[发明专利]双燃料气－液燃烧器

说明书

技术领域

本发明涉及燃烧器的改进，例如在碳氢化合物的蒸汽裂化中用在 高温炉中的燃烧器的改进。更具体地说，本发明涉及能够提供良好的 燃烧效率、稳定的燃烧以及低烟灰产生的改进的双燃料(气体/非气态 的)燃烧器。

背景技术

蒸汽裂化长期以来用于将各种碳氢化合物进料裂化成烯烃，优选 地诸如乙烯、丙烯和丁烯的轻质烯烃。常规的蒸汽裂化利用具有两个 主要部段的炉子：对流部段和辐射部段。碳氢化合物进料通常作为液 体或气体进入炉子的对流部段，其中碳氢化合物进料通常通过与来自 辐射部段的热废气的非直接接触以及与蒸汽的直接接触而被加热并且 被汽化。然后，被汽化的进料和蒸汽的混合物引入在其中发生裂化的 辐射部段。

常规的蒸汽裂化系统对于裂化高质量的进料是有效的，该进料包 含大部分诸如石脑油的轻质、易挥发的碳氢化合物。但是，蒸汽裂化 的经济性有时候偏重于裂化包含诸如常压渣油和原油的渣油的低成本 进料。原油和常压渣油通常包含沸点超过590℃(1100°F)的高分子 量、不挥发的成分。还有其它进料，例如产生大量焦油并且对于常规 裂化系统有问题的瓦斯油和减压瓦斯油。裂化较重质的进料产生大量 焦油。

在常规的化学制造过程中，蒸汽裂化器焦油通常是不希望的副产 品。当产生大量的低价值蒸汽裂化器焦油时，精炼炉配置在将焦油混 炼成重质燃料或其它低价值产品的位置。可选地，蒸汽裂化器焦油可 以用作炼油厂的燃料，但是，其物理和化学性质使得它特别难以清洁 且有效地燃烧。

用在大工业炉子中的燃烧器通常使用液体或气体燃料。液体燃料 燃烧器通常在燃烧前将燃料与蒸汽混合以使燃料雾化，从而能够更完 全地燃烧，并且在燃烧区将燃烧空气与燃料混合。

根据用于混合空气和燃料的方法，燃烧气体的燃烧器可以分为预 先混合燃烧器或原料气燃烧器。它们在构造和所用的烧嘴的类型方面 也不同。

原料气燃烧器直接将燃料喷入空气流中，使得燃料和空气的混合 与燃烧同时发生。由于空气流不随着燃料流明显变化，自然通风燃烧 器的配风器的设置在燃烧率改变之后必需改变。因此，如在美国专利 4,257,763号中所说明的，频繁的调节可能是必要的，这个专利结合于 此以共参考。此外，许多原料气燃烧器产生明亮的火焰。

预先混合燃烧器将燃料与一些或全部燃烧空气在燃烧前相混合。 由于预先混合通过利用存在于燃料流中的能量来完成，空气流基本上 与燃料流成比例。结果，因此，需要不太频繁的调节。预先混合燃料 和空气还便于实现所希望的火焰特性。由于这些性质，预先混合燃烧 器与各种蒸汽裂化炉构造相适应。

炉底燃烧的预先混合燃烧器用在许多蒸汽裂化器和蒸汽重整器 中，主要是由于它们能够在这些炉子的高的辐射部段中产生比较均匀 的热分布剖面。火焰是不明亮的，使炉壁温度容易监测。因此，预先 混合燃烧器是这种炉子选择的燃烧器。预先混合燃烧器也能够设计成 用于其它类型的炉子中需要的特定的热分布剖面或火焰形状。

用于燃烧气体的工业炉子的大多数近来的燃烧器设计基于在单个 燃烧器中使用多个燃料射流。这种燃烧器可以用燃料分级、废气再循 环或两者的组合。某些燃烧器可以在单个燃烧器中具有多到8至12 个燃料喷嘴。大量燃料喷嘴要求利用非常小的喷嘴直径。此外，这种 燃烧器的燃料喷嘴通常暴露在燃烧室中的高温废气中。

由于近年来关心减少污染物的排放和改进用在大型炉子和锅炉中 的燃烧器的效率，燃烧器的设计有了明显的改进。工业上广泛接受的 一种用于减少排放的方法就是通常所说的分级法。通过分级，初级火 焰区或者空气不足(富燃料)或者燃料不足(贫燃料)。在次级火焰区 或者在燃烧室的别的地方将平衡的空气或燃料喷入燃烧器中。燃烧分 级导致减少初级火焰区的峰值温度并且已经发现以减少NO_X的方式 改变燃烧速度。但是，这必需与辐射热传递随着火焰温度降低而减少 这样的事实平衡，同时CO排放、不完全燃烧的指标可能实际增加。

在预先混合燃烧器的范围内，术语“初级空气”是指与燃料预先 混合的空气；“次级空气”以及在一些情况下“三级空气”是指为了合 适的燃烧所需要的平衡空气。在原料气燃烧器中，初级空气是指与燃 料更加密切相关的空气；次级和三级空气是与燃料的相关性更远的空 气。可燃性的上限是指火焰能够通过其蔓延的包含最大燃料浓度(富 燃料)的混合物。