НАКОНЕЧНИК ФАКЕЛА
FLAME TIP

Изобретение относится к газогорелочным устройствам и может быть применено, например, в газовой промышленности для сжигания газов с повышенным содержанием соединений сероводорода и окислов углерода.
Одной из проблем, возникающих при сжигании продувочных и попутных газов, особенно содержащих конденсат и сероводородные соединения, является обеспечение максимально возможной полноты сгорания газов и получение продуктов сгорания с минимальным содержанием сероводородных соединений, не превышающих предельно допустимые нормы.
Известна вихревая горелка ВНИИМТ-Уралмаш для сжигания газов с низкой теплотой сгорания при их повышенной влажности и запыленности, содержащая профилированную наружную обечайку, оголовок с лопаточным завихрителем, установленным в средней части обечайки, трубопроводы подачи воздуха и газа. (Вихревая горелка ВНИИМТ-УРАЛМАШ для газов с низкой теплотой сгорания. Современные горелочные устройства. Конструкции и технические характеристики. Справочник, М., Машиностроение-1, 2001, 497 с., рис.4.6, стр.68 - прототип).
При работе горелки воздух подводится через входной патрубок в корпус и равномерно входит в лопаточный завихритель. Приобретая в завихрителе вихревое движение и частично поджимаясь конической выходной насадкой, воздух выходит в горелочную амбразуру, создавая в ней вихрь с зоной обратных токов по оси. Часть воздуха, проникая через отверстия в обсадной трубе, попадает в кольцевой канал, образованный этой трубой. Истечение этого воздуха происходит через отверстия в наконечнике струями, сходящимися на оси горелочной амбразуры в зоне циркуляции обратных токов.
Газ, вытекающий из газового сопла, на начальном участке своего течения интенсивно перемешивается со струями пересекающего его воздуха. Затем частично подготовленная смесь газа и воздуха интенсивно перемешивается с потоком основного воздуха, вытекающего через завихритель. Воспламенение топливной смеси происходит в амбразуре, а ее догорание - в рабочем пространстве сопла.
Недостатками данной горелки является недостаточно высокая полнота смесеобразования и повышенное содержание вредных примесей в продуктах сгорания.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание наконечника факела, конструкция которого позволяет обеспечить бездымное сжигание сбросных газов высокого, низкого давления и сероводородсодержащих газов в составе факельной установки.
Поставленная задача решается за счет того, что предложенный наконечник факела для сжигания газов, содержащих примеси, в частности соединения сероводорода и окислы углерода, согласно изобретению, содержит оголовки факелов топливного газа низкого и высокого давлений, трубопровод газа, содержащего примеси, при этом оголовки факелов низкого и высокого давлений установлены соосно и расположены с зазором в профилированной обечайке преимущественно цилиндрической формы в непосредственной близости друг от друга, оголовок факела топливного газа высокого давления выполнен в виде полой обечайки преимущественно цилиндрической формы, внутри которой установлен газодинамический затвор, а в выходной части расположено устройство для придания потоку вращательного движения, выполненное, например, в виде нескольких пластин, установленных под углом к оси указанного оголовка, оголовок факела топливного газа низкого давления выполнен в виде полой обечайки преимущественно цилиндрической формы, внутри которой установлен трубопровод подачи газа, содержащего примеси, причем выходное сечение трубопровода газа, содержащего примеси, открывается в конфузор, установленный внутри указанного оголовка, между входным сечением конфузора и выходным сечением оголовка факела топливного газа низкого давления установлен газодинамический затвор, а в выходной части оголовка факела топливного газа низкого давления установлено устройство для придания потоку вращательного движения, выполненное, например, в виде нескольких пластин, установленных под углом к оси оголовка.
В варианте исполнения выходные сечения оголовков факелов топливного газа низкого и высокого давлений расположены примерно на одной высоте.
В варианте исполнения профилированная обечайка имеет цилиндрическую форму.
В варианте исполнения выходная часть профилированной обечайки выполнена в виде конуса.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежом, где показан осевой разрез предложенного наконечника факела.
Наконечник состоит из оголовка факела топливного газа высокого давления 1, оголовка факела топливного газа низкого давления 2, теплового экрана 3, четырех запальных устройств 4, фланцев 5, 6, 7, 8 для присоединения к стволу факела.
Оголовок факела топливного газа высокого давления представляет собой сварную конструкцию и состоит из обечайки 9, переходного конуса 10, газодинамического затвора 11, предназначенного для предотвращения попадания окружающего воздуха во время работы внутрь оголовка и состоящего из конусов 12, 13, 14. В выходной части обечайки 9 установлены лопатки 15, предназначенные для закрутки потока и более полного смешения его с окружающим воздухом.
Оголовок факела топливного газа низкого давления представляет собой сварную конструкцию, состоящую из обечайки 16, внутри которой установлен трубопровод 17 подачи газа, содержащего примеси, и газодинамический затвор 18, предназначенный для предотвращения попадания окружающего воздуха во время работы внутрь оголовка и состоящий из конусов 19, 20, 21. В выходной части обечайки 16 установлены лопатки 22, предназначенные для закрутки потока и более полного смешения его с окружающим воздухом.
Тепловой экран 3 представляет собой неохлаждаемую обечайку преимущественно цилиндрической формы, установленную с зазором на оголовке 1 высокого и оголовке 2 низкого давлений.
Предложенное устройство работает следующим образом.
Топливный газ под требуемым давлением из магистрали подготовки газа поступает на запальные устройства поз.4.
На вход запальных труб дежурных горелок поступает горючая газовоздушная смесь от генератора фронта горения. При полном заполнении подводящего трубопровода генератор фронта горения поджигает горючую смесь и бегущий огонь на выходе из запальной трубы производит розжиг дежурных горелок. Термопары, установленные в дежурных горелках, подают сигнал о наличии пламени на блок управления факелом.
Топливный газ высокого давления поступает внутрь обечайки 9, проходит через газодинамический затвор 11 и поступает на лопатки 15, установленные в выходной части обечайки. Проходя через лопатки 15, газ приобретает вращательное движение и выходит из оголовка факела в виде вращающегося цилиндра и поджигается огнем дежурных горелок.
Топливный газ низкого давления поступает внутрь обечайки 16 и внутри обечайки перемешивается с газом, содержащим примеси, подаваемым по трубопроводу 17. Подготовленная таким образом смесь проходит через газодинамический затвор 18 и поступает на лопатки 22, установленные в выходной части обечайки. Проходя через лопатки 22, газ приобретает вращательное движение и выходит из оголовка факела низкого давления в виде вращающегося цилиндра и поджигается огнем дежурных горелок.
Таким образом, за счет вращения потока подготовленной смеси на выходе из оголовка факела топливного газа низкого давлениия и вращения потока топливного газа на выходе из оголовка факела топливного газа высокого давления происходит взаимное перемешивание их как друг с другом, так и с воздухом, что обеспечивает более качественную подготовку смеси.
При сгорании газов на оголовке 1 и оголовке 2 факелов топливного газа, соответственно, высокого и низкого давлений, установленных в тепловом экране 3, происходит взаимное влияние факелов друг на друга, при этом факел пламени оголовка топливного газа высокого давления, в котором сжигается чистый топливный газ, оказывает энергетическое воздействие на факел пламени оголовка топливного газа низкого давления. Такое воздействие позволяет обеспечить бездымное сгорание и пониженное содержание вредных примесей, в частности соединений сероводорода и окислов углерода, в продуктах сгорания.
Использование предложенного технического решения позволит увеличить полноту сгорания газов, содержащих примеси, в частности соединения сероводорода и окислы углерода, и повысить эффективность работы наконечника факела.