ОГОЛОВОК ФАКЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ Российский патент 2005 года по МПК F23D14/20 

Изобретение относится к оголовкам факельным для оснащения ими факельных установок в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей, химической и других отраслях промышленности.

Известна факельная горелка, содержащая вертикальный факельный ствол с входным и выходным участками, с запальником и дежурной горелкой. (Авт. Свид. СССР №1663317, кл. F 23 D 14/20, 1991 г.)

Недостатком данной дежурной горелки является неполнота сгорания газа, подаваемого на факельную горелку, что приводит к образованию копоти, выбросов продуктов неполного сгорания в атмосферу, быстрому выходу из строя данной факельной горелки. Это объясняется тем, что при организации горения газа в данной факельной горелке отсутствует предварительное смешение газа с воздухом, соответственно имеет место диффузионное горение газа, сопровождающееся вышеуказанными негативными явлениями.

Наиболее близким к заявлению объекту является оголовок факельной установки, применяющейся для аварийного сжигания газов, например, в нефтедобывающей промышленности. Данный факельный оголовок содержит цилиндрическую трубу, в средней части которого выполнено коническое расширение, переходящее в цилиндрическое расширение. На участке конического расширения установлено устройство для предотвращения поступления атмосферного воздуха, выполненное в виде конуса вершиной вниз. Между ними образован кольцевой зазор (Патент РФ №2003925, кл. F 23 D 14/20, 1993 г.).

Недостаток этого факельного оголовка - низкие эксплутационные характеристики при утилизации низконапорных газов (избыточное давление сбрасываемого газа в факельном стволе 0,05...0,1 кг/см²). Недостаток объясняется тем, что в данной конструкции оголовка отсутствует предварительное смешение утилизируемого газа с воздухом, кинетической энергии сбрасываемого газа недостаточно для качественного смешения газа с необходимым количеством воздуха в процессе горения. Как следствие, имеет место такой недостаток, как неполнота сгорания газа, что приводит к образованию копоти, токсических выбросов в атмосферу, пониженному ресурсу работоспособности оголовка.

Изобретение направлено на повышение качества работы факельных установок утилизации низконапорных газов.

Оголовок факельной установки, содержащий цилиндрическую трубу, которая представляет собой входной газоподводящий патрубок, имеет внутри него два соосно расположенных конфузора. Верхний конфузор имеет форсунку сброса газа. Кроме того, газоподводящий патрубок имеет в своей внутренней полости ускорительную камеру, для подачи в которую паровоздушной смеси предусмотрены паровоздушные патрубки. Создание паровоздушной смеси достигается за счет эжекции воздуха из окружающей среды паровыми форсунками. На газоподводящем патрубке размещается щелевидное сопло, которое, в свою очередь, заведено в соосно расположенный с ним цилиндрический контур. Между щелевидным соплом и цилиндрическим контуром предусмотрен кольцевой зазор, в котором расположены форсунки подачи пара.

На чертеже схематично представлен предлагаемый оголовок факельной установки.

Оголовок содержит входной газоподводящий патрубок 1, представляющий собой цилиндрическую трубу, в котором расположены конфузоры 2 и 3, форсунка сброса газа 4, паровоздушные патрубки 5, ускорительная камера 6. На газоподводящем патрубке расположено щелевидное сопло 7, которое заведено в соосно расположенный с ним цилиндрический контур 8.

Подача пара в кольцевой зазор между соплом 7 и контуром 8 осуществляется при помощи паровых форсунок 9. Подача пара в паровоздушные патрубки 5 осуществляется при помощи паровых форсунок 10.

Устройство работает следующим образом: газ, подающийся на факельную установку, поступает после факельного ствола (не показан) во входной газоподводящий патрубок 1. Затем при прохождении газа через конфузор 2 происходит повышение его динамического напора за счет уменьшения поперечного сечения газового потока. В пространстве между двумя конфузорами 2 и 3 происходит разделение газовой струи на два потока. Первый поток через конфузор 3 направляется в форсунку сброса газа 4. При прохождении через конфузор 3 данного потока также имеет место увеличение динамического напора. Второй поток проходит через зазор между образующими конусов конфузоров 2 и 3, омывает воздухоподводящие патрубки 5 и ускорительную камеру 6 и через щелевидное сопло 7 попадает в цилиндрический контур 8.

Первый поток, с большим динамическим напором проходя через форсунку основного газа 4, эжектирует воздух из окружающей среды через паровоздушные патрубки 5. Таким образом, образуется газовоздушная смесь, сгорание которой происходит в ускорительной камере. Продукты сгорания газовоздушной смеси на выходе из ускорительной камеры 6 имеют гораздо большую скорость, нежели скорость газа на выходе из форсунки 4. Скорость истечения продуктов сгорания в ускорительной камере 6 позволяет им (продуктам сгорания) эжектировать газ второго потока и воздух из окружающей среды во внутренний объем цилиндрического контура 8. Газ второго потока при смывании им ускорительной камеры 6 охлаждает ее, что уменьшает термическое воздействие на конструкцию. Образовавшаяся газовоздушная смесь сгорает во внутреннем объеме цилиндрического контура 8. Струя пара подаваемого через паровые форсунки 10 позволяет эжектировать дополнительный объем воздуха в ускорительную камеру. Аналогично, струя пара, подаваемого через форсунки 9, позволяет эжектировать дополнительный объем воздуха в цилиндрический контур 8. Число паровых форсунок зависит от параметров утилизируемого газа (его химического состава, давления, расхода, температуры).

Таким образом, за счет конструктивных особенностей оголовка, увеличивающих скорость сбрасываемых газов, что, в свою очередь, делает возможным эжекцию воздуха из окружающей среды, достигается предварительная подготовка газовоздушной смеси, чем обеспечивается качественное сгорание газа.

Таким образом, использование предлагаемой конструкции факельного оголовка позволит, по сравнению с прототипом, повысить качество работы факельных установок утилизации низконапорного газа за счет обеспечения стехиометрического соотношения газ-воздух и соответственно организации качественного (полного) сжигания газа, что, в свою очередь, позволит избежать такого негативного явления, как неполнота сгорания утилизируемых газов, значительно уменьшить содержание вредных примесей (H_XS_Y, NO_X) в продуктах сгорания газов, обеспечить стабильный процесс сгорания газов в широком диапазоне их химических составов и расходов (от 5000 до 100000 нм³/сут), повысить ресурс работоспособности факельного оголовка по сравнению с аналогичным оборудованием.

Изобретение относится к оголовкам факельных установок для сжигания аварийных сбросов газа с избыточным давлением на входе в факельную установку Р_ИЗБ = 0,05...0,1 кг/см² и может быть использовано в нефтедобывающей, нефтеперерабатывающей и других отраслях промышленности, где есть необходимость утилизации газов различного химического состава с соответствующим избыточным давлением. Оголовок содержит входной газоподводящий патрубок 1, имеет внутри него два соосно расположенных конфузора 2 и 3. Верхний конфузор имеет форсунку сброса газа 4. Кроме того, газоподводящий патрубок имеет в своей внутренней полости ускорительную камеру 6, для подачи в которую паровоздушной смеси предусмотрены паровоздушные патрубки 5. В ускорительной камере 6 достигаются относительно высокие скорости продуктов сгорания утилизируемого газа по сравнению со скоростью газа на входе в газоподводящий патрубок 1. За счет этого обеспечивается эжекция воздуха в цилиндрический контур 8 в количестве, необходимом для качественного сгорания всего объема утилизируемого газа. Преимуществами данного оголовка являются: полное бездымное сгорание сбрасываемого газа в широком диапазоне его химического состава в соответствии с требованиями экологичности, предъявляемыми к работе факельных установок, сокращение расхода водяного пара, подаваемого в факельный оголовок, высокий ресурс работоспособности оголовка (до 10 лет). 1 ил.

Оголовок факельной установки, содержащий цилиндрическую трубу, отличающийся тем, что данная цилиндрическая труба представляет собой входной газоподводящий патрубок, имеет внутри него два соосно расположенных конфузора, верхний конфузор имеет форсунку сброса газа, кроме того, газоподводящий патрубок имеет в своей внутренней полости ускорительную камеру, для подачи в которую паровоздушной смеси предусмотрены паровоздушные патрубки, создание паровоздушной смеси достигается за счет эжекции воздуха из окружающей среды паровыми форсунками, на газоподводящем патрубке размещается щелевидное сопло, которое, в свою очередь, заведено в соосно расположенный с ним цилиндрический контур, между щелевидным соплом и цилиндрическим контуром предусмотрен кольцевой зазор, в котором расположены форсунки подачи пара.