一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器和热氧化装置的制作方法

本发明属于化工废弃物环保处理领域，具体涉及一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器和热氧化装置。

背景技术：

1、化工行业新型hcn生产工艺和正丁烷氧化法顺酐生产工艺会产生大量含氧尾气，其中氧气体积分数在13％～16％，具有一定助燃作用；同时尾气中还含有乙酸、丙烯酸、正丁醇以及hcn和co等物质，具有一定热值和毒性，因此通过热氧化方式进行焚烧处理和热量回收最为经济有效。为此工业领域对于该类尾气的有效利用进行了持续的探索。

2、申请号为202110074486.3的专利《含hcn废气的热氧化焚烧处理燃烧器、装置及工艺》介绍了一种通过焚烧方式处理hcn废气的装置，其主要采用提高燃烧器操作弹性的方式适应hcn废气大流量、高波动等复杂工况的调节需求，但其hcn装置排出废气几乎不含氧，且废气热值较高，其废气采用对冲掺混方式，燃烧效果有待改进，与本发明的应用场景存在明显不同。另一申请号为202211620540.0的专利《一种顺酐装置rto炉尾气处理的工艺方法》，介绍了一种通过to炉和rto炉联合处理顺酐尾气和液态燃料的焚烧装置，其顺酐尾气主要在rto炉内氧化分解，to炉主要用于处理高热值液态燃料，系统节能高效，但操作复杂，系统稳定性欠佳，且存在尾气燃烧不充分的问题。

技术实现思路

1、本申请解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器和热氧化装置，通过燃烧器的双旋流设计和物料合理配置，提高了系统的操作弹性和节能效果；同时应用梯度强化旋流燃烧技术，提高热氧化炉大流量含氧尾气的掺混和燃烧效果，实现低氮充分燃烧，最后烟气达标排放。

2、本申请提供的技术方案如下：

3、第一方面，提供了一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器，包括燃烧器壳体、空气旋流器、尾气旋流器、液枪和燃气枪；

4、燃烧器壳体包括前端盖、后端盖、内壳体、外壳体和隔板，外壳体套设在内壳体外部，外壳体和内壳体的两端分别连接前端盖和后端盖，隔板连接于内壳体和外壳体之间，并将内壳体和外壳体之间的空间分隔为空气腔体和含氧尾气腔体，外壳体设置有空气入口和含氧尾气入口，空气入口与空气腔体连通，含氧尾气入口与含氧尾气腔体连通；内壳体内部形成混合涵道，内壳体远离前壳体的一端穿出后壳体形成燃烧器出口；空气旋流器和尾气旋流器设置于内壳体，并分别位于隔板的两侧，空气旋流器连通空气腔体和混合涵道，尾气旋流器联通含氧尾气腔体和混合涵道；

5、液枪和燃气枪与前端盖连接，并从内壳体内部穿出到燃烧器出口位置。

6、所述空气旋流器和尾气旋流器使气流的旋转方向一致；空气旋流器和尾气旋流器均包括设置在外壳体上的通孔和倾斜叶片，通孔位于相邻的倾斜叶片之间；气流从倾斜叶片之间经过后从通孔进入混合涵道，形成旋转气流。

7、所述液枪和燃气枪包括中心液枪、环形燃气枪、中心燃气枪和周围液枪，中心液枪和中心燃气枪为同轴组合结构，中心燃气枪套设于中心液枪外部，中心燃气枪和周围液枪均呈同心圆结构布置于中心燃气枪外部；中心液枪和周围液枪用于向燃烧器出口喷射液态燃料，中心燃气枪和环形燃气枪用于向燃烧器出口喷射气态燃料。

8、所述中心燃气枪靠近燃烧器出口的端部套设有稳焰器，周围液枪布置于稳焰器外侧，环形燃气枪布置于周围液枪外侧。

9、所述液态燃料提供燃烧热源时，空气入口通入空气且含氧尾气入口通入含氧尾气，采用空气和含氧尾气双重助燃；当利用燃气提供燃烧热源时，含氧尾气入口通入含氧尾气且空气入口关闭，采用含氧尾气单独助燃。

10、第二方面，提供了一种适用于含氧尾气的热氧化装置，包括氧化炉入口、一级尾气腔体、二级尾气腔体、热氧化炉出口和上述任一项所述的一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器，燃烧器壳体的燃烧器出口与氧化炉入口连通，氧化炉入口、一级尾气腔体、二级尾气腔体和热氧化炉出口依次连接，一级尾气腔体设置有用于向一级尾气腔体内喷入含氧尾气的一级尾气喷管，二级尾气腔体设置有用于向二级尾气腔体内喷入含氧尾气的二级尾气喷管；一级尾气喷管和二级尾气喷管均包括至少两层尾气喷管。

11、所述一级尾气喷管包括a1层尾气喷管和a2层尾气喷管，a2层尾气喷管位于a1层尾气喷管远离燃烧器壳体的一侧，一级尾气腔体外壁设置有一级环形部，一级环形部与一级尾气腔体外壁之间形成一级环形腔室，a1层尾气喷管和a2层尾气喷管均周向布置于一级尾气腔体上，并连通一级环形腔室和一级尾气腔体的内部空间，一级环形部设置有用于向一级环形腔室内通入尾气的一级尾气入口；

12、二级尾气喷管包括b1层尾气喷管和b2层尾气喷管，b2层尾气喷管位于b1层尾气喷管远离燃烧器壳体的一侧，二级尾气腔体外壁设置有二级环形部，二级环形部与二级尾气腔体外壁之间形成二级环形腔室，b1层尾气喷管和b2层尾气喷管均周向布置于二级尾气腔体上，并连通二级环形腔室和二级尾气腔体的内部空间，二级环形部设置有用于向二级环形腔室内通入尾气的二级尾气入口。

13、所述a1层尾气喷管和a2层尾气喷管均呈切向旋流布置，a1层尾气喷管切向夹角a1≈30°～45°，a2层尾气喷管切向夹角a2≈25°～40°；

14、b1层尾气喷管和b2层尾气喷管均呈切向旋流布置，b1层尾气喷管切向夹角b1≈20°～35°，b2层尾气喷管切向夹角b2≈15°～30°。

15、所述a1层尾气喷管、a2层尾气喷管、b1层尾气喷管和b2层尾气喷管的切向旋流方向一致，其旋流方向的几何切圆直径φa1＞φa2＞φb1＞φb2；

16、一级尾气腔体的内径为φa，二级尾气腔体的内径为φb，热氧化炉出口的内径为φk，φa＜φb＜φk。

17、所述含氧气尾气负荷量≥30万nm3/h时，二级尾气腔体和热氧化炉出口之间设置三级尾气腔体，三级尾气腔体设置有用于向二级尾气腔体内喷入含氧尾气的三级尾气喷管，三级尾气喷管包括至少4层尾气喷管。

18、综上所述，本申请至少包括以下有益技术效果：

19、(1)本发明涉及的适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器和热氧化装置，燃烧器采用双旋流设计结构，液态燃料单烧工况或气液混烧工况采用助燃风和含氧尾气双重助燃，燃气单烧工况采用含氧尾气单独助燃，通过优化空气和含氧尾气配置，提高了系统的操作弹性和节能效果。

20、(2)本发明涉及的适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器和热氧化装置，采用梯度强化旋流燃烧，大流量含氧尾气分级逐层进入炉膛，配合上游双重旋流燃烧器，保证旋流强度在炉膛烟气流向的有效延续和扩张，实现物料的有序掺混和逐级引燃，并结合物料热量的梯度释放规律和烟气容积变化，优化炉膛结构，最终实现燃气、废液和含氧尾气在有限空间和设定温度下的充分燃烬。

技术特征：

1.一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器，其特征在于：包括燃烧器壳体(1)、空气旋流器(3)、尾气旋流器(4)、液枪和燃气枪；

2.根据权利要求1所述的一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器，其特征在于：所述空气旋流器(3)和尾气旋流器(4)使气流的旋转方向一致；空气旋流器(3)和尾气旋流器(4)均包括设置在外壳体(17)上的通孔和倾斜叶片，通孔位于相邻的倾斜叶片之间；气流从倾斜叶片之间经过后从通孔进入混合涵道(14)，形成旋转气流。

3.根据权利要求1所述的一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器，其特征在于：所述液枪和燃气枪包括中心液枪(5)、环形燃气枪(6)、中心燃气枪(7)和周围液枪(8)，中心液枪(5)和中心燃气枪(7)为同轴组合结构，中心燃气枪(7)套设于中心液枪(5)外部，中心燃气枪(7)和周围液枪(8)均呈同心圆结构布置于中心燃气枪(7)外部；中心液枪(5)和周围液枪(8)用于向燃烧器出口(15)喷射液态燃料，中心燃气枪(7)和环形燃气枪(6)用于向燃烧器出口(15)喷射气态燃料。

4.根据权利要求3所述的一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器，其特征在于：所述中心燃气枪(7)靠近燃烧器出口(15)的端部套设有稳焰器(2)，周围液枪(8)布置于稳焰器(2)外侧，环形燃气枪(6)布置于周围液枪(8)外侧。

5.根据权利要求3所述的一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器，其特征在于：所述液态燃料提供燃烧热源时，空气入口(10)通入空气且含氧尾气入口(11)通入含氧尾气，采用空气和含氧尾气双重助燃；当利用燃气提供燃烧热源时，含氧尾气入口(11)通入含氧尾气且空气入口(10)关闭，采用含氧尾气单独助燃。

6.一种适用于含氧尾气的热氧化装置，其特征在于：包括氧化炉入口(210)、一级尾气腔体(220)、二级尾气腔体(230)、热氧化炉出口(250)和权利要求1-5任一项所述的一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器，燃烧器壳体(1)的燃烧器出口(15)与氧化炉入口(210)连通，氧化炉入口(210)、一级尾气腔体(220)、二级尾气腔体(230)和热氧化炉出口(250)依次连接，一级尾气腔体(220)设置有用于向一级尾气腔体(220)内喷入含氧尾气的一级尾气喷管，二级尾气腔体(230)设置有用于向二级尾气腔体(230)内喷入含氧尾气的二级尾气喷管；一级尾气喷管和二级尾气喷管均包括至少两层尾气喷管。

7.根据权利要求6所述的一种适用于含氧尾气的热氧化装置，其特征在于：所述一级尾气喷管包括a1层尾气喷管(222)和a2层尾气喷管(223)，a2层尾气喷管(223)位于a1层尾气喷管(222)远离燃烧器壳体(1)的一侧，一级尾气腔体(220)外壁设置有一级环形部，一级环形部与一级尾气腔体(220)外壁之间形成一级环形腔室，a1层尾气喷管(222)和a2层尾气喷管(223)均周向布置于一级尾气腔体(220)上，并连通一级环形腔室和一级尾气腔体(220)的内部空间，一级环形部设置有用于向一级环形腔室内通入尾气的一级尾气入口(221)；

8.根据权利要求7所述的一种适用于含氧尾气的热氧化装置，其特征在于：所述a1层尾气喷管(222)和a2层尾气喷管(223)均呈切向旋流布置，a1层尾气喷管(222)切向夹角a1≈30°～45°，a2层尾气喷管(223)切向夹角a2≈25°～40°；

9.根据权利要求7所述的一种适用于含氧尾气的热氧化装置，其特征在于：所述a1层尾气喷管(222)、a2层尾气喷管(223)、b1层尾气喷管(232)和b2层尾气喷管(233)的切向旋流方向一致，其旋流方向的几何切圆直径φa1＞φa2＞φb1＞φb2；

10.根据权利要求6所述的一种适用于含氧尾气的热氧化装置，其特征在于：所述含氧气尾气负荷量≥30万nm3/h时，二级尾气腔体(230)和热氧化炉出口(250)之间设置三级尾气腔体(240)，三级尾气腔体(240)设置有用于向二级尾气腔体(230)内喷入含氧尾气的三级尾气喷管，三级尾气喷管包括至少4层尾气喷管。

技术总结一种适用于含氧尾气的双重旋流燃烧器和热氧化装置，涉及化工废弃物环保处理领域，包括燃烧器壳体，燃烧器壳体包括前端盖、后端盖、内壳体、外壳体和隔板，外壳体套在内壳体外，外壳体和内壳体的两端连接前端盖和后端盖，隔板将内壳体和外壳体间的空间分隔为空气腔体和含氧尾气腔体，外壳体设有与空气腔体连通的空气入口和与含氧尾气腔体连通的含氧尾气入口，内壳体内部为混合涵道，内壳体一端穿出后壳体形成燃烧器出口；空气旋流器和尾气旋流器设置于内壳体并位于隔板的两侧，空气旋流器连通空气腔体和混合涵道，尾气旋流器联通含氧尾气腔体和混合涵道；液枪和燃气枪与前端盖连接，并从内壳体穿出到燃烧器出口。提高了系统的操作弹性和节能效果。技术研发人员：王亚飞,张武龙,霍正卿,匡玉成,韩大伟,殷义,刘静,时明伟,崔晓兰,安兵涛受保护的技术使用者：北京航化节能环保技术有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/9