DE2650066A1

DE2650066A1 - Fackelbrenner

Info

Publication number: DE2650066A1
Application number: DE19762650066
Authority: DE
Inventors: Ronald Louis Bourn
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1975-11-12
Filing date: 1976-10-30
Publication date: 1977-05-18
Also published as: FR2331751B1; NO142542C; NO763793L; JPS5925922B2; GB1551915A; DE2650066B2; CA1045022A; JPS5261370A; NO142542B; AU503579B2; DE2650066C3; FR2331751A1; US4125361A; AU1919576A

Description

VON KREISLER SCHÖNWALD MEYER EISHdLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler f 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller,' Köln Dipl.-Ing. G. Seifing, Köln

Ke/Ax/To 5 Köln ι 29. Oktober I976

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

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

Fackelbrenner

Die Erfindung betrifft einen Packelbrenner zum Abfackeln von brennbaren Gasen, beispielsweise auf Bohrinseln oder Bohrplattformen, insbesondere die Beseitigung von Erdölgas in Notsituationen.

Das Abfackeln von Gasen von Produktionsanlagen, die auf Bohrinseln und Bohrplattformen im Meer montiert sind, ist mit besonderen Problemen verbunden. 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.

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Telefon: (0221) 23 4541-4 ■ Telex: 8882307 dopa d · Telegramm: Dompalenl Köln

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

Gegenstand der GB-PS 1 426 333 der Anmelderin ist ein Brennerelement mit einer Brennstoffkammer, die von einer Vielzahl von ersten Rohren durchzogen ist, Mitteln zur Verringerung der Gasgeschwindigkeit in Form von zweiten Rohren mit zunehmender Querschnittsfläche, von denen jedes am Ausgang jeweils eines der ersten Rohre befestigt ist und die durch einen Raum von atmosphärischer Luft voneinander getrennt sind, wobei das Innere der Brennstoffkammer mit den Bohrungen jedes der ersten Rohre nur mit Hilfe einer Coanda-Düse für jedes erste Rohr verbunden ist, so daß im Betrieb der Brennstoff aus der Brennstoffkammer durch die Coanda-Düsen in die ersten Rohre strömt und hierbei Umgebungsluft in den Brennstoffstrom mitreißt, worauf der Brennstoff und die Luft durch die Ausgänge der ersten Rohre und durch die zweiten Rohre zu einer Verbrennungszone strömen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Weiterentwicklung der vorstehend genannten Erfindung, durch die die Stabilisierung der Flamme verbessert wird.

Wenn die Verlängerung einer Lippe der Mündung eines Schlitzes, durch den ein Fluid unter Druck austritt, allmählich von der Achse des Austritts des Schlitzes divergiert, erzeugt die verlängerte Lippe bekanntlich einen Druckabfall im umgebenden Fluid, wodurch das

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Fluid veranlaßt wird, zum Bereich des niedrigen Drucks zu strömen. Diese physikalische Erscheinung ist als Coanda-Effekt bekannt, und ein Körper, der diesen Effekt aufweist, ist als Coanda-Körper bekannt. Eine Coanda-Düse kann somit als eine Düse definiert werden, die ein Fluid unter hohem Druck in ein anderes Fluid von niedrigem Druck durch einen engen Schlitz mit gewählten Abmessungen auszustoßen vermag, wobei eine Oberfläche des Coanda-Körpers im wesentlichen in eine Wand des Schlitzes übergeht.

Gegenstand der Erfindung ist ein Brennerelement mit einem Strömungsrohr, das an einem Ende eine Coanda-Düse aufweist, die so ausgebildet ist, daß unter Druck stehendes Brenngas zusammen mit mitgerissenem umgebendem Gas längs der Innenseite des Strömungsrohres strömt, wobei das Strömungsrohr sich in Richtung der Gasströmung zu einem Austrittsteil ausweitet, in dem ein Bauteil zum Abtrennen des Brenngases und der mitgerissenen Gasschicht, die neben der Innenwand des Strömungsrohres strömen, vom zentralen Gasstrom und zum Ablenken des Brenngases und der mitgerissenen Gasschicht nach außen vom zentralen Gasstrom, angeordnet ist.

Es wurde gefunden, daß durch Abtrennen des brennstoffreichen Gemisches, das längs der Innenwand des Strömungsrohres (oder der Trompete) strömt, eine sekundäre Flamme gebildet wird, die sich in einem waagerechten Ring von der Trompetenmündung ausbreitet. Diese sekundäre Flamme bewirkt offensichtlich, daß die primäre Flamme (des magereren Brenngas-Luft-Gemisches) aus dem zentralen Gasstrom auf die Mündung des Strömungsrohres gerichtet wird.

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Das Strömungsrohr hat vorzugsweise die Form eines Kegelstumpfes.

Die besonders bevorzugte Ausführungsform zum Abtrennen und Ablenken des Brenngases und der mitgerissenen Luftschicht, die längs der Innenwand des Strömungsrohres strömen, ist die "Verwendung eines Flammentrennringes (flame retention ring), der mit Abstand vom Austrittsteil der Wand des Strömungsrohres angeordnet ist.

Es ist erwünscht, daß der Flammentrennring oder ein sonstiges Trennmittel das brennstoffreiche Gasgemisch abtrennt, ohne das in Abwesenheit des Ringes oder Trennmittels stattfindende Mitreißen der Luft durch die Coanda-Düse wesentlich zu verringern. Dies kann beispielsweise erreicht werden, indem der Flammentrennring im Einklang mit der mechanischen Festigkeit möglichst dünn gehalten wird.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat der Flammentrennring die Form eines umgekehrten Hohlkegelstumpfes mit einem eingeschlossenen Winkel, der größer ist als der eingeschlossene Winkel des Strömungsrohres, wobei wenigstens ein Teil des Trennringes sich innerhalb des Strömungsrohres befindet.

Bei einer zweiten Ausführungsform weitet sich der Austrittsteil des Strömungsrohres nach außen unter Bildung einer Lippe aus, deren Ende bei der besonders bevorzugten Ausführungsform senkrecht zur Achse des zentralen Gasstromes verläuft. Die Lippe hat vorzugsweise den Querschnitt eines Kreisbogens.

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Der Querschnitt des Flammentrennringes ist vorzugsweise gekrümmt, wobei die Form eines Kreisbogens besonders bevorzugt wird.

Der Abstand zwischen dem Flammentrennring und der Lippe der Strömungsrohrwand ist klein im Vergleich zum Austrittsdurchmesser (Innendurchmesser) des Strömungsrohres und beträgt beispielsweise 2 bis 5 % dieses Innendurchmessers. Der Abstand zwischen dem Flammentrennring und der Strömungsrohrwand beträgt im allgemeinen 5 bis 10 mm bei einem Innendurchmesser des Austritts von J55O mm.

Ferner liegt vorzugsweise bei der zweiten Ausführungsform die Innenkante des Flammentrennringes, d.h. die der Einschnürung des Coanda-Kegels näher liegende Kante auf oder außerhalb der Sichtlinie, wenn man von der Einschnürung zur Mündung des Kegels längs der Innenwand längs des divergierenden Abschnitts des Kegels blickt. Durch dieses Merkmal wird die Ausbildung einer turbulenten Gasströmung vermindert und das Mitreißen von Luft durch die Coanda-Düse verbessert. .Ferner wird vorzugsweise die Querschnittsfläche zwischen dem Flammentrennring und dem Austritt des Strömungsrohres in Strömungsrichtung des Gases größer.

Besonders vorteilhaft wird die Erfindung in Verbindung mit der Coanda-Einheit angewendet, · die Gegenstand des

Patents (Patentanmeldung P 25 27 7IO.5) der

Anmelderin ist.

In Abhängigkeit von der Menge des abzufackelnden Gases kann eine Anzahl von Coanda-Brennereinheiten zu einer Gruppe zusammengefügt werden. Vorzugsweise hat der Mittelpunkt jedes Coanda-Brennerelements der Gruppe zum Mittelpunkt des nächsten Elements einen Abstand von

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2 bis 3 Kegelaustrittsdurohmessern. Diese Anordnung trägt mit dazu bei, optimales Mitreißen von Sekundärluft zu erzielen.

Während des Gebrauchs des Elements in einer Fackel wird es vorzugsweise mit Zündbrennern versehen. Vorzugsweise wird·die Fackel mit Strahlungs- und/oder Windschirmen versehen, insbesondere beim Einsatz auf Bohrinseln oder -plattformen.

Die Erfindung wird nachstehend als Beispiel unter Bezugnahme auf die Abbildung beschrieben.

Der in der Abbildung dargestellte Brenner weist ein Strömungsrohr oder einen Kegel 1, dessen Eintrittsende 2 von einer Brennstoffkammer J5 mit einem Eintritt 4 zur Aufnahme von Brennstoff in der Gasphase umgeben ist. Die Brennstoffkammer 3 öffnet sich in das Strömungsrohr 1 über einen Schlitz 5, der sich um den gesamten Umfang des Eintrittsendes 2 erstreckt und die Gestalt einer Coanda-Düse hat.

Die Coanda-Düse hat solche Eigenschaften, daß der Brennstoffstrom dicht an der Wand bleibt und der Brennstoffstrom genügend Luft durch das Strömungsrohr 1 ansaugt, um ein brennbares Brenngas-Luft-Gemisch zu bilden, das in der Verbrennungszone verbrannt wird.

Am Austrittsende 6 des Strömungsrohres 1 ist die Lippe oder der Rand 7 nach außen bis zu einer waagerechten oder fast waagerechten Lage umgebogen. Ein Flammentrennring 8 (die Halterungen sind nicht dargestellt) ist an die Lippe 7 angesetzt. Der Ring 8 verläuft parallel zur Lippe 7 und hat eine ähnliche Krümmung wie die Lippe.

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AO

Während des Betriebs des Brenners tritt das der Brennkammer 3 unter Druck zugeführte Brenngas aus dem Schlitz 5 der Coanda-Düse aus. Durch den Coanda-Effekt "haftet" das austretende Gas an der Coanda-Oberflache und reißt Umgebungsluft vom Eintrittsende 2 des Strömungsrohres 1 mit. Das Brenngas und die mitgerissene Luft strömen dann längs des Strömungsrohres 1 in Richtung zu seinem Austritt 6.

Der Strom besteht aus einem Kern von magerem Brennstoff-Luft-Gemisch, der von einem Ring aus reichem Brennstoff-Luft-Gemisch umgeben ist. Der Flammentrennring 8 trennt den brennstoffreichen Gasring ab und leitet ihn nach außen.

Nach dem Zünden des Brenners wird durch die Wirkung des Flammentrennringes 8 eine sekundäre Flamme erzeugt, die sich um den Austritt 6 des Strömungsrohres 1, das die primäre Flamme über der Mündung 6 des Strömungsrohres 1 hält, auswärts erstreckt.

Ein typisches Coanda-Brennerelement hat die folgenden Abmessungen:

Durchmesser der Mündung des

Coanda-Kegels 350 mm

Durchmesser der Einschnürung

des Coanda-Körpers 217 mm

Halb eingeschlossener Winkel

des Coanda-Kegels 3j5

Länge des Coanda-Kegels (von der
Einschnürung zur Mündung) 550 mm

Abstand zwischen Flammentrennring

und Innenwand der Mündung 8 mm am Austrittsende

und 11 mm am unteren Ende

Gesamte Gasdurchflußmenge ,

pro Element 127 440 NnryTag

Druckbereich im Gaseintritts- ₂

verteiler 0 bis 5,13 kg/cm

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Eine aus drei Coanda-Elementen bestehende Gruppe wurde mit brennbarem Gas (Erdgas) bei 2,46 atü und einer gemessenen Durchflußmenge von 247 8θΟ Nnr/Tag betrieben. Der Abstand der Coanda-Elemente von Mitte zu Mitte betrug drei Mündungsdurchmesser. Die gebildete Flamme war im wesentlichen nichtleuchtend und hatte eine geschätzte Höhe von 6,1 m. Die Fackel wurde 1 Stunde unter stetigen Bedingungen betrieben. Während dieser Zeit blieb die Fakkelbaugruppe verhältnismäßig kühl (16O°C).

Die Fd-ckeleinheiten arbeiteten weiterhin befriedigend, wenn der Druck auf O,l4l atü gesenkt wurde. Bei diesem Druck bewegte sich die Flammenfront nach unten in die Mündung des Kegels, wo sie weiterbrannte, bis sie beim Druck Null erlosch.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

1./Brenne re le me nt mit einem Strömungsrohr (1), das an einem Ende eine Coanda-Düse aufweist, die so ausgebildet ist, daß unter Druck stehendes Brenngas zusammen mit mitgerissenem umgebendem Gas längs der Innenseite des Strömungsrohres (1) strömt, wobei das Strömungsrohr (1) sich in Richtung der Gasströmung zu einem Austrittsteil (6) ausweitet, in dem ein Bauteil, das das Brenngas und die mitgerissene Gasschicht, die neben der Innenwand des Strömungsrohres strömen, vom zentralen Gasstrom abtrennt und das Brenngas und die mitgerissene Gasschicht nach außen vom zentralen Gasstrom hinweg ablenkt, angeordnet ist.

2. Brennerelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Strömungsrohr (1) kegeistumpfförmig ist.

3· Brennerelement nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Bauteil, das das Brenngas und die mitgerissene Luftschicht, die längs der Innenwand des Strömungsrohres (1) strömen, abtrennt und ablenkt, ein Plammentrennring (8) ist, der mit Abstand vom Austrittsteil (6) der Wand des Strömungsrohres (1) angeordnet ist.

4. Brennefelement nach Anspruch 1 bis j5* dadurch gekennzeichnet daß der Flammentrennring (8) die Form eines umgekehrten Hohlkegelstumpfes mit einem eingeschlossenen Winkel hat, der größer ist als der eingeschlossene Winkel des Strömungsrohres (1), wobei der umgekehrte Kegelstumpf wenigstens zum Teil innerhalb des Strömungsrohres (1) angeordnet ist.

^709820/0310 OR₁Q₁NAL₁NSPECTeD

5· Brennerelement nach Anspruch 1 bis 4,. dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsteil (6) des Strömungsrohres (1) nach außen unter Bildung einer Lippe (7) umgebogen ist.

6. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (7) im rechten Winkel zur Achse des zentralen Gasstroms umgebogen ist.

7. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (7) den Querschnitt eines Kreisbogens hat.

8. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 7» dadurch gekennzeichnet, daß der Flammentrennring (8) einen gekrümmten Querschnitt hat, der dem Austrittsquerschnitt des Strömungsrohres (1) ähnlich ist und einen Abstand dazu hat.

9. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Querschnitt die Form eines Kreisbogens hat.

10. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 9* dadurch gekennzeichnet, daß die der Einschnürung des Strömungsrohres (1) näher liegende Kante des Flammentrennrings (8) auf oder außerhalb der Sichtlinie längs der Innenwand des divergierenden Strömungsrohres (1) liegt;

11. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Querschnittsfläche zwischen dem Flammentrennring (8) und dem Austritt (6) des Strömungsrohres (1) in Gasströmungsrichtung größer ist.

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12. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Flammentrennring (8) und dem Austritt (6) des Strömungsrohres (1) 2 bis 5 % des Austrittsdurchmessers beträgt.

13. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Coanda-DUse mit einem Bauteil, das den Gasdruck an ihrem Austrittsschlitz im wesentlichen konstant hält, versehen ist.

14. Brennerelement nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß er eine Coanda-Einheit mit selbstregelndem Schlitz gemäß Patent (Patentanmeldung P 25 27 710.5) aufweist.

15. Aus Brennereinheiten nach Anspruch 1 bis 14 bestehende Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand der Brennerelemente zum benachbarten Brennerelement von Mitte zu Mitte mehr als das Zweifache des Austrittsdurchmessers des Strömungsrohres (1) beträgt.

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