CN1165708C - 火炬装置及气体燃烧的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种便于可燃气体在大气中燃烧的气火炬装置，该装置包括一个燃烧区(1)，通过至少一个燃烧气进入管(2)为燃烧区提供至少一种可燃气。根据本发明，多个装置(3)分布在进入管(2)的周围，并且每个装置(3)由一个文氏管和一个工作流体供应管组成，用于增加燃烧区内的空气量。

Description

火炬装置及气体燃烧的方法
技术领域
本发明涉及一种可以使含烃气体更好地燃烧的装置和方法。这种装置和方法例如可以用于石油炼厂或油气田的火炬，用于燃烧残余气或气态排放物，而不排放未燃烧的烃类物质。
背景技术
炼油厂中的原油处理导致产生残余气和气态排放物，通过专业术语中称为“火炬”或“气火炬”的气体燃烧系统中燃烧来消除这些残余气和气态排放物时，可能产生对环境有害的难闻的有毒排放物以及烟尘或噪音。
这些危害，特别是气体、例如富含硫化氢(H2S)的气体的不完全燃烧带来的危害，一般出现在完全燃烧所需的空气量不足时，也就是燃烧气体的流量与燃烧所需空气流量之间的比小于化学剂量比时，以及最佳燃烧所需的三个条件得不到满足时，最佳燃烧所需的三个条件称为“3T”，即火焰温度(Temperature)、空气/气体燃烧前的混合时间(Temps)、加在混合物上的紊流度(Turbulence)。
这一般是由于过量的燃烧气压力低，而流量高，例如由于一个炼油装置或油气生产现场的运行故障可能高达10000000Nm3/天。燃烧气的压力整体较低，不能通过火炬供气管出口处的气体压力使火焰得到足够活跃的通风。燃烧区燃料-助燃剂的混合缺少完全燃烧所需的空气量，因此必须通过一切技术手段从外界提供助燃剂，以改进气体的燃烧。
到目前为止，都是借助于喷射装置提供穿过喷嘴的水蒸气或其它工作流体引入燃烧需要的空气和紊流度。但是，这些装置的效率低下，必须使用大量的流体以补偿效率的缺乏。因此，在炼油厂，例如在使用水蒸气作为工作流体的情况下，大量的消耗有以下影响：
—水蒸气通过管子和喷射器产生强大的噪音；
—火焰的冷却不能保证气体燃烧的正确条件，例如酸气，如H2S，在这些条件下达不到完全燃烧要求的温度700℃，因此产生有毒的和难闻的排放物；
—现场的能量平衡可能出现赤字，因为这取决于蒸汽的产量。
油气生产现场一般没有现成的水蒸气，并且要燃烧的气体压力太低，不能作为燃料-助燃剂混合的足够的能源。因此，富含烃类，并且有时含有称为凝析油的液态烃的废弃物燃烧不完全，并通常伴有浓密的黑烟。
文献GB1323674描述了一个火炬型的装置，该装置通过至少一个燃烧气进入管提供可燃气。多个装置包围在进入管端部的周围，并且这些装置中的每一个包括一个文氏管和一个工作流体的供应管。
文献FR573059A描述了一种鼓风装置，装置中使用一种带压流体来带动另一种流体，并将速度传递给这种流体。多个工作流体供应管环形分布在至少一个文氏管的轴线周围，以便在喷入到燃烧区前吸入第二种流体。
文献US1443315A和US3554681也描述了一些装置，其中环形分布在一个文氏管入口处的第一种气体的喷射装置带动第二种气体进入文氏管。
火炬的制造者也考虑了一种解决办法，用一些大功率鼓风机组把空气带到燃烧区中，例如鼓风机组位于火炬下面，并且借助一些由复杂的仪表控制的自动阀使气体分级分配。由于高昂的投资成本和操作费用，这种方法难以实施，另外，把鼓风机安装在火焰下热的和腐蚀性的环境中，使这种方法不可靠，并且由于易燃的液体烃类可能落到热的鼓风机上还会带来安全问题。
因此本申请人进行了研究，目的是找到一些满足技术方面的简单可靠，同时在炼厂和采油现场的相应投资费用较低的方法，使可能含有液态烃的气体得到无烟燃烧。
发明内容
因此本申请人提出了一种气体火炬型的装置，为了便于可燃气在大气中燃烧，该火炬装置包括一个燃烧区，通过至少一个燃烧气进入管提供至少一种可燃气，多个装置分布在所述进入管的端部周围，并且每个装置由一个文氏管和一个工作流体供应管组成，该火炬装置的特征在于：
—每个装置包括多个管子，环形分布在文氏管的轴线AA周围；
—每个装置的所有将工作流体喷射到文氏管中的管子互相分散，与文氏管的轴线A-A形成的角度α大于3°，并且该角最好与所述文氏管的发散部分与所述轴线形成的角度相等。
该装置的主要优点是，即使在气体压力很低而流量很高并且含有液态烃时，也能无烟燃烧。
本发明的目的还在于应用上面确定的装置，使进入管提供的可燃气体在大气中燃烧，而输送工作流体装置的管子在由空气、富氧空气、水蒸气或一种可燃气体中选择的流体，这种应用的特征在于，工作流体压力为0.5-6×105Pa，最好为1-3×105Pa，并且每个管子输送1％-33％，最好为5％-33％的工作流体。
这种应用不用求助于鼓风机，并且消除了流体，如水蒸气通过喷射器产生的噪音。
除了无烟完全燃烧以外，本发明所述装置一方面可以减少工作流体例如水蒸气的消耗，另一方面由于没有像鼓风机这样的运动零件，还可以增加装置的可靠性，有一个容易实施的方法，并且提供较低的安装和操作成本。
通过下面的描述并参照非限制性的附图，可以更好地了解本发明装置和方法的其它优点和特征。
附图说明
图1为本发明所述装置的正面剖视示意图；
图2是图1的一个装置的详细正面剖视示意图；
图3示出本发明的一个特殊应用，用于燃烧像硫化氢这样的酸气。
具体实施方式
本发明所述的燃烧装置示于图1，该装置可以安装在一个气火炬的上部。
该装置包括一个燃烧区1和一个由燃烧气的管子2构成的可燃气进入管。多个携带带压工作流体的装置3环形分布在燃烧气入口管2的端部周围。
正如在图1上看到的，装置3向燃烧区倾斜，也就是向管2的轴线BB倾斜，装置3的对称轴AA与燃烧气进入管2的对称轴BB形成的角度β为1°-70°，最好为5°-60°。
图2表示装置3的一个实施例。装置3由一个工作流体的进入管4组成，进入管的出口处有一个形成文氏管5的管体，该管体由一个锥形的下部6构成，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7，柱形部分7又延长为一个称为“发散部分”的锥形上部8。
每个文氏管5的工作流体提供管4从供应管13开始，包括一个横截面一般为环形并且与文氏管5的轴线AA基本同轴的中心管9。中心管9通过收敛部分6从外界一直延伸到文氏管5中的一个点，该点大体在收敛部分6与颈部7的连接处。
多个管子10设在中心管9的周围。这些管子10大体沿环形均匀分布，管子10可以沿至少一个环形分布，环形的中心在文氏管体的轴线AA上。
管子10最好与中心管9相同，横截面大体为圆形，并且环形分布在至少一个环形上，环形的中心在文氏管的轴线AA上。
管子10的数量根据燃烧所需的空气流量和文氏管体的内径进行计算。
另外，供应管13的所有管子都与同一个带压工作流体源连接。
至少环形分布在文氏管5的轴线AA周围并且位于该轴线最外面的管子10沿与文氏管5的轴线AA形成的α角把工作流体喷射到文氏管中，α角大于3°，并最好与发散部分8与该轴线形成的角度基本相等。管子10的下部12可以是柱形，并且与文氏管5的轴线AA基本平行，而正如在图2上看到的，它们的上部11与AA轴的倾斜角α基本上等于发散部分8与AA轴的倾斜角。
在本发明的一个图中未示的变型中，管子10的轴线与文氏管5的轴线AA形成的角度可以与发散部分和所述文氏管的轴线形成的角度基本相等。
所有管子10伸入到文氏管5中的深度相等，该深度可以等于或小于中心管9伸入到文氏管5中的深度。
根据一个变型(图中未示)，中心管9被第二组环形分布在轴线AA周围的多个管子所替代，管子10包围在这些管子的周围。
正如上面所指出的，在同一个装置中，管子10可以与中心管9(或替代它的多个管子)相同，具有大致为圆形的横截面，并且最好都与供应管13连接，供应管13本身与一个工作流体源连接。确定这些管子的尺寸的方法是输送1％-33％的工作流体，最好为5％-33％的所述流体。
另外，环形分布在燃烧气进入管2端部周围的所有装置3都相同。
为了燃烧需要很高燃烧温度的气体，例如氧化温度高于700℃的硫化氢，还可以使用图3所示的本发明的一个变型。
正如在图3上看到的，燃烧区域1被一个文氏管体15覆盖，燃烧气通过管子2喷射到文氏管体15中，所述管体可以保持更高的温度和更长的驻留时间，同时防止火焰受外界干扰。根据本发明，多个装置环形分布在燃烧气进入管2的端部周围，使从多个装置的每个发散部分出来的工作流体喷射到文氏管体15中，因此改善了燃烧气的燃烧。
根据本发明，为了通过补充的助燃剂改进气体的燃烧，通过每个装置3的工作流体入口4提供流体。
一般用空气、富氧空气、可燃气本身或水蒸气作为工作流体。工作流体的压力一般在0.5-6×105Pa，最好为1-3×105Pa(1-3巴)。
因此在装置3内不会产生任何燃烧，因为这些装置的作用只是改进可燃气的燃烧，导致吸入的助燃剂(空气)增加和有利于碳氢燃料与助燃剂之间混合的紊流度。
当本发明所述的装置工作时(见图1)，可燃气沿箭头G同轴引入到燃烧区1中。燃烧在燃烧区1中产生。装置3有利于燃烧，由于沿箭头H引入单一的或混合的工作流体，装置3带动空气沿箭头I穿过文氏管5。这些被带动的空气沿有关装置的发散部分8流出，从而改善了气体的燃烧。
因此，由于用少量的工作流体带动大量的空气，使用装置3使含烃气体、烃类混合物、酸气、或这些气体的混合物完全燃烧。噪声比现有的火炬减少说明了这一点，现有的火炬中借助于普通的供水蒸气管在燃烧区处引入空气。实际上，因为噪声是由于工作流体在管中膨胀而产生的，因此使用较少的工作流体导致噪声减少。
本申请人在试验过程中发现，使用本发明所述装置保证无烟燃烧所需的蒸汽流量比用普通火炬达到同样的结果要求的流量小14倍。
另外，本发明所述装置的优点是容易很短时间内在一个平台上建成，只需简单地布置一个普通的火炬，这样只造成炼油装置和油气生产现场的短时间停工。因此经营损失最小。

Claims (13)

1.气火炬装置，便于可燃气体在大气中的燃烧，该装置包括一个燃烧区(1)，通过至少一个燃烧气进入管(2)为燃烧区提供至少一种可燃气，所述进入管的端部周围分布着多个装置(3)，每个装置(3)由一个文氏管(5)和一个工作流体供应管(4)组成，其特征在于：
-每个装置(3)包括多个管子(10)，基本环形分布在文氏管(5)的轴线AA周围；
-每个装置(3)的所有将工作流体喷射到文氏管(5)中的管子(10)互相发散，与文氏管(5)的轴线AA形成的角度α大于3°。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述角度与所述文氏管的发散部分(8)和所述轴线形成的角度相等。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，装置(3)基本对称分布。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个装置(3)的文氏管(5)的轴线AA与燃烧气进入管(2)的轴线BB形成的角度β在1°-70°之间。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述角度β在5°到60°之间。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所有装置(3)的供应管(13)都与同一个带压工作流体源连接。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个装置(3)的每个管子(10)基本环形分布在燃烧气进入管(2)的端部周围，每个管子(10)的尺寸使得能够输送1％-33％的工作流体。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，每个装置(3)的工作流体入口(4)包括一个中心管(9)和多个环形分布在文氏管(5)的轴线AA周围的管子(10)。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，工作流体的入口包括两组多个管子，分别环形分布在文氏管(5)的轴线AA的周围。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，同一个装置(3)的管子(10)互相相同，并且具有整体为圆形的横截面。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，管子(10)沿至少一个环形进行分布，环形的中心位于文氏管(5)的轴线AA上。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，燃烧区(1)被一个位于装置(3)下游的文氏管(5)所包围。
13.权利要求1-12之一所述装置的应用，为了便于可燃气在大气中的燃烧，向气体进入管(2)提供可燃气，而输送工作流体的装置(3)的管子(13)被供以工作流体，工作流体在空气、富氧空气、水蒸气或一种可燃气中选择，其特征在于，工作流体的压力为0.5-6×105Pa，并且每个管子输送1％-33％的工作流体。
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