Горелочное устройство факельной трубы

Горелочное устройство факельной трубы

Реферат

 

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.

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.

Формула изобретения

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.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5