专利名称：一种可降低氮氧化物排放的侧壁气体燃烧器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种可降低氮氧化物排放的侧壁气体燃烧器，特别是一种以燃料 气为燃料的贴壁火焰、低噪音、低氮氧化物气体燃烧器，特别适用于乙烯裂解炉上。
背景技术：
燃烧器是乙烯裂解炉的主要部件之一，大多数裂解炉采用了侧壁燃烧器和底部燃 烧器联合供热的方式，这种配置方式可获得较均勻的炉管轴向温度分布。随着对环境保护 的日益重视，NOx含量的高低成为衡量燃烧器燃烧性能的重要指标之一，燃烧器制造商也相 继开发了各种类型的低NOx燃烧器。目前使用的低NOx燃烧器主要有三种。第一种是分级空气燃烧器，使助燃空气分 流以建立贫氧的第一燃烧区，从而减少NOx的形成，在第二燃烧区将剩余部分的空气引入， 从而完成整个燃烧过程。第二种是分级燃料燃烧器，助燃空气一次全部引入第一燃烧区，但 在第一燃烧区只有部分燃料被燃烧，剩余的燃料被引入到第二燃烧区，利用第一燃烧区过 剩的氧进行燃烧。在这种燃烧器中，第一燃烧区过剩的空气稀释了燃料，燃烧温度较低，从 而减少NOx的形成。第三种是烟气再循环燃烧器，利用助燃空气或燃料气流产生的低压区， 使烟气再循环到燃烧区域中，惰性烟气冷却火焰，降低氧分压，从而减少NOx的形成。前期的技术和燃烧装置在降低NOx排放方面取得了不同程度的成功，但通常应 用于底部燃烧器，对于侧壁燃烧器而言，还需要一些改进，除了环保要求以外，还对侧壁燃 烧器的火焰形状、火焰直径、热流密度分布以及日常维护等诸多因素有很苛刻的要求。CN00247075. 6公开了一种侧壁气体燃烧器，主要由燃料气进口管、引射器、烧嘴组 成，特点是在进气口端设有外、内消音器及视火孔，燃料气进口管的出口端设有置于引射器 内的燃气喷头，引射器前端接有烧嘴，烧嘴头部为碗状，其碗部周边开有数个矩形喷孔；引 射器、烧嘴外围设有烧嘴砖，外消音器与烧嘴砖之间设有二次助燃空气调节器。该气体燃烧 器火焰贴壁燃烧，燃烧状况好，使用寿命长，操作方便，噪音低，但由于未采用低NOx燃烧技 术，NOx排放相对较高。随着底部燃烧器运用新技术降低了 NOx排放，侧壁燃烧器成为影响 乙烯裂解炉NOx排放的主要设备。
发明内容本实用新型的目的在于提供一种可降低氮氧化物排放的侧壁气体燃烧器，特别是 一种适用于乙烯裂解炉上的以燃料气为燃料的贴壁火焰、低噪音、低氮氧化物气体燃烧器， 它不仅可以满足环保要求，还可以获得良好的侧壁燃烧器火焰形状、火焰直径以及热流密 度分布，并且便于维护。本实用新型的目的是这样实现的一种可降低氮氧化物排放的侧壁气体燃烧器，主要由消音罩1、二次风门2、 一次风门3、进气管4、燃料喷嘴5、引射器6、一级烧嘴7、二级烧嘴8、烧嘴砖9组成，其特征 在于进气管4的出口端外套有燃料喷嘴5，燃料喷嘴5置于引射器6内，燃料喷嘴5另一端外沿上开有数个一级燃料喷孔10，使从进气管4引进的一部分燃料气通过一级燃料喷孔10 喷入引射器6，引射器6出口端接有一级烧嘴7，一级烧嘴7内中心管腔12套有二级烧嘴8， 外腔体与引射器6腔体相接，一级烧嘴7的中心管腔12在出口处向外扩张成碗状，边缘伸 至烧嘴砖内壁面外，碗部周边开有火孔11，火孔方向与烧嘴砖内壁面平行；在燃料喷嘴5该 端还内套有二级烧嘴8，二级烧嘴8由二级燃料分配管14和二级燃料喷头15组成，并且在 二级烧嘴8的入口处二级燃料分配管14内设有二级燃料喷孔18，进气管4引进的另一部分 燃料气通过燃料喷嘴5、二级燃料喷孔18进入二级烧嘴8，二级烧嘴8的二级燃料喷头15 穿过一级烧嘴7中心管腔在出口端即碗形根部开有二级燃料排放孔16。本实用新型可降低氮氧化物排放的侧壁气体燃烧器采用分级燃料和烟气再循环 燃烧技术，一部分燃料气通过引射器6引射一次助燃空气并与之混合后经一级烧嘴7喷入 炉膛燃烧，二次助燃空气通过烧嘴砖9与一级烧嘴7之间的环隙进入炉膛参与燃烧。剩余 部分的燃料气由二级燃料喷孔18喷入二级烧嘴8，通过二级燃料喷头15上的二级燃料排放 孔16进入炉膛，使二级燃料在进入燃烧区之前先与烟气混合。换而言之，燃料气从进气管 进入，一级燃料由一级燃料喷孔喷入引射器，通过引射器引射一次助燃空气，一级燃料与一 次助燃空气在引射器内混合后，经一级烧嘴进入炉膛燃烧区。通过烧嘴砖与一级烧嘴之间 环隙进入炉膛的二次助燃空气也在燃烧区参与燃烧。剩余的二级燃料由二级燃料喷孔喷入 二级烧嘴，通过二级燃料喷头上的排放孔进入炉膛内距离燃烧区相隔够远的一个位置，使 二级燃料在进入燃烧区之前先与烟气混合，利用二级燃料气流产生的低压区，使烟气再循 环到燃烧区域中。更具体地举例，燃料喷嘴5上可有3 8个沿圆周均布的一级燃料喷孔10，一级 燃料喷孔与燃料喷嘴轴线的夹角α为5 10°。一级烧嘴7内设有中心管腔12便于二 级烧嘴8延伸穿过它，中心管腔12出口还可有多边凹槽13，二级烧嘴8的二级燃料喷头15 上有一与多边凹槽13相匹配的多边凸台17。二级燃料喷头15出口端部外沿上可有3 8 个二级燃料排放孔16，二级燃料排放孔可沿二级燃料喷头竖直中轴面对称布置或沿周向均 布，二级燃料排放孔间轴线夹角β为45 120°，二级燃料排放孔与二级燃料喷头轴线的 夹角Y为60 80°。本实用新型侧壁气体燃烧器中消音罩1内部最好衬有两层消音棉。在使用本实用新型时，最好采用计算流体动力学(CFD)方法进行引射器6、一级烧 嘴7及二级烧嘴8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10、二级 燃料喷孔18、一级烧嘴的火孔11、二级燃料排放孔16的数量、布置和方位，从而获得令人满 意的火焰和热流分布。一级烧嘴的火孔11 (最好是矩形火孔)边缘距烧嘴砖9内壁边缘为 4 10mm，最好为5mm。一级烧嘴7的燃烧负荷最好占总燃料的50% 80% ；二级烧嘴8的 燃烧负荷最好占总燃料的50% 20%。本实用新型是CN00247075. 6的改进，为了降低氮氧化物排放，本实用新型采用了 燃料分级和烟气再循环燃烧技术，燃料分为二级注入燃烧区，一级燃料与全部助燃空气在 炉膛燃烧区混合燃烧，过剩的助燃空气冷却了火焰温度，从而减少NOx的生成。剩余的二级 燃料进入燃烧区之前先与烟气混合，利用二级燃料气流产生的低压区，使烟气再循环到燃 烧区域中，与过剩的助燃空气完成燃烧，由于惰性烟气冷却了火焰，并降低了氧分压，从而 减少NOx的生成。与CN00247075. 6的侧壁气体燃烧器相比，本实用新型的NOx排放可降低50%以上，低于40ppmvd。本实用新型的侧壁气体燃烧器特别适合在裂解炉上使用，火焰贴壁燃烧，燃烧状 况好，噪音低，并实现低氮氧化物排放；而且本实用新型的燃烧器在维护和控制上更加简 单，调节比(燃烧器最大负荷与最小负荷之比)可达5:1，允许裂解炉的操作者在优化和稳定 的热通量特性下操作。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 图中进一步描述。
图1是本实用新型燃烧器的结构示意图；图2是本实用新型燃烧器燃料喷嘴的剖视图；图3是图2的A向视图；图4是本实用新型燃烧器一级烧嘴的剖视图；图5是本实用新型燃烧器二级烧嘴的剖视图；图6是图5的B向视图。
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低噪音、低氮氧化物侧壁气 体燃烧器，主要由消音罩1、二次风门2、一次风门3、进气管4、燃料喷嘴5、引射器6、一级烧 嘴7、二级烧嘴8、烧嘴砖9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，燃料气从进气管4进入，部分经燃料喷嘴5喷入引射器6的一级燃料，通 过引射器6引射一次助燃空气与一级燃料在引射器6与二级烧嘴8间的环隙中混合后，经 一级烧嘴7进入炉膛燃烧区。通过烧嘴砖9与一级烧嘴7之间环隙进入炉膛的二次助燃空 气也在燃烧区参与燃烧。剩余部分的二级燃料经燃料喷嘴5进入延伸穿过一级烧嘴7的二 级烧嘴8并喷入炉膛，二级燃料气流产生的低压区可使烟气再循环到燃烧区域中，燃料最 终完全燃烧。参阅图1、2、3，燃料喷嘴5设置于引射器6内，其一端内套有进气管4，另一端内套 有二级烧嘴8，燃料喷嘴5上有3个均布的一级燃料喷孔10，一级燃料喷孔10与燃料喷嘴 5轴线的夹角α为9°。参阅图1、4，一级烧嘴7内设便于二级烧嘴8延伸穿过它的中心管腔12和多边凹 槽13，中心管腔在出口处向外扩张成碗状，碗部周边开有数个矩形火孔11。参阅图4、5、6，二级烧嘴8由二级燃料分配管14和二级燃料喷头15组成，二级燃 料喷头15上有一与一级烧嘴多边凹槽13相匹配的多边凸台17。参阅图5、6，二级燃料分配管14入口端开有二级燃料喷孔18，二级燃料喷头15上 有3个二级燃料排放孔16，二级燃料排放孔16间轴线夹角β为45°，二级燃料排放孔16 与二级燃料喷头15轴线的夹角Y为70°。图1中引射器6、一级烧嘴7、二级烧嘴8的流道设计采用计算流体动力学(CFD)方 法进行。图2、3、4、5、6中一级燃料喷孔10、一级烧嘴火孔11、二级燃料喷孔18、二级燃料排放孔16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。 该侧壁气体燃烧器NOx排放低于40ppmvd，火焰贴壁，操作维护方便。
权利要求1.一种可降低氮氧化物排放的侧壁气体燃烧器，主要由消音罩(1)、二次风门(2)、一 次风门(3)、进气管(4)、燃料喷嘴(5)、引射器(6)、一级烧嘴(7)、二级烧嘴(8)、烧嘴砖(9) 组成，其特征在于进气管(4)的出口端外套有燃料喷嘴(5)，燃料喷嘴(5)置于引射器(6) 内，燃料喷嘴(5)另一端外沿上开有数个一级燃料喷孔(10)，使从进气管(4)引进的一部分 燃料气通过一级燃料喷孔(10)喷入引射器(6)，引射器(6)出口端接有一级烧嘴(7)，一级 烧嘴(7)内中心管腔(12)套有二级烧嘴(8)，外腔体与引射器(6)腔体相接，一级烧嘴(7) 的中心管腔(12)在出口处向外扩张成碗状，边缘伸至烧嘴砖内壁面外，碗部周边开有火孔(11)，火孔方向与烧嘴砖内壁面平行；在燃料喷嘴(5)该端还内套有二级烧嘴(8)，二级烧 嘴(8)由二级燃料分配管(14)和二级燃料喷头(15)组成，并且在二级烧嘴(8)的入口处二 级燃料分配管(14)内设有二级燃料喷孔(18)，进气管(4)引进的另一部分燃料气通过燃料 喷嘴(5)、二级燃料喷孔(18)进入二级烧嘴(8)，二级烧嘴(8)的二级燃料喷头(15)穿过一 级烧嘴(7)中心管腔在出口端即碗形根部开有二级燃料排放孔(16)。
2.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于燃料喷嘴(5)上有3 8个沿 圆周均布的一级燃料喷孔(10)，一级燃料喷孔(10)与燃料喷嘴(5)轴线的夹角α为5 10°。
3.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于一级烧嘴(7)内设有中心管腔(12)，中心管腔(12)内套有二级烧嘴(8)，中心管腔出口还有多边凹槽(13)，然后出口处向 外扩张成碗状；二级烧嘴(8)的二级燃料喷头(15)上设有与一级烧嘴多边凹槽(13)相匹配 的多边凸台(17)，二级烧嘴(8)的二级燃料喷头(15)穿过一级烧嘴(7)中心管腔，凸台嵌入 至凹槽中。
4.根据权利要求3所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于二级燃料喷头(15)在出口端即 碗形根部开有3 8个二级燃料排放孔(16)，二级燃料排放孔(16)沿二级燃料喷头(15)竖 直中轴面对称布置或沿周向均布。
5.根据权利要求4所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于二级燃料排放孔(16)间轴线 夹角β为45 120°，二级燃料排放孔(16)与二级燃料喷头(15)轴线的夹角γ为60 80°。
6.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于消音罩(1)内部衬有两层消音棉。
7.根据权利要求1所述的侧壁气体燃烧器，其特征在于一级烧嘴的火孔(11)边缘距烧 嘴砖(9)内壁边缘4 10mm。
专利摘要本实用新型提供了一种可降低氮氧化物排放的侧壁气体燃烧器，主要由消音罩(1)、二次风门(2)、一次风门(3)、进气管(4)、燃料喷嘴(5)、引射器(6)、一级烧嘴(7)、二级烧嘴(8)、烧嘴砖(9)组成，一部分燃料气通过引射器(6)引射一次助燃空气并与之混合后经一级烧嘴(7)喷入炉膛燃烧，二次助燃空气通过烧嘴砖(9)与一级烧嘴(7)之间的环隙进入炉膛参与燃烧。剩余部分的燃料气经延伸穿过一级烧嘴(7)的二级烧嘴(8)喷入炉膛，使二级燃料在进入燃烧区之前先与烟气混合。该侧壁气体燃烧器，特别适合在裂解炉上使用，火焰贴壁燃烧，燃烧状况好，噪音低，维护方便，并实现低氮氧化物排放。
文档编号F23D14/48GK201819214SQ201020547528
公开日2011年5月4日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者刘韫砚, 孙建兵, 安发亮, 康翼, 张建, 张贤福, 徐红兵, 李金科, 毛小亮 申请人:中国石油化工股份有限公司, 天华化工机械及自动化研究设计院