ФАКЕЛЬНАЯ ТРУБА Российский патент 1996 года по МПК F23G7/06 

Изобретение относится к переработке нефтяных продуктов, в частности к устройствам для сжигания технологического газа в нефтехимической промышленности и решает задачу уменьшения дымления и выброса других газообразных токсичных веществ в факелах горения.

Известна факельная труба, в которой горелка для сжигания газа расположена в верхнем выходном отверстии трубы. Труба снабжена внешним защитным покрытием и трубопроводом для подвода газа к горелке [1]
Известна также факельная труба, наиболее близкая по технической сущности к предлагаемому изобретению, содержащая ствол с нижним входным и верхним выходными отверстиями, снабженный внешним и внутренним защитным покрытием, установленный на стойках с образованием зазора для поступления воздуха из окружающей среды, блок газовых горелок, сообщенных с коллектором подвода сжигаемого технологического газа, установленный в нижнем входном отверстии трубы [2]
В факельной трубе вследствие организации горения в ограниченном трубой потоке воздухе обеспечивается сравнительно высокая полнота сгорания в узком диапазоне расходов сжигаемого газа.

Недостатком данной установки является то, что при изменении расхода сжигаемого газа в широком диапазоне, возрастает неравномерность его распределения по сечению трубы, блоки газовых горелок работают на нерасчетных режимах, при которых горение идет за пределами оптимального состава смеси, происходит срыв пламени в отдельных горелках, ухудшение полноты сгорания, и как следствие, увеличивается выброс сажистых частиц и других газообразных токсичных веществ.

Цель изобретения снижение выбросов вредных веществ и повышение полноты сгорания технологического газа в широком диапазоне изменения его расхода.

На фиг.1 представлено продольное сечение факельной трубы; на фиг. 2 вид А на фиг. 1 с решеткой в виде прямоугольных каналов; на фиг. 3 вид А фиг. 1 с решеткой, выполненной из осесимметричных обечаек.

Факельная труба содержит наружный ствол 1 с нижним входным 2 и верхним выходным 3 отверстиями. Труба снабжена внешним и внутренним защитным покрытием 4, установлена на слое гравия 5, посредством стоек 6 с образованием зазора для поступления атмосферного воздуха из окружающей среды. Высота расположения нижнего среза трубы над поверхностью земли ограничивается условием обеспечения свободного доступа атмосферного воздуха на вход трубы. В нижнем входном отверстии 2 установлен блок газовых горелок 7, коллектор 8 подвода сжигаемого газа, а также дежурная горелка 9, сообщенная с трубопроводом подвода газа 10.

Блок газовых горелок 7 включает решетку 11 круглого или прямоугольного поперечного сечения, образующую ряды каналов, выполненную из перегородок различной высоты с образованием со стороны входа газа конической поверхности 12, угол образованный этой поверхностью и нормально к оси горелки равен α=30-45^°.

По центру решетки 11 со стороны входа газа установлена газовая многосопловая форсунка 13, сообщенная с коллектором подвода газа 8. Для решетки прямоугольного поперечного сечения форсунка 13 выполнена плоской (фиг. 2) и снабжена двумя рядами парных противоположно ориентированных сопел 14. Каждое сопло 14 газовой форсунки 13 расположено на входе каждого ряда решетки 11. Оси сопел 14 ориентированы вдоль конической поверхности 12, т.е. угол образованный осью каждого сопла 14 и осью горелки также равен 30 45^o. Предлагаемый диапазон угла выдува струй обеспечивает максимальную дальнобойность струй в поперечном потоке воздуха, что позволяет при изменении расхода сжигаемого газа менять поверхность горения, т.е. обеспечивается саморегулирование соотношения топливо-воздух.

Одновременно при выдуве струй сжигаемого газа под углом я оси трубы, сохраняется составляющая скорости этих струй, направленная в сторону выхлопа. Таким образом, сохраняется эжекционная способность этих струй, что способствует увеличению тяги трубы.

Известно, что при выдуве струи в набегающий поток максимальная дальнобойность струи обеспечивается при угле выдува α=30-45^°. При угле выдува струи технологического сжигаемого газа под углом к потоку воздуха α<30^° уменьшается дальнобойность струи и, следовательно, уменьшается поверхность горения, что приводит я переобогащению смеси газа с воздухом в близлежащих я форсунке каналах смесителя и отклонению горения от оптимального режима.

При угле выдува струи технологического сжигаемого газа под углом я потоку воздуха α>45^° уменьшается осевая составляющая скорости струи в направлении выхлопа, что снижает тягу трубы.

В предлагаемом устройстве обеспечение максимальной дальнобойности позволяет равномерно распределить подаваемый технологический газ по каналам решетин и обеспечить оптимальное соотношение газа и воздуха для его сжигания.

За решеткой 11 по ходу газа установлен антифламингстабилизатор пламени 15 в виде мелкой сетки либо мелких сот, либо в виде пористой пластины.

Решетка 11 может быть выполнена из расположенных концентрично друг я другу осесимметричных обечаек 16 (фиг.3), разделенных радиальными перегородками 17 на ряды секторных каналов. Решетка 11 со стороны входа газа также образует коническую поверхность 12. При этом форсунка 13 выполнена цилиндрической, на образующей которой радиально установлены сопла 14. Оси сопел 14 ориентированы вдоль конической поверхности 12 и каждое сопло расположено на входе каждого ряда решеткн 11.

Размеры каналов решетки 11 и их количество определяется из условия образования оптимальных составов смеси на выходе из каналов, а размеры сопел форсунок из условия обеспечения максимальной дальнобойности газовых струй, определяемая по формуле

где α угол наклона к оси горелок сопел газовых форсунок;
W_o, r_o скорость и плотность истечения газовых струй;
W_н, ρ_н скорость и плотность потока окружающего воздуха.

Центральная дежурная горелка 9 снабжена электрической свечой зажигания 18.

Факельная труба работает следующим образом.

Включается в работу дежурная горелка 9 на стационарный режим посредством включения свечи зажигания 18 и подачи газа в дежурную горелку 9.

Контроль включения дежурной горелки 9 осуществляется термопарой, после чего свеча зажигания 16 выключается и факельная труба готова для сжигания технологического газа. Дежурная горелка 9 выполняет две функции: во-первых, обеспечивает первичное поджигание технологического газа при его подаче в блок газовых горелок 7, во-вторых минимальный поток воздуха через факельную трубу в целом за счет тяги трубы (в отсутствии подачи технологического газа), что повышает безопасность работы факельной трубы. Сжигаемый технологический газ поступает по коллектору 8 в газовую форсунку 13. Через сопла 14 форсунки 13 технологический сжигаемый газ вытекает под углом к оси горелки α= 30-45^o и равномерно распределяется по части каналом решетки 11 пропорционально глубине проникновения струй газа, т.е. общему расходу сжигаемого газа.

При минимальных расходах технологический сжигаемый газ поступает через сопла 14 в ближайшие каналы решетки 11, расположенные от оси форсунки на расстоянии равном дальнобойности струи при минимальном расходе газа. При увеличении расхода технологического газа увеличивается дальнобойность струй, вытекающих из сопел 14 и газ поступает в следующие каналы решетки 11, образованные перегородками. Внутри каждого канала происходит предварительное интенсивное турбулентное смешение технологического газа с воздухом и образование газовоздушной смеси оптимального состава, которая интенсивно сгорает в успокоенном потоке на выходе из антифламинга-стабилизатора 16 с минимальным выходом СО, и сажи. Расстояние от оси форсунки 13 до дальних каналов определяется дальнобойностью струй газа при максимальном расходе технологического газа.

Атмосферный воздух из окружающей среды поступает через зазор между поверхностью земли и нижним срезом трубы 1 во входное отверстие 2 и в каналы решетки 11. Подвод атмосферного воздуха в факельную трубу на рабочих режимах обеспечивается совместным действием тяги трубы и эжекционной способности струй технологического газа поступающих в каждый отдельный канал решетки 11.

За счет предлагаемого распределения газа и воздуха осуществляется саморегулируемость состава газовоздушной смеси в каждом канале решетки до оптимального практически по всему эксплуатационному диапазону расходов сжигаемого газа.

Образовавшиеся горячие продукты горения, проходят факельную трубу в условиях высоких температур и наличии определенного избытка воздуха. При этом происходит дополнительный процесс окисления, что также способствует снижению содержания всех токсичных соединений, в частности СО, NO_x и сажи, способных к окислению кислородом воздуха. Продукты сгорания выбрасываются в окружающую атмосферу через выходное отверстие 3. Для предотвращения перегрева стенок ствола предусмотрено заградительное пристенное охлаждение воздухом. ЫЫЫ2

Сущность изобретения: устройство содержит ствол с нижним и верхним входными отверстиями, решетку круглого или прямоугольного поперечного сечения с перегородками различной высоты с образованием конической поверхности, многосопловую форсунку, угол, образованный конической поверхностью и нормалью к оси сопла, равен 35 - 40<198>. Газ поступает по коллектору в форсунку, равномерно распределяется через сопла по каналам решетки, интенсивно сгорает в успокоенном потоке на выходе из антифламинга-стабилизатора. 3 ил. 1

Факельная труба, содержащая ствол с нижним входным и верхним выходным отверстиями, снабженный защитным покрытием, установленным с зазором, блок газовых горелок, сообщенных с коллектором подвода технологического сжигаемого газа, установленным в нижнем входном отверстии, отличающаяся тем, что, с целью снижения выбросов вредных веществ и повышения полноты сгорания технологического газа в широком диапазоне изменения его расхода, она снабжена решеткой, выполненной из перегородок различной высоты с образованием со стороны входа газа конической поверхности, установленным за решеткой по ходу газа антифламмингом-стабилизатором в виде мелкой сетки либо мелких сот, либо пористой пластины, блок горелок выполнен в виде многосопловой форсунки, установленной по центру решетки со стороны входа газа, причем каждое сопло расположено соответственно на входе каждого ряда каналов решетки, а угол, образованный конической поверхностью решетки и нормалью к оси горелки, равен 30-45°.