[发明专利]辐射壁燃烧器

说明书

本发明提供了一种燃烧器和方法，该燃烧器和方法利用燃烧器砖，该燃烧器砖具有沿着炉壁延伸的外表面和限定通路的内表面。燃料导管至少部分地延伸穿过该通路，并且将燃料排出到燃烧器头上。该燃烧器头形成柯恩达弯曲表面，其中燃料被引导至该柯恩达弯曲表面上，使得燃料沿着该柯恩达弯曲表面流动到该燃烧器砖的外表面。存在由该柯恩达弯曲表面的外边缘限定并与该通路流体流动地连通的空气通道，使得空气从该通路流动通过该通道以与燃料混合，以便产生可燃混合物。

技术领域

本公开涉及工业燃烧器领域，并且特别地涉及辐射壁燃烧器，该燃烧器操作用于加热炉或类似物的壁的周围部分。

背景技术

辐射壁燃烧器在工业应用中用于加热炉或类似物的壁的周围部分。例如，辐射壁燃烧器在石油化学工业中用于诸如氢重整、氨重整、乙烯裂解和二氯化乙烯(EDC)裂解之类的过程。当前用于这些应用的大多数燃烧器由预混燃烧器组成，其特征在于燃料气体和燃烧空气在进入炉并燃烧之前在文丘里管中混合在一起。此外，燃烧器通常与各种燃料气体诸如天然气、液化石油气(LPG)、炼厂气及其混合物一起使用。燃料气体可以包含变化量的氢，具体取决于该燃料气体的混合物组成。

上述预混概念适用于具有低至中等火焰速度的燃料气体，诸如在燃料气体中含有低至中等量的氢的气体。然而，将预混概念用于具有较高火焰速度的燃料气体可能存在问题。例如，较高量的氢显著增加了离开燃烧器喷嘴的预混混合物的火焰速度，同时增加了例如火焰逆燃的风险，例如，火焰进入燃烧器、损坏或破坏燃烧器。在最低限度的情况下，这种火焰逆燃降低了设备的性能，并且如果火焰逆燃导致燃烧器损坏，修理或更换的成本相当巨大，尤其是在设备必须停机的情况下。在炉中存在多个燃烧器、通常数百个燃烧器的情况下，这些燃烧器中的至少一个燃烧器中的逆燃风险可能相当大。

另外，用于防止逆燃的燃烧器设计还必须满足其他设计规范诸如NO_X排放。减少和/或消除辐射燃烧器中的NO_x是期望的目标。因此，工业上需要避免逆燃并且仍然允许减少总NO_X生成和排放的燃烧器。

发明内容

本发明的实施方案提供了一种新颖的系统和方法，用于以较低总NO_X生成和排放防止系统中的逆燃。下面描述一些示例性实施方案。

在一组实施方案中，描述了一种用于在炉中燃烧可燃混合物以产生火焰的燃烧器。该可燃混合物包括燃料和空气。该燃烧器包括燃烧器砖和燃烧器头。该燃烧器砖具有外表面和内表面。外表面沿着炉的炉壁延伸。内表面限定垂直于外表面延伸的通路，其中该通路终止于外表面处的远侧端部中。燃料导管至少部分地延伸穿过通路，并且终止于至少一个燃料喷嘴中。

燃烧器头被定位在通路的远侧端部处并形成柯恩达弯曲(coanda-curved)表面。喷嘴将燃料引导至柯恩达弯曲表面上，使得燃料沿着柯恩达弯曲表面流动到燃烧器砖的外表面。空气通道由柯恩达弯曲表面的外边缘限定。空气通道与通路流体流动地连通，使得空气从通路流动通过空气通道以与燃料混合，以便产生可燃混合物，并且使得火焰在燃烧器砖的外表面处产生，其中火焰沿着围绕燃烧器砖的炉壁扩散。

一般来讲，产生火焰使得火焰锚定在燃烧器头的柯恩达弯曲表面的外部。在一些实施方案中，用于可燃混合物的所有燃料均通过燃料喷嘴引入。在前述实施方案中，多个稳定器可以从柯恩达弯曲表面的外边缘延伸到空气通道中。

在上述一些实施方案中，柯恩达弯曲表面还包括与通路流体流动地连通的多个空气口，使得沿柯恩达弯曲表面流动的燃料在该燃料与通过空气通道的空气混合之前与来自空气口的空气混合。将燃料与来自空气口的空气混合产生富燃料预混物。来自空气通道的空气与富燃料预混物的混合产生了可燃混合物。在以上实施方案中，燃料导管可延伸穿过燃烧器头，使得燃料喷嘴被定位在通路外部并位于炉内，并且喷嘴可被构造成将燃料径向向外地引导并引导至柯恩达弯曲表面上。同样在以上实施方案中，富燃料预混物可与通过空气通道的空气混合，使得在火焰锚定发生在柯恩达弯曲表面的外部的情况下产生火焰。