CN1776298A - 线性柯恩达燃烧方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了用于燃烧加压可燃废气的线性柯恩达燃烧装置。燃烧装置主要包括一个与可燃废气供应管相连并具有细长线性开口的细长端部封闭管；以及邻近端部封闭管内的细长线性开口设置的一个细长可燃气体分配槽，分配槽的侧面邻近端部封闭管的外弯曲表面设置，从而形成将加压可燃废气从端部封闭管的内部排放到端部封闭管外弯曲表面上的缝隙。

Description

线性柯恩达燃烧方法和装置

技术领域

本发明涉及线性柯恩达燃烧装置和在该装置中燃烧可燃废气的方法。

背景技术

高压柯恩达燃烧器已经在石油、燃气和石化工厂中利用了很多年。燃烧器包括一个柯恩达体，柯恩达体的表面形状与一个具有放大的圆形底部和较小的环形顶部的罐相近似。迄今为止使用的柯恩达体都是由铸件或者锻件形成。

现有技术的柯恩达燃烧器包括一个固定在垂直管道顶部的柯恩达体，从而在管道顶部与柯恩达体底部之间形成一个环形缝隙。加压的可燃废气以一定的速度从缝隙排出，从而在气流的边界产生低压区。柯恩达体与气流之间的空间被迫使废气附着在柯恩达表面并保持其流态直到其转过大约90。角的低压迅速地抽空。

正常的工作范围是在音速下工作，并形成许多小漩涡，从而在气流中的任意点，其速度都大于整个气流的线速度。另外，线速度大于离开气流出口相同距离处的传统射流。这就增加了膜边界处的低压区，从而增加了空气夹带效率。当燃气和空气到达柯恩达体表面的最大直径处时，内在的紊流促使燃气和空气有效地混合，从而产生相当稳定和有效的燃烧装置。

当柯恩达缝隙处的燃料压力约为11psig时，缝隙处的燃料速度达到音速。一旦出口速度达到音速，燃气流速与柯恩达缝隙出口压力之间的关系就是线性的，增加容量的唯一方法就是增加燃气压力或者柯恩达缝隙的面积。结果，为了达到较高的容量，就需要具有较大柯恩达体、缝隙和表面的较大直径燃烧器，该燃烧器就变得非常重而且昂贵。

在一些情况下，柯恩达燃烧器中可燃废气的压力受所涉及的过程和燃烧器几何尺寸的限制。一旦达到某一压力，质量流就达到临界水平，从而在柯恩达表面流过的气体膜内就存在一定的动量，使得火焰从柯恩达表面分离，柯恩达效应消失。

这样，需要对利用柯恩达效应的高压燃烧器进行改进，使其克服上述缺点，并且相反，在所有条件下都具有寿命长、低辐射、低重量、高无烟运行、宽工作范围、所需吹扫速率低以及火焰稳定的优点。

发明内容

本发明提供一种能够克服现有技术的缺点并满足上述需要的、用于燃烧加压可燃废气的线性柯恩达燃烧装置。本发明用于燃烧加压可燃废气的线性柯恩达燃烧装置包括以下部件：一个与可燃废气供应管相连的细长端部封闭管，该细长端部封闭管具有细长线性开口；以及邻近细长线性开口设置的细长可燃气体分配槽，分配槽的侧面邻近端部封闭罐的外弯曲表面设置，从而形成在端部封闭管的外弯曲表面上排放加压可燃废气的缝隙。

本发明燃烧可燃废气的方法包括以下步骤：将可燃废气送入线性柯恩达燃烧装置中，该装置包括与具有细长线性开口的细长端部封闭管相连的可燃废气供应管。可燃废气通过细长线性开口排放到邻近细长线性开口设置的细长可燃气体分配槽中。分配槽的细长侧面邻近端部封闭管的外弯曲表面设置，从而形成细长排放缝隙。可燃废气通过细长排放缝隙排放到端部封闭管的弯曲表面上。通过邻近端部封闭管设置的引火器点燃可燃废气。

对本领域技术人员来说，通过阅读下面参照附图描述的优选实施方式，本发明的特征和优点是非常明显的。

附图说明

图1是现有技术的柯恩达燃烧器的侧面、局部剖视图。

图2是沿着图1中的线2-2的横截面视图。

图3是本发明一种形式的线性柯恩达燃烧装置的侧视图。

图4是沿着图3中的线4-4的横截面视图。

图5是本发明另一种形式的线性柯恩达燃烧装置的侧面剖视图。

图6是沿着图5中的线6-6的横截面视图，表示了固定在分配槽底部并与端部封闭管固定的弹簧组件。

图7是与图6相近似的横截面视图，但表示了固定在燃烧装置内部并与分配槽固定的弹簧组件。

图8是与图6相近似的另一个横截面视图，但表示了固定在端部封闭管顶部并与分配槽固定的弹簧组件。

图9是与图4相近似的线性柯恩达燃烧装置的横截面视图，但表示了以一个角度布置的细长端部封闭管和分配槽。

图10是与图5相近似的线性柯恩达燃烧装置的侧视图，但表示了以一个角度布置的端部封闭管和分配槽。

图11是两个彼此靠近设置的线性柯恩达燃烧装置的横截面视图，该燃烧装置具有截面形状为滴料状的细长端部封闭管。

图12是本发明线性柯恩达燃烧装置的侧视图，该燃烧装置具有将水射入流过细长端部封闭管的气流内的装置。

图13是本发明线性柯恩达燃烧装置的侧视图，该燃烧装置具有将水射入由燃烧装置产生的火焰内的装置。

图14是本发明线性柯恩达燃烧装置的透视图，该燃烧装置包括与一个可燃废气供应管相连的一个端部封闭管和分配槽。

图15是与图14相近似的透视图，但该燃烧装置包括与一个可燃废气供应管相连的两个端部封闭管和分配槽。

图16是与一个可燃废气供应管相连的四个细长端部封闭管和分配槽的透视图。

图17是与一个可燃废气供应管相连的六个端部封闭管和分配槽的透视图。

图18是与一个可燃废气供应管相连的四个端部封闭管和分配槽的一个可替换的布置方式的透视图。

具体实施方式

现在参照附图，特别是参照图1和2，所示现有技术的柯恩达燃烧器10具有一个直立的可燃废气供应管12和一个安装在供应管12顶部的柯恩达体14。在管12的顶部和柯恩达体14底部之间形成一个环形缝隙16，加压的可燃废气高速流过该缝隙。气体流过柯恩达表面，直至其转过大约90°角，从而产生一个非常稳定和有效的燃烧装置。然而，为了获得更高容量、更大直径的可燃废气供应管，就需要较大的柯恩达缝隙以及笨重且昂贵的较大的柯恩达体。

现在参照附图3和4，图中表示了本发明一种形式的线性柯恩达燃烧装置，并用数字18表示。线性柯恩达燃烧装置18包括一个与可燃废气供应管22相连的细长端部封闭管20。如图4所示，供应管22的顶部开口端位于端部封闭管20的内部。在供应管22两侧延伸的端部封闭管20的底部设置细长线性开口24。

一个细长可燃气体分配槽26设置在细长端部封闭管20的底部，与线性开口24相邻。分配槽26的细长侧面邻近端部封闭管20的外弯曲表面设置，从而形成缝隙27，通过缝隙27将加压可燃废气从端部封闭管20的内部排放到端部封闭管20的外弯曲表面上。加压可燃废气附着在管表面，并保持流态直到其转过大约90。角。气体被邻近端部封闭管设置的引火器28点燃。

上述线性柯恩达燃烧装置18具有以下优点。端部封闭管20和可燃废气供应管21由轻质钢制成，不需要特别昂贵的铸件或锻件，从而减少了费用和重量。线性柯恩达燃烧装置18的容量能够简单地通过增加端部封闭管20、线性开口24和分配槽26的长度来增加。

通过维持分配槽26的侧面与端部封闭管20之间的狭窄缝隙来改善空气的夹带、混合和最大操作压力，从而增强本发明线性柯恩达燃烧装置的性能。由供应管22输送的可燃废气流过端部封闭管20，从而对燃烧装置18进行冷却。可燃废气的流动路径限制了空气进入燃烧装置18的能力，从而减轻了内燃的危险，降低了对吹扫用气体的要求。可燃废气供应管22可以布置在如图所示的中央位置，或者布置在细长端部封闭管20的任意一端，或者布置在两端之间的任意位置。形成燃料出口缝隙27的细长可燃气体分配槽26可以有各种形状，包括具有向外倾斜的侧面的扁平底槽、半环形槽、部分环形槽、V形槽及类似形状，但不限于此。气体分配槽可以被固定在一个位置或者被弹簧承载以形成各种开口的燃料出口缝隙，而不会将压力增加到设定的最大值，这将在下文中详细描述。

通过转动具有细长线性开口24的端部封闭管和细长可燃气体分配槽26使线性柯恩达燃烧装置18成一个角度布置及点燃。在很多情况下，在邻近燃烧器的敏感区或者是由于空间的要求必须降低辐射和噪音。就是说，燃烧器必须被移动或者弯曲到一个特定的方向。参考图4、5、9和10，在本发明的水平燃烧器18或30中，这可以通过简单地转动细长端部封闭管20或32以及分配槽26或38到一个角度来实现，从而如图9所示，使火焰远离敏感区。如图10所示，需要时，也可以垂直移动细长端部封闭管32。

现在参考图5-8，表示了本发明线性柯恩达燃烧装置的一个可替换的布置方式，通常燃烧装置用数字30表示。线性柯恩达燃烧装置30包括一个在底部具有一个细长线性开口或者一系列线性开口34的端部封闭管32。可燃废气供应管36通过焊接或者其它方式与端部封闭管32的一端连接。细长可燃气体分配槽38在端部封闭管32的底部邻近细长的该线性开口或该一系列线性开口34设置。通过弹簧组件40将分配器槽38固定在该线性开口或该一系列线性开口34下面的位置，通过细长螺钉或螺杆42将弹簧组件40安装在可燃气体分配槽38的底部并与端部封闭管32固定。另外，由弹簧加载的密封板组件45安装在细长端部封闭管32上，并向分配槽38的端部施加压力以防止可燃废气通过分配槽38的端部流失。设置引火器41来点燃排出的可燃废气。

在线性柯恩达燃烧装置30的运行中，可燃废气通过可燃废气供应管36进入装置30，并流进细长端部封闭管32。气体从端部封闭管32通过该缝隙或多个缝隙34进入细长可燃气体分配槽38。气体从分配槽38流过在分配槽38的侧面和端部封闭管32之间形成的侧面缝隙43，然后贴近端部封闭管32的弯曲表面，在那里夹带并与一定比例的环境空气混合以产生无烟、低辐射火焰。

当气体流过细长可燃气体分配槽38时，气体施加或者减轻对分配槽38的压力，这又施加或者减轻对弹簧组件40的负载，从而压缩或者释放弹簧组件40中的弹簧，以使分配槽38离开或者靠近端部封闭管32。离开或者靠近端部封闭管32的运动会增加或者减少端部封闭管32与分配槽38之间的气体出口缝隙43的宽度，从而增加或者减少流到端部封闭管32表面的气流。

缝隙43宽度的变化不仅会调整气流量和压力，它还会用来在气体缝隙处连续地维持较高的速度，从而限制以高风压进入分配槽的空气量。低气流量和压力的狭窄缝隙会使得气体沿着缝隙均匀分布，从而确保局部燃烧并避免热点。

现在参考图6，为端部封闭管32的放大的侧视图，表示了分配槽38和弹簧组件40。弹簧组件40包括一个细长螺杆42，该螺杆连接端部封闭管32和分配槽38，并穿过端部封闭管32和分配槽38到达下面。弹簧47位于分配槽38的底部和可移动的环形板44之间，环形板44通过拧在螺杆42上的螺母46来保持其位置。螺母46可以上、下移动来调整弹簧47的压力。在螺杆42上设置第二环形板48，第二螺母50位于板48的下面，并拧在螺杆42上。第二螺母50用于调整端部封闭管32的底部与分配槽38的侧面之间的距离，即：调整缝隙43。

图7表示了一个可替换的布置方式，其中弹簧组件52安装在端部封闭管32的内部，并被用于调整分配槽38的位置。

图8表示了另一种弹簧组件的布置方式，其中弹簧组件54安装在端部封闭管32的顶部，并被用于调整弹簧张力和分配槽38的位置。

虽然可以采用图6、7和8中所示弹簧组件的所有布置方式，但通常优选地采用图7中所示的弹簧布置方式，其原因是，位于端部封闭管内部的弹簧组件可通过流过该管的冷的可燃气体流进行冷却，并始终位于火焰区域的外部。本领域技术人员能够认识到，除了上面描述的以外，还可以使用其它各种弹簧组件的布置方式。

在许多精炼厂和其它工厂中，所需的燃烧器系统应当能够处理大范围的气体组分和容量，从而需要多级燃烧器和系统。多级燃烧器和系统需要昂贵的管道系统和阀门，通过阀门打开和关闭多个燃烧器而在运行范围内确保燃烧器的性能最高。

本发明线性柯恩达燃烧装置可以包括与可燃废气供应管连接的多个或者细长管道。多个或者细长管道可以具有多个线性开口和多个具有在不同压力下工作的弹簧组件的气体分配槽。当气体的压力增加时，多个气体分配槽顺次打开。这就保证了燃烧装置的各个部分在所有的流速下均在其临界压力以上运行，从而确保在所有的时间内的性能都最佳。

如图所示，本发明线性柯恩达燃烧装置使用普通圆柱形管道作为具有细长线性开口的细长端部封闭管。通过由圆柱形管道和分配槽的侧面形成的缝隙排放的加压可燃废气在端部封闭管的外弯曲表面上流动，并沿着弯曲表面流动直到其转过大约90。角，即：由于端部封闭管的弯曲表面而形成“柯恩达效应”。圆柱形管道比迄今使用的柯恩达体便宜，并且管道可以被用在任何希望长度或位置的燃烧器中。

现在参照图11，在某些应用中，例如，当两个或者多个线性柯恩达燃烧装置彼此非常靠近设置时，可以使用具有空气动力学形状的端部封闭管56来提供较好的空气分布和燃烧器性能。当需要时，也可以使用其它形状的端部封闭管。然而，优选使用圆柱形端部封闭管。

有时，需要将水引入废气流中、或者引入由本发明燃烧装置产生的火焰中，以降低噪音和/或辐射。如图12所示，可以将水引入端部封闭管中以降低噪音，并且如图13所示，将水引入端部封闭管上部的火焰中以降低辐射。

现在参照图14-18，表示了与废气供应管相连的本发明线性柯恩达燃烧装置的各种不同布置方式。如图所示，可以将多达六个或者更多的端部封闭管32与一个可燃废气供应管相连。

在地面燃烧塔应用中，本发明线性柯恩达燃烧装置的理想之处在于它可以以一个直径相对小的连续段而延伸达到40至50英尺，其中燃料从其一端而不是从其底部送入。

无论使用本发明线性柯恩达燃烧装置的特殊应用是什么样的，燃烧装置都会从相对小的燃烧器尖端释放相当大的热量。

一个优选的燃烧加压可燃废气的本发明线性柯恩达燃烧装置包括：一个与可燃废气供应管相连并具有细长线性开口的细长端部封闭管；以及一个细长可燃气体分配槽，其邻近端部封闭管内的细长线性开口设置，分配槽的侧面邻近端部封闭管的外弯曲表面设置，从而形成将加压可燃废气从端部封闭管的内部排放到端部封闭管外弯曲表面上的缝隙。

本发明燃烧可燃废气的优选方法包括以下步骤：(a)将可燃废气送入柯恩达燃烧装置中，该装置包括一个与具有细长线性开口的细长端部封闭管相连的可燃废气供应管；(b)通过细长线性开口将可燃废气排放到邻近细长线性开口设置的细长可燃气体分配槽中，分配槽的细长侧面邻近端部封闭管的外弯曲表面设置，从而形成细长排放缝隙；(c)通过细长排放缝隙在端部封闭管弯曲表面上排放可燃废气；以及(d)点燃可燃废气。

这样，本发明较好地实现了目的，达到了目标和所提到的其内固有的优点。为了公开本发明而描述了本发明目前优选的实施方式，但对本领域技术人员来说，能够想到本发明各部分的布置方式和结构可以有许多变换，而这些变换也包括在由附加的权利要求书所限定的本发明的精神范围内。

Claims (21)

1.一种用于燃烧加压可燃废气的线性柯恩达燃烧装置，包括：

一个与可燃废气供应管相连的细长端部封闭管，该细长端部封闭管具有细长线性开口；以及

邻近所述端部封闭管内的细长线性开口设置的一个细长可燃气体分配槽，分配槽的侧面邻近端部封闭管的外弯曲表面设置，从而形成将加压可燃废气从端部封闭管内部排放到端部封闭管外弯曲表面上的缝隙。

2.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，进一步还包括用于点燃该可燃气体的装置。

3.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，进一步还包括用于点燃该可燃气体的引火器。

4.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述细长端部封闭管和分配槽大体上水平设置。

5.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述细长端部封闭管和分配槽以一个角度设置。

6.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，带有分配槽的两个或多个细长端部封闭管与可燃废气供应管相连。

7.如权利要求1所述的燃烧装置，其特征在于，所述可燃气体分配槽通过一个或多个弹簧组件与端部封闭管固定，使得当可燃废气的压力增加或者减小时，排放可燃废气的缝隙的宽度也增加或者减小。

8.如权利要求7所述的燃烧装置，其特征在于，所述弹簧组件固定在可燃气体分配槽底部，并与端部封闭管固定。

9.如权利要求7所述的燃烧装置，其特征在于，所述弹簧组件固定在端部封闭管内部，并与可燃气体分配槽固定。

10.如权利要求7所述的燃烧装置，其特征在于，所述弹簧组件固定在端部封闭管顶部，并与可燃气体分配槽固定。

11.如权利要求7所述的燃烧装置，其特征在于，进一步还包括给细长可燃气体分配槽的端部施加压力的、与端部封闭管固定的额外的弹簧组件，以防止加压可燃废气通过分配槽的端部流失。

12.一种燃烧可燃废气的方法，包括以下步骤：

(a)将可燃废气送入柯恩达燃烧装置中，该燃烧装置包括一个与具有细长线性开口的细长端部封闭管相连的可燃废气供应管；

(b)通过细长线性开口将可燃废气排放到邻近所述细长线性开口设置的细长可燃气体分配槽中，分配槽的细长侧面邻近端部封闭管的外弯曲表面设置，从而形成细长排放缝隙；

(c)通过细长排放缝隙将可燃气体排放到端部封闭管的弯曲表面上；以及

(d)点燃可燃废气。

13.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述细长端部封闭管和细长可燃气体分配槽大体上水平设置。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述细长端部封闭管和分配槽以一个角度设置。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述可燃废气被送入两个或多个细长端部封闭管，所述端部封闭管具有细长线性开口以及与所述端部封闭管固定的细长可燃气体分配槽，从而形成细长排放缝隙。

16.如权利要求12所述的方法，其特征在于，所述可燃气体分配槽通过一个或多个弹簧组件与端部封闭管固定，使得当可燃废气的压力增加或者减小时，排放可燃废气的缝隙的宽度也增加或者减小。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述弹簧组件固定在可燃气体分配槽的底部，并与端部封闭管固定。

18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述弹簧组件固定在端部封闭管的内部，并与可燃气体分配槽固定。

19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，所述弹簧组件固定在端部封闭管顶部，并与可燃气体分配槽固定。

20.如权利要求12所述的方法，其特征在于，进一步还包括给细长可燃气体分配槽的端部施加压力的、与端部封闭管固定的额外的弹簧组件，以防止加压可燃废气通过分配槽的端部流失。

21.如权利要求12所述的方法，其特征在于，当可燃废气未被点燃时，使少量的吹扫用气体流过燃烧装置，以防止空气进入燃烧装置。

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