具有有孔火焰保持器的顶烧式燃烧器制造技术

本发明专利技术涉及一种顶烧式火焰燃烧器，所述顶烧式火焰燃烧器包括布置在所述燃烧器下方的火焰保持器。所述火焰保持器包括将所述燃烧器的燃烧反应共同限定于所述火焰保持器的多个穿孔。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】相关专利申请的交叉引用本专利申请要求提交于2014年2月14日的名称为“FUEL COMBUSTION WITH A PERFORATED REACTION HOLDER(使用有孔反应保持器的燃料燃烧)”的PCT专利申请No.PCT/US2014/016632(代理人案卷号2651-188-04)的优先权权益，并且本专利申请是该PCT专利申请的部分继续申请；并且要求提交于2014年2月14日的名称为“STARTUP METHOD AND MECHANISM FOR A BURNER HAVING A PERFORATED FLAME HOLDER(用于具有有孔火焰保持器的燃烧器的启动方法和机构)”的PCT专利申请No.PCT/US2014/016622(代理人案卷号2651-204-04)的优先权权益；以及提交于2014年8月13日的名称为“DOWNFIRED BURNER WITH A PERFORATED FLAME HOLDER(具有有孔火焰保持器的顶烧式燃烧器)”的美国临时专利申请No.62/036,967(代理人案卷号2651-185-02)的优先权权益；以上每个专利申请在不抵触本文的公开内容的程度上以引用方式并入。
技术介绍
蒸汽-甲烷重整是通过加入蒸汽(H2O)并在催化剂上加热来将甲烷(CH4)转化为氢(H2)的工艺。虽然示出了CH4的化学性质，但也可使用其他轻质烃。该工艺通常以两个阶段实现。第一反应在一段重整炉中进行，其中火焰用于提供必要的热量以通过反应1将甲烷转化为一氧化碳和氢：1)CH4+H2O→CO+3H2。第二反应稍微放热，并且在一段重整炉外部的变换反应器中进行，其中使用水-气变换反应2将一氧化碳进一步转化为二氧化碳，以释放另外的氢：2)CO+H2O→CO2+H2。因此，总反应以反应3示出：3)CH4+2H2O→CO2+4H2。发生反应1的一段重整炉反应部分通常使用燃烧器驱动吸热反应。反应1通常在催化剂填充的反应管中进行，该反应管通过燃烧器外部加热。使用两种类型的一段重整炉。侧烧式反应器使用多个喷向耐火壁的燃烧器。每个燃烧器被配置成以沿壁平面基本上径向对称的方式分配其热量。两个互相平行的壁也这样构造，并且包封了一排垂直含催化剂管，其中蒸汽和甲烷通过这些管进给。第二类一段重整炉是顶烧式反应器。顶烧式反应器具有与垂直顶烧式燃烧器交叉的催化剂管列。在此设计中，管和燃烧器的交替列允许形成更模块化的设计，该设计可扩展为很大的尺寸。因此，在现代安装设施中顶烧式反应器可为优选的。顶烧式燃烧具有若干弱点。第一是燃烧方向与自然浮力的方向相反。由于工艺的特殊性，燃料压力可相对较低，并且燃料可包括来自变压吸附系统的杂质，该系统通常在其后的工艺中用于纯化终产物。因此，火焰以低动量逆着浮力方向燃烧。如果燃烧过程在燃料和空气动量基本上耗尽前未完成，则火焰将弯曲并最终颠倒方向。由于催化剂管接近燃烧器，此类弯曲将导致火焰冲刷到催化剂管上。如果火焰冲刷到催化剂管上，则将在管式炉的内部生成含碳沉积物，称为焦炭。焦炭沉积的作用是使管与工艺流体隔离。由于工艺流体冷却管壁，焦炭沉积物用于隔离管壁，并且由于管的燃烧侧的局部过热，管可形成热点。为了使用更大的动量抵消正常的浮力，并减少火焰长度和提高燃料燃烧的速度，有时加入精炼气的高压管线，以补充低压气体的主要燃烧。然而，这显著增加了成本，因为必须对另外且独立的燃料气源执行管道输送、控制以及维护。此外，即使使用高压燃料管线，火焰冲刷也会存在问题。焦化可使用称为“脱焦”的特殊方法从管的内部移除。然而，脱焦循环可持续几天，在此期间单元不能生成氢产物。所需要的是不仅仅依赖于燃料动量也不需要复杂的高压燃料气添加的有效火焰控制方法。
技术实现思路
一个实施例包括顶烧式燃烧器和/或顶烧式火焰反应器，其包括有孔火焰保持器和布置在有孔火焰保持器上方的顶烧式燃料喷嘴。有孔火焰保持器包括面向燃料喷嘴的输入表面、输出表面和在输入表面和输出表面之间延伸的多个穿孔。加热机构与有孔火焰保持器相邻布置。在一个实施例中，在燃料喷嘴将燃料输出到有孔火焰保持器之前，加热机构将热量施加到有孔火焰保持器。在加热机构加热有孔火焰保持器之后，顶烧式燃料喷嘴将燃料输出到有孔火焰保持器。有孔火焰保持器的升高的温度使火焰保持器的穿孔内的燃料发生燃烧反应。燃烧反应主要限制于有孔火焰保持器的附近。更具体地讲，燃烧反应基本上限制于有孔火焰保持器的穿孔内。在一个实施例中，顶烧式火焰反应器包括邻近有孔火焰保持器布置的催化剂包封管。反应物通过管。燃烧反应的热从火焰保持器发出并且加热管，和/或燃烧反应的热燃烧产物对流加热管，从而使反应物与催化剂反应。然后反应产物从管送出。附图说明图1为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器的顶烧式燃烧器系统的透视图。图2为根据一个实施例的图1的顶烧式燃烧器系统的剖视图。图3为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器的顶烧式燃烧器系统的示意图。图4为根据另一个实施例的多个顶烧式火焰反应器的透视图。图5为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器和预加热机构的顶烧式燃烧器系统的框图。图6为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器和预加热机构的顶烧式燃烧器系统的示意图。图7为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器和预加热机构的顶烧式燃烧器系统的示意图。图8为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器和预加热机构的顶烧式燃烧器系统的示意图。图9为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器和预加热机构的顶烧式燃烧器系统的示意图。图10为根据一个实施例的包括有孔火焰保持器和预加热机构的顶烧式燃烧器系统的示意图。图11为根据一个实施例的用于操作包括有孔火焰保持器和预加热机构的顶烧式燃烧器系统的过程的流程图。具体实施方式在以下具体实施方式中，参考形成本文一部分的附图。除非在上下文中另外指明，否则在附图中类似的符号通常表示类似的部件。在具体实施方式、附图和权利要求中所述的示例性实施例并不用来进行限制。在不脱离本文所述主题的精神或范围的前提下，可采用其他实施例并且可作出其他改变。图1为根据一个实施例的包括有孔反应保持器102的顶烧式燃烧器系统100的简化透视图。顶烧式燃烧器系统100包括燃料和氧化剂源110，该燃料和氧化剂源被设置为将燃料和氧化剂输出到燃烧体积108中以形成燃料和氧化剂混合物112。有孔反应保持器102被设置在燃烧体积108中。有孔反应保持器102包括有孔反应保持器主体114，该有孔反应保持器主体限定多个穿孔116，所述多个穿孔116对齐以接收来自燃料和氧化剂源110的燃料和氧化剂混合物112。穿孔116被配置成共同地保持由燃料和氧化剂混合物112支撑的燃烧反应202(例如参见图2，202)。燃料可包括例如烃类气体或汽化的烃类液体。燃料可为单一种类或者可包括气体和蒸汽的混合物。例如，在过程加热器应用中，燃料可包括燃料气体或来自该过程的副产物，该副产物包括一氧化碳(CO)、氢(H2)和甲烷(CH4)。在另一种应用中，燃料可包括天然气(主要是CH4)或丙烷。在另一种应用中，燃料可包括2号燃料油或6号燃料油。专利技术人类似地构思到双燃料应用和灵活燃料应用。氧化剂可包括由空气携带的氧和/或可包括另一种氧化剂，该氧化剂为纯的或由载体气体携带。通常本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种顶烧式燃烧器，包括：被配置成以向下方向输出燃料的顶烧式燃料喷嘴；以及布置在所述顶烧式燃料喷嘴下方的火焰保持器，所述火焰保持器包括：面向所述顶烧式燃料喷嘴的输入表面；与所述燃料喷嘴相对的输出表面；以及从所述输入表面延伸至所述输出表面并且共同被配置成促进穿孔内的所述燃料的燃烧反应的多个穿孔。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.02.14 US PCT/US2014/016632;2014.02.14 US PCT/1.一种顶烧式燃烧器，包括：被配置成以向下方向输出燃料的顶烧式燃料喷嘴；以及布置在所述顶烧式燃料喷嘴下方的火焰保持器，所述火焰保持器包括：面向所述顶烧式燃料喷嘴的输入表面；与所述燃料喷嘴相对的输出表面；以及从所述输入表面延伸至所述输出表面并且共同被配置成促进穿孔内的所述燃料的燃烧反应的多个穿孔。2.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，其中所述火焰保持器被配置成将大部分燃烧反应包含在所述穿孔内。3.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，其中所述火焰保持器被配置成将80％或更多的所述燃烧反应包含在所述穿孔内。4.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，其中所述火焰保持器是耐火材料。5.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，其中所述火焰保持器是一体结构。6.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，其中所述火焰保持器被配置成引发所述燃烧反应。7.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，包括被配置成在开始所述燃烧反应前加热所述火焰保持器的预加热机构。8.根据权利要求7所述的顶烧式燃烧器，其中所述预加热机构包括被配置成邻近所述火焰保持器生成火焰的第二燃料喷嘴。9.根据权利要求7所述的顶烧式燃烧器，其中所述预加热机构包括被配置成照射所述火焰保持器的激光器。10.根据权利要求7所述的顶烧式燃烧器，其中所述顶烧式燃料喷嘴是可调式喷嘴，并且所述预加热机构被配置成在预热期间移动所述燃料喷嘴更靠近所述火焰保持器，并且在所述预热周期后回缩所述燃料喷嘴。11.根据权利要求7所述的顶烧式燃烧器，包括：被配置成测定所述火焰保持器的温度的温度传感器；以及控制电路，所述控制电路联接至所述温度传感器、所述燃料喷嘴和所述预加热机构并且被配置成当所述火焰保持器的温度高于阈值温度时使所述燃料喷嘴输出所述燃料。12.根据权利要求12所述的顶烧式燃烧器，其中所述阈值温度对应于所述火焰保持器能够引发所述穿孔内所述燃料的燃烧的燃烧温度。13.根据权利要求7所述的顶烧式燃烧器，包括控制电路，所述控制电路联接至所述预加热机构和所述燃料喷嘴并且被配置成在所述预加热机构运行大于阈值时间之后引发所述燃料喷嘴。14.根据权利要求7所述的顶烧式燃烧器，其中所述预加热机构包括联接至所述火焰保持器的电阻器，所述预加热机构被配置成通过使电流通过所述电阻器来加热所述火焰保持器。15.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，包括邻近所述火焰保持器垂直延伸并且包含催化剂的管。16.根据权利要求15所述的顶烧式燃烧器，其中所述火焰保持器被配置成加热所述管，并且引发所述管中所述催化剂和反应物之间的反应。17.根据权利要求15所述的顶烧式燃烧器，其中所述管包括：第一垂直部分；第二垂直部分；以及将所述第一垂直部分连接至所述第二垂直部分以使得所述管基本上为U型的连接部分。18.根据权利要求17所述的顶烧式燃烧器，其中所述管包括：被配置成使反应物进入所述第一垂直部分的输入端；以及被配置成使所述反应物和所述催化剂的反应产物从所述第二垂直部分送出的输出端。19.根据权利要求17所述的顶烧式燃烧器，其中所述火焰保持器布置在所述管的所述第一垂直部分和所述第二垂直部分之间。20.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，其中所述穿孔通过所述火焰保持器的主体彼此隔离。21.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，其中所述火焰保持器的所述输入表面和所述输出表面为基本上矩形。22.根据权利要求1所述的顶烧式燃烧器，其中所述火焰保持器的所...

【专利技术属性】
技术研发人员：约瑟夫·科兰尼诺，道格拉斯·W·卡尔科夫，伊戈·A·克里克塔弗维奇，克里斯多佛·A·威克洛夫，
申请(专利权)人：克利尔赛恩燃烧公司，
类型：发明
国别省市：美国;US