Способ бездымного сжигания газа в факельных установках без подачи пара и устройство для его осуществления
Изобретение относится к способу сжигания газов и устройству оголовков факельных установок. Способ бездымного сжигания газов в факельной трубе заключается в том, что поток газа, подаваемый для сжигания, разделяют на ряд основных струй, направляемых под углом к оси факела. Поток сжигаемого газа разделяют на ряд основных круглых струй с диаметром, превышающим 5 мм, направленных по касательным к цилиндрической поверхности, соосной с факельной трубой, под углом 25-80° к оси факельной трубы, от каждой из основных струй отделяют ряд дополнительных струй под углом 0-50° к оси факельной трубы, при этом эжектируемый поток воздуха закручивают струями сжигаемого газа и полками уголковых стабилизаторов-завихрителей, расположенными вдоль основных струй газа, стабилизацию горения осуществляют струями газа, косыми срезами основных сопел и уголковыми стабилизаторами-завихрителями. Устройство для бездымного сжигания газов в факельной трубе содержит горелку в виде заглушенной факельной трубы с рядом отверстий, в которые вварены выходные основные сопла, расположенные тангенциально к факельной трубе и направленные под углом к оси факельной трубы. Основные сопла выполнены в виде круглых патрубков с косыми срезами, составляющими с осью патрубков угол 10-30° и с осью факельной трубы угол 40-90°, ряд дополнительных сопел выполнен по образующей патрубков перпендикулярно к их осям, диаметры основных и дополнительных сопел превышают 5 мм, основные сопла расположены в плоскостях, касательных к цилиндрической поверхности, соосной с факельной трубой, и направлены под углом 25-80 к оси факельной трубы, дополнительные сопла направлены в сторону от оси факельной трубы под углом 0-50° к ней, вдоль основных сопел приварены уголковые стабилизаторы-завихрители с разной длиной полок, малые полки уголковых стабилизаторов-завихрителей параллельны диаметральным плоскостям факельной трубы, большие полки направлены к оси факельной трубы. Изобретение позволяет осуществить бездымное сжигание газа, повысить надежность стабилизации горения. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.
Изобретение относится к способу сжигания газов и устройству оголовков факельных установок и может быть использовано в отраслях промышленности, связанных с постоянным, периодическим и аварийным сжиганием газа, например, в нефтехимической и нефтеперерабатывающей.
Известен способ сжигания газа и устройство его реализующее (фирма NAO, США. бюллетень 38 В-1. Выставка: 
Нефть и газ-99. - М.), в котором около 30% газа, выходящего из оголовка, закручивается специальными лопатками, установленными на периферии на выходе из оголовка. Закручивание потока поддерживает пламя в вертикальном положении при любых ветровых условиях, а лопатки выполняют роль стабилизатора пламени, надежно работающего при скоростях сжигаемого газа, соответствующих значениям числа Маха М 
0,8. Для дымоподавления в данном способе используется ввод пара в центр оголовка и по его периферии.
Недостатком аналога является необходимость ввода пара для дымоподавления. Этот недостаток приводит к большим экономическим потерям: годовые затраты на пар могут в несколько раз превышать первоначальную стоимость факельной установки. Кроме того, увеличиваются затраты на эксплуатацию факельной установки. Недостатком является также повышение шума факела при использовании пара для бездымной работы.
Наиболее близким по технической сущности и совокупности признаков является способ бездымного сжигания газа и устройство его реализующее, в котором поток сжигаемого газа разбивается на ряд длинных и тонких плоских струй, хорошо смешивающихся с воздухом, что обеспечивает бездымное сжигание газа. Устройство для реализации этого способа представляет собой трубу, заглушенную сверху с продольными прорезями в верхней части. На каждой прорези к трубе приварены щелевые выходные сопла шириной 5,1 мм, расположенные тангенциально к трубе, причем окружность касания сопел меньше внутреннего диаметра трубы (патент США № 4038024, МКИ F 23 С 11/00, 1977).
Особенностью устройства является изменение направления выходных головок от вертикали примерно на 45°. Недостатками прототипа являются - возможность закупоривания узких щелевых сопел; - конструктивная сложность; - свертывание плоских струй в круглые при малых давлениях сжигаемого газа, что приводит к дымлению.
Техническим результатом изобретения является бездымное сжигание газа без подачи пара во всем диапазоне расходов газа за счет лучшего смешения сжигаемого газа с эжектируемым (подсасываемым) атмосферным воздухом, повышение надежности стабилизации горения и упрощение устройства для осуществления способа.
Технический результат достигается за счет способа бездымного сжигания газов в факельной трубе, заключающийся в том, что поток газа, подаваемый для сжигания, разделяют на ряд основных струй, направляемых под углом к оси факела. Согласно изобретению, поток сжигаемого газа разделяют на ряд основных круглых струй с диаметром, превышающим 5 мм, направленных по касательным к цилиндрической поверхности, соосной с факельной трубой, под углом 25-80° к оси факельной трубы, от каждой из основных струй отделяют ряд дополнительных струй под углом 0-50° к оси факельной трубы, при этом эжектируемый поток воздуха закручивают струями сжигаемого газа и полками уголковых стабилизаторов-завихрителей, расположенными вдоль основных струй газа, стабилизацию горения осуществляют струями газа, косыми срезами основных сопел и уголковыми стабилизаторами-завихрителями.
Технический результат достигается также за счет устройства для бездымного сжигания газов в факельной трубе, содержащего горелку в виде заглушенной факельной трубы с рядом отверстий, в которые вварены выходные основные сопла, расположенные тангенциально к факельной трубе и направленные под углом к оси факельной трубы. Согласно изобретению, основные сопла выполнены в виде круглых патрубков с косыми срезами, составляющими с осью патрубков угол 10-30° и с осью факельной трубы угол 40-90°, ряд дополнительных сопел выполнен по образующей патрубков перпендикулярно к их осям, диаметры основных и дополнительных сопел превышают 5 мм, основные сопла расположены в плоскостях, касательных к цилиндрической поверхности, соосной с факельной трубой, и направлены под углом 25-80° к оси факельной трубы, дополнительные сопла направлены в сторону от оси факельной трубы под углом 0-50° к ней, вдоль основных сопел приварены уголковые стабилизаторы-завихрители с разной длиной полок, малые полки уголковых стабилизаторов-завихрителей параллельны диаметральным плоскостям факельной трубы, большие полки направлены к оси факельной трубы.
При средних и больших расходах газа основные струи хорошо перемешиваются с эжектируемым воздухом и образуют газовоздушный закрученный поток, обеспечивающий бездымное и устойчивое горение за счет зон обратных токов как за отдельными струями, так и общей мощной зоны обратных токов. Для обеспечения бездымного сжигания газа и при малых расходах, когда основные струи являются вялыми, от каждой из основных струй отделяют ряд дополнительных круглых струй газа под углом до 50° к оси факельной трубы, что приводит к многократному увеличению поверхностей смешения и улучшению сгорания во всем диапазоне расходов газа. Повышение стабилизации горения во всем диапазоне расходов и дополнительная турбулизация смешиваемых струй газа с воздухом достигается с помощью уголковых стабилизаторов-завихрителей, устанавливаемых вдоль основных струй, и косых срезов основных сопел, из которых истекают основные струи. Основные и дополнительные струи газа и уголковые стабилизаторы-завихрители создают общий закрученный поток газовоздушной смеси, что обеспечивает поддержание пламени в вертикальном положении при любых ветровых условиях.
На фиг.1 представлен продольный разрез устройства для осуществления способа: на фиг.2 - вид А на фиг.1; на фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - сечение В-В на фиг.1.
Устройство состоит из факельной трубы 1, заглушенной сверху днищем 2. В днище 2 выполнен ряд отверстий 3, в которые вварены выходные основные сопла 4, расположенные тангенциально к факельной трубе 1 в плоскостях, касательных к цилиндрической поверхности 5, соосной с факельной трубой 1. Основные сопла 4 имеют косые срезы 6, составляющие с их осями угол 10-30° и осью 7 факельной трубы 1 угол 40-90°. По образующей выходных основных сопел 4 выполнены дополнительные сопла 8, направленные в сторону оси 7 факельной трубы 1 под углом до 50°. Вдоль основных сопел 4 приварены уголковые стабилизаторы-завихрители 9. Малые полки 10 стабилизаторов-завихрителей 9 параллельны диаметральным плоскостям факельной трубы 1, а большие 11 направлены к оси факельной трубы 1.
Устройство работает следующим образом.
При малых расходах газ вытекает отдельными слабыми струями через дополнительные сопла 8, расположенные у оснований основных сопел 4, и сгорает в атмосферном воздухе. Продукты сгорания, имея высокую температуру и малую плотность по сравнению с атмосферным воздухом, под действием подъемной (Архимедовой) силы устремляются вверх и эжектируют атмосферный воздух. Воздух, обтекая уголковые завихрители-стабилизаторы 9, закручивается относительно оси 7 факельной трубы 1. Закрученный поток воздуха и продуктов сгорания обладает повышенной устойчивостью против ветра. Обратные токи за завихрителями-стабилизаторами 9 обеспечивают устойчивую стабилизацию пламени, а повышенная турбулентность и, как следствие, хорошее перемешивание струй газа с воздухом приводят к высокой полноте и бездымности сгорания газа. По мере увеличения давления и расхода газ вытекает по-прежнему отдельными струями через все большее число дополнительных сопел 8, расположенных все дальше от основания основных сопел 4. Из-за роста числа струй газа увеличивается суммарная поверхность смешения с воздухом, что обеспечивает полноту и бездымность сгорания. При еще больших расходах газ начинает истекать из косых срезов 6 основных сопел 4, при этом косые срезы 6, имея указанное на фиг.1, 2, 4 расположение, работают как стабилизаторы горения, т.к. за ними после истекающих струй газа также образуются зоны обратных токов, заполненные продуктами сгорания. При больших (аварийных) сбросах газа струи газа выходят далеко за пределы косых срезов 6 и уже сами становятся стабилизаторами горения. Стабилизация горения обеспечивается как зонами обратных токов за отдельными струями горящего газа, так и общей зоной обратных токов, расположенной в приосевой области факельной трубы 1. Поперечный размер общего закрученного факела пламени увеличивается при увеличении расхода газа. При этом увеличивается и расход эжектируемого в зону горения атмосферного воздуха, что приводит к сохранению высокой полноты сгорания и бездымности горения на всех расходах.
Указанные эффекты высокой полноты сгорания, бездымности, устойчивости пламени против ветра и отсутствие срывов пламени в диапазоне расхода газа от значений, близких к нулю, до максимальных при плавном и мгновенном (залповом) увеличении расхода подтверждены экспериментально на факельной трубе, имеющей 24 основных сопла диаметром 6 мм. Максимальный расход газа в эксперименте составлял 610 м3/ч. Эксперименты проведены на газах: этан, этилен, пропилен.
Формула изобретения
1. Способ бездымного сжигания газов в факельной трубе, заключающийся в том, что поток газа, подаваемый для сжигания, разделяют на ряд основных струй, направляемых под углом к оси факела, отличающийся тем, что поток сжигаемого газа разделяют на ряд основных круглых струй с диаметром, превышающим 5 мм, направленных по касательным к цилиндрической поверхности, соосной с факельной трубой, под углом 25-80° к оси факельной трубы, от каждой из основных струй отделяют ряд дополнительных струй под углом 0-50° к оси факельной трубы, при этом эжектируемый поток воздуха закручивают струями сжигаемого газа и полками уголковых стабилизаторов-завихрителей, расположенными вдоль основных струй газа, стабилизацию горения осуществляют струями газа, косыми срезами основных сопел и уголковыми стабилизаторами-завихрителями.
2. Устройство для бездымного сжигания газов в факельной трубе, содержащее горелку в виде заглушенной факельной трубы с рядом отверстий, в которые вварены выходные основные сопла, расположенные тангенциально к факельной трубе и направленные под углом к оси факельной трубы, отличающееся тем, что основные сопла выполнены в виде круглых патрубков с косыми срезами, составляющими с осью патрубков угол 10-30° и с осью факельной трубы угол 40-90°, ряд дополнительных сопел выполнен по образующей патрубков перпендикулярно к их осям, диаметры основных и дополнительных сопел превышают 5 мм, основные сопла расположены в плоскостях, касательных к цилиндрической поверхности, соосной с факельной трубой, и направлены под углом 25-80° к оси факельной трубы, дополнительные сопла направлены в сторону от оси факельной трубы под углом 0-50° к ней, вдоль основных сопел приварены уголковые стабилизаторы-завихрители с разной длиной полок, малые полки уголковых стабилизаторов-завихрителей параллельны диаметральным плоскостям факельной трубы, большие полки направлены к оси факельной трубы.
РИСУНКИ
