一种新型的裂解炉燃烧器的制作方法

本申请涉及天然气化工及其工艺设备，特别涉及一种新型的裂解炉燃烧器。

背景技术：

1、天然气制乙炔的主流工艺为部分氧化法，是指利用一部分原料天然气与氧气燃烧为另一部分天然气裂解提供大量的热量生成乙炔的方法。目前掌握该技术的为德国basf公司和乌克兰国家化学工程研究设计院有限责任公司。该工艺的核心设备为裂解炉，裂解炉燃烧器和反应室组成。两家公司的主要区别在于燃烧器的结构形式不同，德国basf公司采用直通式燃烧器，乌克兰国家化学工程研究设计院有限责任公司采用旋焰式燃烧器和反应室。由于乙炔裂解需要1300℃以上的温度快速反应，确保在310ms内进行急冷否则会大大影响乙炔生成率。为确保在极短的反应时间内完成反应要求进入燃烧室前的氧气与甲烷需充分混合满足充分反应条件。因此上述两家公司的工艺种均采用了预混结构。

2、经过预热的天然气从顶部进入旋焰式燃烧器的环状预混段，预热后氧气经气流侧面孔道两侧吹入天然气中，天然气-氧气混合气以大于50m/s的流速进入旋焰式燃烧器的两个环形流道段，在每个流道内有6个导向块，混合气体形成流体旋流后，以大于300m/s的流速高速进入反应室，其弊端在于虽然天然气和氧气在旋焰式燃烧器的较大体积混合段和环形流道段完成较为均匀的混合，但混合气停留时间较长，易造成早期着火的危险，导致成本效率和有效性降低。

技术实现思路

1、本申请实施例提供一种新型的裂解炉燃烧器及使用方法，以解决相关技术中虽然天然气和氧气在旋焰式燃烧器的较大体积混合段和环形流道段完成较为均匀的混合，但混合气停留时间较长，易造成早期着火的危险的问题。

2、第一方面，提供了一种新型的裂解炉燃烧器，其包括：

3、混合腔室，其上设有与其内部连通的射流燃气喷管和氧气喷管；混合腔室内转动设有旋流叶片，所述氧气喷管位于混合腔室的侧面，且其喷射方向沿旋流叶片运行轨迹的径向设置；所述射流燃气喷管位于混合腔室的顶部，并且其喷射方向竖直设置；

4、冷却腔室，其上下开口，顶部与所述混合腔室密封连接，底部密封连接有反应腔室；

5、多个空心圆柱状喷嘴，其位于所述冷却腔室内，并且其上下两端分被与所述混合腔室和反应腔室连通；

6、补氧组件，其具有多个排氧口，多个排氧口位于空心圆柱状喷嘴与反应腔室连通处的下方，补氧组件用于向反应腔室输入氧气，以使混合气达到着火点比例。

7、一些实施例中，所述空心圆柱状喷嘴与反应腔室连通处的部分为扩径锥段，扩径锥段的上部直径小于扩径锥段的底部直径。

8、一些实施例中所述旋流叶片的中心处通过转轴转动连接在混合腔室的内底壁上；

9、多个空心圆柱状喷嘴排布形成多个圆环，多个圆环同心设置，以形成环形分布区域；所述射流燃气喷管的竖向投影位于所述环形分布区域内。

10、一些实施例中，所述补氧组件包括补氧主管和补氧主管副管，补氧主管一部分位于冷却腔室内，并向下穿设至反应腔室内，另一部分穿设冷却腔室的侧壁；补氧主管副管位于反应腔室内，并且其上开设有所述排氧口。

11、一些实施例中所述补氧主管的数量为一个，并且位于冷却腔室底部的中心处；

12、所述补氧主管副管的数量为多个，并且以所述中心为圆心，成圆环阵列分布。

13、一些实施例中，所述补氧主管副管为直线型管道或曲线型管道，所述排氧口沿补氧主管副管的轨迹方向排布；一个排氧口对应一个空心圆柱状喷嘴，并位于空心圆柱状喷嘴的正下方。

14、一些实施例中，所述冷却腔室外壁设有与其内部连通的进水组件和排水组件，排水组件位于进水组件上方。

15、一些实施例中，所述进水组件包括第一圆形轨迹管，第一圆形轨迹管通过多个径向设置的输水管与冷却腔室内部连通；

16、所述排水组件包括第二圆形轨迹管，第二圆形轨迹管通过多个径向设置的排水管与冷却腔室内部连通。

17、一些实施例中，所述冷却腔室内壁的周向上均匀间隔分布有多个翼型挡板，多个翼型挡板的所在高度与所述输水管所在高度相等，并且相邻两个翼型挡板之间对应一个输水管；

18、所述翼型挡板的末端朝向冷却腔室的中心轴，末端为翼型挡板远离冷却腔室内壁的一端。

19、第二方面，提供了一种新型的裂解炉燃烧器的使用方法，其包括：

20、将燃气以流速大于30m/s的射流流态从射流燃气喷管喷入混合腔室；

21、将氧气从氧气喷管进入，并通过旋流叶片以旋流流态与燃烧混合，以使混合气以流速大于40m/s的紊流流态通过多个空心圆柱状喷嘴进入反应腔室；

22、控制补氧组件向反应腔室输入氧气，并在混合气比例达到着火点比例时点燃混合气。

23、本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

24、第一方面，由于燃气通过射流燃气喷管以射流状态喷入，氧气通过旋流叶片以旋流状态和燃气混合，从而形成紊流的混合气，混合气在混合完成后立即通过空心圆柱状喷嘴进入反应腔室，这种结构不但确保了天然气和氧气混合的完全均匀，还取消了较长的混合段，使得混合腔室内混合气体在喷嘴内的停留时间小于着火诱导期。

25、另外一方面，混合气的混合比例未达到气体的着火下限，以确保在进入反应腔室不会发生早期着火的现象，规避燃烧器烧坏的风险；另外配合补氧组件进行补氧，从而达到着火点；另外通过可以调整底部补入的氧气的补入量，可以调整了局部的氧浓度使得局部达到爆炸门限内，以确保充分燃烧，保持火焰的稳定。

技术特征：

1.一种新型的裂解炉燃烧器，其特征在于，其包括：

2.如权利要求1所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

3.如权利要求1所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

4.如权利要求1所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

5.如权利要求4所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

6.如权利要求5所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

7.如权利要求1所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

8.如权利要求7所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

9.如权利要求8所述的新型的裂解炉燃烧器，其特征在于：

技术总结本申请涉及一种新型的裂解炉燃烧器，第一方面，由于燃气通过射流燃气喷管以射流状态喷入，氧气通过旋流叶片以旋流状态和燃气混合，从而形成紊流的混合气，混合气在混合完成后立即通过空心圆柱状喷嘴进入反应腔室，不但确保了天然气和氧气混合的完全均匀，还取消了较长的混合段，使得混合腔室内混合气体在喷嘴内的停留时间小于着火诱导期。另外一方面，混合气的混合比例未达到气体的着火下限，以确保在进入反应腔室不会发生早期着火的现象，规避燃烧器烧坏的风险；配合补氧组件进行补氧，从而达到着火点；另外通过可以调整底部补入的氧气的补入量，可以调整了局部的氧浓度使得局部达到爆炸门限内，以确保充分燃烧，保持火焰的稳定。技术研发人员：曹乐季,雷勇,李龙,沈结,曹立,刘斌,陈敏,李国龙,迟祥,洪伟受保护的技术使用者：四川艾普热能科技有限公司技术研发日：20231012技术公布日：2024/6/11