DE2650066C3

DE2650066C3 - Brennerelement für Fackelbrenner

Info

Publication number: DE2650066C3
Application number: DE2650066A
Authority: DE
Inventors: Ronald Louis Cowes Isle Of Wight Bourn (Ver. Koenigreich)
Original assignee: BP PLC
Current assignee: BP PLC
Priority date: 1975-11-12
Filing date: 1976-10-30
Publication date: 1981-02-12
Also published as: FR2331751B1; NO142542C; NO763793L; JPS5925922B2; GB1551915A; DE2650066B2; CA1045022A; JPS5261370A; NO142542B; AU503579B2; FR2331751A1; DE2650066A1; US4125361A; AU1919576A

Description

ders bevorzugten Ausführungsform senkrecht zur Achse des zentralen Gasstromes verlauft. Die Lippe hat vorzugsweise den Querschnitt eines Kreisbogens.

Der Querschnitt des Fiammentrennringes 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 350 mm.

Ferner liegt vorzugsweise bei der zweiten Ausführungsform die Innenkante des Fiammentrennringes, 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 in der DE-OS 2527710 beschrieben ist.

In Abhängigkeit von der Menge des abzufackelnden Gases kann eine Anzahl von Coanda-Brennerelementen zu einer Gruppe zusammengefügt werden. Vorzugsweise hat der Mittelpunkt jedes Coanda-Brennerelements der Gruppe zum Mittelpunkt des nächsten Elements einen Abstand von 2 bis 3 Kegelaustrittsdurchmessem. Diese Anordnung trägt mit dazu bei, optimales Mitreißen von Sekundärluft zu erzielen.

Während des Gebrauchs des Elements in einer Fakkel wird es vorzugsweise mit Zündbrennern versehen. Vorzugsweise wird die Fackel mit Strahlungs- und/ oder Windschinnen 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 Brennstoff kammer 3 mit einem Eintritt 4 zur Aufnahme von Brennstoff in der Gasphase umgeben ist. Die Brennsiloffkammer 3 öffnet sich in das Strömungsrohr 1 über einen Schlitz 5, der sich um den geamten Umfang de» 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 Krüm-

■> mung wie die Lippe.

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

in Coanda-Oberfläche 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 Austritte.

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 wj>d durch die Wirkung des Fiammentrennringes 8 eine sekundäre Flamme erzeugt, die sich um den Austritt 6 des Strömungsrohes 1, das die primäre Flamme über der Mündung 6 des Strömungsrohres 1 hält, auswärts er-

2^r. streckt.

Ein typisches Coanda-Brennerelement hat die folgenden Abmessungen:

Durchmesser der Mündung des
Coanda-Kegels

Durchmesser der Einschnürung
des Coanda-Körpers
Halb eingeschlossener Winkel
des Coanda-Kegels
Länge des Coanda-Kegels (von
der Einschnürung zur Mündung)
Abstand zwischen Flammentrennring und Innenwand der Mündung

und

Gesamte Gasdurchflußmenge
pro Element

Druckbereich im Gaseintrittsverteiler

350 mm
217 mm
3,5°
550 mm

8 mm am
Austrittsende 11 mm am
unteren Ende

127440Nm³/ Tag

0 bis 5 bar

Eine aus drei Coanda-Elementen bestehende Gruppe wurde mit brennbarem Gas (Erdgas) bei 2,5 bar Überdruck und einer gemessenen Durchflußmenge von 247800 NmVTag betrieben. Der Abstand der Coanda-Elemente von Mitte zu Mitte betrug drei Mündungsdurchmesser. Die gebildete Flamme war im wesentlichen dchtleuchtend und hatte eine geschätzte Höhe von 6,1 m. Die Fackel wurde eine Stunde unter stetigen Bedingungen betrieben. Während dieser Zeit blieb die Fackelbaugruppe verhältnismäßig kühl (160° C).

Die Fackeleinheiteii arbeiteten weiterhin befriedigend, wenn der Druck auf 0,143 bar Überdruck gesenkt wurde. Bei diesem Druck bewegte sieh die Flammenfront nach unten in die Mündung des Kegels, wo sie weiterbrannte, bis sie beim Druck Null erlosch.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Brennerelement mit einem Strömungsrohr mit einer Coanda-Düse an einem Ende, durch die unter Druck stehendes Brenngas zusammen mit mitgerissenem umgebendem Gas längs der Innenseite des kegelstumpfförmigen Strömungsrohres, das sich in Richtung der Gasströmung zu einem Austrittsteil ausweitet, strömt, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Austrittsteil (6) des Strömungsrohres (1) ein Flammentrennring (8) mit Abstand vom Austrittsteil (6) der Wand des Strömungsrohres (1) angeordnet ist, der längs der Innenwand des Strömungsrohres strömendes Brenngas und mitgerissene Gasschicht vom zentralen Gasstrom abtrennt und das Brenngas und die mitgerissene Gasschicht nach außen vom zentralen Gasstrom hinweg ablenkt

2. Brennelement nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der FJanunenirenriring (S) 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.

3. Brennerelement nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Austrittsteil (6) des Strömungsrohres (1) nach außen unter Bildung einer Lippe (7) umgebogen ist

4. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (7) im rechten Winkel zur Achse des zentralen Gasstroms umgebogen ist.

5. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Lippe (7) den Querschnitt eines Kreisbogens hat.

6. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Flammentrennring (8) einen gekrümmten Querschnitt hat, der dem Austrittsquerschnitt des Strömungsrohres (1) ähnlich ist und einen Abstand dazu hat.

7. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Querschnitt des Flammentrennringes (8) die Form eines Kreisbogens hat.

8. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die der Einschnürung des Strömungsrohres (1) nähefliegende Kante des Flammentrennringes (8) auf oder außerhalb der Sichtlinie längs der Innenwand des divergierenden Strömungsrohres (1) liegt.

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

10. Brennerelement nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen dem Flammentrennring (8) und dem Austritt (6) des Strömungsrohres (1) 2 bis 5% des Austrittsdurchmessers beträgt.

Das Abfackeln von brennbaren Gasen, insbesondere die Beseitigung von Erdölgas in Notsituationen aus 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, Flam-

menüberschlag 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 engbegrenzten

π Rama von Bohrplattformen im Meer nicht gut geeignet, da die gebildeten langen Flammen schwierig abzuschirmen sind, so daß eine Gefährdung durch Strahlung und Flammenüberschlag die Folge ist.

In der GB-PS 1426333 ist bereits ein Brennerelement mit einer Brennstoffkammer beschrieben, die von einer Vielzahl von Rohren durchzogen ist und weitere Rohre zunehmender Querschnittsfläche zur Verringerung der Gasgeschwindigkeit aufweist, von denen jedes am Ausgang jeweils eines der ersten

Rohre befestigt und durch einen Raum atmosphärischer Luft vom benachbarten Rohr getrennt ist, 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

jo Betrieb der Brennstoff aus der Brennstoffkammer durch die Coanda-Düse 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

J5 Rohre zu einer Verbrennungszone strömen. Die GBPS 1278577 beschreibt ebenfalls ein Fackelbrennelement mit einer Coanda-Düse zum wandnahen Einbringen von Brenngas unter Luftansaugung mit sich daran anschließendem, stetig erweiternden Rohr.

Diese bekannten Brennerelemente haben jedoch noch einige Nachteile, vor allem bezüglich der Stabilisierung der Flamme.

Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, die Flammenstabilisierung zu verbessern. Die Lösung

4· dieser Aufgabe ist ein Brennerelement mit einem Strömungsrohr mit einer Coanda-Düse an einem Ende, durch die unter Druck stehendes Brenngas zusammen mit mitgerissenem umgebendem Gas längs der Innenseite des kegelstumpfförmigen Strömungs-

-,(I rohres, das zu einem Austrittsteil ausweitet, strömt, das dadurch gekennzeichnet ist, daß in dem Austrittsteil des Strömungsrohres ein Flammentrennring mit Abstand vom Austrittsteil der Wand des Strömungsrohres angeordnet ist, der längs der Innenwand des

■λ Strömungsrohres strömendes Brenngas und mitgerissene Gasschicht vom zentralen Gasstrom abtrennt und das Brenngas und die mitgerissene Gasschicht nach außen vom zentralen Gasstrom hinweg ablenkt.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung hat der

Flammentrennring die Form eines umgekehrten Hohl kegelstumpfes mit einem eingeschlossenen Winkel, der größer ist als der eingeschlossene Winkel des Strömungsrohres, wobei wenigstens ein Teil des Trennringes sich innerhalb des Strömungsrohres bein findet.

Bei einer zweiten Ausführungsform weitet sich der Austrittsteil des Strömungsrohrs nach außen unter Bildung einer Lippe aus, deren Ende bei der beson-