RU38896U1

RU38896U1 - INJECTOR TWO-CIRCUIT BURNER DEVICE

Info

Publication number: RU38896U1
Application number: RU2003133898/22U
Authority: RU
Inventors: В.Ю. Кузнецов; Д.В. Кузнецов; М.Ф. Арсланов; В.Ф. Харитонов
Original assignee: Кузнецов Валерий Юрьевич
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2004-07-10

Abstract

Инжекторное двухконтурное горелочное устройство, содержащее трубу подвода газа к соплу, газовое сопло, камеру всасывания, камеру смешения, ребра, дежурную горелку с запальным устройством, отличающееся тем, что оно содержит стенку камеры смешения второго инжекторного контура, приваренную к ребрам, и имеет в выходном сечении камеры смешения первого инжекторного контура рассекатель звездообразной формы, ребра которого представляют собой плохообтекаемые тела V-образной формы.An injector double-circuit burner device containing a gas supply pipe to the nozzle, a gas nozzle, a suction chamber, a mixing chamber, fins, a standby burner with an ignition device, characterized in that it comprises a wall of the mixing chamber of the second injection circuit welded to the fins and has an outlet the cross section of the mixing chamber of the first injection circuit divider star-shaped, the edges of which are poorly streamlined body V-shaped.

Description

Инжекторное двухконтурное горелочное устройство относится к газовым горелкам инжекционного типа и предназначено для сжигания неутилизируемых сопутствующих газов в химическом, нефтеперерабатывающем и нефтедобывающем производствах, а также для экстренного сжигания газовых сбросов на этих производствах в аварийных ситуациях.The dual-circuit injector device refers to injection-type gas burners and is intended for the combustion of non-utilized associated gases in chemical, oil refining and oil production, as well as for emergency burning of gas discharges in these industries in emergency situations.

Известно горелочное устройство факельной трубы, предназначенное для сжигания технологических газов в факельных трубах нефтехимической промышленности.A torch tube burner device is known for burning process gases in flare pipes of the petrochemical industry.

Горелочное устройство факельной трубы состоит из одной центральной и 4-х периферийных горелок. Газ подается в каждую горелку форсунками, расположенными на стенках под углом 60...75° в плоскости, перпендикулярной оси форсунки и под углом 45...60° в вертикальной плоскости патрубков, через которые проходит воздух, участвующий в диффузионном горении.The torch tube burner consists of one central and 4 peripheral burners. Gas is supplied to each burner by nozzles located on the walls at an angle of 60 ... 75 ° in a plane perpendicular to the axis of the nozzle and at an angle of 45 ... 60 ° in the vertical plane of the nozzles through which the air involved in diffusion combustion passes.

Недостатком известного устройства является то, что при указанных углах подвода газа невозможно эффективно реализовать кинетическую энергию его струй для эжектирования достаточного количества воздуха, необходимого для полного сгорания, что требует обязательной установки устройства в вертикальной факельной трубе большой высоты, чтобы за счет тяги, создаваемой восходящим потоком, увеличить приток дополнительного воздуха и осуществить дожигание.A disadvantage of the known device is that at the indicated gas supply angles, it is impossible to efficiently realize the kinetic energy of its jets to eject enough air necessary for complete combustion, which requires the device to be installed in a large vertical flare pipe, so that due to the thrust generated by the upward flow , increase the flow of additional air and carry out afterburning.

С целью повышения полноты сжигания и обеспечения минимальной концентрации токсичных продуктов сгорания (не выше допустимого уровня) предлагается упрощенная конструкция инжекторного двухконтурного горелочного устройства с предварительной подготовкой газовоздушной In order to increase the completeness of combustion and ensure a minimum concentration of toxic combustion products (not higher than the permissible level), a simplified design of an injection double-circuit burner device with preliminary gas-air preparation is proposed

смеси, обеспечивающего надежную работу в широком диапазоне составов и расходов газа при его давлении перед соплом от 0,2 ати до 6,0 ати.a mixture that ensures reliable operation in a wide range of gas compositions and flow rates at its pressure in front of the nozzle from 0.2 ati to 6.0 ati.

Рассматриваемое инжекторное двухконтурное газовое горелочное устройство (фиг.1) содержит: газовое сопло 1, камеру всасывания 2, камеру смешения 3, рассекатель 4, стенку камеры смешения второго инжекторного контура 5, ребра 6, дежурную горелку с запальным устройством 8 (типовая конструкция которой, в данном случае, не рассматривается) и трубу подвода газа к соплу 7.Considered an injection double-circuit gas burner device (Fig. 1) contains: a gas nozzle 1, a suction chamber 2, a mixing chamber 3, a divider 4, a wall of the mixing chamber of the second injection circuit 5, ribs 6, a standby burner with an ignition device 8 (whose typical design, in this case, is not considered) and the gas supply pipe to the nozzle 7.

Газовое сопло 1, камера всасывания 2, камера смешения 3, рассекатель 4 образуют первый контур инжекторного двухконтурного горелочного устройства.The gas nozzle 1, the suction chamber 2, the mixing chamber 3, the divider 4 form the first circuit of the injection bypass burner device.

По трубе 7 к газовому соплу 1 подводится предназначенный для сжигания газ. Сопло служит для получения максимальной скорости истечения газовой струи и до давления Р_г≤1,5 ати имеет конфузорный канал. При давлении Р_г>1,5 ати сопло имеет канал лавальной формы, в котором поток газа разгоняется до сверхзвуковой скорости.Through the pipe 7 to the gas nozzle 1 is supplied intended for combustion gas. The nozzle serves to obtain the maximum velocity of the gas stream and up to a pressure of P _g ≤1.5 ati has a confuser channel. At a pressure of P _g > 1.5 MPa, the nozzle has a laval channel in which the gas flow accelerates to a supersonic speed.

Сечение среза сопла 1 расположено в горле инжекторного канала первого контура находящегося в сечении стыка камеры всасывания 2 и камеры смешения 3.The cross section of the nozzle 1 is located in the throat of the injection channel of the first circuit located in the section of the junction of the suction chamber 2 and the mixing chamber 3.

Камера всасывания 2 предназначена для подвода инжектируемого газовой струёй воздуха в камеру смешения 3 первого контура.Suction chamber 2 is intended for supplying a gas-injected air stream into the mixing chamber 3 of the primary circuit.

Камера всасывания 2 представляет собой цилиндрический, конический или, если необходимо получить минимальные гидравлические потери, лемнискатный профилированный канал.The suction chamber 2 is a cylindrical, conical or, if necessary, to obtain minimal hydraulic losses, lemniscate shaped channel.

Камера смешения 3 является цилиндрической трубой, имеющей на входе диффузорный участок.The mixing chamber 3 is a cylindrical pipe having a diffuser portion at the inlet.

Камера смешения 3 первого инжекторного контура служит для увеличения скорости инжектируемого воздуха, его смешения с газом и подготовки гомогенной газовоздушной смеси с постоянной по сечению камеры концентрацией и равномерным полем скоростей.The mixing chamber 3 of the first injection circuit serves to increase the speed of the injected air, mix it with gas and prepare a homogeneous gas-air mixture with a constant concentration over the chamber cross section and a uniform velocity field.

Проточный тракт камеры смешения 3, для предотвращения проскока пламени из зоны горения, рассчитывается таким образом, чтобы осевая скорость газовоздушной смеси в ее выходном сечении превышала скорость нормального распространения пламени (U_н) не менее чем в десять раз.The flow path of the mixing chamber 3, in order to prevent the passage of the flame from the combustion zone, is calculated so that the axial velocity of the gas-air mixture in its outlet section exceeds the speed of normal flame propagation (U _n ) by at least ten times.

Конструктивно камера всасывания 2 и камера смешения 3 представляют собой один сварной корпус.Structurally, the suction chamber 2 and the mixing chamber 3 are one welded body.

В выходном сечении камеры смешения 3 расположен рассекатель 4 (фиг.1, 2), который имеет звездообразную форму. Ребра рассекателя 4 в сечении представляют собой плохообтекаемое тело V-образной формы. Рассекатель 4 выполняет несколько функций: разделяет ядро потока на несколько струй, чем снижает длину факела пламени; уменьшает (в сечении его установки) площадь выходного сечения из камеры смешения, что приводит к увеличению скорости смеси и, как следствие, дополнительно снижает вероятность проскока пламени в камеру смешения; фиксирует положение фронта пламени; существенно расширяет границу устойчивого горения по богатой смеси (в случае выброса конденсата), так как зона обратных токов за ребрами рассекателя имеет переменный коэффициент избытка воздуха (a), увеличивающийся до (а=) от центра к стенке камеры смешения.In the output section of the mixing chamber 3 is a divider 4 (1, 2), which has a star shape. The ribs of the divider 4 in section are a poorly streamlined V-shaped body. Divider 4 performs several functions: divides the core of the stream into several jets, thereby reducing the length of the flame; reduces (in the section of its installation) the area of the outlet section from the mixing chamber, which leads to an increase in the speed of the mixture and, as a consequence, further reduces the likelihood of a flame passing into the mixing chamber; fixes the position of the flame front; significantly expands the boundary of stable combustion over the rich mixture (in the case of condensate discharge), since the zone of reverse currents behind the ribs of the divider has a variable coefficient of excess air (a), increasing to (a = ) from the center to the wall of the mixing chamber.

В первом инжекторном контуре, за счет использования энергии газовой струи, истекающей из газового сопла, происходит инжектирование воздуха с коэффициентом инжекции К_эж.1=G_в1/G_в2=10,5...14,5 и подготовка газовоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха a₁=0,9±0,3.In the first injection circuit, through the use of the energy of the gas stream flowing out of the gas nozzle, air is injected with an injection coefficient of K _ej. 1 = G _B1 / G _B2 = 10.5 ... 14.5 and the preparation of the gas-air mixture with an excess air coefficient a ₁ = 0.9 ± 0.3.

Пройдя рассекатель 4, газовоздушная смесь поступает во второй инжекторный контур, образованный стенкой 5. Входное сечение стенки 5 расположено на 100...300 мм ниже выходного сечения стенки 3 камеры смешения первого инжекторного контура.After passing through the divider 4, the gas-air mixture enters the second injection circuit formed by the wall 5. The input section of the wall 5 is located 100 ... 300 mm below the output section of the wall 3 of the mixing chamber of the first injection circuit.

Стенка 5 приварена к ребрам 6, представляющим собой четыре фигурные пластины, которые также при помощи сварных соединений объединяют все элементы конструкции горелочного устройства.The wall 5 is welded to the ribs 6, which are four curly plates, which also using welded joints combine all the structural elements of the burner device.

Во внутреннюю полость стенки 5 через кольцевой зазор со стенкой 3 камеры смешения первого инжекторного контура, потоком горящей газовоздушной смеси инжектируется вторичный воздух, который, смешиваясь с первичным потоком, обеспечивает повышение полноты его сгорания, в то же время, снижая температуру факела.Secondary air is injected into the internal cavity of the wall 5 through an annular gap with the wall 3 of the mixing chamber of the first injection circuit, the flow of the burning air-gas mixture, which, mixing with the primary stream, increases the completeness of its combustion, at the same time, reducing the temperature of the flame.

В результате, после смешения газа с двумя потоками воздуха, суммарный коэффициент инжекции достигает величины K_Σэж=21±2,5, а коэффициент избытка воздуха a_Σ=2,0±0,3 при среднемассовой температуре факела t_гcp.=1400±100°C, что ниже температурной границы, за которой начинается интенсивное образование оксидов азота.As a result, after mixing the gas with two air flows, the total injection coefficient reaches K _Σezh = 21 ± 2.5, and the coefficient of excess air a _Σ = 2.0 ± 0.3 at the mass-average torch temperature t _gcp. = 1400 ± 100 ° C, which is below the temperature limit beyond which the intensive formation of nitrogen oxides begins.

Таким образом, в рассматриваемом горелочном устройстве поставленная цель достигается путем предварительной подготовки в первичной камере смешения однородной по концентрации и гомогенной по составу (даже при наличии газового конденсата) топливовоздушной смеси;Thus, in the considered burner device, the goal is achieved by preliminary preparation in the primary mixing chamber of a uniform air concentration and homogeneous composition (even in the presence of gas condensate) air-fuel mixture;

организацией инжектирования вторичного воздуха потоком горящей газовоздушной смеси, который, смешиваясь с первичным потоком, позволяет реализовать процесс горения в кинетической области при избыточном содержании кислорода (a_Σ=2,0±0,3) с высокой полнотой сгорания и умеренной температуре факела; обеспечения процесса горения при среднемассовой температуре факела t_гcp.=1400±100°C, позволяющей снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания.the organization of the injection of secondary air by the flow of the burning gas-air mixture, which, mixing with the primary stream, allows the combustion process to be implemented in the kinetic region with an excess oxygen content (a _Σ = 2.0 ± 0.3) with high combustion completeness and moderate flame temperature; ensure the combustion process at a mass-average temperature of the torch t _gcp. = 1400 ± 100 ° C, which allows to reduce the content of nitrogen oxides in the combustion products.

Claims

An injector double-circuit burner device containing a gas supply pipe to the nozzle, a gas nozzle, a suction chamber, a mixing chamber, fins, a standby burner with an ignition device, characterized in that it comprises a wall of the mixing chamber of the second injection circuit welded to the fins and has an outlet the cross section of the mixing chamber of the first injection circuit divider star-shaped, the edges of which are poorly streamlined body V-shaped.