CN1133845C - 改进可燃气体燃烧的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种装置，用于使一种气态燃料和一种助燃剂在一定的比例下最佳燃烧，特别是使含烃的低压可燃气得到无烟燃烧。该装置包括一个至少由一个位于文氏管体(2)的轴线中的管子组成中心供气管(1)，可燃气沿中心供气管(1)到达。该装置的特征在于，多个管子(6)环形分布在中心供气管(1)的周围。

Description

改进可燃气体燃烧的装置

本发明涉及一种用于使一种可燃气体和一种助燃剂处于最佳燃烧比例的装置，特别是使含烃的低压可燃气体得到无烟燃烧。

现有技术

人们知道，要燃烧的气体的流量与燃烧所需的空气流量之间的比例在任何时刻都应大于或等于化学剂量比，使燃烧器能够完全独立运行，不需要补充外界空气。人们还知道，一种含烃气体的燃烧，例如炼油厂或油气田燃烧含有硫化氢的残余气或含烃气态排放物，要得到最佳燃烧，必须满足三个主要条件，专业中通常称为“3T”。

实际上，如果燃烧所需的空气量不足，并且3T，即火焰的温度(Temperature)、燃烧前空气和气体的混合时间(Temps)和加在混合物上的紊流度(Turbulence)得不到满足，则这些气体或气态排放物的不完全燃烧会放出令人恶心的气味，特别是主要由未燃烧的烃类组成的浓的黑烟，同时对环境产生损害。

这种不完全燃烧，特别是在燃烧地点出现黑烟的主要原因是空气量不足，这不利于不存在未燃烧烃类的完全燃烧。实际上，当燃烧气体的流量较大，并且这些可燃气体的供气压力非常低时，商业上具备的燃烧器一般缺乏通过燃烧器供气管出口处的气体压力使火焰的通风足够活跃的功效。因此需要能够通过各种技术手段从外界提供燃烧所需的空气，例如借助水蒸气给燃料-助燃剂混合物提供能量。

为了借助外界流体从大量的空气得到足够的混合能量，已经提出一些装置，外界流体如穿过喷射器的水蒸气或其它流体作为“工作流体”，例如压缩空气，或借助很强的鼓风机引入燃烧所需的空气和紊流。这些装置一般效率低下，为了补偿效率的不足，必须使用大量的工作流体，而在要消除气体的燃烧地点并不总是具备需要的流量。

例如在使用水蒸气作为工作流体的情况下，由于使用流量大，大量的消耗具有以下缺点：

—流体通过管子和喷射器时发出很大的噪声；

—火焰的冷却，使一些气体的正确燃烧条件得不到保证，例如酸气、如H₂S的完全氧化所需的温度为700℃，在这些条件下达不到这个温度，因此产生有毒的和难闻的排放物；

一现场的能量平衡可能会出现赤字，因为这取决于水蒸气的产量。

油气生产现场一般没有现成的水蒸气，并且燃烧气体的压力也很低，不能作为工作气体，也就是不能给这些气体带来燃烧所需的足够空气，以及得到燃料-助燃剂的混合能量，因此，这些含烃气体的燃烧是不完全的，所以从燃烧地点产生浓的黑烟。

因此，燃烧器的制造者提出一种给燃烧器的火焰通风的系统，这种系统在于，通过燃烧器下的大功率电动鼓风机组为燃烧提供空气，并且对于要燃烧的容量，用自动阀分级供气。这种通过复杂的仪器进行操纵的系统有出现不可接受故障的危险，因为在炼油厂的燃烧的气收集器中可能产生危险的阻塞，例如一个被操纵的阀门处于关闭位置。另外，这种火焰通风系统导致很高的投资成本和操作费用，但又不可靠，并且当燃烧气体含有易燃的液态烃(也称为凝析油)时会产生安全问题，这些液态烃可能会落到燃烧器下面的鼓风机上。

人们通过文献FR-A-2095661了解到一种使用一种带压气体作为工作流体的空气吸入器，气体的性质未作规定。这种空气吸入器包括多个气体喷射管，喷射管按照两个同心环分布在一个向大气开放的文氏管的入口处，并且喷射管的轴线与文氏管的轴线平行。

文献US-A-2403431描述了一种包括多个喷射管的可燃气燃烧器，喷射管在向大气开放的文氏管的入口处。这些与文氏管的轴平行的管子提供预先混合的可燃气和空气，这些混合气来自另一个位于上游并向大气开放或与一个带压空气源连接的文氏管。

本申请人持有的欧洲专利No.99828提出了一种用引入的空气燃烧可燃流体混合物的装置，该装置中这些可燃流体通过一些具有环形横截面的喷射器进入形成文氏管的燃烧器体中，喷射器沿燃烧器体的轴线同轴分布。这种装置的主要缺点是制造困难，因为需要精确、严格的加工。另外，还希望改进这种装置的性能，以提高装置的效率，特别是改进形成燃烧器的文氏管扩散部分中流体喷射速度剖面的均匀性。

因此，本申请人进行了研究，以便找到满足技术方面的简单、可靠，同时在炼油厂和采油现场的相应投资成本又较低的解决办法，给含烃低压气体的燃烧提供足够的空气，改善这种气体最佳燃烧所需的条件，特别是得到无烟燃烧。

本发明概述

因此，本发明的目标是一种气体燃烧装置，气体中含有能够在空气中燃烧的烃类，该装置中，可燃气通过中心供气管到达，中心供气管包括一个位于文氏管体的轴线中的管子，该装置特征在于，多个供气管沿至少一个环形分布在文氏管体的中心供气管的周围，至少这些管子端部的轴线与文氏管分散部分的壁平行。

因此，本发明所述装置的优点是，即使在可燃气压力很低并且含有凝析油时也能使含烃气体完全燃烧，无烟。

阅读下面的描述并参照只作为示例的图1、2a、2b，可以了解本发明所述装置的其它优点和特征。

附图说明

图1为本发明装置的正面和沿I-I的剖面示意图。

图2a为图1装置的俯视示意图，该装置带有多个管子，以环形的方式分布在一个单一的环形上，环形的中心位于文氏管体的轴线上。

图2b为图1装置一个变型的俯视示意图，该装置带有多个管子，分布在两个环形上。

本发明的详细描述

如图1和图2a所示，本发明的装置包括一个可燃气的中心供气管1，位于中心和文氏管体2的入口处。体2包括一个锥形的下部3，一般称为“收敛部分”，该部分延长为一个称为“颈部”的柱形部分4。这个柱形部分4又延长为一个发散的锥形上部5。

中心供气管1一般包括一个横截面为环形并且与体2同轴的中心管。这个中心管从外界经过收敛部分3一直延伸到体2中的一个点，该点一般在收敛部分3与颈部4的连接处。

根据本发明，多个附加管6设在中心供气管1的周围。本发明的装置至少有三个环形分布的管子，管子的最大数量取决于文氏管体的大小，并且可以达到几十个。如图2a、2b所示，管6一般环形均匀分布。

这些附加管6最好都基本相同，横截面基本为圆形，并且环形分布在中心供气管的周围，它们端部的轴线基本上与文氏管体收敛部分5的壁平行，以便向所述体中喷射可燃气，端部轴线与文氏管体的轴线A-A形成的角度为α，α角大于3°。管6的下部部分8可以是柱形，并且与体2的轴线A-A基本平行，而正如从图1看到的，上部部分7与轴线A-A的倾斜角基本上等于发散部分5与该轴线A-A的倾斜角。在本发明的一个图中未示的变型中，管子的轴线与文氏管体的轴形成的角度可以等于发散部分与文氏管体轴线形成的角度。

如图2b所示，管子可以沿几个环形分布在可燃气中心供气管的周围，环形的中心在文氏管体的轴线A-A上。

所有的附加管6在体2中伸入到同样的深度，该深度可以等于或小于中心管1在体2中的深度。中心管可以有不同的直径，最好大于环形分布的管子的直径。

确定每个管子6的尺寸的方法是，一方面要使环形分布在至少一个环形上的所有管子的内径相同，另一方面是每个管子能够输送1％-33％，最好5％-33％的可燃气。另外，分布在至少一个环形上的管子的端部能够带有气体喷射装置，如喷嘴。

中心管1以及分布在至少一个环形上的附加管6都可以与同一个可燃气供应管9连接。在这种情况下，这些管子通过供气管9与一个可燃气源连接，这个气源可以是复合的，例如烃类、硫化氢H₂S，或这些气体的混合物。

燃烧在体2内的管子1和6的出口处产生，但是，由于同时存在中心管1和附加管6，气体的速度分布比用普通的燃烧器观察到的速度分布好，这有利于工作流体与助燃剂之间，也就是从这些管子流出的可燃气与引入流体即空气之间的热交换和紊流。由此产生较高的携带空气性能，可以用可燃气在空气中的总稀释率约为40来定量说明这一点。(作为比较，普通燃烧器的稀释率为3-10)。另外，即使给本装置提供压力非常低的工作流体，本发明所述装置的空气携带量也是非常大的。

本申请人在一个称为“燃烧坑”的地面燃烧器上进行了试验。在使用由唯一一个燃烧气供气管和一个只带有一个中心供气管的文氏管组成的普通燃烧器时，产生了浓密的黑烟，证明气体燃烧不完全。相反，在同样的高流量、低压力可燃气的条件下使用本发明所述的装置得到无烟燃烧。另外，火焰中携带的凝析油也无烟燃烧。而使用普通燃烧器得到完全燃烧需要高30倍的气体压力。

另外，使用本发明的装置建立了有利于减少氧化氮的操作条件，如燃烧空气的分级以及通过火焰温度的均匀分布消除了火焰中特别热的区域，这样有一定的好处，因为已经证明，燃烧时形成的氧化氮有助于酸化、光化学污染、臭氧层的减少和温室效应增加的过程。

Claims (3)

1.一种气体燃烧装置，所述气体含有能够在有空气存在时燃烧的烃类，可燃气体由一个中心供气管(1)供给，中心供气管包括一个位于文氏管体(2)的轴线中的管子，该装置的特征在于，多个供气管(6)布置成至少一个环形，分布在文氏管体(2)的中心供气管(1)的周围，至少这些供气管的端部的轴线与文氏管的发散部分(5)的壁基本平行。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，呈环形分布的每个管(6)的尺寸使其能够输送1％-33％、最好为5％-33％的可燃气体。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，中心管(1)的直径与环形分布的管(6)的直径不同，最好大于环形分布的管(6)的直径。

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