火盆砖内部，所述燃烧器筒体的侧面设有调风蝶阀，所述火盆砖由下至上设有一段内齿台和二段内齿台。

进一步地，所述一段内齿台设有若干第一孔和穿过火盆砖外径的若干第二孔，所述二段内齿台设有穿过火盆砖外径的若干第三孔，所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔在圆周方位上对应分布。

进一步地，所述第一孔为竖直孔，所述第二孔和第三孔分别为水平孔。

进一步地，所述内环气枪组件上端设有稳焰板。

进一步地，所述内环气枪组件和外环气枪组件分别包括集气环管，所述集气环管上设有若干枪管，所述枪管头部设有喷头，所述枪管上设有连接件，所述集气环管上连接有进气接头。

进一步地，所述进气接头与燃料管线相连接。

进一步地，所述喷头开设有喷孔。

进一步地，所述火盆砖外表面套设有固砖套20。

进一步地，所述燃烧器筒体内壁设有保温隔热层及内衬保护钢丝网。

本发明的有益效果：能够实现高压降和高风速供风，燃料分级和多级强扰流，低nox燃烧排放，通过燃料的3次分级，火盆内经的缩放，强制扰流，加强了气流絮动尺度，使得燃烧区域形成燃气浓度和氧浓度分布更均匀，并形成空心的柱状火焰，降低了火焰中心温度，有效地抑制燃烧过程中nox的生成，火焰成形较好，刚直有力，不脱火，燃烧充分，能满足石化加热炉及锅炉等垂直或水平圆火焰，高压降、高风速的要求，实现低nox排放。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的高压降多级强扰流低nox排放气体燃烧器的剖面示意图；

图2是根据本发明实施例所述的高压降多级强扰流低nox排放气体燃烧器的a向仰视图；

图3是根据本发明实施例所述的外环气枪组件的结构示意图；

图4是根据本发明实施例所述的外环气枪组件的集气环管的结构示意图；

图5是根据本发明实施例所述的内环气枪组件的结构示意图；

图6是根据本发明实施例所述的内环气枪组件的集气环管的剖视图；

图7是根据本发明实施例所述的燃烧器筒体的仰视图；

图8是根据本发明实施例所述的燃烧器筒体的示意图；

图9是火盆砖的俯视图；

图10是图9的a-a的剖视图；

图11是根据本发明实施例所述的调风蝶阀b向供风入口图。

图中：1、外环气枪组件；2、火盆砖；3、内环气枪组件；4、稳焰板；5、长明灯；6、燃烧器筒体；7、调风蝶阀；8、点火孔；9、观火孔；10、一段内齿台；11、二段内齿台；12、连接件；13、集气环管；14、枪管；15、喷头；16、进气接头；17、端板；18、内环气枪套管；19、钢板法兰；20、固砖套。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-11所示，根据本发明实施例所述的一种高压降多级强扰流低nox排放气体燃烧器，包括燃烧器筒体6，燃烧器筒体6上端设有钢板法兰19，钢板法兰19通过螺栓螺母安装在石化加热炉或锅炉的炉底板或侧壁板上，燃烧器筒体6的上口伸入炉膛，燃烧器筒体6为所有部件的安装体，燃烧器筒体6为中空的圆筒结构，由耐火材料预制烧结制成，具体由钢板卷制，内壁设置有保温隔热层及内衬保护钢丝网；燃烧器筒体6为助燃空气通道，燃烧器筒体6底端由端板17及保温层封闭，所述燃烧器筒体6顶部设有火盆砖2，所述燃烧器筒体6与所述火盆砖2相连通，火盆砖2喉口较小，所述燃烧器筒体6中间设有助燃空气的通道，所述燃烧器筒体6底部设有端板17，端板17上开设有内环气枪组件3、长明灯5、点火孔8、观火孔9等安装固定用的通孔和连接螺栓孔；长明灯5插入安装在燃烧器筒体6底部预设安装孔位，深入燃烧器内部，其头部到达火盆砖2设定位置，用于点燃一级燃料气，长明灯5的燃料气由长明灯5燃料气入口a进入，通过喷孔处引射大气中的空气进入长明灯枪管，混合后，在枪头穏焰管口处燃烧，长明灯5通过人工点火，燃烧器工作时始终处于点燃状态；通过点火孔8和观火孔9用于长明灯5的点火及观察火焰用；所述内环气枪组件3和长明灯5的头部分别穿插于火盆砖2内部，所述火盆砖2外侧设有外环气枪组件1，所述外环气枪组件1的顶部延伸至炉膛，所述燃烧器筒体6的底部设有内环气枪组件3、长明灯5、观火孔9和点火孔8，所述内环气枪组件3和长明灯5的头部分别穿插于火盆砖2内部，所述燃烧器筒体6的侧面设有调风蝶阀7，燃烧器筒体6侧壁开孔与调风蝶阀7焊接为一体，助燃空气通过调风蝶阀7进入燃烧器，所述火盆砖2内部设有火盆内齿台，所述火盆内齿台由下至上设有一段内齿台10和二段内齿台11，具体的，火盆砖2内部为助燃空气通道，根据流体力学原理设计，由下至上设置一段内齿台10，构成流道缩径段和流道放径段；二段内齿台，构成流道出口收缩段。调风蝶阀7与燃烧器筒体6焊为一体，为助燃空气入口通道，调风蝶阀7为中空的方管结构，内部设置保温层，调风蝶阀7为对开形式，调风叶片可以通过外部手柄定位和调整，用于调节控制燃烧器的给风量；一段内齿台10和二段内齿台11之间的内经缩、放、缩，消耗较大的压力降，助燃风以较高的风速喷出火盆，在火盆内齿缩、放台面及出口端面处形成低压涡流区，加强了气流絮动尺度，强制扰流并与的一、二级燃料气混合充分后燃烧，将在火盆砖口齿形成稳定的一、二级火焰，一、二级火焰烟气从火盆砖两层第二孔和第三孔引出，点燃第三级燃料气，第二孔和第三孔为水平孔，水平孔有利于火焰根部的稳定燃烧、不脱火，较高的风速，使得火焰刚直有力，助燃风从火焰中心喷出，火焰呈现空心柱状火焰，火焰中心温度较低，nox生成得到有效抑制；燃烧器筒体6内设置防熄火的长明灯5，利用长明灯5火焰点燃燃烧器一级、二级火焰，防熄火的长明灯5在较高风速下不灭火，保证燃烧器始终有安全点火源。

长明灯通过人工点火，点然后再由长明灯点燃主火焰，长明灯燃料气进口采用软管与燃气管线连接。

适用于侧烧或底烧形式，满足圆形火焰形状、燃料为燃气、供风为高风速、高压降的要求，实现超低nox排放，特别适用于特殊工艺的石化重整或芳烃装置加热炉。

在本发明的一个具体实施例中，所述一段内齿台10设有若干第一孔和穿过火盆砖2外径的若干第二孔，其中，第一孔为竖直孔，所述第二孔为水平孔，所述二段内齿台11设有穿过火盆砖2外径的若干第三孔，第三孔为水平孔，所述第一孔、所述第二孔和所述第三孔在圆周方位上对应分布。

具体的，一段内齿台10设有若干均布的竖直小孔和若干穿过火盆外径的水平小孔，二段内齿台11设有若干均布的穿过火盆外径的水平小孔，一段内齿台10、二段内齿台11的水平小孔和竖直小孔在圆周方位上对应分布，对应水平和竖直小孔。

在本发明的一个具体实施例中，所述内环气枪组件3上端设有稳焰板4，通过稳焰板4用于空气流道内径的缩放整流和一、二级燃料根部布风稳燃，稳焰板4焊接在内环气枪组件3上端，稳焰板4为耐热钢板，进一步缩放整流空气流道和一、二级燃料根部布风及稳燃，强化了气流的絮动混合，使得燃烧区域燃气浓度和氧浓淡分布更均匀，形成均速低温的柱状燃气流，火焰形状更规则和刚直，长度更长，利于火焰对加热炉炉管的均匀给热，从而抑制nox的大量生成，实现低nox燃烧。

在本发明的一个具体实施例中，所述内环气枪组件3和外环气枪组件1分别包括集气环管13，所述集气环管13上设有若干枪管14，所述枪管14头部设有喷头15，所述枪管14上设有连接件12，所述集气环管13上连接有进气接头16，其中，燃烧器筒体6上部钢板法兰上设置有螺栓孔以及供枪管14穿过的通孔，对应内环气枪组件3安装位置的通孔上设有内环气枪套管18，有利于内环气枪组件3的枪管装拆时的导向。

具体的，内环气枪组件3和外环气枪组件1，各有6支枪管14、喷头15，均布在燃烧器筒体6中心的同心圆周上，喷头15将燃料气分为两级，一级燃料倾斜喷入火盆中心，长明灯5火焰引燃，在火盆内端口稳燃；二级燃料喷入一段内齿台10均布的竖直小孔，使二级燃料产生扰流，与强制扰流的助燃空气、烟气产生混合，在一段内齿台10和二段内齿台11之间涡流稳燃。外环气枪组件1将第三级燃料气沿火盆砖2外锥面喷向火盆中心，在火盆砖2上空较远区域与混合含氧烟气混合燃烧，第三级燃气在喷射时，引射大量的炉膛烟气，卷入火焰中心低温烟气，降低火焰温度，抑制nox产生。

每支集气环管上6支枪管14顶部安装有喷头15，喷头15上开有喷孔，具体操作时，根据低nox燃烧设定的分级比例，将燃料气喷射至设定位置，与助燃空气混合后进行低nox燃烧，具体运行时，管路来的燃料气由金属软管、集气环管13、枪管14，分配给喷头15，从喷孔分级喷出。

内环气枪组件3和外环气枪组件1通过连接件12固定在燃烧器筒体6的底部和顶板上，集气环管设有进口接头16，通过金属软管与工厂主燃气管线连接，燃气通过环管均匀的分配给内环气枪组件3和外环气枪组件1的每支枪管，连接件12为法兰和螺栓；稳焰板4焊接在枪管14上端。

外环气枪组件1的枪管插入安装在燃烧器筒体6上部固砖套20内的火盆砖2，伸入炉膛，每支外环气枪组件1的枪管上焊有钢板法兰，通过螺栓将外环气枪组件1紧固在燃烧器筒体6上部安装法兰面上。

每支内环气枪组件3的枪管上焊有腰型钢板法兰，通过螺栓将内环气枪组件3固定在燃烧器筒体6底部，内环气枪组件3的枪管插入燃烧器筒体6的内环气枪套管18、伸入火盆砖2内部，使喷头伸至火盆砖2内部设定位置。

在本发明的一个具体实施例中，所述进气接头16与燃料管线相连接。

在本发明的一个具体实施例中，所述火盆砖2外表面套设有固砖套20，保证火盆砖2的定位。

在本发明的一个具体实施例中，所述燃烧器筒体6内壁设有保温隔热层及内衬保护钢丝网。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本发明所述的高压降多级强扰流低nox排放气体燃烧器，工作时，较高压力的热空气(500pa以上)进入对开调风蝶阀7，通过对开调风蝶阀7的手柄控制总风量，热空气进入燃烧器主体6内腔，经过火盆砖2内流道时，火盆内部一缩、一放、再缩径的凸出构造对流体产生强制扰流，增大了给风压降，提高了风速，加强了气流絮动尺度，强化了燃料与空气的混合。

从内环气枪组件3的喷头将燃料气分为两级，一级燃料倾斜喷入火盆中心，长明灯5火焰引燃，在火盆内端口稳燃；二级燃料喷入火盆内齿台均布的竖直小孔，一部分通过水平小孔，在火盆内齿台面与烟气产生涡流混合稳燃，一部分经过内齿台凸起构造的强制扰流，与流道内烟气产生混合稳燃，一部分烟气从内齿台均布的水平小孔喷出，引燃三级火焰。一、二级燃料燃烧火焰还采用了稳焰板4稳焰措施，有利于高风速下的稳焰。

从外环气枪组件1的喷头喷出燃料气为第三级燃料气，沿火盆砖2外锥面喷向火盆中心，在火盆砖2上空较远区域与混合含氧烟气混合燃烧，第三级燃气在喷射时，引射大量的炉膛烟气，卷入火焰中心低温烟气，降低火焰温度，抑制nox产生。

多种措施的组合实施，保证了燃料的分级稳定燃烧，降低了火焰表面温度，有效地抑制了烟气中nox的生成，从而实现了燃烧器高压降多级强扰流烟气的低nox排放，达到了高效、节能、低nox污染排放与低噪声的环保目的。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，通过火盆砖2内部的一缩、一放、再缩径结构，提高了通过燃烧器流道的给风压降，提高了风速，火盆缩放结构设计，对空气和分级的一、二级燃料强制扰流，高速喷出火盆的空气，逐级与三次分级的燃料混合燃烧，形成刚直有力、稳定的环状火焰。

采用燃料分级燃烧技术，一级燃料经火焰长明灯火焰引燃，在火盆内端口形成稳定的、附着火盆砖2内口的环状火焰，预热并点燃二级燃料，二级燃料经火盆内齿台强制生扰流，与强制扰流的空气和烟气产生混合，在火盆内齿台上涡流稳燃；一、二级火焰烟气从火盆砖两层水平小孔喷出，引燃第三级燃料气，三级燃料气还与上升的一、二级燃料燃烧烟气逐步混合燃烧，燃烧形成空心的柱状火焰，火焰散热较好，温度控制在nox产生敏感温度区以下；三级料气沿火盆砖外锥面喷向火焰中心区，引射大量的炉内烟气，卷入火焰中心的烟气，形成炉内烟气回流燃烧，燃烧混合过程相对较长，火焰较长，利于火焰散热，因此，nox产生较少。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。