專利名稱：包括優(yōu)化的噴嘴布置的氣體燃燒器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體燃燒器用以燃燒可燃氣體與氧氣，其包括一 初級噴氣嘴和多個次級噴氣嘴，它們連接于一共同的中心的輸入管道。 其中初級噴氣嘴的傾斜向下定向的各非水平孔定向成使其氣體射流對 準相應(yīng)兩個次級噴氣嘴之間的一中心線的一點，并且該中心線定義為 想象的直線，其平行于初級噴氣嘴的旋轉(zhuǎn)軸線并且在兩個相鄰的次級 噴氣嘴之間的中心延伸。
背景技術(shù)：
對于可燃氣體或可燃氣體混合物的燃燒在現(xiàn)有技術(shù)中已知使用分 級的氣體燃燒器。對此將可燃氣體經(jīng)由初級噴氣嘴在一第一燃燒步驟 中釋放到燃燒井筒或爐室中，與氧氣或含氧氣的氣體相混合并燃燒。 為了接著燃燒在第一燃燒級中只被不完全燃燒的氣體組分，在向初級 噴氣嘴的下游設(shè)置多個次級噴氣嘴，其將可燃氣體的另一分量噴入燃 燒井筒或爐室中并且完全氧化或燃燒在那里流過的氣體混合物中可氧 化的分量。
這樣的氣體燃燒器例如在工業(yè)上在頂板點火的合成氣爐中用于生
產(chǎn)H2和CO。在該合成氣爐中將大量充滿催化劑的反應(yīng)管道導(dǎo)過從上 方點火的爐室。在狹窄通道中設(shè)置的反應(yīng)管道通過大量分級的氣體燃 燒器加熱，它們進入狹窄通道間隙中點火。在充滿催化劑的反應(yīng)管道 中流動喂入氣(Feedgas)、 一般為低的碳氬化合物如甲烷、丙烷、丁 烷或這些碳氫化合物的混合物。在這種情況下完全決定性的是，均勻 加熱各反應(yīng)管道。在充滿催化劑的反應(yīng)管道的區(qū)域內(nèi)，即其未被加熱 到要求的反應(yīng)溫度，不發(fā)生或發(fā)生減小的轉(zhuǎn)化，因此降低合成工藝過 程的總轉(zhuǎn)化。如果出現(xiàn)局部的過熱，則存在材料損壞的危險。
盡管在初級噴氣嘴和次級噴氣嘴的區(qū)域內(nèi)存在很高的雷諾數(shù)并從
而確保高的紊流的流動狀態(tài)，在一合成氣爐的構(gòu)造相同的各反應(yīng)管道 中仍然觀察到不同的轉(zhuǎn)化。

發(fā)明內(nèi)容
因此本發(fā)明的目的是，提供一種改進的方法和一種氣體燃燒器， 其中盡可能均勻地加熱各反應(yīng)管道。
本發(fā)明按照獨立權(quán)利要求要求保護改進的實施形式和各從屬權(quán)利 要求達到該目的，其中公開一種用于可燃氣體或可燃氣體混合物與氧 氣或含氧的氣體混合物共同燃燒的氣體燃燒器，該氣體燃燒器包括至 少一個初級噴氣嘴和至少兩個次級噴氣嘴，它們連接于一共同的中心 的輸入管道。各次級噴氣嘴對此基本上徑向和對稱地圍繞初級噴氣嘴 設(shè)置。在初級噴氣嘴的上游設(shè)置至少一個導(dǎo)流元件。初級噴氣嘴具有 大量徑向設(shè)置的孔，其中一部分孔構(gòu)成為水平孔，其軸線垂直于初級 噴氣嘴的旋轉(zhuǎn)軸線地穿過初級噴氣嘴的壁而另一部分構(gòu)成為非水平 孔，其軸線向設(shè)定的主流方向的方向相對于初級噴氣嘴的旋轉(zhuǎn)軸線傾斜。
對此以下所謂"孔的軸線"應(yīng)該總是被理解為該孔的自由橫截面 的垂直線，而與是否涉及一種圓形的或不同成形的橫截面無關(guān)。此外 在圓形橫截面時關(guān)于該軸線在橫截面中的位置應(yīng)該被理解為該軸線通 過中心延伸，而在非圃形橫截面時該軸線通過該橫截面的幾何中心延 伸。
對本發(fā)明的氣體燃燒器重要的是，每一非水平孔的軸線對準相應(yīng) 的兩個次級噴氣嘴之間的 一 中心線的 一點，并且該中心線定義為想像 的直線，其平行于初級噴氣嘴的旋轉(zhuǎn)軸線并且在兩個相鄰的次級噴氣 嘴之間的中心延伸。對此理想的是，非水平孔的數(shù)量與次級噴氣嘴的 數(shù)量是相同的。 一種改進的實施形式在于，在初級噴氣嘴的下游設(shè)置 各次級噴氣嘴。
通過初級噴氣嘴具有一個或多個垂直孔，從而在裝入的狀態(tài)下可 以沿旋轉(zhuǎn)軸線的方向流出可燃氣體，可以優(yōu)化氣體燃燒器。
氣體燃燒器頭部或初級噴氣嘴的噴嘴是易損件，其必須按期更換。
因此一種優(yōu)化的方案在于，在初級氣體燃燒器上設(shè)置一可拆式噴嘴頭，
在其中制出各非水平孔，并且噴嘴頭成形為或在其上設(shè)置結(jié)構(gòu)元件使 得每一非水平孔的軸線對準兩個次級噴氣嘴之間的一中心線的一點。
對于各孔在初級噴氣嘴中相對于次級噴氣嘴位置的這樣的結(jié)構(gòu)規(guī)定， 對于技術(shù)專家來說開辟很多可能性。在這一點上可以借助于法蘭將噴 嘴固定在中心管道上并且各孔的位置防止孔的錯誤位置。此外可以經(jīng) 由螺釘連接將氣體燃燒器頭部安裝到中心管道上并且借助于一彈性支 承的球體、 一防松開口銷或一埋頭螺釘實現(xiàn)最終位置的固定。其他的 結(jié)構(gòu)上的方案同樣是可設(shè)想的。
可以進一步改進氣體燃燒器，其中一在初級噴氣嘴的下游設(shè)置的 導(dǎo)流元件直接貼緊噴嘴頭或與其連接。
本發(fā)明還包括一種重整爐用以生產(chǎn)包含氫氣和一氧化碳的合成 氣，其中采用按照上述實施方案之一所述的氣體燃燒器。同樣本發(fā)明 包括一種用于生產(chǎn)包含氫氣和一氧化碳的合成氣的方法，其中重整爐 設(shè)有一按照上述實施方案之一所述的氣體燃燒器。


圖l和圖2示例性示出本發(fā)明的氣體燃燒器。對此本發(fā)明并不限 于所示的實施形式。
具體實施例方式
圖1粗略地示出本發(fā)明的氣體燃燒器以及初級和次級噴氣嘴的布 置的透視圖。經(jīng)由通道2將氧氣或一含氧氣的氣體混合物輸入燃燒器 通道l中。由在燃燒器通道l中在中心設(shè)置的中心的可燃氣體管道3 分出四個較小的可燃氣體管4，其通向次級噴氣嘴5。這些可燃氣體管 4基本上對稱設(shè)置并且從中心的可燃氣體管道3徑向向外引導(dǎo)并且在 一指向下游的彎段以后平行沿著燃燒器通道1的壁向下延伸。在該四 個可燃氣體管的末端設(shè)置次級噴氣嘴。
中心的可燃氣體管道3無顯著的轉(zhuǎn)向地通向初級噴氣嘴6。其表 示于圖1中并且在圖2中可詳細看出，在初級噴氣嘴上環(huán)繞的各水平 孔7和指向下方的各非水平孔8。在初級噴氣嘴6的上方設(shè)置一流動轉(zhuǎn)向器9，其在該實例中成形為屏蔽傘(Schirm)。
此外圖1中示出中心線10，其在兩向下定向的可燃氣體管4之間 作為虛線示出。中心線10平行于中心的可燃氣體管道3延伸。各非水 平孔的孔垂直線準確地對準該中心線10。只對一個非水平孔8繪出這 種關(guān)系，但以類似的方式適用于全部其他的非水平孔8。通過虛線箭 頭11繪出可燃氣體從非水平孔8中的流動方向。
圖2以放大和在非水平孔8的區(qū)域內(nèi)的剖面AA示出初級噴氣嘴 的詳圖。在上面的視圖中可看出，經(jīng)由各水平孔7離開初級噴氣嘴的 氣體燃燒器射流垂直于中心的可燃氣體管道3的旋轉(zhuǎn)軸線12。通過虛 線箭頭13表明這樣的氣體燃燒器射流。同樣借助于虛線箭頭4示出氣 體燃燒器氣體的方向，其經(jīng)由各非水平孔8輸入燃燒器通道1。
借助于模擬計算求得在初級噴氣嘴的區(qū)域內(nèi)的溫度分布。圖3a 示出本發(fā)明的氣體燃燒器的使用，如其結(jié)合圖l和圖3描述的那樣。 在X軸上以毫米為單位標出離初級噴氣嘴的距離并且各曲線所圍面積 表示具有相同溫度的區(qū)域。
在圖3b所示的對比實例中各非水平孔的軸線對準次級噴氣嘴。其 表明在對比實例與本發(fā)明的裝置之間的令人驚奇的明顯的差別。對比 測定的溫度場顯示被加熱到高于2050t:的各區(qū)域和一接近初級噴氣 嘴的區(qū)域，其中只達到約600X:的溫度，因此發(fā)生很不完全的燃燒。 本不應(yīng)預(yù)期到該問題，因為在初級噴氣嘴的區(qū)域內(nèi)存在高紊流的流動 狀態(tài)并且人們總是從理想的徹底混合開始。除上述的對可能鄰近的反 應(yīng)管的影響外，該未優(yōu)化的燃燒的結(jié)果是在廢氣中提高的NOx、 N20 和CO的濃度。
本發(fā)明的裝置的溫度場相反是令人驚喜地均質(zhì)或均勻地分級，如 圖3a中可看出的。不發(fā)生過熱或具有很差燃燒的區(qū)域。這導(dǎo)致鄰近的 各反應(yīng)管的最優(yōu)化的加熱并且導(dǎo)致完全的燃燒。
權(quán)利要求
1. 用于可燃氣體或可燃氣體混合物與氧氣或含氧氣的氣體混合物共同燃燒的氣體燃燒器，包括至少一個初級噴氣嘴和至少兩個次級噴氣嘴，它們連接于一共同的中心的輸入管道，其中各次級噴氣嘴基本上徑向和對稱地圍繞初級噴氣嘴設(shè)置，并且還在初級噴氣嘴的上游設(shè)置至少一導(dǎo)流元件，并且初級噴氣嘴具有大量徑向設(shè)置的孔，其中一部分孔構(gòu)成為水平孔，其軸線垂直于初級噴氣嘴的旋轉(zhuǎn)軸線穿過初級噴氣嘴的壁而另一部分構(gòu)成為非水平孔，其軸線向預(yù)定的主流方向的方向相對于初級噴氣嘴的旋轉(zhuǎn)軸線傾斜；其特征在于，每一非水平孔的軸線對準相應(yīng)兩個次級噴氣嘴之間的一中心線的一點，并且該中心線定義為想象的直線，其平行于初級噴氣嘴的旋轉(zhuǎn)軸線并且在兩個相鄰的次級噴氣嘴之間的中心延伸。
2. 按照權(quán)利要求1所述的氣體燃燒器，其特征在于，非水平孔的 數(shù)量與次級噴氣嘴的數(shù)量是相同的。
3. 按照權(quán)利要求1或2之一項所述的氣體燃燒器，其特征在于， 初級噴氣嘴具有一個或多個垂直孔。
4. 按照權(quán)利要求1至3之一項所述的氣體燃燒器，其特征在于，在初級噴氣嘴的下游設(shè)置各次級噴氣嘴。
5. 按照權(quán)利要求1至4之一項所述的氣體燃燒器，其特征在于， 初級氣體燃燒器具有一可拆卸的噴嘴頭，在該噴嘴頭中制出所述非水 平孔，并且噴嘴頭成形為或在其上設(shè)置結(jié)構(gòu)元件，使得每一非水平孔 的軸線對準兩個次級噴氣嘴之間的一中心線的一點。
6. 按照權(quán)利要求5所述的氣體燃燒器，其特征在于，噴嘴頭能夠被擰緊在可燃氣體管道上。
7. 按照權(quán)利要求5或6之一項所述的氣體燃燒器，其特征在于， 通過噴嘴頭的壁和輸送可燃氣體的管道延伸至少一個孔，在該孔中可 嵌入一埋頭螺釘或一開口銷。
8. 按照權(quán)利要求5所述的氣體燃燒器，其特征在于，噴嘴頭借助 于法蘭連接固定在可燃氣體管道的端部上。
9. 按照權(quán)利要求1至8之一項所述的氣體燃燒器，其特征在于， 在初級噴氣嘴的上游設(shè)置的導(dǎo)流元件直接貼緊噴嘴頭或與其連接。
10. 用于生產(chǎn)包含氫氣和一氧化碳的合成氣的重整爐，其特征在 于，設(shè)置按照上述權(quán)利要求之一項所述的氣體燃燒器。
11. 用于生產(chǎn)包含氫氣和一氧化碳的合成氣的方法，其特征在于， 設(shè)置一重整爐，其具有按上述權(quán)利要求1至8之一項所述的氣體燃燒 器。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種氣體燃燒器用以燃燒可燃氣體與氧氣，其包括一初級噴氣嘴和多個次級噴氣嘴，它們連接于一共同的中心的輸入管道。其中初級噴氣嘴的傾斜向下定向的各非水平孔定向成使其氣體射流對準相應(yīng)兩個次級噴氣嘴之間的一中心線的一點，并且該中心線定義為想象的直線，其平行于初級噴氣嘴的旋轉(zhuǎn)軸線并且在兩個相鄰的次級噴氣嘴之間的中心延伸。
文檔編號F23D14/70GK101379346SQ200780004324
公開日2009年3月4日 申請日期2007年1月20日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月3日
發(fā)明者E·格瓦爾, J·約亨寧, S·沃德貝格 申請人:猶德有限公司