Факельная горелка для сжигания газов и способ сжигания газов

Группа изобретений относится к энергетике. Факельная горелка содержит полый корпус в виде трубы, снабженной в выходной части рассекателем, размещенным с кольцевым зазором относительно верхнего торца корпуса. Внутри трубы установлено, как минимум, два полых профилированных центральных тела, выполненных в виде профилированных сопел. Каждое сопло имеет минимальное проходное сечение, расположенное в его выходной части. Полый корпус выполнен с коническим расширением в его выходной части, а выходной рассекатель выполнен в виде конуса, обращенного вершиной к входной части корпуса горелки. В кольцевом зазоре, предпочтительно, между выходной частью рассекателя и выходной конической частью корпуса установлены дополнительные рассекатели, выполненные, преимущественно, в виде кронштейнов V-образного профиля, обращенных вершиной к входной части корпуса. Также представлен способ сжигания газов при помощи факельной горелки согласно изобретению. Группа изобретений позволяет обеспечить улучшенные условия смесеобразования, повысить устойчивость горения при ветровом воздействии с одновременным снижением тепловых нагрузок на элементы факела. 2 н.п. ф-лы, 5 ил., 1 табл.

 

Группа изобретений относится к газогорелочным устройствам и может быть применена в газовой промышленности для сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения.

Одной из проблем, возникающих при сжигании продувочных и попутных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения, является обеспечение максимально возможной полноты сгорания газов, получение продуктов сгорания с минимальным содержанием сероводородных соединений, не превышающих предельно допустимые нормы и уменьшение шума при работе горелки.

Известна факельная горелка, содержащая полый корпус в виде трубы, снабженной в выходной части рассекателем, размещенным с кольцевым зазором относительно верхнего торца корпуса, при этом внутри трубы установлено полое профилированное центральное тело, имеющее минимальное проходное сечение, расположенное в его выходной части, причем полый корпус выполнен с коническим расширением в его выходной части, при этом выходной рассекатель выполнен в виде конуса, обращенного вершиной к входной части корпуса горелки, причем по оси рассекателя, параллельно или практически параллельно оси, выполнен сквозной канал, соединяющий полость под рассекателем с окружающей атмосферой, при этом в кольцевом зазоре, предпочтительно, между выходной частью рассекателя и выходной конической частью корпуса установлены дополнительные рассекатели, выполненные, преимущественно, в виде кронштейнов V-образного профиля, обращенных вершиной к входной части корпуса, а в минимальном сечении входного профилированного центрального тела установлен с образованием кольцевого зазора, дополнительный рассекатель, выполненный, преимущественно, в виде конуса, обращенного вершиной к входной части корпуса горелки (патент РФ №2486407, МПК: F23D 13/20 - прототип).

Указанная горелка работает следующим образом.

Поток газа подается на вход в корпус горелки. Газ проходит через кольцевой зазор, образованный входным полым профилированным центральным телом и дополнительным рассекателем, установленным в минимальном проходном сечении, при этом, за счет увеличения скорости газа, происходит «запирание» минимального сечения факела и предотвращается попадание воздуха внутрь корпуса. Далее газ проходит через коническое расширение, выполненное в форме конфузора, который формирует форму потока и снижает градиент скоростей в поперечном сечении. После конического расширения поток газа разделяется на три части. Первая часть потока газа проходит в треугольные щели, образованные выходными треугольными рассекателями и выходной частью рассекателя, при этом газ интенсивно смешивается с окружающим воздухом за счет большей площади контакта, по сравнению с традиционными конструкциями.

Вторая часть потока газа проходит в кольцевую щель, образованную дополнительными рассекателями и выходным рассекателем. На выходе, благодаря указанным рассекателям, происходит формирование трапециевидной формы потока с большой площадью контакта с окружающей средой, при этом средний поток газа так же интенсивно смешивается с воздухом, который подходит к указанному потоку в промежутках между треугольными внешними потоками.

Третья часть потока газа подается в центральное отверстие в выходном конусном рассекателе, что позволяет снизить температурные нагрузки на конусный рассекатель.

Основными недостатками указанной горелки является низкая степень турбулентности потока, что в свою очередь приводит к интенсификации подачи воздуха в зону горения при организации диффузионного факела, и недостаточно высокая устойчивость горения при ветровом воздействии, значительные тепловые нагрузки на элементы факела.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание горелки, конструкция которой позволяет обеспечить улучшенные условия смесеобразования, повысить устойчивость горения при ветровом воздействии с одновременным снижением тепловых нагрузок на элементы факела.

Решение поставленной задачи достигается за счет того, что в предложенной факельной горелке, содержащей полый корпус в виде трубы, снабженной в выходной части рассекателем, размещенным с кольцевым зазором относительно верхнего торца корпуса, причем внутри трубы установлено, как минимум, два полых профилированных центральных тела, выполненных в виде профилированных сопел, при этом каждое сопло имеет минимальное проходное сечение, расположенное в его выходной части, при этом полый корпус выполнен с коническим расширением в его выходной части, а выходной рассекатель выполнен в виде конуса, обращенного вершиной к входной части корпуса горелки, при этом в кольцевом зазоре, предпочтительно, между выходной частью рассекателя и выходной конической частью корпуса, установлены дополнительные рассекатели, выполненные, преимущественно, в виде кронштейнов V-образного профиля, обращенных вершиной к входной части корпуса, согласно изобретению, указанные дополнительные рассекатели установлены тангенциально по отношению к полому профилированному центральному телу, при этом одна из полок каждого V-образного профиля расположена параллельно оси горелки.

Для сжигания газов при помощи предложенной горелки, предложен способ, заключающийся в подаче потока газа на выходной рассекатель через корпус горелки, при этом, согласно изобретению, в кольцевом зазоре, предпочтительно, между выходной частью рассекателя и выходной конической частью корпуса, устанавливают дополнительные рассекатели, которые выполняют, преимущественно, в виде кронштейнов V-образного профиля, обращенных вершиной к входной части корпуса, при этом поток газа, поступающего на рассекатель через зазор между упомянутым рассекателем и коническим расширением корпуса, дополнительно закручивают, направляя его на упомянутые дополнительные рассекатели, которые выполняют в виде V-образных профилей и располагают тангенциально по отношению к выходному рассекателю.

Такая совокупность признаков позволяет получить новые свойства, заключающиеся в том, что, благодаря установке дополнительных V-образных рассекателей тангенциально по отношению к полому профилированному центральному телу, при этом одну из полок каждого V-образного профиля располагают параллельно оси горелки, происходит закрутка потока, что приводит к увеличению степени турбулентности потока, что в свою очередь приводит к интенсификации подачи воздуха в зону горения при организации диффузионного факела. Кроме того, благодаря вращению факела достигается устойчивость горения при ветровом воздействии и происходит снижение тепловых нагрузок на элементы факела.

При использовании традиционных конструкций сжигание тяжелых углеводородов сопровождается дымообразованием за счет неполного сгорания, что, в свою очередь, является следствием малого содержания первичного воздуха перед фронтом пламени и малой поверхности контакта горючего газа с воздухом. Предлагаемая конструкция факельного оголовка, за счет принципа многоструйности, обеспечивает гораздо большую поверхность контакта и лучшее смешение с воздухом перед фронтом горения.

Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения, благодаря наличию новых признаков, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в улучшении условий смесеобразования, значительном снижении уровня шума, возникающего при работе горелки и уменьшении длины факела, получении повышенной полноты сгорания газовоздушной смеси за счет улучшения условий смесеобразования и возможности унификации горелок.

Указанные существенные признаки в совокупности, характеризующей сущность заявляемого технического решения, не известны в настоящее время для горелок и устройств для сжигания топлива. Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам заявляемого изобретения, в ходе исследований не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «Новизна».

Существенные признаки заявляемого изобретения не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».

В связи с тем, что представленное техническое решение предназначено для использования в рамках реальной системы дожигания газов и подготовлено заявителем для внедрения в производство, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».

Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 показан продольный разрез предложенной факельной горелки, на фиг. 2 показан вид сверху предложенной факельной горелки, на фиг. 3 - поперечный разрез профилированного рассекателя, на фиг. 4 - распределение температур для оголовка при расположении дополнительных рассекателей радиально по отношению к профилированному рассекателю, на фиг. 5 - распределение температур для оголовка при расположении дополнительных рассекателей тангенциально по отношению к профилированному рассекателю.

В таблице приведены результаты анализа методами численного моделирования для варианта расположения дополнительных рассекателей радиально по отношению к профилированному рассекателю и для варианта расположения дополнительных рассекателей тангенциально по отношению к профилированному рассекателю.

Факельная горелка содержит полый корпус 1 в виде трубы, в верхней части которой установлен выходной рассекатель 2, размещенный с кольцевым зазором относительно верхнего торца корпуса. Полый корпус 1 выполнен с коническим расширением в его выходной части. Выходной рассекатель 2 выполнен в виде конуса, обращенного вершиной к входной части корпуса 1 горелки. В зазоре 3, между выходной частью рассекателя 2 и выходной конической частью корпуса 1, установлены дополнительные рассекатели 4, выполненные, преимущественно, в виде кронштейнов V-образного профиля, обращенных вершиной к входной части корпуса 1.

Внутри корпуса 1, во входной его части, установлено, как минимум, два входных полых профилированных сопла 5 и 6, которые имеют минимальное проходное сечение, расположенное в их выходной части.

Предложенная факельная горелка работает следующим образом.

Поток газа подается на вход в полый корпус 1 горелки и далее поток горючего газа поступает на профилированные центральные сопла 5, 6. Скорость в сечении сопла 5 достаточна для гарантированной защиты от проскока пламени внутрь трубопровода. Профилированные сопла 5, 6 формируют профиль течения горючего газа таким образом, что газ, проходя через них, постоянно расширяется, при этом давление газа падает, а скорость возрастает. Затем поток горючего газа попадает в зазор 3, образованный рассекателем 2, дополнительными рассекателями 4, и корпусом 1, который окончательно формирует форму и скоростные характеристики потока газа на выходе из факельной горелки, одновременно закручивая поток газа.

Значение площади зазора 3 и угла закрутки лопаток дополнительных рассекателей 4 зависит от давления на входе в факельную горелку, требуемой пропускной способности и термодинамических характеристик сжигаемого газа.

Конструкция предложенной факельной горелки, за счет расположения полок дополнительных рассекателей 4 таким образом, что поток горючего газа на выходе из горелки дополнительно закручивается, позволяет получить следующие преимущества:

- увеличивается степень турбулентности потока, что в свою очередь приводит к интенсификации подачи воздуха в зону горения при организации диффузионного факела,

- благодаря вращению факела достигается устойчивость горения при ветровом воздействии и снижение тепловых нагрузок на элементы факела.

Проведенные авторами и заявителем испытания полноразмерной факельной горелки полностью подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.

Пример конкретного выполнения.

Результаты анализа методами численного моделирования

Параметр Значение для решения, принятого в качестве прототипа Значение для предложенного решения
Средняя концентрация сажи на расстоянии 1000 мм от среза факела, г/м3 0,0213836 0,00115014
Массовая концентрация кислорода в факеле на расстоянии 1000 мм от среза факела, кг/кг 0,129701 0,135532

Температурные нагрузки на оголовок снижены на 23%.

Использование предложенного технического решения позволит более эффективно организовать процесс подготовки смеси перед сгоранием за счет увеличения степени турбулентности потока, интенсифицировать подачу воздуха в зону горения при организации диффузионного факела, повысить устойчивость горения при ветровом воздействии с одновременным снижением тепловых нагрузок на элементы факела.

1. Факельная горелка, содержащая полый корпус в виде трубы, снабженной в выходной части рассекателем, размещенным с кольцевым зазором относительно верхнего торца корпуса, причем внутри трубы установлено, как минимум, два полых профилированных центральных тела, выполненных в виде профилированных сопел, при этом каждое сопло имеет минимальное проходное сечение, расположенное в его выходной части, при этом полый корпус выполнен с коническим расширением в его выходной части, а выходной рассекатель выполнен в виде конуса, обращенного вершиной к входной части корпуса горелки, при этом в кольцевом зазоре, предпочтительно, между выходной частью рассекателя и выходной конической частью корпуса, установлены дополнительные рассекатели, выполненные, преимущественно, в виде кронштейнов V-образного профиля, обращенных вершиной к входной части корпуса, отличающаяся тем, что указанные дополнительные рассекатели установлены тангенциально по отношению к полому профилированному центральному телу, при этом одна из полок каждого V-образного профиля расположена параллельно оси горелки.

2. Способ сжигания газов при помощи факельной горелки по п. 1, содержащей полый корпус в виде трубы, снабженной в выходной части рассекателем, размещенным с кольцевым зазором относительно верхнего торца корпуса, причем внутри трубы устанавливают, как минимум, два полых профилированных центральных тела, которые выполняют в виде профилированных сопел, при этом каждое сопло имеет минимальное проходное сечение, расположенное в его выходной части, при этом полый корпус выполняют с коническим расширением в его выходной части, а выходной рассекатель выполняют в виде конуса, обращенного вершиной к входной части корпуса горелки, заключающийся в подаче потока газа на выходной рассекатель через корпус горелки, отличающийся тем, что в кольцевом зазоре, предпочтительно, между выходной частью рассекателя и выходной конической частью корпуса, устанавливают дополнительные рассекатели, которые выполняют, преимущественно, в виде кронштейнов V-образного профиля, обращенных вершиной к входной части корпуса, при этом поток газа, поступающего на выходной рассекатель через зазор между упомянутым рассекателем и коническим расширением корпуса, дополнительно закручивают, направляя его на упомянутые дополнительные рассекатели, которые выполняют в виде V-образных профилей и располагают тангенциально по отношению к выходному рассекателю.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в технологиях автономного отопления и горячего водоснабжения индивидуальных домов, промышленных зданий и сооружений.

Предложенное изобретение относится к устройствам для сжигания газового топлива на внутренней поверхности обмуровки печи, ее разогрев и передачу лучистой энергии к продуктовому змеевику и может найти применение, в частности, в высокотемпературных трубчатых печах.

Изобретение относится к производству ацетилена. Горелка для получения ацетилена методом термоокислительного пиролиза метана содержит блочное газораспределительное устройство с каналами для подачи газовой смеси и каналами для подачи стабилизирующего кислорода, соединенными с коллектором подачи стабилизирующего кислорода, газораспределительное устройство выполнено в виде совокупно направляющего газораспределительного моноблока с цельно выфрезированными в нем каналами для подачи газовой смеси, стабилизирующего кислорода и коллектора подачи стабилизирующего кислорода; входы в газовые каналы выполнены плавно сужающимися.

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено в газовой промышленности для создания способов сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения.

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено в газовой промышленности для сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения.

Изобретение относится к устройству факельных установок закрытых и может быть использовано в нефтегазовой, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности для полного термического обезвреживания горючих углеводородных газов (до углекислого газа CO2 и воды H2 O) при их сбросе в атмосферу.

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено в газовой промышленности для сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения.

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено в газовой промышленности для создания способов сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения.

Изобретение относится к теплотехнике и может быть использовано для сжигания газообразного топлива в системах отопления сушильных, подогревательных, термических, плавильных печей, паровых и водогрейных котлов и других тепловых агрегатов.

Изобретение относится к области теплотехники и может быть использовано в реакторах-теплообменниках. .

Предлагаемое техническое решение относится к газогорелочным устройствам и может применяться для сжигания топлива любой степени насыщенности. Универсальная факельная установка содержит выполненные цилиндрическими и расположенные соосно основание, оголовок с множеством боковых форсуночных отверстий на его боковой поверхности и кожух, расположенный со сквозным радиальным зазором вокруг оголовка. При этом оголовок и основание выполнены в виде единой детали трубопровода. Внутренний диаметр оголовка больше внутреннего диаметра основания, а в верхней части основания установлен первый рассекатель с его форсуночными отверстиями для разделения потока топлива на струи. Второй рассекатель установлен подвижно вдоль оси трубопровода, выполнен в виде диска с хотя бы четырьмя форсуночными отверстиями, одно из которых расположено в центре диска и является выходом газоуравнительной трубки, устанавленной внутрь оголовка с образованием в нем кольцевого торцевого отверстия, и образует с торцом оголовка узкую торцевую щель, почти закрывая торцевое отверстие оголовка при низком давлении топлива в трубопроводе, размер которой увеличивается за счет поднятия рассекателя над торцом оголовка при возрастании давления в оголовке. Изобретение позволяет повысить качество сжигания газа любого состава, экономить топливо высокого качества. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к оголовкам факельной установки для сжигания аварийных выбросов газа и может быть использовано в нефтегазодобывающей и других отраслях промышленности, связанных с аварийным сжиганием газа. При изготовлении факельного оголовка при сборке фланца с трубой обеспечивают перпендикулярность посадочной поверхности фланца и оси трубы приваркой фланца к трубе и механической обработкой посадочной поверхности фланца в сборе с трубой, конусность и соответствие конусной и цилиндрической детали производят формованием конусной детали конусным прижимом по конусной поверхности в условиях сборки и/или фиксированием цилиндрической детали от проявления эллипсности. При этом остальные детали соединяют сваркой и с помощью резьбовых соединений. Изобретение обеспечивает устойчивость работы факельного оголовка. 4 ил.

Изобретение относится к устройству факельных установок и может быть использовано в нефтегазовой, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности для полного сжигания сбросов факельных горючих газов. Оголовок бездымной факельной установки снабжен дополнительной обечайкой вокруг или/и внутри оголовка, в пространство между которыми принудительно подают воздух с его выходом сверху для ограждения оголовка от наложения ветром пламени горящих газов на оголовок, и для охлаждения их теплонапряженных поверхностей, и для обеспечения бездымного сжигания сбросов газов, при этом воздух подают от вентиляторов снаружи факельных стволов факельных установок или подают сжатый воздух со стороны или от воздуходувок. Изобретение позволяет обеспечить длительное сжигание всех видов сбросных газов, повысить сроки эксплуатации между ремонтами. 6 ил.

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может найти применение при сжигании попутных нефтяных газов. Труба факельная включает опору, корпус и штуцер ввода газа. Опора выполнена конической. На стыке опоры и корпуса размещено эллиптическое днище, снабженное в нижней части трубкой с вентилем. Снаружи корпус и опора снабжены подогревателем в виде змеевика с началом змеевика, расположенным ниже эллиптического днища, и концом змеевика, расположенным выше штуцера ввода газа. Технический результат - выведение оседающих примесей и конденсата из факельной трубы. 1 ил.

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для сжигания сбросных газов с целью их утилизации. Факельный оголовок содержит газоподводящий патрубок, установленный на входе в смеситель, представляющий собой полую обечайку с профилированным входом и выходом, при этом на смесителе закреплены два кольцевых коллектора, расположенных на одной оси и соединенных между собой с помощью пневматических форсунок, расположенных равномерно по окружности, причем один коллектор соединен с системой подачи сбросного газа, а другой коллектор соединен с системой подачи воды, в варианте исполнения пневматические форсунки расположены под углом к оси смесителя. Изобретение позволяет повысить полноту сжигания сбросных газов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх