RU2455566C1

RU2455566C1 - Flame tip

Info

Publication number: RU2455566C1
Application number: RU2011103494/06A
Authority: RU
Inventors: Иван Георгиевич Лачугин (RU); Иван Георгиевич Лачугин; Александр Петрович Шевцов (RU); Александр Петрович Шевцов; Владимир Дмитриевич Гриценко (RU); Владимир Дмитриевич Гриценко; Александр Григорьевич Деревянко (RU); Александр Григорьевич Деревянко; Владимир Викторович Черниченко (RU); Владимир Викторович Черниченко
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью Финансово-промышленная компания "Космос-Нефть-Газ"
Priority date: 2011-02-02
Filing date: 2011-02-02
Publication date: 2012-07-10

Abstract

FIELD: power industry.

SUBSTANCE: in gas combustion flame tip containing the flame head located with a radial gap in shaped shell of wind protection, mainly of cylindrical shape, ignition and pilot burners are installed in outlet tip part; at that, shaped shell of wind protection is made of insulated plates in the form of geometrical body, mainly rotation body; at that, between plates there are gaps; according to the invention, the plates form helical surface with a number of generatrixes, which is equal to the number of plates.

EFFECT: creation of flame tip the design of which will allow the protection of flame envelope against action of wind loads, namely against flame blow-out by gusts of wind, and will provide effective mixture formation of burnt components with air.

5 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено, например, в газовой промышленности для сжигания газов с повышенным содержанием соединений сероводорода и окислов углерода.The invention relates to gas burner devices and can be used, for example, in the gas industry for burning gases with a high content of hydrogen sulfide compounds and carbon oxides.

Одной из проблем, возникающих при сжигании продувочных и попутных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения, является обеспечение максимально возможной полноты сгорания газов и получение продуктов сгорания с минимальным содержанием сероводородных соединений, не превышающих предельно допустимые нормы.One of the problems arising from the combustion of purge and associated gases, especially those containing condensate and hydrogen sulfide compounds, is to ensure the maximum possible completeness of gas combustion and to obtain combustion products with a minimum content of hydrogen sulfide compounds not exceeding the maximum permissible norms.

Известна вихревая горелка ВНИИМТ-Уралмаш для сжигания газов с низкой теплотой сгорания при их повышенной влажности и запыленности, содержащая профилированную наружную обечайку, оголовок с лопаточным завихрителем, установленным в средней части обечайки, трубопроводы подачи воздуха и газа (Вихревая горелка ВНИИМТ-Уралмаш для газов с низкой теплотой сгорания. Современные горелочные устройства. Конструкции и технические характеристики. Справочник, М.: Машиностроение-1, 2001, 497 с, рис.4.6, стр.68).Known vortex burner VNIIMT-Uralmash for burning gases with low calorific value with high humidity and dust, containing a profiled outer shell, head with a blade swirl installed in the middle part of the shell, air and gas pipelines (Vortex burner VNIIMT-Uralmash for gases with low calorific value. Modern burner devices. Designs and technical specifications. Handbook, Moscow: Mashinostroenie-1, 2001, 497 s, Fig. 4.6, p. 68).

При работе горелки воздух подводится через входной патрубок в корпус и равномерно входит в лопаточный завихритель. Приобретая в завихрителе вихревое движение и частично поджимаясь конической выходной насадкой, воздух выходит в горелочную амбразуру, создавая в ней вихрь с зоной обратных токов по оси. Часть воздуха, проникая через отверстия в обсадной трубе, попадает в кольцевой канал, образованный этой трубой. Истечение этого воздуха происходит через отверстия в наконечнике струями, сходящимися на оси горелочной амбразуры в зоне циркуляции обратных токов.During burner operation, air is supplied through the inlet pipe into the housing and evenly enters the blade swirl. Acquiring a vortex movement in the swirl and partly being compressed by a conical outlet nozzle, the air enters the burner embrasure, creating a vortex in it with a zone of reverse currents along the axis. Part of the air, penetrating through the holes in the casing pipe, enters the annular channel formed by this pipe. The outflow of this air occurs through openings in the tip of the jet, converging on the axis of the burner embrasure in the zone of circulation of reverse currents.

Газ, вытекающий из газового сопла, на начальном участке своего течения интенсивно перемешивается со струями пересекающего его воздуха. Затем частично подготовленная смесь газа и воздуха интенсивно перемешивается с потоком основного воздуха, вытекающего через завихритель. Воспламенение топливной смеси происходит в амбразуре, а ее догорание - в рабочем пространстве сопла.The gas flowing out of the gas nozzle, in the initial section of its flow, is intensively mixed with the jets of air crossing it. Then the partially prepared mixture of gas and air is intensively mixed with the flow of the main air flowing through the swirl. Ignition of the fuel mixture occurs in the embrasure, and its combustion - in the working space of the nozzle.

Недостатками данной горелки является недостаточно высокая полнота смесеобразования и повышенное содержание вредных примесей в продуктах сгорания, связанные с наличием ветровой защиты в виде сплошного цилиндра, что препятствует поступлению воздуха в зону горения и приводит к ухудшению условий смесеобразования и неполному сгоранию топливной смеси.The disadvantages of this burner are the insufficiently high degree of mixture formation and the increased content of harmful impurities in the combustion products associated with the presence of wind protection in the form of a continuous cylinder, which prevents air from entering the combustion zone and worsens the conditions of mixture formation and incomplete combustion of the fuel mixture.

Известен ветрозащитный дефлектор, смонтированный на факельной головке, представляющий собой профилированную обечайку, выполненную из изолированных пластин в виде геометрического тела, преимущественно тела вращения, причем между пластинами имеются зазоры (Ветрозащитный дефлектор фирмы СПГ Прематехник ГмбХ, Москва, ул. Вавилова, 69/75, оф.428, дочерняя фирма компании СПНГ Штайнер-Прематехник-Газтек ГмбХ в Зигене. Каталог фирмы Прематехник «Факельные системы», 2010 г., стр.18 - прототип).Known windproof deflector mounted on a flare head, which is a profiled shell made of insulated plates in the form of a geometric body, mainly a body of revolution, and there are gaps between the plates (Windproof deflector company LNG Prematehnik GmbH, Moscow, Vavilova St., 69/75, of.428, a subsidiary of the company SPG Steiner-Prematehnik-Gaztek GmbH in Siegen. Catalog of the company Prematechnik "Flare systems", 2010, p. 18 - prototype).

Указанный ветрозащитный дефлектор работает следующим образом.The specified wind deflector operates as follows.

На наветренной стороне, непосредственно перед плоскими пластинами дефлектора, энергия ветра создает воздушную пробку. После того как воздух пройдет между вертикальными пластинами, в результате резкого расширения поперечного сечения возникают сильные завихрения, которые гасят энергию ветра.On the windward side, directly in front of the flat plates of the deflector, wind energy creates an air congestion. After the air passes between the vertical plates, as a result of the sharp expansion of the cross section, strong turbulences occur that absorb the wind energy.

Таким образом, на наветренной стороне факельной трубы предотвращается создание пробки, а на противоположной стороне не создается разрежения, что не позволяет пламени отклониться вниз.Thus, the cork is prevented on the windward side of the flare pipe, and vacuum is not created on the opposite side, which prevents the flame from tilting down.

Основными недостатками данного дефлектора являются значительные габариты и вес, также недостаточно высокая полнота сгорания сжигаемых компонентов.The main disadvantages of this deflector are significant dimensions and weight, as well as insufficiently high completeness of combustion of the combusted components.

Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание наконечника факела, конструкция которого позволит обеспечить защиту факела пламени от воздействия ветровых нагрузок, в частности от задувания факела порывами ветра, и обеспечит эффективное смесеобразование сжигаемых компонентов с воздухом.The technical task of the invention is to remedy these shortcomings and create a torch tip, the design of which will ensure the protection of the flame from wind loads, in particular from blowing the torch by gusts of wind, and will ensure effective mixing of the burned components with air.

Поставленная задача решается за счет того, что в предложенном наконечнике факела для сжигания газов, содержащем оголовок факела, расположенный с радиальным зазором в профилированной обечайке ветровой защиты преимущественно цилиндрической формы, как минимум, одну, предпочтительно две, запальную и дежурную горелки, установленные в выходной части наконечника, при этом профилированная обечайка ветровой защиты выполнена из изолированных пластин в виде геометрического тела, преимущественно тела вращения, причем между пластинами имеются зазоры, согласно изобретению пластины образуют винтовую поверхность с числом образующих, равным числу пластин.The problem is solved due to the fact that in the proposed torch tip for burning gases, containing the tip of the torch, located with a radial clearance in the profiled shell of the wind protection of predominantly cylindrical shape, at least one, preferably two, pilot and pilot burners installed in the output part tip, while the profiled shell of the wind shield is made of insulated plates in the form of a geometric body, mainly a body of revolution, and between the plates there are Zora according to the invention plates form a helical surface with a number of generators equal to the number of plates.

В варианте исполнения пластины установлены под углом 15-75°, преимущественно 45°, к основанию обечайки.In an embodiment, the plates are mounted at an angle of 15-75 °, preferably 45 °, to the base of the shell.

Нижнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении пластины располагаются практически горизонтально с образованием поперечных щелей, что снижает эффективность работы данного устройства.The lower value of the specified interval is selected based on the fact that with further reduction of the plate are located almost horizontally with the formation of transverse slots, which reduces the efficiency of this device.

Верхнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении пластины ветровой защиты будут располагаться практически вертикально, что также приводит к образованию продольных вертикальных щелей и снижению эффективности работы устройства.The upper value of the specified interval is selected based on the fact that with a further increase in it, the windshield plates will be located almost vertically, which also leads to the formation of longitudinal vertical slots and a decrease in the efficiency of the device.

В варианте исполнения ширина пластины составляет 0,25-0,33, преимущественно 0,27, периметра геометрического тела, а зазор между ними составляет примерно ту же величину.In an embodiment, the width of the plate is 0.25-0.33, mainly 0.27, of the perimeter of the geometric body, and the gap between them is approximately the same value.

Нижнее значение указанного интервала ширины пластины выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит уменьшение эффективности работы как одиночной пластины, так и всего геометрического тела, набранного из одиночных пластин, за счет увеличения его проницаемости.The lower value of the indicated interval of the plate width is chosen on the basis that with a further decrease in it, the efficiency of both a single plate and the entire geometric body recruited from single plates decreases due to an increase in its permeability.

Верхнее значение указанного интервала ширины пластины выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит перекрывание щелей для подачи воздуха в зону горения, что в значительной мере снижает эффективность смесеобразования и, соответственно, приводит к ухудшению условий работы горелки.The upper value of the specified interval of the plate width is chosen on the basis that with its further increase, the slots for supplying air to the combustion zone overlap, which significantly reduces the efficiency of mixture formation and, accordingly, leads to a deterioration of the burner operating conditions.

Нижнее значение указанного интервала величины зазора выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит перекрывание щелей для подачи воздуха в зону горения, что в значительной мере снижает эффективность смесеобразования и, соответственно, приводит к ухудшению условий работы горелки.The lower value of the specified interval of the gap value is selected based on the fact that with a further decrease in it, the slots for supplying air to the combustion zone overlap, which significantly reduces the efficiency of mixture formation and, accordingly, leads to a worsening of the burner operating conditions.

Верхнее значение указанного интервала величины зазора выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит снижение эффективности работы как одиночной пластины, так и всего геометрического тела, набранного из одиночных пластин за счет увеличения его проницаемости.The upper value of the specified interval of the gap value is chosen on the basis that with a further increase in it, the efficiency of both a single plate and the entire geometric body recruited from single plates decreases due to an increase in its permeability.

В варианте исполнения количество пластин составляет 28-40, преимущественно 36.In an embodiment, the number of plates is 28-40, mainly 36.

Нижнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит не достигается требуемая равномерность распределения воздуха по полю факела горелки.The lower value of the indicated interval is chosen on the basis that, with its further decrease, the required uniformity of air distribution over the torch flame field is not achieved.

Верхнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит рост габаритных размеров профилированной обечайки.The upper value of the specified interval is selected based on the fact that with its further increase, the overall dimensions of the profiled shell increase.

В варианте исполнения расстояние от пластин до внешней поверхности оголовка составляет (0,1-0,5)D, где: D - диаметр профилированной обечайки ветровой защиты.In an embodiment, the distance from the plates to the outer surface of the head is (0.1-0.5) D, where: D is the diameter of the profiled shell of the wind shield.

Нижнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его уменьшении происходит снижение эффективности работы горелки за счет ухудшения условий смесеобразования.The lower value of the specified interval is selected based on the fact that with a further decrease in it, the efficiency of the burner decreases due to deterioration of the conditions of mixture formation.

Верхнее значение указанного интервала выбрано исходя из того, что при дальнейшем его увеличении происходит значительное ухудшение массово-габаритных характеристик наконечника факела.The upper value of the specified interval is selected based on the fact that with its further increase there is a significant deterioration in the mass-dimensional characteristics of the torch tip.

Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где на фиг.1 показан осевой разрез предложенного наконечника факела.The invention is illustrated in the drawing, where figure 1 shows an axial section of the proposed tip of the torch.

Наконечник факела для сжигания газов содержит оголовок 1 факела, расположенный с радиальным зазором 2 в профилированной обечайке 3 ветровой защиты. Профилированная обечайка 3 ветровой защиты выполнена из изолированных пластин 4 в виде геометрического тела, например цилиндра, при этом между пластинами 4 имеются зазоры 5. Пластины 4 образуют винтовую поверхность 6 с числом образующих, равным числу пластин 4. Внутри профилированной обечайки 3 в выходной части 7 наконечника установлены запальная 8 и дежурная 9 горелки.The tip of the torch for burning gases contains the tip 1 of the torch, located with a radial clearance 2 in the profiled shell 3 of the wind shield. The profiled shell 3 of the wind shield is made of insulated plates 4 in the form of a geometric body, for example a cylinder, with gaps between the plates 4. The plates 4 form a helical surface 6 with the number of generators equal to the number of plates 4. Inside the profiled shell 3 in the outlet part 7 tip mounted ignition 8 and standby 9 burner.

Предложенное устройство работает следующим образом.The proposed device operates as follows.

Пластины 4 профилированной обечайки 3 расположены в виде винтовой поверхности с числом образующих, равным числу пластин 4, при этом пластины 4 обечайки 3 располагаются таким образом, что зазоры 5 между ними для входа и выхода потока пресекаются при их проецировании на вертикальную плоскость.The plates 4 of the profiled shell 3 are arranged in the form of a helical surface with the number of generators equal to the number of plates 4, while the plates 4 of the shell 3 are arranged so that the gaps 5 between them for entering and leaving the flow are suppressed when they are projected onto a vertical plane.

При нормальной безветренной работе факела поток воздуха поступает в зону горения через зазоры 5 и перемешивается со сжигаемым газом, подаваемым через наконечник 7. Образовавшаяся смесь газа с воздухом воспламеняется при помощи запальной горелки 8 и сгорает.During normal torchless operation of the torch, the air flow enters the combustion zone through the gaps 5 and mixes with the combusted gas supplied through the tip 7. The resulting mixture of gas with air is ignited using the ignition burner 8 and burns.

Для исключения несанкционированного выброса газа через факел установлена дежурная горелка 9.To exclude unauthorized gas emissions through the torch, a standby burner 9 is installed.

При сильных порывах ветра поток воздуха также поступает внутрь профилированной обечайки 3 через зазоры 5 между пластинами 4, но за счет расположения пластин по винтовой поверхности внутри обечайки 3 поток меняет свое направление, тормозится и не задувает факел.With strong gusts of wind, the air flow also enters the profiled shell 3 through the gaps 5 between the plates 4, but due to the location of the plates on the helical surface inside the shell 3, the flow changes its direction, brakes and does not blow the torch.

Проведенные авторами и заявителем аналитические и экспериментальные исследования, математическое моделирование и испытания полноразмерного образца предложенного наконечника факела подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.The authors and the applicant conducted analytical and experimental studies, mathematical modeling and tests of a full-sized sample of the proposed torch tip confirmed the correctness of the design and technological solutions.

Использование предложенного технического решения позволит обеспечить надежную работу факела в любых условиях, увеличить полноту сгорания газов, содержащих примеси, в частности соединения сероводорода и окислы углерода, и повысить эффективность работы наконечника факела в целом.Using the proposed technical solution will ensure reliable operation of the torch in any conditions, increase the completeness of combustion of gases containing impurities, in particular compounds of hydrogen sulfide and carbon oxides, and increase the efficiency of the torch tip as a whole.

Claims

1. The torch tip for burning gases, containing the tip of the torch, located with a radial clearance in the profiled shell of the wind protection, mainly of cylindrical shape, at least one, preferably two, pilot and pilot burners installed in the output part of the tip, while the profiled shell wind protection is made of insulated plates in the form of a geometric body, mainly a body of revolution, and there are gaps between the plates, characterized in that the plates form a helical surface ited to the number of generators equal to the number of plates.

2. The torch tip for burning gases according to claim 1, characterized in that the plates are installed at an angle of 15-75 °, preferably 45 °, to the base of the shell.

3. The torch tip for burning gases according to claim 1, characterized in that the width of the plate is 0.25-0.33, preferably 0.27, the length of the perimeter of the geometric body, while the gap between them is 0.25-0.33 , predominantly 0.27, the length of the perimeter of the geometric body.

4. The torch tip for burning gases according to claim 1, characterized in that the number of plates is 28-40, mainly 36.

5. The torch tip for burning gases according to claim 1, characterized in that the distance from the plates to the outer surface of the head is (0.1-0.5) D,
where D is the diameter of the profiled shell of the wind shield.