底装式低NOX排放圆火焰燃气燃烧器.pdf

本发明涉及一种底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，包括筒体部件、助燃空气蝶阀管道、火盆砖部件、长明灯和燃气供给系统，其中火盆砖部件包括内、外火盆砖，两火盆砖之间为环形空气通道，内火盆砖中心为空气通道，助燃空气蝶阀管道与筒体部件内部相通，并将助燃空气分别引入所述环形空气通道和中心空气通道参与燃烧；燃气供给系统包括多个燃气喷嘴，各燃气喷嘴上均设有第一燃料喷射口、第二燃料喷射口和第三燃料喷射口；所述的各空气通道进入的助燃空气与燃气喷嘴喷出的燃料混合并形成贫氧过浓燃烧、再贫氧过浓燃烧、富氧过淡燃烧和烟气再次燃烧。本发明实现了空气分级供给，燃气三级供给，混合多级燃烧，有效抑制NOx生成，实现了低NOx排放。

权利要求书
1.  一种底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，其特征在于包括与炉底装配的筒体部件，连接在筒体部件底部的助燃空气蝶阀管道，连接在筒体部件顶部的火盆砖部件，伸入火盆砖部件中心的长明灯，和提供燃料的燃气供给系统，其中：
火盆砖部件包括内火盆砖和开有燃气通孔的外火盆砖，两火盆砖之间形成环形空气通道，内火盆砖内腔为中心空气通道，所述助燃空气蝶阀管道与筒体部件内部相通，并将助燃空气分别引入所述环形空气通道和中心空气通道参与燃烧；
所述的燃气供给系统包括均匀分布在筒体部件外周的至少二个燃气喷嘴，各燃气喷嘴上均设有对应外火盆砖燃气通孔的第一燃料喷射口、对应外火盆砖外壁上部的第二燃料喷射口，和对应内火盆砖上方的第三燃料喷射口；
所述的各空气通道进入的助燃空气与燃气喷嘴喷出的燃料混合并形成四级燃烧，该四级燃烧依次包括在环形空气通道中混合实现贫氧过浓燃烧，在环形空气通道出口处混合实现再贫氧过浓燃烧，在内火盆砖砖口低压回流区混合实现富氧过淡燃烧，在内火盆砖上空混合实现烟气的再次燃烧。

2.  根据权利要求1所述的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，其特征在于所述的火盆砖部件设置在筒体部件顶端的火盆砖托板上，火盆砖托板上分别开有对应环形空气通道和中心空气通道的空气通孔，所述火盆砖托板上还设置有旋流装置使进入环形空气通道内的空气形成旋流一次风，所述中心空气通道自下而上形成直流射流二次风。

3.  根据权利要求2所述的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，其特征在于所述的旋流装置包括均匀设置在火盆砖托板底部、支撑于筒体部件内壁的筋板，和均匀设置在火盆砖托板上部、环形空气通道内的旋流片。

4.  根据权利要求1所述的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，其特征在于所述的内火盆砖和外火盆砖均为环状结构，内火盆砖设置在外火盆砖内，并通过设置在环形空气通道内的内火盆砖限位环固定二者之间的间距；且所述内火盆砖高于外火盆砖，二者之间形成高度差。

5.  根据权利要求4所述的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，其特征在于所述内火盆砖呈下端垂直上端张开的渐开型结构；所述外火盆砖内壁垂直，外壁上部为向内缩进的锥面结构，其外火盆砖上开设的燃气通孔数与设置的燃气喷嘴数相同并且燃气通孔对应燃气喷嘴的第一燃料喷射口，外火盆砖的外壁锥面则对应燃气喷嘴的第二燃料喷射口。

6.  根据权利要求1所述的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，其特征在于所述的燃气供给系统包括均匀设置在外火盆砖周围的燃气喷嘴，各燃气喷嘴通过穿设于筒体部件外周的燃气枪管再经金属软管与下端的燃气环形汽包管连接，所述燃气环形汽包管连接燃料气输送管路并将接入的燃料气经各金属软管、燃气枪管分别送至各燃气喷嘴参与燃烧。

7.  根据权利要求1所述的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，其特征在于所述的筒体部件包括设置于外壁的外筒，设置于内壁的降噪多孔板，和设置在内、外壁之间的耐火纤维填充层，所述筒体部件的内部为垂直的空气通道，上部内设有供燃气供给系统穿过的套管。

8.  根据权利要求1所述的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，其特征在于所述的长明灯顶端伸至内火盆砖的中心空气通道内，下端穿过筒体部件、助燃空气蝶阀管道接出，与长明灯燃料气入口相连，所述长明灯与助燃空气蝶阀管道底部固定安装。

9.  根据权利要求1所述的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器，其特征在于所述的助燃空气蝶阀管道横向连接在筒体部件的底端，助燃空气蝶阀管道包括设于外壁的外筒，设置于内壁的降噪多孔板，和设置在内、外壁之间的耐火纤维填充层。

说明书底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器
技术领域
本发明涉及石油化工加热炉燃烧器设备，特别指一种符合底烧式、圆形火焰、燃料为燃气等要求的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器。
背景技术
 为了应对国家环保不断提高的排放要求与紧迫形势，目前国内石化加热炉燃烧器的低NOx排放燃烧技术，大都只能保证NOx排放达到50PPM左右。各种燃烧器围绕着控制NOx排放延生出多种结构，从燃料分级燃烧、浓淡燃烧、燃料再燃、烟气再循环等等技术不断的被应用，但是，受制于加热炉炉型结构特点，燃烧器的结构空间受限，无法同时应用多种措施，达到在燃烧过程中全方位抑制NOx的生成，故而限制了低NOx排放燃烧技术进一步发展。
在市场上应用的采用低NOx燃烧技术的燃烧器产品，有些就存在火焰刚性不好、发飘，火焰舔炉管现象，甚至出现在加热炉炉膛内二次燃烧、闪爆的不安全现象。这些都是在抑制NOx的生成技术应用中，技术上亟待解决的问题。
发明内容
本发明的目的是针对背景技术中存在的缺点和问题加以改进和创新，提供一种通过燃料气的多级供给，助燃空气多流道、多流速、分级供给，实现浓淡燃烧、燃料分级燃烧、燃料的二次燃烧，充分避开NOx的生成最佳燃烧环境和温度区域，实现低NOx排放，使NOx排放浓度低于20 PPM以内的底装式低NOx排放圆火焰燃气燃烧器。
本发明的技术方案是构造一种包括与炉底装配的筒体部件，连接在筒体部件底部的助燃空气蝶阀管道，连接在筒体部件顶部的火盆砖部件，伸入火盆砖部件中心的长明灯，和提供燃料的燃气供给系统的圆火焰燃气燃烧器，其中：
火盆砖部件包括内火盆砖和开有燃气通孔的外火盆砖，两火盆砖之间形成环形空气通道，内火盆砖内腔为中心空气通道，所述助燃空气蝶阀管道与筒体部件内部相通，并将助燃空气分别引入所述环形空气通道和中心空气通道参与燃烧；
所述的燃气供给系统包括均匀分布在筒体部件外周的至少二个燃气喷嘴，各燃气喷嘴上均设有对应外火盆砖燃气通孔的第一燃料喷射口、对应外火盆砖外壁上部的第二燃料喷射口，和对应内火盆砖上方的第三燃料喷射口；
所述的各空气通道进入的助燃空气与燃气喷嘴喷出的燃料混合并形成四级燃烧，该四级燃烧依次包括在环形空气通道中混合实现贫氧过浓燃烧，在环形空气通道出口处混合实现再贫氧过浓燃烧，在内火盆砖砖口低压回流区混合实现富氧过淡燃烧，在内火盆砖上空混合实现烟气的再次燃烧。
在其中一个实施例中，所述的火盆砖部件设置在筒体部件顶端的火盆砖托板上，火盆砖托板上分别开有对应环形空气通道和中心空气通道的空气通孔，所述火盆砖托板上还设置有旋流装置使进入环形空气通道内的空气形成旋流一次风，所述中心空气通道自下而上形成直流射流二次风。所述的旋流装置包括均匀设置在火盆砖托板底部、支撑于筒体部件内壁的筋板，和均匀设置在火盆砖托板上部、环形空气通道内的旋流片。
在其中一个实施例中，所述的内火盆砖和外火盆砖均为环状结构，内火盆砖设置在外火盆砖内，并通过设置在环形空气通道内的内火盆砖限位环固定二者之间的间距；且所述内火盆砖高于外火盆砖，二者之间形成高度差。所述内火盆砖呈下端垂直上端张开的渐开型结构；所述外火盆砖内壁垂直，外壁上部为向内缩进的锥面结构，其外火盆砖上开设的燃气通孔数与设置的燃气喷嘴数相同并且燃气通孔对应燃气喷嘴的第一燃料喷射口，外火盆砖的外壁锥面则对应燃气喷嘴的第二燃料喷射口。
上述实施例中，在筒体部件的火盆砖托板上，将助燃空气分为中心空通通道和外环形空气通道两部分。空气旋流进入内、外火盆砖之间的环形空气通道，与第一部分燃气混合，进行低氧含量的过浓燃烧，抑制NOx的大量生产；燃烧后的高温贫氧烟气在环形空气通道上部出口处，继续以较高旋速与燃气喷嘴送来的第二部分燃料气相遇混合，进一步进行贫氧燃烧，形成一个NOx的还原区域，旋流的作用形成了速度矢量梯度，温度梯度，并使得燃烧反应比较均匀、充分。NOx被还原后的高温贫氧混合可燃气体，旋转上升至内火盆砖口，在砖口处的低压回流区域与中心直流上升的助燃空气混合燃烧，在此处形成富氧过淡燃烧，控制住燃烧温度，抑制NOx生成。由燃气喷嘴喷射送来的第三部分燃气，在燃烧器上空处与富氧高温烟气相遇、混合燃烧，实现NOx又一次被还原。通过燃料的多次分级供给、助燃空气的分级燃烧，有效的避开了NOx最佳生成条件，抑制了NOx大量产生，并通过设置NOx的还原区，控制燃烧区域的温度场、流体速度场，最终实现低NOx排放的目的。
上述实施例中，将助燃空气分成两部分的目的还在于，首先外环部分旋流，实现浓淡燃烧技术，是以控制低NOx排放为目的，其次，中心助燃空气采用直流射流，它的特点是扩散角小，射程远，这样就保证了火焰的刚性与火焰的高度。高速助燃空气在内火盆砖上沿口形成低压回流区，即有利于外环流场产生的混合烟气及燃气的吸入，又利于火焰的传播以稳定燃烧，不至于脱火。
在其中一个实施例中，所述的燃气供给系统包括均匀设置在外火盆砖周围的燃气喷嘴，各燃气喷嘴通过穿设于筒体部件外周的燃气枪管再经金属软管与下端的燃气环形汽包管连接，所述燃气环形汽包管连接燃料气输送管路并将接入的燃料气经各金属软管、燃气枪管分别送至各燃气喷嘴参与燃烧。
在其中一个实施例中，所述的筒体部件包括设置于外壁的外筒，设置于内壁的降噪多孔板，和设置在内、外壁之间的耐火纤维填充层，所述筒体部件的内部为垂直的空气通道，上部内设有供燃气供给系统穿过的套管。
在其中一个实施例中，所述的长明灯顶端伸至内火盆砖的中心空气通道内，下端穿过筒体部件、助燃空气蝶阀管道接出，与长明灯燃料气入口相连，所述长明灯与助燃空气蝶阀管道底部固定安装。
上述实施例中，燃烧器火盆中心设置长明灯，既能引燃燃烧器，又能保证加热炉正常操作时安全方面的要求。
在其中一个实施例中，所述的助燃空气蝶阀管道横向连接在筒体部件的底端，助燃空气蝶阀管道包括设于外壁的外筒，设置于内壁的降噪多孔板，和设置在内、外壁之间的耐火纤维填充层。
本发明的优点及有益效果：
本发明通过设计多流道，在较外层实现旋转风、低氧含量过浓燃烧。中心的二次风流道，保持空气较高速、匀速供给，实现保证火焰的刚直有力，实现高氧含量过淡燃烧及燃料再燃烧。旋转燃烧可实现较均匀的燃烧区域，保证燃烧的充分，避免产生闪爆等不安全现象。
本发明使空气能分级供给，外环空气通道实现一次风的旋转与过浓燃烧，中心二次风通道实现直流射流；燃气实现三级供给，依次实现贫氧过浓燃烧、进一步贫氧过浓燃烧、富氧过淡燃烧及烟气再燃烧，从而抑制NOx生成，实现低NOx排放，使NOx排放浓度低于20 PPM以内，符合底烧式、圆形火焰、燃料为燃气的要求，火焰刚直有力。
附图说明
图1是本发明剖面结构示意图。
图2是本发明立体结构示意图。
图3是本发明俯视结构示意图。
附图序号说明：
1、内火盆砖，2、长明灯，3、外火盆砖，31，燃气通孔，4、燃气喷嘴，5、燃气枪管，6、金属软管，7、燃气环形汽包管，8、筒体部件，81、耐火纤维填充层，82、套管，83、外筒，84、内火盆砖限位环，85、火盆砖托板，86、安装法兰板，87、筋板，88、旋流片，89、降噪多孔板，810、法兰圈板，9、助燃空气蝶阀管道，10、长明灯燃气软管，11、燃气枪进气软管，12、观火孔，13、点火器孔。
a、圆形火焰外部锋面，b、火焰内部锋面，c、燃料气喷射线，d、炉底，e、助燃空气入口，f、燃料气入口，g、长明灯燃料气入口。
具体实施方式
本发明燃烧空气实现分级供给，即构成旋流一次风通道、直流射流二次风通道；燃气实现三级供给，即对应外火盆砖燃气通孔的第一燃料喷射口、对应外火盆砖外壁上部的第二燃料喷射口，和对应内火盆砖上方的第三燃料喷射口。同时内火盆砖口高于外火盆砖，形成一定的高度差，为实现多级、多流场燃烧提供支持。助燃空气和燃烧燃料在内火盆砖与外火盆砖之间的环形空气通道中，一次风形成旋流，并在环形空气通道中实现贫氧过浓燃烧；在环形空气通道出口处实现进一步贫氧过浓燃烧；在内火盆砖砖口低压回流区实现富氧过淡燃烧；在内火盆砖上空实现烟气的再次燃烧，充分避开NOx的生成最佳燃烧环境和温度区域，实现低NOx排放，使NOx排放浓度低于20 PPM以内。
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的首选实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。
需要说明的是，当元件被认为是“设置”或“连接”在另一个元件上，它可以是直接设置或连接在另一个元件上或者可能同时存在居中元件。本文中所使用的术语“上部”、“底面”以及类似的表述只是为了说明的目的。
除非另有定义，本文中所使用的所有的技术和科学术语与本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施目的，不是旨在于限制本发明。
由图1至3可知，燃烧器安装在炉底d上，主要由内火盆砖1、长明灯2、外火盆砖3、燃气喷嘴4、燃气枪管5、金属软管6、燃气环形汽包管7、筒体部件8、助燃空气蝶阀管道9、长明灯燃气软管10、燃气枪进气软管11、观火孔12、点火器孔13等部件组成，其中筒体部件8主要由耐火纤维填充层81、套管82、外筒83、内火盆砖限位环84、火盆砖托板85、安装法兰板86、筋板87、旋流片88、降噪多孔板89、法兰圈板810等零件组成。
如图1、3所示，燃烧器整体通过安装法兰板86与加热炉炉底d钢板装配，一般采用螺栓连接或焊接安装。燃烧器筒体部件8下部与助燃空气蝶阀管道9相连接，其中间是空心管道，为助燃空气供给通道。出于保温隔热、降噪的目的，筒体部件8和助燃空气蝶阀管道9内均设置有内保温层，内保温层为耐火纤维填充层81填充在降噪多孔板89和筒体壁板之间。筒体部件8上部伸入炉底d，上部顶面设置有火盆砖托板85，其火盆砖托板85上安装有内火盆砖1和外火盆砖3，并在相对应的位置开设空气通孔，由此内火盆砖1和外火盆砖3之间形成了一个环形的环形空气通道即一次风空气通道，在内火盆砖1中心形成中心空气通道即二次风空气通道，从而实现了助燃空气的分级。火盆砖托板85与设置在其底部的筋板87、设置在其顶面的旋流片88焊接固定，并使一次风空气在环形流道内形成旋流，燃烧时就可顺利的产生速度梯度与温度梯度，形成多种强度渐变的燃烧场。内火盆砖1与外火盆砖3均为环形管状结构，根据流体力学的要求设置有不同的流道表面。外火盆砖3的环形管壁上设置了燃气通孔31，该通孔与空气旋流方向形成一定的夹角，以减小燃气喷入的阻力；外火盆砖3上部设计为圆锥形表面，利于燃气顺着圆锥面到达环形流道口。
如图1、2所示，燃气喷嘴4、燃气枪管5、金属软管6、燃气环形汽包管7及燃气枪进气软管11等组成燃气供给系统。燃气喷嘴4安装在燃气枪管5上，燃气枪管5穿过筒体部件8的套管82深入炉膛内，燃气枪管5通过腰型法兰、螺栓等固定在筒体部件8上。燃气枪管5和燃气喷嘴4的数量可根据燃烧器负荷大小设置，沿中心圆周均布。各燃气喷嘴4连接对应的燃气枪管5和金属软管6，再由金属软管6连接至燃气环形汽包管7上，燃气环形汽包管7再通过一连接管路及燃气枪进气软管11接入燃料气。接入的燃料气经燃气喷嘴4通过由下至上设置的第一燃料喷射口、第二燃料喷射口和第三燃料喷射口分成三部分喷射，第一部分通过第一燃料喷射口喷入外火盆砖3的燃气通孔31，在环形空气通道内与一次风混合燃烧，根据计算设定并控制一次风与燃料气的配比，使燃气出于贫氧燃烧环境，实现过浓燃烧，以抑制NOx大量生成。第二部分燃气通过第二燃料喷射口喷在外火盆砖3上部圆锥形表面，到达环形空气通道出口处，与贫氧高温燃烧烟气混合，对已生成的NOx进行还原，进一步形成贫氧燃烧反应，抑制NOx生成；贫氧混合气体上升到达内火盆砖1口，在低压回流区与二次风混合燃烧，形成富氧燃烧环境，大量过剩空气迅速降低燃烧温度，以抑制NOx生成。第三部分燃气通过第三燃料喷射口喷到燃烧器中心的上空，与燃烧后的富氧烟气混合、燃烧，此时烟气基本处于再次燃烧环境，燃气既还原已生成的NOx，又将空气中富余氧气通过燃烧消耗掉。
如图1所示，长明灯2安装在助燃空气蝶阀管道9上，深入燃烧器内部，其头部到达内火盆砖1中间位置，长明灯2的燃料气由长明灯燃气软管10输送供给。
本发明所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明构思和范围进行限定，在不脱离本发明设计思想的前提下，本领域中工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变型和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。