[发明专利]用于减少NOx排放的燃烧器组件和方法

说明书

背景技术

煤气燃烧器在各种商业和工业应用中被广泛地使用。例如，煤气燃烧器可用来汽化诸如液化天然气的低温流体。具体而言，低温流体可在浸没燃烧式汽化器(SCV)中被加热。SCV通常包括热交换器配管和在其中浸入配管的水箱。低温流体流过配管。SCV还包括向管道系统中喷火的煤气燃烧器。管道系统具有被称为分布器管的打孔部段，该部段将燃烧器排气引导至穿过水箱中的水向上冒泡。排气接着加热水和浸入的配管以使得流过配管的低温流体也变得受热。排气中的氮氧化物(NO_x)从水箱穿过烟道被向上载送并随排气排放到大气环境中。

虽然煤气燃烧器多年来有许多改进，但仍存在对进一步改进的持续需求。例如，仍存在对改进效率、性能、排放控制和成本中的至少一项的燃烧器的需求。

附图说明

图1A是根据本发明的燃烧器组件的实施例的透视剖视图。

图1B是图1A所示燃烧器组件的一部分的详图。

图2是包括可在图1A所示燃烧器组件中使用的水源和喷雾嘴的主燃烧器的局部剖视图。

图3A是图2所示主燃烧器的一部分的俯视图。

图3B是图3A所示主燃烧器的一部分的正视图。

图4是图2所示主燃烧器的末端部分的剖视图。

图5A是可在图1所示燃烧器组件中使用的喷水子组件的一部分的正视图。

图5B是图5A所示喷水子组件的俯视图。

图6是图2所示主燃烧器的末端部分的放大剖视图。

图7是主燃烧器的另一个实施例的放大剖视图。

具体实施方式

虽然此处参照具体实施例示出和描述了本发明，但本发明并非意图局限于所示细节。相反，在权利要求的等同物的范围内且不脱离本发明的情况下可在细节上进行各种修改。

一般来讲，在图示示例中的燃烧器组件是基本上或完全不含耐火材料的水冷燃烧器。优选地为天然气源的燃料源和优选地为鼓风机的氧化剂源为燃烧器提供了这些反应物的流。

燃烧器组件优选地包括喷水系统。该系统包括与水源连通的水管线。水源优选地为储存水的水箱，但可以可选地为公用水源。

燃烧器组件尤其可与LNG浸没燃烧式汽化器(SCV)结合使用。这样的汽化器可用于加热和/或汽化冷冻和低温流体。虽然经常与氧气、氮气、乙烯、氨气和丙烷一起使用，但这样的汽化器系统可选地用于例如在基本负荷和调峰再气化设施中汽化LNG。

SCV是一种间接点火热交换器，其具有可包含在单个容器内的燃烧器和过程盘管。该设计基于浸没排放原理，其中燃烧器燃烧产物被排入水浴中，水浴可用作热传递介质以汽化盘管中的LNG。

在单燃烧器SCV中，燃烧空气通常在两个位置处被引入燃烧器中。大部分空气进入上蜗壳段中(二次燃烧空气)，其余空气(一次燃烧空气)被供应至燃料气喷射器周围的区域。利用这种布置，燃烧器向上喷火到两个蜗壳之间的中间段中，其中燃烧气体与二次燃烧空气共同反应。二次燃烧空气经由切向入口进入上蜗壳，从而赋予空气旋涡运动。这导致与从燃烧器产生的燃烧气体的充分混合和气体在排放到位于过程管束下方的一组分布器管之前沿燃烧器的轴线的后续再循环。

本文已发现单点喷水可减少NO_x排放。通过在燃烧器喷嘴的顶端处安装喷水器，可以降低火焰温度，从而延迟热NO_x。NO_x水平可因此降低至少50%。

根据本发明的优选方面，SCV采用具有水喷射的气体喷嘴设计，该水喷射在最大操作条件下控制单个燃烧器以产生修正至3%干氧(O₂)、低至30份/百万份(ppm)或以下的NO_x排放。水喷射可使用具有例如竖直60度至90度的实心锥角的喷水嘴圆锥来进行。

诸如210度空心圆锥的空心圆锥被用来在将水喷入系统中时引导水。空心圆锥喷嘴提供了相比实心圆锥改善的结果。可以相信，改善的性能起因于水喷雾在不同位置处被引入燃烧空气从而冷却火焰的事实。相应地，来自燃烧器的NO_x排放可减少至20ppm或更低。

大体上参看附图，本发明提供了一种诸如组件10的燃烧器组件，该组件被构造成在燃烧区中燃烧燃料以减少NO_x排放。燃烧器组件10包括空气喷嘴子组件，空气喷嘴子组件包括沿轴线朝燃烧器组件10的末端部分延伸的空气喷嘴导管24，例如，由主燃烧器空气喷嘴和冷却盘管提供的空气喷嘴导管。空气喷嘴导管具有用于容纳空气流56的内部区域。