Факельная система

 

Использование: в области энергетики, в факельных системах для бессажевого сгорания попутного газа в атмосфере при аварийных ситуациях на газопроводах. Сущность изобретения: силовая конструкция дополнительно содержит растяжки 13 и элементы, образующие форму, газовые сопла 5 выполнены в виде конфузора, а стабилизатор 9 является общим для всех газовых труб 4 и выполнен в виде завихрителя. 2 ил.

Изобретение относится к двигателям и может быть использовано в факельных системах для бессажевого сгорания попутного газа в атмосфере при аварийных ситуациях на газопроводах.

Известна горелка, содержащая подключенный к источнику воздуха корпус и установленные в нем газоподводящую трубу, кольцевой газовый коллектор и стабилизатор в виде пластинчатого кольца на выходе [1] Известна горелка, содержащая газовое сопло на входе в конфузор смесителя с выходным диффузорно-конфузорным насадком и коллектором для дополнительного подвода газа в диффузор [2] Эти горелки обеспечивают возможность улучшения смесеобразования и повышения полноты сгорания.

Недостатками указанных устройств являются трудности использования в факельных системах с большим расходом газа в связи с неоправданным усложнением конструкции и ростом их габаритов.

Известны газовые эжекторы, содержащие сопла эжектирующего и эжектируемого газов, смесительную камеру и диффузор [3] позволяющие при простоте конструкции обеспечить большие расходы со смешением потоков эжектирующего и эжектируемого газов на молекулярном уровне, независящим от числа и формы сопл, состава и концентрации газовой смеси, режимов и условий работы.

Недостатком газовых эжекторов, ограничивающим их применение в качестве горелок, является большая длина смесительной камеры (8-12 калибров), необходимая для завершения процессов смешения, приводящая к росту гидравлических потерь и габаритов эжекторов. При диаметре газопровода равном 200 мм длина смесительной камеры может достигать 10 м.

Для сокращения длины камеры один или оба потока могут быть разделены на несколько струй путем соответствующего увеличения количества сопл, но это может привести к изменению формы течения в камере, оказывающей заметное влияние на смешение газов, и привести к неоднородности потока на выходе, нежелательной по соображениям взрывобезопасности, а также защиты и охраны воздушного бассейна.

Известна факельная система, содержащая силовую конструкцию, включающую газовый коллектор с соединенной с ним группой газовых труб, установленных вертикально, каждая труба на выходе имеет сопло, смесительную камеру, факельная система также содержит стабилизатор, запальное устройство, арматуру [5] обеспечивающая возможность бессажевого сгорания газа в атмосфере.

Недостатками известной факельной системы являются низкие производительность и ресурс, неустойчивость работы, обусловленные большими гидравлическими потерями в стволе высотой до 30 м и более, необходимостью разделения и регулирования подачи запального и затворного газов, зависящих от состава и концентрации газовой смеси, условий работы, возможностью поступления капельной углеводородной влаги на сжигание, организацией процессов сгорания в запальной трубе и оголовке ствола.

Изобретение позволяет повысить производительность и расширить возможности по использованию факельных систем путем реализации максимально возможных расходов газа, организации смесеобразования на молекулярном уровне и сжигания газовой смеси непосредственно в атмосфере.

Сущность изобретения состоит в выполнении ствола факельной системы в виде набора труб, установленных вертикально на факельном коллекторе и соединенных с ним, каждая из которых снабжена выходным сужающимся соплом, допускающим возможность замены, с площадью проходного сечения, не превышающей 0,25 площади проходного сечения трубы, и смесительной камерой протяженностью 8-12 калибров с входным соплом для подвода воздуха из окружающей среды. Трубы и смесительные камеры связаны между собой силовым набором, образующим из них ферму, снабженную растяжками. На выходе смесительных камер установлены стабилизатор в виде пластинчатого кольца с углом наклона пластин (угол атаки) относительно вертикальной оси, не превышающим 15^о, выполняющий функции диффузора-завихрителя потока на выходе из факельной системы, и свеча зажигания, подключенная к высоковольтному источнику тока.

При больших расходах газа стабилизатор может быть установлен в подшипниках и связан с генератором, используемым в качестве аварийного источника тока для питания систем зажигания, управления, сигнализации, освещения и др.

Известен эжектор с крыльчаткой и закруткой потока внутри смесительной камеры [4] обеспечивающий возможность сокращения габаритов смесительной камеры, но его использование в факельных системах нецелесообразно вследствие большой сложности.

Выполнение факельной системы в виде набора вертикально установленных газовых эжекторов, связанных гидравлически между собой на входе и снабженных общим завихрителем на выходе является новым и существенным признаком изобретения, так как позволяет при сохранении совершенства процессов смесеобразования уменьшить габариты и гидравлические потери в смесительных камерах, повысить полноту сгорания и устойчивость факела к воздействию ветровой нагрузки за счет радиальных градиентов давления и встречных перемещений в поле центробежных сил частиц газа, имеющих различную температуру, исключить прямое воздействие факела на элементы конструкции системы и использование жаропрочных материалов при ее изготовлении.

На фиг. 1 представлена факельная система, общий вид в разрезе; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1.

Устройство содержит факельный коллектор 1, укрепленный в грунте, с патрубками 2 для подключения к газопроводу и 3 используемому для отбора конденсата. На верхней стенке коллектора установлены вертикально трубы 4, соединенные с ним, снабженные сменными сужающимися соплами 5 с площадью проходного сечения, не превышающей 0,25 площади проходного сечения трубы 4. В верхней части каждой из труб 4 на пилонах 6 установлены смесительные камеры 7 протяженностью 8-12 калибров с входными соплами 8, соединяющими их с атмосферой. На выходе смесительных камер 7 закреплен стабилизатор 9 в виде пластинчатого кольца-завихрителя. В центральной части стабилизатора размещены свечи 10 зажигания с высоковольтным источником тока 11, подключаемым к сети, например, с помощью преобразователя давления. Трубы 4 и камеры 7 связаны силовым набором 12, образующим из них ферму, снабженную растяжками 13.

При работе факельной системы газ под давлением 0,1.1,6 МПа через патрубок 2 поступает в коллектор 1 и, заполняя трубы 4, истекает через сопла 5 с критической скоростью в смесительные камеры 7. После турбулентного смешения с воздухом, находящимся в камерах 7, газовая смесь в виде однокомпонентного топлива с избытком горючего через решетку стабилизатора 9 выбрасывается в атмосферу расходящейся дозвуковой закрученной струей. Структура, параметры и состав струи зависят от отношения площадей выходных сечений эжектирующего и эжектируемого газов и давления в системе. Первое может регулироваться заменой сопл 5, например, при установке системы, второе определяется состоянием системы на момент аварии. В результате смешения воздуха, находящегося в камерах 7, с газом, истекающим из сопл 5, и выброса смеси через решетку стабилизатора 9 наружу в соплах 8 образуется разрежение и воздух из атмосферы будет вновь заполнять камеры 7. При создании в камерах 7 давления высоковольтный источник тока 11 подключается к сети для периодического формирования на свечах зажигания 10 высоковольтных разрядов и поджига газовой струи. Поджиг струи приводит к образованию светящегося факела, в котором происходит не только полное сгорание подготовленного однокомпонентного топлива, но и догорание избытка горючего в пограничном слое, возникающем при воздействии струи с воздухом атмосферы. При длительном горении факела элементы отражателя 9 (пластины, корпус и др.) будут испытывать нагрев от его излучения, но в условиях непреpывного охлаждения их холодным потоком газовой смеси он не потребует принятия дополнительных мер по защите отражателя.

Энергия факела может быть использована, например, для разогрева колосника с целью поддержания горения и сокращения времени работы системы зажигания. Погашение факела достигается прекращением подачи газа в коллектор. Поддержание безопасной концентрации газовой смеси в камерах 7 обеспечивается постепенным уменьшением скорости истечения газа из сопл 5 и его эжектирующей способности, инерционностью газа в трубах 4 и камерах 7 и разрежением, создаваемым вихрем, сформированным в атмосфере. После уменьшения давления в камерах 7 преобразователь давления отключает высоковольтный источник тока 11 от сети и факельная система приходит в исходное состояние. Удаление конденсата из коллектора производят через патрубок 3.

Использование изобретения позволит сократить затраты на проведение природоохранных мероприятий, связанных с охраной и защитой воздушного бассейна, и ликвидацию последствий аварийных ситуаций в системах газопроводов.

Формула изобретения

ФАКЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая силовую конструкцию, включающую газовый коллектор с соединенной с ним группой газовых труб, установленных вертикально, каждая группа на выходе имеет сопло, смесительную камеру, факельная система также содержит стабилизатор, запальное устройство, арматуру, отличающаяся тем, что силовая конструкция дополнительно содержит растяжки и элементы, образующие ферму, газовые сопла выполнены в виде конфузора, а стабилизатор является общим для всех газовых труб и выполнен в виде завихрителя.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2