ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО ФАКЕЛЬНОЙ ТРУБЫ Российский патент 1997 года по МПК F23D14/04 

Изобретение относится к переработке нефтяных продуктов, в частности к устройствам для сжигания технологических газов в факельных трубах нефтехимической промышленности.

Известно горелочное устройство факельной трубы, содержащее по меньшей мере один блок газовых горелок, включающий центральную и периферийные горелки, коллектор подвода сжигаемого газа, к которому подключены центральная и периферийные горелки, магистраль подвода сжигаемого газа.

Недостатками известного устройства являются неустойчивость эксплуатационных характеристик, появление нестабильного горения.

Задача, которую решает предлагаемое изобретение, повышение устойчивости эксплуатационных характеристик и надежности работы в широком диапазоне изменения расходов сжигаемого газа.

Поставленная задача решается тем, что в горелочном устройстве факельной трубы, содержащем по меньшей мере один блок газовых горелок, включающий центральную горелку и расположенные вокруг нее периферийные горелки, центральная и периферийные горелки имеют общий коллектор подвода сжигаемого газа, выполненный, например, в виде кольцевого канала, образованного патрубком, установленным вокруг центральной горелки, вход в который сообщен с магистралью подвода сжигаемого газа, центральная горелка выполнена в виде патрубка, имеющего прямой и диффузорный на выходе участки, и сообщена с коллектором посредством отверстий, выполненных перед диффузорным участком, внутри центральной горелки установлен патрубок с образованием кольцевого канала на участке подвода сжигаемого газа, периферийные горелки выполнены в виде конфузорно-диффузорных патрубков и сообщены с коллектором посредством отверстий, расположенных вблизи горла в их конфузорной части и снабженных саморегулируемыми щелевыми форсунками. В периферийных горелках отношение площади входа в конфузор и площади выхода из диффузора к площади горла равно 1,5 2,0. В периферийных горелках длина диффузора равна 1,5 диаметра горла. Кроме того, направление подачи газа в центральной и периферийных горелках пространственно ориентировано, при этом угол подачи газа с осью горелки составляет 45-60^o, а угол с радиусом горелки 60-75^o.

На фиг. 1 представлен продольный разрез блока горелочного устройства; на фиг. 2 поперечный разрез блока горелочного устройства; на фиг. 3 схема расположения горелочного устройства в факельной трубе; на фиг. 4 вид А на фиг. 3; на фиг. 5 график расходных характеристик по сбросному газу.

Горелочное устройство установлено в нижнем входном отверстии 1 факельной трубы 2 и содержит несколько блоков газовых горелок. Каждый блок включает центральную горелку 3 и расположенные вокруг нее периферийные горелки 4. В предлагаемом горелочном устройстве вокруг центральной горелки 3 расположены четыре периферийные горелки 4. Центральная 3 и периферийные 4 горелки каждого блока имеют общий коллектор подвода сжигаемого газа, который представляет собой кольцевой канал 5, образованный патрубком 6, установленный вокруг центральной горелки 3. Центральная горелка 3 содержит прямой цилиндрический участок 7 и диффузорный выходной участок 8, сообщена с коллектором 5 посредством отверстий 9, выполненных в цилиндрическом участке 7 перед диффузорным участком 8. Внутри центральной горелки 3 установлен патрубок 10 с образованием кольцевого канала на участке подвода сжигаемого газа, который выполняет роль горелочного насадка и стабилизирующего устройства. Коллектор подвода сжигаемого газа представляет собой кольцевой канал 5, вход в который сообщен с магистралью подвода сжигаемого газа 11. Четыре периферийные горелки 4 равномерно расположены вокруг центральной горелки 3 и выполнены в виде конфузорно-диффузорных патрубков с горлом 12. Конфузорная часть горелки выполняет роль устройства подвода воздуха, диффузорная часть роль смесителя газа с воздухом, а выходная кромка смесителя выполняет роль горелочного насадка и стабилизирующего устройства. Вблизи горла 12 и конфузорной части горелки 4 выполнены отверстия 13, сообщающие периферийные горелки 4 через каналы 14 с коллектором 5. Отверстия 13 снабжены саморегулируемыми щелевыми форсунками 15 со съемными упругими элементами. В периферийных горелках 4 отношение площади входа в конфузорный участок и площади выхода из диффузорного участка к площади горла 12 составляет 1,5 2,0. В периферийных горелках 4 длина диффузорного участка равна 1,5 диаметра горла 12, а длина конфузорного участка равна 0,5 диаметра горла 12. Сжигаемый газ подают в центральные 3 и периферийные 4 горелки пространственно ориентировано, при этом угол между осью струи и осью горелки составляет 45 60^o, а угол между осью струи и радиусом горелки 60 75^o. Блоки горелок объединены в горелочное устройство и установлены в нижнем входном отверстии 1 факельной трубы 2, снабжены дежурной горелкой 16 со свечой зажигания и с индивидуальным подводом газа. Потребное число горелочных блоков, входящих в горелочное устройство, определяется как отношение общего расхода газа через все горелочное устройство на номинальном режиме к расходу газа через один горелочный блок. В разработанном горелочном устройстве использованы 20 горелочных блоков.

Кроме того, факельная труба 2 снабжена обечайкой 17, установленной внутри нее с образованием кольцевого канала 18 для дополнительной эжекции воздуха в факельную трубу 2 из окружающего пространства.

Работает горелочное устройство факельной трубы следующим образом.

Включается дежурная горелка 16 на стационарной режим посредством включения свечи зажигания и подачи газа в дежурную горелку 16, контроль включения которой осуществляется термопарой, затем свеча зажигания отключается и горелочное устройство готово для сжигания технологического газа.

Дежурная горелка 16 выполняет две функции: обеспечивает первичное поджигание технологического газа при его подаче в блок газовых горелок и обеспечивает минимальный поток воздуха через факельную трубу 2 в целом за счет тяги трубы (в отсутствии подачи технологического газа), что повышает безопасность работы факельной трубы 2.

На номинальном режиме, т.е. при избыточном давлении газа, например, 500 мм вод. ст. и при больших расходах сжигаемого технологического газа работают и центральные 3, и периферийные горелки 4. Сжигаемый технологический газ по магистрали подвода 11 подается в коллектор 5, а из него через отверстия 9 в центральную горелку 3, а через каналы 14 и отверстия 13 с саморегулируемыми щелевыми форсунками в горелки 4.

Подвод атмосферного воздуха в факельную трубу 2 на всех режимах обеспечивается совместным действием тяги трубы и эжекционной способности струи сжигаемого технологического газа. Струи технологического газа эжектируют воздух из нижнего входного отверстия 1 факельной трубы 2, который, проходя по каналам между горелками 3 и 4, смешивается в диффузорных участках центральных 3 и периферийных горелок 4 с сжигаемым технологическим газом, образуя газовоздушную смесь оптимального состава, во всем диапазоне расхода сжигаемого газа.

На номинальном режиме работают все горелки устройства, поэтому состав газовоздушной смеси получается несколько переобогащенным по сравнению с оптимальным, и, следовательно, на этом режиме происходят максимально для данного устройства выбросы окислов азота и сажистых частиц при минимальных значениях выбросов окиси углеводородов по сравнению с режимами, меньшими по производительности сжигаемого технологического газа.

На пониженном режиме по производительности газов, примерно в 12 раз, т. е. при избыточном давлении газа, например, 150 мм вод. ст. резко снижается производительность периферийных горелок 4 с саморегулирующими щелевыми форсунками 5. При этом составы смесей в диффузорных участках горелок 4, выполняющих роль смесителей, оказываются вблизи или беднее оптимального значения и возможен отрыв пламени от горелочного насадка, т.е. от выходной кромки диффузорного участка. При этом реализуется сжигание подводимого технологического газа на факеле центральной горелки 3. Расход через центральную горелку 3 уменьшается незначительно, примерно в 1,8 раза. Таким образом сжигаемый технологический газ в небольших количествах поступает на периферийные горелки 4, а основная масса газа сжигается в центральных горелках 3.

При дальнейшем понижении производительности работают в основном центральные горелки 3, а подвод газа в периферийные горелки 4 перекрывается саморегулируемыми щелевыми форсунками 15. В центральную горелку 3 газ подводится из коллектора 5 в цилиндрическую часть патрубка 7 перед диффузорным участком 8 со стенки в кольцевой канал, образованный патрубком 10. При этом обеспечивается работа горелки при фиксированном положении начала горения внутри диффузорного участка 8 на срезе центрального патрубка 10. Реализуется диффузионный процесс горения, при котором даже вследствие резкого снижения интенсивности смещения газа с воздухом на малых расходах сжигаемого технологического газа обеспечивается широкий диапазон устойчивого горения по расходу газа, а срыв пламени происходит при избыточном давлении сжигаемого газа менее 1 мм вод. ст.

В предлагаемом горелочном устройстве максимально используется энергия давления газа для увеличения скорости потока в диффузорной части горелок (смесителе), что приводит к исключению проскока пламени, также к интенсификации смешения и, следовательно, к повышению качества смешения при минимальном объеме смесителя (диффузорного участка горелок).

В периферийных горелках 4 при одинаковых значениях конфузорности и диффузорности, т.е. при одинаковых отношениях площади входа и площади выхода из горелки 4 к площади ее горла и равных 1,5 2,0 экспериментально получены удовлетворительные результаты по равномерности входа сжигаемого газа в смеситель (диффузорную часть горелки), уменьшению чувствительности течения в канале от атмосферных возмущений, кроме того, достигаются достаточные пределы срыва пламени, а процесс горения осуществляется на срезе диффузорной части горелки, т. е. из среза горелочного насадка. Выходная кромка диффузорной части горелки 4 выполняет роль горелочного насадка и стабилизирующего устройства.

При длине диффузора 1,5 диаметра горла 12, а длине конфузора 0,5 диаметра горла 12 предотвращается заброс газа во входное устройство и уменьшается чувствительность течения к внешним возмущениям.

При пространственно ориентированной подаче топлива под углом 45 60^o к оси горелки и под углом 60 75^o к радиусу горелки обеспечиваются наилучшее смешение подаваемого газа с эжектируемым воздухом, устойчивость процесса горения при изменении расхода газа, а также при неблагоприятных атмосферных условиях.

Таким образом, предлагаемое горелочное устройство факельной трубы благодаря организации диффузионного процесса горения при малых расходах сжигаемого технологического газа в центральной горелке, а также сжигание технологического газа в разных горелках в центральных и периферийных при возрастании расхода газа позволяют осуществить практически бездымное и полное сжигание газа с низким выбросом токсичных веществ, при этом обеспечивается устойчивость эксплуатационных характеристик стабильное горение и надежная работа устройства во всем диапазоне изменения расходов технологического сжигаемого газа независимо от внешних атмосферных условий.

Использование: в области энергетики и относится к переработке нефтяных продуктов, в частности к устройствам для сжигания технологических газов в факельных трубах нефтехимической промышленности. Сущность: периферийные горелки 4 расположены вокруг центральной горелки 3, вход в коллектор 5 сообщен с магистралью 11 подвода сжигаемого газа, центральная горелка 3 выполнена в виде патрубка, имеющего прямой и диффузорный на выходе участки 7, 8 и сообщена с коллектором 5 посредством отверстий 9, выполненных перед диффузорным участком 8, внутри центральной горелки 3 установлен патрубок 10 с образованием кольцевого зазора на участке подвода сжигаемого газа, периферийные горелки 4 выполнены в виде конфузорно-диффузорных патрубков и сообщены с коллектором 5 посредством отверстий 13, расположенных вблизи горла 12 в их конфузорной части и снабженных саморегулируемыми щелевыми форсунками 15. 4 з. п. ф-лы, 5 ил.

1. Горелочное устройство факельной трубы, содержащее по меньшей мере один блок газовых горелок, включающий центральную и периферийные горелки, коллектор подвода сжигаемого газа, к которому подключены центральная и периферийные горелки, магистраль подвода сжигаемого газа, отличающееся тем, что периферийные горелки расположены вокруг центральной горелки, вход в коллектор сообщен с магистралью подвода сжигаемого газа, центральная горелка выполнена в виде патрубка, имеющего прямой и диффузорный на выходе участки и сообщена с коллектором посредством отверстий, выполненных перед диффузорным участком, внутри центральной горелки установлен патрубок с образованием кольцевого зазора на участке подвода сжигаемого газа, периферийные горелки выполнены в виде конфузорно-диффузорных патрубков и сообщены с коллектором по средством отверстий, выполненных вблизи горла в их конфузорной части и снабженных саморегулируемыми щелевыми форсунками. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в периферийных горелках отношение площади входа и площади выхода к площади горла равно 1,5 2. 3. Устройство по пп.1 и 2, отличающееся тем, что в периферийных горелках длина диффузора равна 1,5 диаметра горла, а длина конфузора равна 0,5 диаметра горла. 4. Устройство по пп.1 3, отличающееся тем, что оси отверстий подачи сжигаемого газа в центральную горелку и оси щелевых форсунок подачи сжигаемого газа в периферийные горелки составляет с осями соответственно центральной и периферийных горелок угол 45 60^o, а с радиусами соответственно центральной и периферийной горелок угол, равный 60 75^o. 5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что коллектор выполнен в виде кольцевого канала, образованного патрубком, установленным вокруг центральной горелки.