NO158594B - Brenner, samt grunnfakkel som utgjoeres av et antall brennere. - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører brennere og nærmere bestemt brennere som anvendes for utslipp av raffinerigasser eller gasser fra andre olje-, gass- eller kjemiske anlegg. Brenneren er egnet for bruk i en grunnfakkel, hvor brenner en innbefatter et tilførselsrør for brenselgass aerodynamisk tilformet for å tilveiebringe en forholdsvis lav motstand mot oppad luftstrømning, hvis rør har et eller flere brenselgass-utløp i nedstrømssiden av røret, innretninger for å passere luft oppad forbi utløpene, en plate inntil hvert utløp slik at brenselgassen som utgår fra utløpene sprer seg over platen og blander seg med den oppad rettede luftstrøm, samt innretninger for å fastholde flammen ved forbrenningen av brenselgass og luft.

Konvensjonelle raffineribrennere som innbefatter et materør for brenselsgass med et antall utløpshull er vel kjent. Disse brennere er av enkel oppbygning og relativt likefrem å fabrikkere. Imidlertid fremstiller de relativt lange stråle-flammer med en relativt høy røykdannende tendens forårsaket av relativt dårlig aerodynamikk. Karbonoppbygning i materøret forårsaket ved tilbakestrålning og flammeslikk kan bevirke materøret å splitte seg, for derved å redusere brenner-ef f ektiviteten eller til og med gjøre den ubrukbar inntil, reparasjoner kan effektueres.

Brennerne er ofte anvendt som del av en grunnfakkel. Et problem med grunnfakler er at pipen trenger et motstandsdyktig eller isolerende belegg for å forhindre den ytre metallveggen fra å bli for varm. Sterktstrålende flammer gir grunnlag til høye temperaturer og høye termiske spenninger i de motstandsdyktige materialene som kan bevirke sprekk-dannelse og til og med sluttelig sammenbrudd av det motstandsdyktige materiale.

Europeisk patent nr. 0062402 beskriver en brenner egnet for bruk i en grunnfakkel. Foreliggende oppfinnelse vedrører en forbedret brenner som er også egnet for bruk i en grunnfakkel. Således er det i samsvar med foreliggende oppfinnelse tllveiebragt en brenner av den innledningsvis nevnte art som kjennetegnes ved at den f 1 ammeholdende innretning innbefatter at det sentrale parti av den øvre kant av platen er avbøyd til en i hovedsak horisontal stilling i retning mot brenselgassutløpet, og at de ytre partier av den øvre kant av platen er avbøyd i retning bort fra brenselgassutløpet.

Fortrinnsvis er platen inntil og ved en vinkel til utløpet hvorved vinkelen på brensel-gassammenstøtet på platen er ved en vinkel fra 1° til 55° .

Platen har knyttet til seg flammeholdende innretninger i hvilke den sentrale delen av den øvre kanten av platen er vendt over i retning av brenselgassutløpet, hvor den ytre del av den øvre kant er vendt over i den motsatte retning. Den flammeholdende innretning reduserer tendensen for flammen å løfte av ved å tilveiebringe en turbulent "ankersone" av brenselgass og luft. Platen selv er fortrinnsvis flat og er av en størrelse som bevirker spredning og blanding av brenselgassen med luft. Platene er fortrinnsvis tilvirket av rustfritt stål. Platene tillater brenselgassen å spre seg ut som et tynt lag tvers over platen og i kombinasjon med den flammeholdende innretning gir en stabil flamme i avstand fra brenselgassutløpene og reduserer derved oppvarming av og karbonoppbygning i tilførselsledningen for brenselgass. Karbonoppbygningen antas å være forårsaket ikke ved avsetning fra flammen, men ved at ekstremt høye temperaturer av tilførselsrøret for brenselgass fremkaller pyrolyse av brenselgassen.

Fortrinnsvis er platene anordnet i en regulær paralell oppstilling. Den regulære parallelle oppstilling av plater er funnet å gi en forbedret flammekonfigurasjon som er relativt flat tvers over brenneren og er også relativt kort og mindre strålende.

Utløpene er på den nedstrøms side av tilførselsledningen for brenselgass relativt til den oppadgående luftstrøm. Fortrinnsvis er planet gjennom platene ved rett vinkel til ledningen som forbinder brenselgassutløpene. En brennermodul kan dannes fra et flertall av brennere, hvor brennerne blir forbundet ved egnet manifoldlegging.

Brenneren har fortrinnsvis en pipe eller lignende over seg for på den måten å fremskaffe en strøm av aspirert luft fra undersiden av brenneren for å blande seg med brenselgassen. Alternativt kan luft blåses gjennom brenneren, f.eks ved å bruke en vifte.

Brenselgassrørene har et tverrsnitt som gir lav aerodynamisk motstand i luftstrømretningen som fremkaller forbedret brensel/luftforhold. Fortrinnsvis oppnås dette ved anvendelse av glatte rør av større dimensjon i luftstrømretningen, f.eks. av elliptisk tverrsnitt. Dette er i kontrast til typiske raffineribrennere som innbefatter et sirkulært tverrsnitt av røret med utløpshull for brenselgass i sin øvre overflate hvilket tilveiebringer en skrånende bred form med høy motstand til luftstrømmen som fører til relativt dårlig ytelse.

I en foretrukket utførelse av oppfinnelsen, har platen til en brenner et hull inntil brenselutløpet. Hullet er funnet å forbedre flammestabiliteten ved lave brenselgassgjennomganger og gjentennelse i tilfelle av flammeutblåsning.

Brenselutløpet kan være sirkulært i form, men fortrinnsvis er det formet for å avhjelpe spredning av brenselgassen over platen og et elliptisk utløp er en foretrukket konfigurasjon.

Platen er fortrinnsvis fastsatt til den øvre overflaten av gasstilførselsledningen, f.eks. ved en brakett eller ved sveising.

I en brenner som innbefatter et flertall av brenselgassut-løpshull og plater, er platene fortrinnsvis adskilte enti-teter, men kan være en enkel lang plate tvers over brenneren eller en sammenlenket serie av enkeltplater. Ved bruk av adskilte eller enkeltplater, kan tenning av brenneren gjøres lettere siden turbulens ved den øvre enden av kantene av platene tenderer å forfremme overtenning tvers over brenneren .

En varmestråleskjerm, fortrinnsvis i form av en metall-strimmel med triangulært tverrsnitt, kan anbringes over den felles brenseltilførselsledningen for på den måten å forhindre overoppheting som skyldes gassresirkulasjon og direkte flammesammenstøt.

Brenneren som er beskrevet ovenfor kan anvendes som del av et grunnfakkelsystem. Således i samsvar med et ytterligere aspekt av oppfinnelsen, er det tilveiebragt en grunnfakkel som innbefatter en tilførselsledning for brenselgass, hvor tilførselsledningen forbindes til en brenner som beskrevet ovenfor, og en avsperring med vertikale vegger, hvor de nedre ender av disse er over bakkenivå og tillater derved adkomst for luft til brenneren inne i avsperringen.

De innvendige vegger av fakkelen er fortrinnsvis av metall og belagt med et motstandsdyktig materiale, f.eks. ildfast sten, støpbare eller motstandsdyktig materiale av plast, kjeramiske fibre. Fortrinnsvis omgir trekkanordning eller et vindgjerde basisen av fakkelen. Trekkgjerdet kan være sprinklet slik at luft kan strømme gjennom gjerdet og så inn i fakkelen.

Oppfinnelsen innbefatter også en grunnfakkel omfattende et flertall av brennere som beskrevet tidligere. I en foretrukket utførelse av grunnfakkelen, anordnes brennerne med deres lengdeakser i hovedsak ved rett vinkel til hverandre. Det er funnet at denne orienteringen hjelper på å redusere piperesonans og pulseringer som oppstår ved audiofrekvenser. Det foretrukne forhold mellom brennernes tverrsnlttsflate og pipens tverrsnlttsflate er opp til 0,5.

Fakkelen kan tennes ved å anvende konvensjonelle tennprose-dyrer.

Oppfinnelsen vil nå bli beskrevet gjennom et eksempel med henvisninger til figurene 1 til 5 av de vedlagte tegninger. Figur 1 er en perspektivskisse av en del av en brenner i samsvar med oppfinnelsen. Figur 2(a) er et sideriss av platen og brenselutløpet av brenneren, figur 2(b) er et vertikalt delsnitt av brenselgassledningen og tilknyttede varmeskjermer av brennerelementet og figur 2(c) er et snitt gjennom en sekundær brenselgassledning av brenneren. Figur 3 er et vertikalt snitt av en grunnfakkel innbefattende en brenner. Figur 4(a) er et planriss av et 2 x 8 armet brennerelement, hvor hver arm bærer 12 plater og figur 4(b) er et sideriss med et vertikalt delsnitt av brenneren i figur 4(a). Figur 5 er et planriss av en grunnfakkel som viser arrangementet av brennerne. Med henvisning til figurene 1 og 2, innbefatter brenneren en hovedbrenselgassledning 1 som mater et flertall av parallelle sekundære brenselgassledninger 2. Gassledningen 1 er forbundet til den sekundære ledningen 2 ved hjelp av en hylse som forbinder det indre av linjen 1 til den i linje 2 ved hjelp av hullene 3. Ved regulære Intervaller langs linjen 2, er plater 4 fastsatt ved sveising eller andre egnede hjelpe-midler. Platene 4 er ved en rett vinkel til aksen av linjen 2. Et hull i platen inntil brenselutløpet avhjelper flamme-stabilitet ved lav brenselgassgjennomgang. Brenselutløpshull 5 i linjen 2 ligger inntil basisen av platene 4. Utløps-hullene 5 er skåret for på den måten å rette i det minste en del av brenselgassen på overflaten av platen 3. Tverrsnittet av utløpshullene er sirkulære eller elliptiske. Figur 2(b) viser en strålevarmeskjerm 6 av triangulært tverrsnitt som tjener til å beskytte gasslinjen 1 fra direkte flammesammen-støt og resirkulering av varme gasser.

Under bruk av brenneren, sammenstøter i det minste deler av brenselgassen som unnslipper fra utløpshullene 5 på platene 4 og spres over overflaten av platene 4. Dette tillater blanding av luft og brenselgass for å tilveiebringe en brennbar blanding.

Platen 4 har sin sentrale øvre kant 7 bøyd over for å danne en leppe for å forhindre avløftning av flammen og virker som en f lammeholder. Toppkanten av platen som ble brukt under forsøkene ble bøyd over med en vinkel opptil 90°. De to ytre øvre kanter 8 av platen 4 er bøyd tilbake i motsatt retning til den sentrale øvre kant for å skape et vingepar som ytterligere avhjelper brenselgass/luftblanding og flammestab-ilitet.

Den oppadrettede strøm av luft forbi utløpshullene og platene ble oppnådd ved å anbringe en avsperring eller pipe rundt brenneren for på den måten å aspirere luft oppad gjennom brenneren. En alternativ fremgangsmåte for å oppnå denne effekt ville være å anvende en vifte eller blåseinnretning for å drive luft oppad gjennom brenneren.

Figur 3 viser et vertikalt tverrsnitt av en grunnfyret fakkel med en brenner i samsvar med oppfinnelsen. Brenneren 10 er plassert ved basisen av fakkelpipen. Pipen innbefatter et indre motstandsdyktig materiale 11, en isolerende sentral del 12 og et ytre metallag 13. Under drift av fakkelen, blander brenselgass med aspirert luft fra pipetrekken for å frem-stille, etter antennelse av den brennbare blandingen, flammer som stabiliserer seg over platene 14 av brenneren 10.

I figur 4, har en enkeltbrenner åtte armer 15 som fremsprin-ger fra hver side av en sentral manifold 16, hvor manifolden 16 tilføres med brenselgass fra et vertikalt rør 17. Hver arm 15 bærer 12 brenselutløp 18 og tilknyttede plater 14, hvor hver plate 14 har en sentral øvre kant 19 som er bøyd over og holder på flammene og vinger 20 på hver side bøyd over i motsatt retning. Strålevarmeskjermen er utelatt fra tegning-ene av klargjøringsgrunner.

I figur 5 er en grunnfakkel 21 vist som innbefatter fire brennere 22. Hver brenner er som vist i figur 4 og hver mates fra et vertikalt brenseltilførselsrør. Hver brenner er orientert slik at dets lengdeakse er ved rette vinkler til den av dets nabo. Også hver brenner har sine plater orientert slik at de vender (dvs. den sentrale del er bøyd over) vekk fra den sentrale manifold.

Claims (11)

1. Brenner egnet for bruk i en grunnfakkel (21), hvis brenner (22) innbefatter et tilførselsrør (2) for brenselgass aerodynamisk tilformet for å tilveiebringe en forholdsvis lav motstand mot oppad luftstrømning, hvis rør (2) har et eller f ler brenselgassutløp (5) i nedstrømssiden i røret, innretninger for å passere luft oppad forbi utløpene (5), en plate (4) inntil hvert utløp (5) slik at brenselgass som utgår fra utløpene sprer seg over platen (4) og blander seg med den oppad rettede luftstrømning samt innretninger for å fastholde flammen ved forbrenningen av brenselgassen og luft, karakterisert ved at den flammeholdende innretning innbefatter at de sentrale partier (7) av den øvre kant av platen (4) er avbøyd til en hovedsakelig horisontal stilling i retning mot brenselgassutløpet (5), og at de ytre partier (8) av den øvre kant av platen (4) er avbøyd i retning bort fra brenselgassutløpet (5).

2. Brenner ifølge krav 1,karakterisert ved at den innbefatter flere plater, hvor platene er ordnet i en regelmessig, parallell oppstilling.

3. Brenner ifølge krav 2,karakterisert ved at den innbefatter et antall tilførselsrør (2) for brenselgass, idet platenes (4) plan er i hovedsak vinkelrett til lengde-aksen av tilføreselsrørene (2).

4 . Brenner ifølge krav 3,karakterisert ved at en regelmessig, parallell oppstilling av enkeltplater forløper på tvers og ved rette vinkler til tilførselsrørene for brenselgass.

5 . Brenner ifølge krav 1,karakterisert ved at brenselgassutløpet har elliptisk form.

6. Brenner ifølge krav 1, karakterisert ved at en strålevarmeskjerm (6) er plassert over tilførselsrøret (2) for brenselgass.

7. Grunnfakkel som utgjøres av et antall brennere ifølge et eller flere av kravene 1-6, karakterisert ved at den innbefatter et ytterligere tilførselsrør (17) for brenselgass, hvor tilførselsrøret står i forbindelse med nevnte brennere.

8. Grunnfakkel ifølge krav 7, karakterisert ved at brennerne er ordnet med sine lengdeakser i hovedsak innbyrdes ved rette vinkler til hverandre.

9. Grunnfakkel ifølge 8,karakterisert ved at den har fire brennere anordnet i en firkant, hvor lengdeaks-ene til brennerne er ordnet i hovedsak innbyrdes ved rette vinkler.

10. Grunnfakkel ifølge et eller flere av kravene 7 til 9, karakterisert ved at den har en omhyll ing med vertikale vegger, hvor den nedre enden av veggene er over bakkenivå for derved å tillate adkomst av luft til brenneren inne i omhyll ingen.

11. Grunnfakkel ifølge krav 10, karakterisert ved at en vindskjerm omslutter basisen av fakkelen.