Способ защиты факела

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено, например, в газовой промышленности для сжигания газов с повышенным содержанием соединений сероводорода и окислов углерода. Способ защиты факела от воздействия порывов ветра заключается в установке с кольцевым зазором оголовка факела в профилированную обечайку, которую выполняют из изолированных пластин, располагаемых с зазором по периметру обечайки, с последующим разбиением потока ветра на несколько изолированных вертикально ориентированных струй, на выходе из обечайки потока ветра внутрь оголовка изменяют его направление, проходящего через каждый зазор, для чего пластины обечайки располагают таким образом, что проекции зазоров между ними для входа и выхода потока пересекаются при их проецировании на вертикальную плоскость. Пластины устанавливают под углом 15-75°, преимущественно 45°, к основанию обечайки. Ширина пластины составляет 0,25-0,33, преимущественно 0,27, длины периметра геометрического тела, при этом зазор между ними составляет 0,25-0,33, преимущественно 0,27 длины периметра геометрического тела. Количество пластин составляет 28-40, преимущественно 36. Расстояние от пластин до внешней поверхности оголовка составляет (0,1-0,5)D, где: D - диаметр профилированной обечайки ветровой защиты. Техническим результатом изобретения является защита факела пламени от воздействия ветровых нагрузок, в частности от задувания факела порывами ветра, и обеспечение эффективного смесеобразования сжигаемых компонентов с воздухом. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено, например, в газовой промышленности для сжигания газов с повышенным содержанием соединений сероводорода и окислов углерода.

Одной из проблем, возникающих при сжигании продувочных и попутных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения, является обеспечение максимально возможной полноты сгорания газов и получение продуктов сгорания с минимальным содержанием сероводородных соединений, не превышающих предельно допустимые нормы, а также исключение возможности сдувания ветром факела пламени горелки.

Известна вихревая горелка ВНИИМТ-Уралмаш для сжигания газов с низкой теплотой сгорания при их повышенной влажности и запыленности, содержащая профилированную наружную обечайку, оголовок с лопаточным завихрителем, установленным в средней части обечайки, трубопроводы подачи воздуха и газа. (Вихревая горелка ВНИИМТ-УРАЛМАШ для газов с низкой теплотой сгорания. Современные горелочные устройства. Конструкции и технические характеристики. Справочник, М., Машиностроение-1, 2001, 497 с., рис.4.6, стр.68).

При работе горелки воздух подводится через входной патрубок в корпус и равномерно входит в лопаточный завихритель. Приобретая в завихрителе вихревое движение и частично поджимаясь конической выходной насадкой, воздух выходит в горелочную амбразуру, создавая в ней вихрь с зоной обратных токов по оси. Часть воздуха, проникая через отверстия в обсадной трубе, попадает в кольцевой канал, образованный этой трубой. Истечение этого воздуха происходит через отверстия в наконечнике струями, сходящимися на оси горелочной амбразуры в зоне циркуляции обратных токов.

Газ, вытекающий из газового сопла, на начальном участке своего течения интенсивно перемешивается со струями пересекающего его воздуха. Затем частично подготовленная смесь газа и воздуха интенсивно перемешивается с потоком основного воздуха, вытекающего через завихритель. Воспламенение топливной смеси происходит в амбразуре, а ее догорание - в рабочем пространстве сопла.

Недостатками данной горелки является недостаточно высокая полнота смесеобразования и повышенное содержание вредных примесей в продуктах сгорания. Кроме этого наличие ветровой защиты в виде сплошного цилиндра препятствует поступлению воздуха в зону горения, что приводит к ухудшению условий смесеобразования и неполному сгоранию топливной смеси.

Известен способ защиты факела и ветрозащитный дефлектор для реализации указанного способа, смонтированный на факельной головке, представляющий собой профилированную обечайку, выполненную из изолированных пластин в виде геометрического тела, преимущественно тела вращения, причем между пластинами имеются зазоры (Ветрозащитный дефлектор фирмы СПГ Прематехник ГмбХ, Москва, ул.Вавилова, 69/75, оф.428, дочерняя фирма компании СПНГ Штайнер-Прематехник-Газтек ГмбХ в Зигене. Каталог фирмы Прематехник «Факельные системы», 2010 г., стр.18 - прототип).

Указанный способ реализуется следующим образом.

На наветренной стороне, непосредственно перед плоскими пластинами дефлектора, энергия ветра создает воздушную пробку. После того, как воздух пройдет между вертикальными пластинами, в результате резкого расширения поперечного сечения возникают сильные завихрения, которые гасят энергию ветра.

Таким образом, на наветренной стороне факельной трубы предотвращается создание пробки, а на противоположной стороне не создается разрежения, что не позволяет пламени отклониться вниз.

Основными недостатками данного дефлектора являются значительные габариты и вес, также недостаточно высокая полнота сгорания сжигаемых компонентов и защита от сдувания ветром факела пламени горелки.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание способа защиты факела от воздействия порывов ветра, применение которого позволит обеспечить защиту факела пламени от воздействия ветровых нагрузок, в частности от задувания факела порывами ветра, и обеспечит эффективное смесеобразование сжигаемых компонентов с воздухом.

Поставленная задача решается за счет того, что в предложенном способе защиты факела от воздействия порывов ветра, заключающемся в установке с кольцевым зазором оголовка факела в профилированную обечайку, которую выполняют из изолированных пластин, располагаемых с зазором по периметру обечайки, с последующим разбиением потока ветра на несколько изолированных вертикально ориентированных струй, согласно изобретению на выходе из обечайки потока ветра внутрь оголовка изменяют его направление, проходящего через каждый зазор, для чего пластины обечайки располагают таким образом, что проекции зазоров между ними для входа и выхода потока пересекаются при их проецировании на вертикальную плоскость.

В варианте применения, пластины установлены под углом 15-75°, преимущественно 45°, к основанию обечайки.

Нижнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении пластины располагаются практически горизонтально, с образованием поперечных щелей, что снижает эффективность работы данного устройства.

Верхнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении пластины ветровой защиты будут располагаться практически вертикально, что также приводит к образованию продольных вертикальных щелей и снижению эффективности работы устройства.

В варианте применения ширина пластины составляет 0,25-0,33, преимущественно 0,27, периметра геометрического тела, а зазор между ними составляет примерно ту же величину.

Нижнее значение указанного интервала ширины пластины выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение эффективности работы как одиночной пластины, так и всего геометрического тела, набранного из одиночных пластин, за счет увеличения его проницаемости.

Верхнее значение указанного интервала ширины пластины выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит перекрывание щелей для подачи воздуха в зону горения, что в значительной мере снижает эффективность смесеобразования и соответственно приводит к ухудшению условий работы горелки.

Нижнее значение указанного интервала величины зазора выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит перекрывание щелей для подачи воздуха в зону горения, что в значительной мере снижает эффективность смесеобразования и соответственно приводит к ухудшению условий работы горелки.

Верхнее значение указанного интервала величины зазора выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит снижение эффективности работы как одиночной пластины, так и всего геометрического тела, набранного из одиночных пластин за счет увеличения его проницаемости.

В варианте применения количество пластин составляет 28-40, преимущественно 36.

Нижнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении не достигается требуемая равномерность распределения воздуха по полю факелу горелки.

Верхнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит рост габаритных размеров профилированной обечайки.

В варианте применения расстояние от пластин до внешней поверхности оголовка составляет (0,1-0,5)D, где D - диаметр профилированной обечайки ветровой защиты.

Нижнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит снижение эффективности работы горелки за счет ухудшения условий смесеобразования.

Верхнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит значительное ухудшение массово-габаритных характеристик наконечника факела.

Предложенный способ может быть реализован, например, при помощи наконечника факела, показанного на чертежах, где на фиг.1 показан осевой разрез предложенного наконечника факела.

Наконечник факела для сжигания газов содержит оголовок факела 1, расположенный с радиальным зазором 2 в профилированной обечайке 3 ветровой защиты. Профилированная обечайка 3 ветровой защиты выполнена из изолированных пластин 4 в виде геометрического тела, например цилиндра, при этом между пластинами 4 имеются зазоры 5. Пластины образуют винтовую поверхность 6 с числом образующих, равным числу пластин 4. Внутри профилированной обечайки 3, в выходной части наконечника 7, установлены запальная 8 и дежурная 9 горелки.

Предложенный способ при помощи указанного наконечника реализуется следующим образом.

Пластины 4 профилированной обечайки 3 располагают в виде винтовой поверхности с числом образующих, равным числу пластин 4, при этом пластины 4 обечайки 3 располагают таким образом, что проекции зазоров 5 между ними для входа и выхода потока пересекаются при их проецировании на вертикальную плоскость.

При нормальной безветренной работе факела поток воздуха поступает в зону горения через зазоры 5 и перемешивается со сжигаемым газом, подаваемым через наконечник 7. Образовавшаяся смесь газа с воздухом воспламеняется при помощи запальной горелки 8 и сгорает. Для исключения несанкционированного выброса газа через факел установлена дежурная горелка 9.

При сильных порывах ветра поток воздуха также поступает внутрь профилированной обечайки 3 через зазоры 5 между пластинами 4, но за счет расположения пластин по винтовой поверхности внутри обечайки 3 поток меняет свое направление, тормозится и не задувает факел.

Проведенные авторами и заявителем аналитические и экспериментальные исследования, математическое моделирование и испытания полноразмерного образца предложенного наконечника факела для реализации указанного способа подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

Использование предложенного технического решения позволит обеспечить надежную работу факела в любых условиях, увеличить полноту сгорания газов, содержащих примеси, в частности соединения сероводорода и окислы углерода, и повысить эффективность работы наконечника факела в целом.

1. Способ защиты факела от воздействия порывов ветра, заключающийся в установке с кольцевым зазором оголовка факела в профилированную обечайку, которую выполняют из изолированных пластин, располагаемых с зазором по периметру обечайки, с последующим разбиением потока ветра на несколько изолированных вертикально ориентированных струй, отличающийся тем, что на выходе из обечайки потока ветра внутрь оголовка изменяют его направление, проходящего через каждый зазор, для чего пластины обечайки располагают таким образом, что проекции зазоров между ними для входа и выхода потока пересекаются при их проецировании на вертикальную плоскость.

2. Способ защиты факела по п.1, отличающийся тем, что пластины устанавливают под углом 15-75°, преимущественно 45° к основанию обечайки.

3. Способ защиты факела по п.1, отличающийся тем, что ширина пластины составляет 0,25-0,33, преимущественно 0,27 длины периметра геометрического тела, при этом зазор между ними составляет 0,25-0,33, преимущественно 0,27 длины периметра геометрического тела.

4. Способ защиты факела по п.1, отличающийся тем, что количество пластин составляет 28-40, преимущественно 36.

5. Способ защиты факела по п.1, отличающийся тем, что расстояние от пластин до внешней поверхности оголовка составляет (0,1-0,5)D, где D - диаметр профилированной обечайки ветровой защиты.