Блок горелки для сжигания низкокалорийных газов

Изобретение относится к области энергетики. Блок горелки (100) для сжигания низкокалорийных газов, протекающих через первую цилиндрическую трубу, содержит трубу (102) горелки, расположенную вдоль по оси (104) трубы горелки, причем труба (102) горелки содержит расширительную трубу (112), соединенную с первой трубой, причем площадь поперечного сечения расширительной трубы, проходящая по существу перпендикулярно оси (104) трубы горелки, больше площади поперечного сечения первой трубы; распределительный узел (120), расположенный внутри нижней по потоку части расширительной трубы (112), распределительный узел (120) имеет верхний по потоку конец (122), обращенный к верхней по потоку части расширительной трубы (112) и нижний по потоку конец (124) распределительного узла, причем распределительный узел (120) определяет максимальную площадь поперечного сечения распределительного узла, проходящую по существу перпендикулярно к оси (104) трубы горелки, причем максимальная площадь поперечного сечения распределительного узла составляет приблизительно от 30% до 50% площади поперечного сечения расширительной трубы; множество направляющих лопаток (130), соединяющих расширительную трубу (112) и распределительный узел (120), каждая из множества направляющих лопаток (130) содержит верхнюю по потоку поверхность (132), обращенную к верхней по потоку части расширительной трубы (112), и ориентированную под углом направляющей лопатки, который составляет приблизительно от 20 до 45 градусов, относительно оси (104) трубы горелки; и дефлектор (140) соединенный с распределительным узлом (120), причем внешняя поверхность дефлектора (146) имеет по существу форму усеченного конуса, проходящую радиально наружу от оси (104) трубы горелки и в осевом направлении ниже по потоку от нижнего по потоку конца (124) распределительного узла, внешняя поверхность (146) дефлектора ориентирована под углом, который составляет приблизительно от 20 до 45 градусов, относительно оси (104) трубы горелки. Технический результат – эффективное сжигание низкокалорийного газа при различных давлениях, повышение стабильности горения, уменьшение вероятности затухания пламени. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Углеводороды широко используются в качестве основного источника энергии. Кроме того, они оказывают существенное влияние на мировую экономику. Вследствие этого открытие и эффективная разработка ресурсов углеводородов становятся все более важной задачей. По мере истощения относительно доступных месторождений углеводородов разведка и добыча углеводородов расширилась на новые регионы, в которых возможны более сложные условия разработки и/или возможно возникновение новых технологических проблем. В ходе типовых операций выполняется бурение скважины в грунте, как на суше, так и под водой, в целях достижения месторождения, содержащего углеводороды. Такие углеводороды, как правило, находятся в виде нефти, газа или их смеси. Через скважину они выводятся на поверхность.

[0002] Часто для оценки потенциальной производственного ресурса месторождения выполняется испытание скважины. При испытании скважины выполняется бурение оценочной скважины для получения потока флюида из исследуемого месторождения. Во время испытания производительности месторождения по времени контролируются такие ключевые параметры, как давление флюида и скорость течения флюида. Приемлемость таких параметров может быть определена в ходе различного типа испытаний скважины, таких как принудительный перепад давления, гидропрослушивание и других испытаний, известных специалистам в данной области. Данные, полученные в ходе испытаний скважины, могут быть использованы для оценки экономической целесообразности скважины. Выполнение операций испытания может потребовать существенных расходов, сумма которых может превышать стоимость бурения испытательной скважины. Соответственно, операции испытаний должны быть выполнены наиболее экономичным и эффективным способом.

[0003] Единой стандартной процедурой в ходе операций испытания скважин является сжигание в факеле потока газа, притекающего к скважине. Известно множество типов горелок и факелов, которые позволяют эффективно сжигать газовые потоки со сравнительно высокой калорийностью газа (например, со сравнительно высоким процентным содержанием метана) без значительного образования дыма или продуктов распада. Это связано с тем, что при высокой калорийности струя газа при высокой скорости может тщательно смешиваться с минимальным риском задувания пламени.

[0004] При этом значительно более сложной задачей является чистое сжигание газовых потоков низкой калорийности, известных также как "хвостовые газы". Потоки хвостовых газов могут иметь относительно высокое содержание инертных газов, таких как азот, которые разбавляют содержание горючих веществ в газе, в связи с чем возрастает риск задувания пламени. Другие инертные газы, такие как диоксид углерода, не просто разбавляют газ, но также могут активно подавлять пламя при концентрациях выше 35% в содержании газового потока. Даже при концентрациях менее 35% подавляющие пламя инертные газы, такие как диоксид углерода, могут существенно повысить риск задувания пламени.

[0005] Для сжигания газов с низкой калорийностью были предложены различные варианты конструкций факела. В целом, предложенные горелки требуют сложных путей газовых потоков, которые подвержены засорению, имеют сложную конструкцию, что затрудняет изготовление и обслуживание, и/или не подходят для сжигания горючих отходов в ходе операций испытания скважины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0006] В соответствии с определенными аспектами описания блок горелки предусмотрен для сжигания низкокалорийных газов. Блок горелки может содержать трубу горелки, расположенную вдоль оси трубы горелки с впускной трубой, плоскость поперечного сечения которой практически перпендикулярна оси трубы горелки, промежуточную трубу, соединенную с впускной трубой, при этом площадь поперечного сечения промежуточной трубы практически перпендикулярна оси трубы горелки и превышает площади поперечного сечения впускной трубы с площадью поперечного сечения расширительной трубы, практически перпендикулярной оси трубы горелки, которая больше площади поперечного сечения промежуточной трубы. Распределительный узел может быть расположен в нижней по потоку части расширительной трубы и имеет верхний по потоку конец распределительного узла, обращенный к промежуточной трубе и нижнему по потоку концу распределительного узла. Множество направляющих лопаток могут соединять расширительную трубу и распределительный узел, а дефлектор может быть соединен с расширительным узлом. Внешняя поверхность дефлектора может иметь форму, близкую к форме усеченного конуса, проходящей по радиусу наружу от оси трубы горелки и в осевом направлении ниже по потоку от нижнего по потоку конца распределительного узла, причем внешняя поверхность дефлектора сориентирована на угол поверхности дефлектора относительно оси трубы горелки.

[0007] В соответствии с дополнительными аспектами изобретения способ сжигания низкокалорийного газа может включать направление потока низкокалорийного газа по трубе горелки, расположенной вдоль оси трубы горелки, а труба горелки содержит впускную трубу со сравнительно малой площадью поперечного сечения, промежуточную трубу со средней площадью поперечного сечения и расширительную трубу со сравнительно большой площадью поперечного сечения, при том, что низкокалорийный газ проходит через впускную трубу, промежуточную трубу и расширительную трубу. Центральная часть сравнительно большой площади поперечного сечения расширительной трубы может быть заблокирована распределительным узлом, расположенным ниже по потоку от расширительной трубы для создания периметрового газового потока вдоль расширительной трубы. Периметровый газовый поток может вращаться вокруг оси трубы горелки для создания на выходе из расширительной трубы закрученного потока газа. Поток рециркуляции может образовываться ниже по потоку от расширительной трубы путем направления закрученного потока газа в направлении по радиусу наружу вдоль внешней поверхности дефлектора, при этом внешняя поверхность дефлектора имеет форму, близкую к усеченному конусу.

[0008] Сущность изобретения приведена для описания вариантов концепций, более подробное описание которых приведено ниже в подробном описании сущности изобретения. Приведенная сущность изобретения не определяет ключевые признаки или основные признаки заявленного предмета, также как и не предназначена для использования в качестве вспомогательного средства, ограничивающего объем заявленного предмета изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0009] Описание вариантов реализации изобретения блоков горелки и способов сжигания на факеле, подходящих для сжигания потоков газа низкокалорийного содержания, приведено со ссылкой на следующие фигуры. Одни и те же значения использованы на всех фигурах для обозначения аналогичных свойств и компонентов.

[0010] ФИГ. 1 иллюстрирует вид в перспективе блока горелки для низкокалорийного газа, выполненной в соответствии с настоящим изобретением.

[0011] ФИГ. 2 иллюстрирует вертикальную боковую проекцию в поперечном сечении блока горелки по ФИГ. 1, которая работает с потоком газа с низкой поверхностной скоростью.

[0012] ФИГ. 3 иллюстрирует вертикальную боковую проекцию в поперечном сечении блока горелки по ФИГ. 1, которая работает с потоком газа со средней поверхностной скоростью.

[0013] ФИГ. 4 иллюстрирует вертикальную боковую проекцию в поперечном сечении блока горелки по ФИГ. 1, которая работает с потоком газа с высокой поверхностной скоростью.

[0014] Следует понимать, что на чертежах необязательно соблюдение масштаба, а также что описанные варианты реализации изобретения иногда показаны схематично и с частичным изображением. В некоторых случаях подробности, которые не являются необходимыми для понимания описанных способов и устройств либо которые осуществляются другими элементами, которые сложно показать, могут быть опущены. Безусловно, следует понимать, что данное описание изобретения не ограничивается конкретными вариантами реализации изобретения, проиллюстрированными в данном документе.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0015] Учитывая, что описанные выше признаки и преимущества данного изобретения можно рассмотреть в подробностях, можно привести более полное описание изобретения, кратко описанного выше, согласно вариантам его реализации, которые показаны в прилагаемых графических материалах. Однако следует отметить, что на графических материалах проиллюстрированы только типичные варианты реализации данного изобретения, в связи с чем их не следует рассматривать как ограничивающие его объем, поскольку изобретение может допускать другие, в равной степени эффективные варианты реализации.

[0016] В данном описании изобретения приведено описание блоков и способов для горелок, используемых с потоками низкокалорийного газа, такими, как стоки и отходы с питающей линии, которые образуются в ходе операций испытания скважины. Обобщенным понятием, используемым для описания таких стоков и отходов, часто является поток газа для сжигания. В общем случае блоки и способы адаптированы для замедления поверхностной скорости газового потока, поступающего из питающей линии, для предупреждения задувания пламени, а также для создания крупной зоны рециркуляции ниже по потоку от горелки для обеспечения стабильности пламени.

[0017] ФИГ. 1 иллюстрирует блок горелки 100, адаптированный для сжигания потока газа с низкой калорийностью, при широком диапазоне поверхностных скоростей газа. Поток газа может поступать на горелку от любого источника, такого как питательная линия испытательной скважины (не показано). Поток газа содержит горючий компонент, такой как метан, также как и один и более инертных газов, таких как азот, водяной пар и/или диоксид углерода.

[0018] Блок 100 горелки содержит трубу 102 горелки, расположенную вдоль оси 104 трубы горелки, и имеет множество ступеней. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения труба 102 горелки имеет три ступени; однако в других вариантах реализации изобретения труба горелки может иметь другое количество ступеней. В частности, труба 102 горелки может содержать впускную трубу 105, промежуточную трубу 106, при этом конец 108 промежуточной трубы, расположенный выше по потоку, соединен с впускной трубой 105 и концом 110 промежуточной трубы, расположенным ниже по потоку, а расширительная труба 112 соединена с концом 110 промежуточной трубы, расположенным ниже по потоку. Ступени трубы 102 горелки имеют соответствующие размеры для того, чтобы поток газа постепенно переходил в участки с большей площадью внутри трубы 102 горелки. Соответственно, впускная труба 105 может иметь сравнительно малую площадь поперечного сечения впускной трубы, промежуточная труба 106 может иметь площадь поперечного сечения, которая превышает площадь поперечного сечения впускной трубы, а расширительная труба 112 может иметь площадь поперечного сечения, которая превышает площадь поперечного сечения промежуточной трубы.

[0019] В проиллюстрированном варианте реализации изобретения впускная труба 105, промежуточная труба 106 и расширительная труба 112 показаны как имеющие в целом цилиндрическую форму. Соответственно, относительные размеры площадей поперечных сечений участков труб могут быть определены на основании их соответствующих диаметров. Например, впускная труба 105 может иметь диаметр D1, промежуточная труба 106 может иметь диаметр D2, а расширительная труба 112 может иметь диаметр D3. Кроме того, как проиллюстрировано на ФИГ. 2, диаметр D2 промежуточной трубы больше диаметра D1 впускной трубы, а диаметр D3 расширительной трубы больше диаметра D2 промежуточной трубы. Однако следует иметь в виду, что входная, промежуточная и расширительная трубы 105, 106 и 112 могут быть выполнены в нецилиндрической форме.

[0020] Расширительная труба 112 может содержать конец 114 расширительной трубы, расположенный выше по потоку, соединенный с и имеющий связь по текучей среде с промежуточной трубой 106, а конец расширительной трубы, расположенный ниже по потоку 116, открыт в атмосферу, а следовательно, является выходным отверстием трубы горелки 118. Распределительный узел 120 может быть расположен в нижней по потоку части 120 трубы горелки, смежно с нижним по потоку концом 116 расширительной трубы. В проиллюстрированном варианте реализации изобретения распределительный узел 120 является концентрическим и имеет общую форму профиля, практически симметричную относительно оси 104 трубы горелки. Распределительный узел 120 может содержать расположенный выше по потоку конец распределительного узла 122, как правило, обращенный к промежуточной трубе 106, расположенный ниже по потоку конец распределительного узла 124, напротив конца, расположенного выше по потоку, и боковую стенку распределительного узла 126, соединяющую верхний по потоку и нижний по потоку концы 122 и 124. Верхний по потоку конец распределительного узла 122 может иметь коническую форму, образующую вершину 128, и быть расположенным практически вдоль оси 104 трубы горелки. Боковая стенка распределительного узла 126 может иметь цилиндрическую форму и диаметр D4, определяющий максимальную площадь поперечного сечения распределительного узла, которая практически перпендикулярна оси 104 трубы горелки. Для создания периметрового газового потока (потока газа по периметру) вдоль по внутренней поверхности расширительной трубы 112, что более подробно проиллюстрировано ниже, распределительный узел 120 может иметь такие размеры, чтобы заграждать центральную часть расширительной камеры 119, ограниченной расширительной трубой 112. В некоторых приложениях максимальная площадь поперечного сечения может составлять приблизительно от 30% до 50% площади поперечного сечения расширительной трубы для создания необходимого потока газа по периметру. Нижний по потоку конец распределительного узла 124 может быть практическим плоским, как проиллюстрировано на ФИГ. 2.

[0021] Множество направляющих лопаток 130 между расширительной трубой 112 и распределительным узлом 120 для фиксации распределительного узла 120 в положении внутри расширительной трубы 112 и для сообщения вращательного движения газовому потоку, что более подробно описано ниже. Количество направляющих лопаток 130 может быть выбрано таким образом, чтобы их было достаточное число для обеспечения необходимого закрученного потока, но не слишком много, чтобы не препятствовать потоку и не создавать значительного риска захвата инородных веществ, содержащихся в потоке газа. Соответственно, примерно от 3 до 8 направляющих лопаток 130, могут быть предусмотрены в блоке 100 горелки. Каждая направляющая лопатка 130 может содержать верхнюю поверхность направляющей лопатки 132, обращенную вверх по потоку к промежуточной трубе 106, и сориентированную под углом направляющей лопатки относительно оси трубы горелки 104. В некоторых вариантах реализации изобретения угол направляющей лопатки может составлять приблизительно от 20 до 45 градусов. Кроме того, направляющие лопатки могут быть выполнены таким образом, чтобы их профили повышали эффективность сообщения вращательного движения потоку газа.

[0022] Дефлектор 140 может быть установлен ниже по потоку от трубы 102 горелки для стабилизации пламени во время работы. Как проиллюстрировано на ФИГ. 1 и 2, дефлектор 140 может иметь верхний по потоку конец 142 дефлектора, соединенный с нижним по потоку концом 124 распределительного узла 120, и нижний по потоку конец 144 дефлектора. Дефлектор 140 может содержать внешнюю поверхность 146 дефлектора, форма которой близка к форме усеченного конуса. Более конкретно, внешняя поверхность 146 дефлектора может быть сориентирована в радиальном направлении наружу от оси 104 трубы горелки и в осевом направлении вниз от верхнего по потоку конца 142 дефлектора к нижнему по потоку концу дефлектора 144. Соответственно верхний по потоку конец 142 дефлектора может определять диаметр верхнего по потоку конца дефлектора D5, который меньше диаметра D6 нижнего по потоку конца дефлектора, определенного нижним по потоку концом дефлектора 114. Диаметр D6 нижнего по потоку конца дефлектора может быть рассчитан относительно диаметра D3 расширительной трубы для обеспечения необходимого характера газового потока на выходе из трубы 102 горелки. Например, диаметр D6 нижнего по потоку конца дефлектора может составлять около 60-80% диаметра D3 расширительной трубы. Кроме того, внешняя поверхность дефлектора 146 оказывает влияние на характер потока, производимого дефлектором 140. Для проиллюстрированного варианта реализации изобретения внешняя поверхность 146 дефлектора сориентирована вдоль угла β поверхности дефлектора относительно оси 104 трубы горелки. В некоторых приложениях угол β поверхности дефлектора может составлять около 20-45 градусов для обеспечения необходимого характера потока газа.

[0023] В процессе работы поток газа передается на блок 100 горелки. По мере движения потока газа через трубу 102 горелки последовательное увеличение площадей поперечного сечения впускной трубы 105, промежуточной трубы 106 и расширительной трубы 112 снизит поверхностную скорость газового потока. По мере поступления газового потока в расширительную трубу 112 из промежуточной трубы 106 относительно большое и резкое изменение площади поперечного сечения может обеспечить внутреннюю зону рециркуляции 150 в верхней по потоку части расширительной трубы 112.

[0024] Распределительный узел 120 может препятствовать центральной части газового потока в нижней по потоку части расширительной трубы 112, создавая, таким образом, газовый поток 152 по периметру. Направляющие лопатки 130 могут сообщать вращательное движение потоку газа по периметру, центр которого, как правило, находится у оси 104 трубы горелки, создавая, таким образом, закрученный поток газа, который может быть практически спиральным, на выходе газового потока из расширительной трубы 112. Ниже трубы горелки 102 дефлектор 140 направляет закрученный поток газа по радиусу наружу. При этом создается относительно большая зона внешней рециркуляции 154 ниже дефлектора 140. Такая зона внешней рециркуляции 154 дополнительно снижает скорость газового потока, обеспечивая, таким образом, стабильное и эффективное сжигание газового потока.

[0025] Кроме того, блок 100 горелки оснащен рядом вспомогательных горелок 155, необходимых для зажигания пламени и стабилизации сжигания газа. Ряд горелок 155 может быть установлен по внешнему краю расширительной трубы 112. ФИГ. 1 и 2 иллюстрируют две вспомогательные горелки, установленные с противоположных сторон расширительной трубы 112 в области низкой скорости потока. Однако количество и положения вспомогательных горелок 155 могут варьироваться по размеру и положению, в зависимости от параметров работы, стоимости, требований безопасности и/или удобства для оператора.

[0026] Блок 100 горелки может обеспечивать стабильное сжигание потока низкокалорийного газа при различных давлениях потока газа, также как и при различных поверхностных скоростях. ФИГ. 2, например, иллюстрирует дозвуковой поток газа через горелку. Поверхностную скорость газового потока можно определить, разделив величину скорости потока газа Q на площадь поперечного сечения A тела, через которое он течет. При известном расходе газа Q площадь поперечного сечения A, размер промежуточной трубы 106 может быть выбран таким образом, чтобы отношение Q/A было меньше скорости звука в газе. При дозвуковой скорости газа блок 100 горелки будет понижать скорость потока газа на последовательных ступенях трубы 102, а закрученный поток газа на выходе из трубы 102 горелки будет направлен через дефлектор 140 для создания зоны внешней рециркуляции 154.

[0027] ФИГ. 3 иллюстрирует скорость потока газа, которая практически равна звуковой скорости потока в промежуточной трубе 106. Блок 100 горелки работает практически таким же образом, как было описано выше, за исключением того, что давление газа на входе и/или площадь поперечного сечения промежуточной трубы выбираются таким образом, чтобы поверхностная скорость потока газа в промежуточной трубе 106 была практически равна звуковой скорости газа. Когда поверхностная скорость газа достигает звуковой скорости на впускной трубе 105, образуется ряд косых скачков уплотнения 160 в промежуточной трубе 106. Структура скачков уплотнения 160 образуется за счет увеличения площади поперечного сечения промежуточной трубы по сравнению с площадью поперечного сечения впускной трубы 105. Структура скачков уплотнения 160 проиллюстрирована на ФИГ. 3 в виде ряда последовательных конических структур. При движении далее, вниз по трубе 102 горелки, элементы скачка уплотнения 160 рассеиваются, а газовый поток расширяется в расширительной трубе 112 и образуется поток на дозвуковой скорости. Остальная часть газового содержания движется вокруг распределительного узла 120, через направляющие лопатки 130 и над дефлектором 140, практически, как описано выше, для ФИГ. 2.

[0028] ФИГ. 4 иллюстрирует газовый поток с поверхностной скоростью газа в промежуточной трубе 106, соответствующей сверхзвуковой скорости. На ФИГ. 4 не имеет дозвуковой скорости или скорости, близкой к скорости звука, прежде чем поток пройдет через расширительную трубу 112. Как проиллюстрировано на ФИГ. 4, при сверхзвуковой скорости газа образуются элементы скачка уплотнения 162 в расширительной трубе 112, которые частично рассеивают энергию газового потока. По мере приближения газового потока к распределительному узлу 120 может образоваться прямой скачок уплотнения 164 на верхней по потоку вершине 128 распределительного узла 120. Газовый поток может продолжаться двигаться вокруг распределительного узла 120, через направляющие лопатки 130 и над дефлектором 140, практически, как описано выше для ФИГ. 2 и 3.

[0029] С учетом вышеизложенного приводятся блоки и способы для горелки, обеспечивающие эффективное сжигание низкокалорийного газа при различных давлениях. Как было отмечено выше, характер потока газа, обеспечивающий стабильное горение, получается при дозвуковой, звуковой и сверхзвуковой скоростях потока газа через трубу 102 горелки. Низкая степень закручивания потока за счет направляющих лопаток 130 обеспечивает стабилизацию потока газа и сокращает длину пламени. Конический дефлектор 140 дополнительно удерживает пламя у выхода трубы горелки, уменьшая таким образом вероятность затухания пламени. В дополнение к созданию характера потока по периметру распределительный узел 120 также помогает предупредить затягивание пламени внутрь горелки, преграждая поток в центральной части расширительной трубы 112.

[0030] Несмотря на то, что выше приведено подробное описание только для нескольких вариантов реализации изобретения, специалисты в данной области техники легко поймут, что возможна масса модификаций примеров вариантов реализации изобретения без существенных отклонений от блока горелки и способов сжигания низкокалорийного газа согласно описанию и формуле изобретения, приведенным в данном документе. Соответственно, все такие модификации должны быть включены в объем настоящего изобретения, как определено в пунктах ниже. В формуле изобретения, пункты значения и функций включают структуры, описанные в настоящем документе, как обеспечивающие указанные функции и не только структурные эквиваленты, но также и эквивалентные структуры. Таким образом, несмотря на то, что гвоздь и винт не могут рассматриваться как структурные эквиваленты, учитывая, что такой гвоздь является цилиндрической поверхностью, фиксирующей деревянные элементы, а у винта используется винтовая поверхность для фиксации деревянных элементов, гвоздь и винт могут рассматриваться как эквивалентные структуры.

1. Блок (100) горелки для сжигания низкокалорийных газов, протекающих через первую трубу, содержащий:

трубу (102) горелки, расположенную вдоль по оси (104) трубы горелки, причем труба (102) горелки содержит расширительную трубу (112), соединенную с первой трубой, причем площадь поперечного сечения расширительной трубы, проходящая по существу перпендикулярно оси (104) трубы горелки, больше площади поперечного сечения первой трубы;

распределительный узел (120), расположенный внутри нижней по потоку части расширительной трубы (112), распределительный узел (120) имеет верхний по потоку конец (122), обращенный к верхней по потоку части расширительной трубы (112), а также нижний по потоку конец (124);

множество направляющих лопаток (130), соединенных с расширительной трубой (112) и распределительным узлом (120); и

дефлектор (140), соединенный с распределительным узлом (120), причем внешняя поверхность (146) дефлектора имеет форму по существу усеченного конуса, проходящую радиально наружу от оси (104) трубы горелки и в осевом направлении ниже по потоку от нижнего по потоку конца (124) распределительного узла, внешняя поверхность (146) дефлектора ориентирована под углом (β) относительно оси (104) трубы горелки.

2. Блок горелки (100) по п. 1, отличающийся тем, что угол (β) поверхности дефлектора составляет приблизительно от 20 до 45 градусов.

3. Блок горелки (100) по п. 1, отличающийся тем, что каждая из множества направляющих лопаток (130) содержит верхнюю по потоку поверхность (132) направляющей лопатки, направленную к верхней по потоку части расширительной трубы (112), установленную под углом направляющей лопатки (α) относительно оси (104) трубы горелки, причем угол (α) направляющей лопатки составляет приблизительно от 20 до 45 градусов.

4. Блок горелки (100) по п. 1, отличающийся тем, что распределительный узел (120) определяет максимальную площадь поперечного сечения распределительного узла, направленную практически перпендикулярно относительно оси (104) трубы горелки, причем максимальная площадь поперечного сечения распределительного узла составляет приблизительно 30%-50% от площади поперечного сечения расширительной трубы.

5. Блок горелки (100) по п. 1, отличающийся тем, что:

расширительная труба (112) имеет цилиндрическую форму и определяет диаметр (D3) расширительной трубы;

дефлектор (140) содержит нижний по потоку конец (144), определяющий диаметр (D6) нижнего по потоку конца дефлектора; и

диаметр (D6) нижнего по потоку конца составляет приблизительно от 60% до 80% диаметра (D3) расширительной трубы.

6. Блок горелки (100) по п. 5, отличающийся тем, что дефлектор (140) содержит верхний по потоку конец (142), определяющий диаметр (D5) верхнего по потоку конца, причем диаметр (D6) нижнего по потоку конца больше диаметра (D5) верхнего по потоку конца дефлектора.

7. Блок горелки (100) по п. 1, дополнительно содержащий вторую трубу (106), проходящую между первой трубой и расширительной трубой (112), вторая труба (106) имеет площадь поперечного сечения, направленную по существу перпендикулярно к оси (104) трубы горелки, которая превышает площадь поперечного сечения первой трубы и меньше площади поперечного сечения расширительной трубы.

8. Блок горелки (100) по п. 7, отличающийся тем, что низкокалорийный газ имеет поверхностную скорость потока газа через вторую трубу (106), а площадь поперечного сечения второй трубы имеет такой размер, чтобы поверхностная скорость газа была равна дозвуковой скорости газа.

9. Блок горелки (100) по п. 7, отличающийся тем, что низкокалорийный газ имеет поверхностную скорость потока газа через вторую трубу (106), а площадь поперечного сечения второй трубы имеет такой размер, чтобы поверхностная скорость газа была по существу равна звуковой скорости газа.

10. Блок горелки (100) по п. 7, отличающийся тем, что низкокалорийный газ имеет поверхностную скорость потока газа через вторую трубу (106), а площадь поперечного сечения второй трубы имеет такой размер, чтобы поверхностная скорость газа была практически равна сверхзвуковой скорости газа.

11. Блок горелки (100) по п. 1, отличающийся тем, что верхний по потоку конец (122) расширительного блока имеет коническую форму, образующую вершину (128), направленную к верхней по потоку части расширительной трубы (112).

12. Блок горелки (100) по п. 11, отличающийся тем, что вершина (128) расположена практически вдоль оси (104) трубы горелки.

13. Блок горелки (100) по п. 1, отличающийся тем, что распределительный узел (120) по существу симметричен относительно оси (104) трубы горелки.

14. Блок горелки (100) для сжигания низкокалорийных газов, протекающих через первую цилиндрическую трубу, содержащий:

трубу (102) горелки, расположенную вдоль по оси (104) трубы горелки, причем труба (102) горелки содержит расширительную трубу (112), соединенную с первой трубой, причем площадь поперечного сечения расширительной трубы, проходящая по существу перпендикулярно оси (104) трубы горелки, больше площади поперечного сечения первой трубы;

распределительный узел (120), расположенный внутри нижней по потоку части расширительной трубы (112), распределительный узел (120) имеет верхний по потоку конец (122), обращенный к верхней по потоку части расширительной трубы (112), и нижний по потоку конец (124) распределительного узла, причем распределительный узел (120) определяет максимальную площадь поперечного сечения распределительного узла, проходящую по существу перпендикулярно к оси (104) трубы горелки, причем максимальная площадь поперечного сечения распределительного узла составляет приблизительно от 30% до 50% площади поперечного сечения расширительной трубы;

множество направляющих лопаток (130), соединяющих расширительную трубу (112) и распределительный узел (120), каждая из множества направляющих лопаток (130) содержит верхнюю по потоку поверхность (132), обращенную к верхней по потоку части расширительной трубы (112) и ориентированную под углом (α) направляющей лопатки, который составляет приблизительно от 20 до 45 градусов, относительно оси (104) трубы горелки; и

дефлектор (140), соединенный с распределительным узлом (120), причем внешняя поверхность дефлектора (146) имеет по существу форму усеченного конуса, проходящую радиально наружу от оси (104) трубы горелки и в осевом направлении ниже по потоку от нижнего по потоку конца (124) распределительного узла, внешняя поверхность (146) дефлектора ориентирована под углом (β), который составляет приблизительно от 20 до 45 градусов, относительно оси (104) трубы горелки.

15. Блок горелки (100) по п. 14, отличающийся тем, что дефлектор (140) содержит нижний по потоку конец (144), определяющий диаметр нижнего по потоку конца (D6), причем диаметр нижнего по потоку конца (D6) составляет приблизительно от 60% до 80% диаметра (D3) расширительной трубы.

16. Способ сжигания низкокалорийных газов, протекающих через первую трубу, включающий:

обеспечивают протекание низкокалорийного газа через трубу (102) горелки, расположенную вдоль оси (104) трубы горелки, причем труба (102) горелки содержит расширительную трубу (112), причем площадь поперечного сечения расширительной трубы проходит по существу перпендикулярно к оси (104) трубы горелки, которая больше площади поперечного сечения первой трубы, причем поток низкокалорийного газа успешно проходит через первую трубу и расширительную трубу (112);

создают препятствие в центральной части площади поперечного сечения расширительной трубы с помощью распределительного узла (120), расположенного в нижней по потоку части расширительной трубы (112) для создания периметрового газового потока (152) вдоль расширительной трубы (112);

вращают периметровый газовый поток (152) вокруг оси (104) трубы горелки для создания закрученного газового потока, выходящего из расширительной трубы (112); и

создают области (154) рециркуляции ниже по потоку от расширительной трубы (112) путем направления закрученного газового потока газа радиально наружу вдоль внешней поверхности (146) дефлектора (140), внешняя (146) поверхность дефлектора имеет по существу форму усеченного конуса.

17. Способ по п. 16, отличающийся тем, что внешняя поверхность дефлектора (146) ориентирована под углом (β) поверхности дефлектора относительно оси (104) трубы горелки, а угол (β) поверхности дефлектора составляет приблизительно от 20 до 45 градусов.

18. Способ по п. 16, отличающийся тем, что множество направляющих лопаток (130) соединяют расширительную трубу (112) и распределительный узел (120), а каждая из множества направляющих лопаток (130) имеет верхнюю по потоку поверхность (132) направляющей лопатки, обращенную к верхней по потоку части расширительной трубы (112), ориентированную под углом (α) направляющей лопатки относительно оси (104) трубы горелки, причем угол (α) направляющей лопатки составляет приблизительно от 20 до 45 градусов.

19. Способ по п. 16, отличающийся тем, что распределительный узел (120) определяет максимальную площадь поперечного сечения распределительного узла, проходящую по существу перпендикулярно относительно оси (104) трубы горелки, причем максимальная площадь поперечного сечения составляет приблизительно 30%-50% от площади поперечного сечения расширительной трубы.

20. Способ, по п. 16, отличающийся тем, что:

расширительная труба (112) имеет цилиндрическую форму и определяет диаметр (D3) расширительной трубы; дефлектор (140) содержит нижний по потоку конец дефлектора (144), определяющий диаметр (D6) нижнего по потоку конца дефлектора; и

диаметр (D6) нижнего по потоку конца дефлектора составляет приблизительно от 60% до 80% диаметра (D3) расширительной трубы.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области энергетики. Газовая горелка поверхностного горения содержит решетку горения, образованную листом (1) из металла или жаропрочного материала, в котором выполнена группа щелей (2), причем указанный лист содержит группу дефлекторов (3, 3а, 3b, 3', 3ʺ), выступающих из его наружной поверхности (12), при этом каждый дефлектор (3, 3а, 3b, 3', 3ʺ) содержит направляющую часть (30, 30') для направления газового потока и соединительную часть (31, 32, 33', 33ʺ) для соединения с листом (1), причем указанная направляющая часть (30, 30') отстоит от листа (1) так, что образует с ним по меньшей мере одно боковое отверстие (40, 40', 41) для подачи газа, причем указанные дефлекторы (3, 3а, 3b, 3', 3ʺ) расположены парами так, что их боковые отверстия (40, 40, 41) для подачи газа обращены друг к другу, дефлекторы (3, 3а, 3b, 3', 3ʺ) выполнены за одно целое с указанным листом, причем каждый дефлектор проходит продольно и поперечно над всей поверхностью щели (2), при этом в указанном листе (1) дополнительно выполнена группа отверстий (5), выходящих в выпускные микротрубки (6), которые выступают из его наружной поверхности (12), причем центральные оси (Z-Z') указанных микротрубок (6) расположены перпендикулярно листу, причем газовая горелка содержит рисунки (7, 7'), группирующие щели (2) и отверстия (5), при этом каждый рисунок содержит по меньшей мере одно отверстие (5), выходящее в микротрубку (6), расположенную между двумя щелями (2), над которыми находится дефлектор (3, 3а, 3b, 3', 3ʺ).

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано в горелочных устройствах промышленных печей и топок. .

Изобретение относится к нагревательным приборам. .

Изобретение относится к теплоэнергетике и может применяться в промышленности и других отраслях народного хозяйства, использующих природный газ в качестве энергоносителя.

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в агрегатах систем отопления, например в топках печей и котлов. .

Изобретение относится к энергетике и может быть использовано в камерах ciopa- ния различного назначения. .

Изобретение относится к устройствам для сжигания газообразного топлива и может быть использовано для отопления термических и нагревательных печей в черной и цветной металлургии.

Изобретение относится к горелочным устройствам, предназначенным для сжигания топлива в печах и других теплотехнических устройствах различного назначения. Горелка факельная содержит цилиндрический корпус с патрубком для устройства розжига и контроля факела пилотной горелки, установленный в полости корпуса коаксиально и защищенный экраном кольцевой газовый коллектор со сменными соплами, оси каналов трубок которых направлены под острым углом к плоскости оси горелки, трубопровод подачи газа, регулируемый воздуховод, образованный центральным отверстием кольцевого газового коллектора и управляемым завихрителем в нем, в цилиндрическом корпусе, в месте расположения запального патрубка, установлен дополнительный патрубок, соединенный с контролирующим соплом, корпус которого соединен трубкой через игольчатый вентиль с кольцевым газовым коллектором и трубопроводом подачи газа, а на выходе из торцевого отверстия корпуса контролирующего сопла, размещенного в дополнительном патрубке, установлен датчик контроля пламени, не реагирующий на факел пилотной горелки, причем на боковой поверхности корпуса контролирующего сопла выполнены инжекционные отверстия для воздуха и установлена поворотная заслонка.

Изобретение относится к двухтрубным щелевым горелкам с принудительной подачей воздуха, предназначенным для сжигания газа. Щелевая горелка с принудительной подачей воздуха содержит воздухораспределительный короб с воздухоподающим патрубком, соединенным с дутьевым вентилятором, щелевой канал, образованный блоками из огнеупорного материала и соединенный с воздухоподводящим каналом, направляющие стенки, установленные в воздухоподводящем канале, и двухтрубный коллектор, расположенный в воздухоподводящем канале под блоками из огнеупорных материалов, каждая трубка которого содержит один ряд газовыпускных отверстий, каждый из которых повернут под углом 45° по отношению к поперечному потоку воздуха, дополнительно снабжена щелевым коробом с параллельными направляющими стенками, облицованными внутри монолитными плитами из огнеупорного материала, на выходе воздухораспределительного короба установлена стальная воздухораспределительная решетка, вставленная между двумя стальными пластинами, расстояние между которыми равно ширине щелевого канала, причем площадь живого сечения отверстий воздухораспределительной решетки больше площади сечения воздухоподающего патрубка воздухораспределительного короба в 0,4-0,7 раз, а боковые поверхности воздухораспределительного короба выполнены клиновидными.

Изобретение относится к области энергетики, в частности к агрегатам для увлажнения снежной массы при поточном строительстве снеголедовых дорог и грунтовых аэродромов в Северных районах.

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 относится к газогорелочным устройствам и может найти применение при сжигании попутных нефтяных газов. Труба факельная включает опору, корпус и штуцер ввода газа.

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.

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.

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.

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.

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

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено в газовой промышленности для сжигания попутных и продувочных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения. Совмещенный факельный оголовок состоит из оголовка высокого давления, оголовка низкого давления и оголовка кислых газов, размещенных в непосредственной близости друг от друга, предпочтительно на одной раме, и установленных в общем дефлекторе. Каждый оголовок высокого и низкого давления содержит полый профилированный корпус в виде трубы с коническим расширением в ее выходной части, внутри которого с кольцевым зазором относительно верхнего торца корпуса размещен выходной рассекатель, выполненный в виде конуса, обращенного вершиной к входной части корпуса. Внутри корпуса установлено полое профилированное центральное тело, имеющее минимальное проходное сечение, расположенное в его выходной части. В кольцевом зазоре между выходной частью рассекателя и выходной конической частью корпуса, установлены рассекатели, выполненные преимущественно в виде кронштейнов V-образного профиля, обращенных вершиной к входной части корпуса. В стенке выходной части конического расширения, между упомянутыми рассекателями, выполнены сквозные пазы. На коническое расширение полого корпуса установлена с профилированным кольцевым зазором наружная обечайка. Полость упомянутого кольцевого зазора соединена с коллектором подачи воздуха, расположенным на полом профилированном корпусе, преимущественно в месте перехода цилиндрической части корпуса в коническую, при помощи патрубков, полость которых соединена с полостью коллектора, установленных предпочтительно вертикально, при этом один конец указанных патрубков установлен на коллекторе, а другой конец размещен в непосредственной близости от входной части кольцевого зазора. Оголовок кислых газов расположен между оголовками высокого и низкого давления и выполнен в виде трубы, выходное сечение которой установлено под углом к продольной оси горелки и направлено в сторону упомянутых оголовков. Изобретение позволяет улучшить смесеобразование, увеличить полноту сгорания газов, снизить шум и вибрации при работе. 4 ил.
Наверх