DE2327017A1

DE2327017A1 - Brennerelemente und ihre verwendung in fackelbrennern

Info

Publication number: DE2327017A1
Application number: DE2327017A
Authority: DE
Inventors: Denis Henry Desty; Christopher John Young
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1972-06-01
Filing date: 1973-05-26
Publication date: 1973-12-20
Also published as: NO134636C; GB1426333A; US3853457A; JPS4950536A; NL7307546A; BE800377A; NO134636B; JPS56683B2; SE397402B; FR2187091A5; IT985115B

Description

PATENTANWÄLTE

.DRMNCvVON KREISLER DR.-ING. SCHÖN WALD

DR.-ING. TH. MEYER DR.FUES DIPL-CHEM. ALEK VON KREISLER DIPL-CHEM. CAROLA KELLER DR.-ING. KLÖPSCH DIPL-ING. SELTING

KÖLN 1, DEICHMANNHAUS

Köln, den 25. Mai 1973 Ke/Ax/Bt

THE BRITISH PETROLEUM COMPANY LIMITED Britannic House, Moor Lane, London, EC2Y 9BU, England

Brennerelemente und ihre Verwendung in Facke!brennern

Die Erfindung betrifft.das Abfackeln von brennbaren Abgasen von Bohrinseln öder'Bohrplattformen. " * '

Die Bohrtätigkeit im küstennahen Gebiet erfolgt gewöhnlieh von einer Plattform, die auf dem Boden des Meeres befestigt ist, oder von einem schwimmenden Schiff aus, auf dem der Bohrturm montiert ist. Das Abfackeln von Abgasen von Produktionsanlagen, die auf solchen Plattformen oder Schiffen montiert sind, ist mit besonderen Problemen verbünden» Angesichts des begrenzten Raums, der auf der Plattform verfügbar Ist, muß die aus der Fackel austretende Flamme entweder eine geringe Strahlungswärme haben oder so abgeschirmt sein, daß das Personal gegen Strahlung, Flammenüberschlag und Berührung mit Rauchgas'von hoher Temperatur geschützt ist. Eine weitere Voraussetzung besteht darin, daß das mit dem Abfackeln verbundene Geräusch nicht übermäßig stark ist. ·

Übliche Abgasfackeln sind auf dem eng begrenzten Raum von Bohrplattformen im Meer nicht gut geeignet. Die gebildeten Dangen Flammen sind schwierig abzuschirmen, so daß eine Gefährdung durch Strahlung und Flammenüberschlag die Folge ist. · ,

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Gegenstand der Erfindung ist ein für die Beseitigung von brennbaren Abgasen geeignetes Brennerelement einer Fackel· spitze, das eine von einer Vielzahl von Rohren durchzogene Brennstoffkammer und mit dem Austritt der' Rohre verbundene Mittel zur Verringerung der Gasgeschwindigkeit aufweist, wobei das Innere der Brennstoffkammer mit den Bohrungen der Rohre nur mit Hi3fe von Coanda-Düsen ■ verbunden ist, so daß während des Betriebs des Brenners der Brennstoff von der Brennstoffkammer durch die Coanda-Düsen in die Rohre strömt und hierbei die umgebende Luft in den Brennstoffstrom mitreißt, worauf der Brennstoff und die Luft durch die Rohrausgänge in eine Verbrennungszone strömen.

Eine Coanda-Düse kann a3s Düse definiert werden, die ein Medium unter hohem Druck in ein anderes Medium von niedrigem Druck durch einen engen Schlitz mit gewählten Abmessungen auszustoßen vermag und eine gekrümmte Oberfläche mit ausgewählten Kontüren hat, die im wesentlichen in eine Wand des Schlitzes übergeht. Eine geeignete Form einer Coanda-Düse wird in der britischen Patentschrift ' I278577 der Anmelderin beschrieben.

'Die Rohre sind vorzugsweise zylindrisch. Bevorzugt wird eine solche Anordnung der Rohre, daß ihre Achsen parallel sind.

Als Mittel zur Verringerung der Gasgeschwindigkeit dient vorzugsweise ein Rohr mit größer-werdender Querschnittsfläehe. Besonders bevorzugt wird ein DIffusorkegel, der über die obere Platte der Brennstoffkammer von jedem Rohr herausragt. Die jeweiligen Kege]abmessungen hängen von den abgefackelten Gasen ab. Vorzugsweise hat der Diffusorkegel (ein Kegelstumpf.) einen eingeschlossenen Winkel von J> bis 3 0°, insbesondere von 4 bis 6 , und der Durchmesser der Mündung des Diffusorkegels entspricht vorzugs-

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weise dem 3,5- bis 2-fachen Durchmesser der Einschnürung des Diffusors. Die Rohre am Ende der Coanda-Düse haben vorzugsweise einen Durchmesser von 2,5 bis 7,6 crn^einen Abstand von Mitte zu Mitte von 5 bis 3 5,2 cm und eine-Länge von 3 5,2 bis 50,5 cm. .

Aus Gründen der Stabi3ität der F3amme ist es zweckmäßig', \ dass 7 oder mehr jRohre durch die Brennstoffkammer geführt sind, wobei die Rohre so nebeneinander gesetzt sind, daß die Stabi3isierung der F3amme vorzugsweise in Form einer einzigen waagerechten F3amme über den Kege3n erreicht wird. Die Rohre sind vorzugsweise in einer Reihe angeordnet ■ · j wobei der Abstand ihrer Mitte3punkte nicht größer ist a3s ^; 5 Rohrdurchmesser. !

Mit dem vorstehend beschriebenen Brennereiement können die verschiedensten Gase, z.B. Äthan und Methan, verbrannt werden. :

Das Brennerelement ist vorzugsweise in Baukastenweise konstruiert, d.h. es besteht aus einer geeigneten Zahl kleiner Einheiten. Hierdurch ergeben sich Vorteile im Zusammenbau und in der Herstellung des Elements. Vorzugsweise hat eine Baukasteneinheit eine Dreiecksform. Ein 6-eckiges Brennerelement mit insgesamt 270 Coanda-Einheiten ist eine bevorzugte Konstruktion. .. -. '!

Das Brennerelement kann einen Teil von Fackeln bilden, die zum Abfacke3n von Abgasen beispielsweise auf Bohrinseln oder Bohrplattformen dienen. >

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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Facke3spitze, die sich zur Beseitigung von brennbaren Gasen eignet und aus einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Brennerelemente besteht.

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Während des Gebrauchs des Elements ±n einer Packe] wird es vorzugsweise mit Zündbrennern versehen. Vorzugsweise wird das Brennerelement mit Strahlungs- und/oder Wandschirmen versehen, insbesondere beim Einsatz auf Bohrinseln oder -plattformen.

Die Erfindung umfaßt ferner die Beseitigung von brennbaren Gasen nach einem Verfahren, das dadurch dadurch gekennzeichnet ist, daß man das brennbare Gas aus der Brennstoff kammer des vorstehend, beschriebenen Brennereiements einer Facke]spitze durch Coanda-Düsen in die Rohre leitet und hierdurch Umgebungsluft in den Brennstoffstrom mitreißt, worauf der gasförmige Brennstoff und die Luft durch die Rohrausgänge zu einer Verbrennungszone strömen, wo sie gezündet werden.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels in Verbindung mit den Abbildungen beschrieben.

Figur 1 zeigt eine Seitenansicht'der auf einer Bohrplattform montierten Fackel.

Figur 2 ist ein senkrechter Schnitt durch ein Brennerelement. ,

Figur 5 veranschaulicht die Konstruktion des Brennerelements in Baükastenweise.

Figur 4'ist eine Draufsicht auf eine andere Anordnung.-

Figur 1 zeigt ein auf einerBohrinsel installiertes Fackelgerüst. Das brennbare Gas wird dem Fackel gerüst von den Gäs-öl-Abscheidern durch eine Gaszuführungsleitung 1 zugeführt und zu den Brennereiementen j5 geleitet, die vorzugsweise möglichst weit von den Produktionsanlagen 2 an-

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.geordnet sind« Das Fackelgerüst ist auf eine freitragende Stütze 4 aufgesetzt, die von der Bohrplattform 5 nach außen ragt. Die Brennerelemente 3 sind auf einem Fackel gerüst 6 einer Höhe von etwa 30,5 m installiert.

Ein Querschnitt des Brennereiements ist in Figur 2 dargestellt. Das Brennerelement weist eine Brennstoffkammer auf, die von einer Vielzahl von Rohren 8 durchzogen ist. Die Brennst off kammer 7 ist. durch parallele untere und obere Metallbleche 9 und 10 geschlossen. Das Innere der Brennstoffkammer ist mit den Bohrungen jedes einzelnen Rohres 8 mit Hilfe einer Coanda-Düsenkammer 14 verbunden. Die Brennstoffkammer, die Düse und das Rohr werden durch ■ Schraubbolzen in ihrer Lage gehalten. Die Rohre 8 ragen in Form eines Diffusorkege1s 11 über die obere Platte 9 der Brennstoffkammer 7 hinaus. Die Rohre haben einen' Durchmesser von 6.35 cm, eine Länge von 38 cm und einen Abstand von 11,4 cm von Mitte zu Mitte.

Während des Betriebs des Brennerelements gelangt der Brennstoff durch eine (nicht dargestellte) Brennstoffzuführungsleitung in die Brennstoffkammer 7· Der Brennstoff gelangt dann aus der Brennstoffkammer 7 irr die Coanda-Düsenkammer 14 durch Löcher 13· Der Brennstoff tritt aus dem Schlitz 12 der Coanda-Düse in das Rohr 8 ein. Durch den Coanda-Effekt wird Umgebungsluft mitgerissen, so daß ein brennbares Gemisch von brennbarem Gas und Luft längs des Rohres 8 in die Verbrennungszone strömt, die über dem Diffusor 11 liegt. Durch diese Brennerkonstruktion ergibt sich eine einzige waagerechte Verbrennungszone, die über die Rohre 8 ausgebreitet ist.

Figur 3 veranschaulicht die Konstruktion des Brennerelements in Baukastenweise. Das Element besteht aus

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sechs dreieckigen Baukasteneinheiten 15> von denen jede 4 5 Rohre 8 enthält. Im allgemeinen besteht jede Fackel aus drei Elementen, so daß die Fackel insgesamt J5 χ 270 = 8lO Rohre enthält. Im Betrieb wird das brennbare Gas durch die Brennstoffzuführungsleitung 1 zugeführt. Die sechs dreieckigen Baukasteneinheiten 15 sind von einer gemeinsamen Brennstoffverteilungsleitung l8 umgeben. Das Element oder die Reihe J5 ist um das Brennerelement angeordnet und ragt von diesem senkrecht nach oben.

Jede Fackel besteht aus drei gesonderten sechseckigen Brennern, die waagerecht montiert sind·, wobei der Abstand von der Außenkante eines Brenners zur Außenkante des anderen Brenners etwa 2,44 m beträgt und das Brennerelement von einem 6l cm hohen Windschirm umgeben ist. Die Brennstoffzuführungsleitungen haben einen Durchmesser von etwa 15 cm.

Figur 4 zeigt eine Draufsicht auf die Anordnung und veranschaulicht die Lage der verschiedenen Einheiten. Die Hauptplattform 16 hat eine Kantenlänge von 52 m. Die Plattform ist gegen die Brennerelemente 3 mit einem Strahlungsschutzschirm 17 abgeschirmt. Die Fackel ist an der Plattform mit Hilfe einer frei tragenden Stütze 4 befestigt, die außerdem die Brennstoffzuführungsleitung zum Fackel gerüst trägt.

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Claims

_ γ - Patentansprüche

3V Brennerelement, gekennzeichnet durch eine Brennstoffkammer (7) die von einer Vielzahl von Rohren (8) durchzogen ist, und an den Austritt der Rohre angesetzte Mittel zur Verringerung der Gasgeschwindigkeit, wobei das Innere der Brennstoffkammer (7) mit den Bohrungen der Rohre (8) nur mit Hufe von Coanda-Düsen (12, 14) verbunden ist, so daß im Betrieb der Brennstoff aus der Brennstoffkammer durch die Coanda-Düsen in die Rohre (8) strömt und hierbei Umgebungsluft in den Brennstoffstrom mitreißt, worauf der Brennstoff und die Luft durch die Rohrausgänge zu einer Verbrennungszone .strömen..
2) Brennerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre zylindrisch sind.
3) Brennerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge·* kennzeichnet, daß die Rohre (8) so angeordnet sind, daß ihre Achsen parallel zueinander verlaufen.

4) Brennereiement nach Anspruch 1 bis 3* dadurch gekennzeichnet, daß als Mittel zur Verringerung der Gasgeschwindigkeit ein Rohr (1.1) mit größer werdender Quer- · schnittsfläche vorhanden ist.

5) ' Brennereiement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (ll) mit größer werdender Querschnittsfläche als Diffusor oder Trichter ausgebildet ist.

6) Brennereiement nach'Anspruch 1 bis 5* dadurch gekennzeichnet, daß der'Diffusor (11) einen eingeschlossenen Winkel von- 3° bis 10°, vorzugsweise von 4° bis 6° hat.

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7) Bfennere]ement nach Anspruch ] bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Mündung des Diffusors (33) dem 3,5- bis 2-fachen Durchmesser seiner Einschnürung entspricht.

8) Brennere]ement nach Anspruch 1 bis Y, dadurch gekennzeichnet, daß der Diffusor (3 3) einen Durchmesser von 25 bis 76 mm an der Einschnürung und eine Länge von 35 bis 46 cm, vorzugsweise einen Durchmesser von 53 bis 76 mm an der Einschnürung und eine Länge von 36 bis 43. cm hat.

9) Brennerelement nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rohre in Reihen angeordnet sind, und der Abstand der Röhre von Mitte zu Mitte' nicht größer ist a3s 5 Rohrdurchmesser.

3 0) Brennere3ement nach Anspruch,3 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß die Brennstoffkammer (7) von 7 oder mehr Rohren (8) durchzogen ist.

3 3.) Brennere3 ement nach Anspruch 3 bis 3 0, dadurch gekennzeichnet, daß es in Baukastenweise konstruiert ist.

3 2) Brennere3ement nach Anspruch 3 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß die Baukasteneinheiten (3 5) Dreiecks-' form haben. . ' i

33) Brennere3ement nach Anspruch 3 bis 3 2,- dadurch gekennzeichnet, daß es aus sechs dreieckigen Baukasteneinheiten (3 5) in Form eines Sechsecks besteht.

3 4) Brennere3ement nach Anspruch 3 bis 33* dadurch gekennzeichnet, daß es aus sechs dreieckigen Bauksteneinheiten (3 5) besteht, die je 45 Rohre aufweisen.

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15) Fackelbrenner, bestehend aus einem oder mehreren Brennereiementen nach Anspruch 1 bis ]4.

16) "Verfahren zur Beseitigung von brennbaren Gasen, dadurch gekennzeichnet, daß das brennbare Gas aus der Brennstoffkammer des Fackel brenners nach Anspruch 7 durch Coanda-Düsen in die Rohre geleitet wird und hierbei Umgebungsluft in den Brennstoffstrom mitreißt, worauf der Brennstoff und' die Luft durch die Rohrausgänge zu einer Verbrennungszone strömen, wo sie gezündet werden.

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