RU2035663C1

RU2035663C1 - Waste gas burning device

Info

Publication number: RU2035663C1
Authority: RU
Inventors: А.Д. Сергеев; Ю.С. Великанов; А.Б. Иванов
Original assignee: Энгельсский филиал Саратовского политехнического университета
Priority date: 1992-03-26
Filing date: 1992-03-26
Publication date: 1995-05-20

Abstract

FIELD: oil, gas, chemical, and other industries. SUBSTANCE: device for burning waste gases has Venturi tube accommodating taper-outlet admission tube installed coaxially, semi-spherical cup mounted on taper outlet of admission tube and turning at base into double cone in the form of ducts, ejecting burners mounted in top part of semi-spherical cup, air-feed nozzles in the form of slits arranged symmetrically in respect to burners, air feed pipe mounted in supply tube in an annular4 space relation and provided with air intake tubes placed at angle to its axis and secured at their ends in supply tube holes, flat-blade swirler arranged around air feed pipe on its top part, shell around semi-spherical cup to form annular converging recess communicating with atmosphere. EFFECT: enlarged functional capabilities. 3 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для сжигания сбросных газов и может быть использовано в нефтяной, газовой, химической промышленности и других отраслях народного хозяйства при сжигании сбросных и отходящих газов в факелах, а также при вынужденном сжигании газов в аварийном режиме при ремонте оборудования. The invention relates to a device for burning waste gases and can be used in the oil, gas, chemical industry and other sectors of the economy when burning waste and exhaust gases in flares, as well as in the forced combustion of gases in emergency mode when repairing equipment.

Известно устройство для сжигания сбросных газов, содержащее трубу Вентури с установленной в ней соосно подводящей трубой с конусным выходом, образующей кольцевой зазор в горловине трубы Вентури, полусферическую чашу, размещенную на конусном выходе подводящей трубы и переходящую в основании в двойной конус, выполненный в виде коробов, нижней частью охватывающих конусный выход подводящей трубы, а верхняя часть двойного конуса разделена на ряд секторов посредством перегородок, эжекционные горелки, установленные в верхней части полусферичекой чаши, воздухоподводящие сопла, выполненные в виде щелей и расположенные симметрично горелкам. A device for burning waste gases containing a Venturi pipe with a coaxially inlet pipe installed in it with a conical outlet, forming an annular gap in the neck of the Venturi pipe, a hemispherical bowl placed on the conical outlet of the inlet pipe and passing at the base into a double cone made in the form of boxes , the lower part covering the conical outlet of the inlet pipe, and the upper part of the double cone is divided into a number of sectors by means of partitions, ejection burners installed in the upper part of the hemisphere cage, air-supply nozzles made in the form of slots and located symmetrically to the burners.

При использовании известного устройства для сжигания сбросных газов в большом количестве даже при необходимой турбулизации не обеспечивается достаточное смесеобразование, что ведет к неполноценному сгоранию сбросных газов. В этом случае значительная часть объема турбулентного диффузионного факела остается инертной, не использованной из-за недостаточной подачи воздуха в корень факела, что ведет к термическому разложению углеводородных газов, гетерогенным процессам и выделению большого количества вредных веществ. When using the known device for burning waste gases in large quantities, even with the necessary turbulization, sufficient mixture formation is not ensured, which leads to defective combustion of the exhaust gases. In this case, a significant part of the volume of the turbulent diffusion torch remains inert, not used due to insufficient air supply to the root of the torch, which leads to thermal decomposition of hydrocarbon gases, heterogeneous processes and the release of a large amount of harmful substances.

Вследствие переноса большого количества сбросного газа, продуктов сгорания и воздуха под воздействием турбулентных пульсаций фронт горения в турбулентном диффузионном факеле получается волнистым, размытым, разорванным на отдельные части и слабо устойчивым, так как зажигание происходит по периферии струи и зажигающее кольцо перестает выполнять роль источника зажигания, что снижает устойчивость зажигания пламени. Due to the transfer of a large amount of exhaust gas, combustion products and air under the influence of turbulent pulsations, the combustion front in a turbulent diffusion torch is wavy, blurry, torn into separate parts and weakly stable, since ignition occurs along the periphery of the jet and the ignition ring ceases to act as an ignition source, which reduces the stability of the ignition of the flame.

Недостатком данной конструкции устройства является проникновение сильного ветрового потока чеpез воздухоподводящие щели во внутрь полусферической чаши, что может привести к отрыву пламени и его погасанию, а это в свою очередь снижает устойчивость горения факела устройства. The disadvantage of this design of the device is the penetration of a strong wind stream through the air supply slots into the hemispherical bowl, which can lead to the separation of the flame and its extinction, and this in turn reduces the stability of the flame of the device.

Техническим результатом является повышение эффективности сжигания сбросных газов в открытой атмосфере и снижение выброса вредных веществ, повышение устойчивости зажигания пламени и устройства, расширение пределов устойчивого горения факела. The technical result is to increase the efficiency of combustion of exhaust gases in an open atmosphere and reduce the emission of harmful substances, increase the stability of ignition of the flame and device, expand the limits of sustainable combustion of the torch.

Это достигается тем, что известное устройство, содержащее трубу Вентури с установленной в ней соосно подводящей трубой с конусным выходом, образующей кольцевой зазор в горловине трубы Вентури, полусферическую чашу, размещенную на конусном выходе подводящей трубы и переходящую в основании в двойной конус, выполненный в виде коробов, нижней частью охватывающих конусный выход подводящей трубы, а верхняя часть двойного конуса, разделенная на ряд секторов посредством перегородок, эжекционные горелки, установленные в верхней части полусферической чаши, воздухоподводящие сопла, выполненные в виде щелей и расположенные симметрично горелкам; в подводящей трубе с конусным выходом установлена воздухоподводящая труба с кольцевым зазором, а входной части которой под углом к ее оси выполнены воздухозаборные трубки, торцы которых закреплены в отверстиях подводящей трубы; плосколопаточный завихритель размещен вокруг воздухоподводящей трубы на ее выходной части; оно снабжено обечайкой, охватывающей полусферическую чашу и образованием кольцевого конфузорного проема, сообщенного с атмосферой. This is achieved by the fact that the known device containing a venturi with a coaxial inlet pipe installed in it with a conical outlet, forming an annular gap in the neck of the venturi, a hemispherical bowl placed on the conical outlet of the inlet pipe and passing at the base into a double cone, made in the form boxes, the lower part covering the conical outlet of the supply pipe, and the upper part of the double cone, divided into a number of sectors by means of partitions, ejection burners installed in the upper part of the hemisphere cups, air supply nozzles made in the form of slots and located symmetrically to the burners; an inlet pipe with an annular gap is installed in the inlet pipe with a conical outlet, and air inlets are made at the inlet of which at an angle to its axis, the ends of which are fixed in the openings of the inlet pipe; a flat-blade swirl is placed around the air supply pipe at its outlet; it is equipped with a shell covering a hemispherical bowl and the formation of an annular confuser opening in communication with the atmosphere.

В отличие от известного устройства установка в подводящей трубе с конусным выходом воздухоподводящей трубы с кольцевым зазором, в входной части которой под углом к ее оси выполнены воздухозаборные трубки, торцы которых закреплены в отверстиях подводящей трубы; размещение плосколопаточного завихрителя вокруг воздухоподводящей трубы на ее выходной части, а также наличие обечайки, охватывающей полусферическую чашу с образованием кольцевого конфузорного проема, сообщенного с атмосферой, позволяют достичь поставленную цель за счет дополнительного подвода воздуха в корень факела и улучшения процесса смешивания воздуха с сбросным газом; создания зажигающей вихревой зоны путем закручивания сбросного газа; образования области более пониженного давления в зоне между полусферической чашей и обечайкой, а также устранения отрыва пламени из-за проникновения сильного ветрового потока через щели во внутрь полусферической чаши. In contrast to the known device, installation in the inlet pipe with a conical outlet of the air supply pipe with an annular gap, in the inlet part of which, at the angle to its axis, air intake tubes are made, the ends of which are fixed in the holes of the supply pipe; placing a flat-bladed swirler around the air supply pipe at its output part, as well as the presence of a shell covering a hemispherical bowl with the formation of an annular confuser opening in communication with the atmosphere, make it possible to achieve this goal by additional air supply to the torch root and improving the process of mixing air with exhaust gas; creating an igniting vortex zone by twisting the waste gas; the formation of a region of more reduced pressure in the zone between the hemispherical bowl and the shell, as well as the elimination of flame separation due to the penetration of a strong wind flow through the cracks into the inside of the hemispherical bowl.

На фиг. 1 показан продольный разрез предлагаемого устройства; на фиг.2 разрез А-А на фиг. 1; на фиг.3 эжекционная горелка, продольный разрез; на фиг.4 устройство для зажигания сбросных газов, план. In FIG. 1 shows a longitudinal section of the proposed device; in Fig.2 a section aa in Fig. 1; figure 3 ejection burner, a longitudinal section; figure 4 device for ignition of waste gases, plan.

Устройство для сжигания сбросных газов содержит трубу 1 для подвода попутного газа, подводящую трубу 2 с конусным выходом для подвода сбросных газов, короба 3, образующие двойной конус, коллектор 4 для попутного газа, полусферическую чашу 5 с симметрично расположенными щелями 6, эжекционные горелки 7, создающие метеотронное кольцо, трубки 8 для подвода попутного газа к горелкам, воздухоподводящую трубу 9 с кольцевым зазором, в входной части которой под углом к ее оси выполнены воздухозаборные трубки 10, торцы которых закреплены в отверстиях 11 подводящей трубы, плосколопаточный завихритель 12 размещен вокруг воздухоподводящей трубы на ее выходной части, обечайку 13, охватывающую полусферическую чашу с образованием кольцевого конфузорного проема 14, сообщенного с атмосферой. The device for burning waste gases contains a pipe 1 for supplying associated gas, a supply pipe 2 with a conical outlet for supplying waste gases, ducts 3 forming a double cone, a collector 4 for associated gas, a hemispherical bowl 5 with symmetrically located slots 6, ejection burners 7, creating a meteotron ring, tubes 8 for supplying associated gas to the burners, an air supply pipe 9 with an annular gap, in the inlet part of which, at the angle to its axis, air intake tubes 10 are made, the ends of which are fixed in the holes 11 p dvodyaschey pipe ploskolopatochny swirler 12 arranged around the air supply pipe at its outlet portion 13 of shroud covering a hemispherical cup with an annular confuser opening 14 communicated with the atmosphere.

Подводящая труба 2 с конусным выходом совместно с воздухоподводящей трубой 9 образуют кольцевой канал 15, на выходе из которого размещен плосколопаточный завихритель 12 с плоскими лопатками 16, установленными под углом к оси. Для герметизации нижний торец воздухоподводящей трубы закрыт коническим донышком 17. К коробам 3 и полусферической чаше 5 прикреплена обечайка 13 посредством стержней 18 и 19. The supply pipe 2 with a conical exit together with the air supply pipe 9 form an annular channel 15, at the outlet of which there is a flat-blade swirler 12 with flat blades 16 mounted at an angle to the axis. For sealing, the lower end of the air supply pipe is closed by a conical bottom 17. A shell 13 is attached to the boxes 3 and the hemispherical bowl 5 by means of rods 18 and 19.

Для присоединения устройства к верхней части факельной установки в нижнем основании подводящей трубы расположен фланец 20. To connect the device to the upper part of the flare unit, a flange 20 is located in the lower base of the supply pipe.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

Сбросный газ поступает по подводящей трубе 2 с конусным выходом в кольцевой канал 15. Омывая наружную поверхность воздухозаборных трубок 10, газовый поток при этом турбулизуется, далее он попадает в плосколопаточный завихритель 12, где за счет выполнения лопаток под углом наклона к оси газовый поток закручивается, а затем он поджигается. The exhaust gas enters through the inlet pipe 2 with a conical exit into the annular channel 15. Washing the outer surface of the intake pipes 10, the gas stream is turbulized, then it enters the flat-blade swirler 12, where the gas flow is twisted by blades, and then it is set on fire.

В виду большой разности температур в верхней и нижней частях коробов 3 и резкого изменения плотности воздуха по высоте по коробам воздушные потоки устремляются вверх и внедряются в основании ядра факела. Одновременно воздух подсасывается через воздухозаборные трубки 10 и воздухоподводящую трубу 9 в корень факела, создавая условия для растекания фронта пламени в объеме полусферической чаши 6, увеличивая поверхности горения и режим турбулизации. При этом создается зажигающая вихревая зона путем закручивания газового потока, вытекающего из кольцевого канала 15, при помощи плосколопаточного завихрителя 12. Due to the large temperature difference in the upper and lower parts of the ducts 3 and a sharp change in the air density along the ducts, air flows rush up and penetrate into the base of the torch core. At the same time, air is sucked in through the intake pipes 10 and the air supply pipe 9 into the torch root, creating conditions for the flame front to spread in the volume of the hemispherical bowl 6, increasing the combustion surface and the turbulization mode. This creates an igniting vortex zone by twisting the gas stream flowing from the annular channel 15, using a flat-blade swirler 12.

В это время по трубе подается попутный газ под избыточным давлением до 0,09 мПа в коллектор 4, с которым соединены все эжекционные горелки 7 трубками 8 (фиг.1). Попутный газ в горелку 7 поступает по трубке 8 (фиг.3), а весь воздух для горения подсасывается извне за счет эжектирующей способности газовой струи и сбросный газ совместно с воздухом на выходе из горелки сгорает в кинетическом режиме. At this time, the associated gas is supplied through the pipe under an overpressure of up to 0.09 MPa to the manifold 4, to which all ejection burners 7 are connected by tubes 8 (Fig. 1). Associated gas enters the burner 7 through the tube 8 (Fig. 3), and all combustion air is sucked in from the outside due to the ejection ability of the gas jet and the exhaust gas, together with the air at the outlet of the burner, burns in kinetic mode.

В результате одновременного сжигания в серии эжекционных горелок, составляющих метеотронное кольцо, плотность воздуха внутри кольца резко снижается и образуются дополнительные воздушные потоки через щели 6 в полусферической чаше 5, которые направлены радиально к ее центру (фиг.4). As a result of simultaneous combustion in a series of ejection burners making up the meteotron ring, the air density inside the ring decreases sharply and additional air flows through the slots 6 in the hemispherical bowl 5, which are directed radially to its center (Fig. 4).

Наличие же обечайки 13 способствует образованию области более пониженного давления между полусферической чашей 5 и обечайкой 13, а это приводит к эффективному подсасыванию воздуха в эту область и через щели 6 в полусферическую чашу 5, что в результате улучшает процесс смешивания воздуха с сбросным газом, а также устраняет возможность отрыва пламени из-за проникновения сильного ветрового потока через щели во внутрь полусферической чаши, а особенно при сопровождающихся атмосферных осадках. The presence of the shell 13 contributes to the formation of a region of lower pressure between the hemispherical bowl 5 and the shell 13, and this leads to efficient suction of air into this region and through slots 6 into the hemispherical bowl 5, which as a result improves the process of mixing air with exhaust gas, and eliminates the possibility of flame detachment due to the penetration of a strong wind stream through the cracks into the inside of the hemispherical bowl, and especially when accompanied by precipitation.

Кроме того, на конусном выходе из подводящей трубы 2, придав сбросному газу закрученное движение, на оси струи получается зона разряжения, вызывающая приток мощного потока высоконагретых продуктов сгорания и воздушного потока корню факела с его внутренней стороны. В этом случае факел принимает вид полого расходящегося конуса, в котором осуществляется развитое зажигание как по периферии конусного выхода подводящей трубы, так и по внутренней поверхности факела, что уменьшает длину факела и еще более интенсифицирует процесс сжигания сбросного газа. In addition, at the conical outlet of the supply pipe 2, giving the exhaust gas a swirling motion, a rarefaction zone is obtained on the jet axis, causing a powerful flow of highly heated combustion products and air flow to flow to the torch root from its inside. In this case, the torch takes the form of a hollow diverging cone, in which developed ignition is carried out both on the periphery of the conical outlet of the supply pipe and on the inner surface of the torch, which reduces the length of the torch and even more intensifies the process of burning off-gas.

Следовательно, происходит направленный дополнительный подвод вторичного воздуха к ранее турбулизованной смеси сбросных газов, а также создание зажигающей вихревой зоны путем закручивания сбросного газа на конусном выходе подводящей трубы устройства. Therefore, there is a directed additional supply of secondary air to the previously turbulized mixture of waste gases, as well as the creation of an igniting vortex zone by twisting the waste gas at the conical outlet of the device’s supply pipe.

Claims

1. DEVICE FOR COMBUSTION OF EXHAUST GASES, comprising a Venturi pipe with a coaxial internal supply pipe with a conical outlet installed therein, forming an annular gap with the neck of the Venturi pipe, and a hemispherical bowl located at the conical outlet of the supply pipe and passing into the base into a double cone made in the form of boxes, in the lower part covering the conical outlet of the supply pipe, and in the upper part divided into a number of sectors by means of partitions, ejection burners installed in the upper part of the hemispherical bowl, air-supply nozzles in the form of slots, located symmetrically to the burners, characterized in that, in order to increase the efficiency of burning exhaust gases in an open atmosphere and reduce the emission of harmful substances, it is equipped with an air-supply pipe placed with an annular gap in the inlet pipe, in the inlet of which at an angle to its axes have air intake tubes, the ends of which are fixed in the holes of the supply pipe.

2. The device according to claim 1, characterized in that, in order to increase the stability of the ignition of the flame, it is equipped with a flat-blade swirler placed around the air supply pipe at its output part.

3. The device according to claim 1, characterized in that, in order to expand the limits of stable burning of the torch, it is equipped with a shell covering a hemispherical bowl with the formation of an annular confuser opening in communication with the atmosphere.