ИНЖЕКТОРНОЕ ДВУХКОНТУРНОЕ ГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

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.
Известно горелочное устройство факельной трубы, предназначенное для сжигания технологических газов в факельных трубах нефтехимической промышленности.
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.
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.
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
смеси, обеспечивающего надежную работу в широком диапазоне составов и расходов газа при его давлении перед соплом от 0,2 ати до 6,0 ати.
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.
Газовое сопло 1, камера всасывания 2, камера смешения 3, рассекатель 4 образуют первый контур инжекторного двухконтурного горелочного устройства.
г
г
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≤1,5 ати имеет конфузорный канал. При давлении Р>1,5 ати сопло имеет канал лавальной формы, в котором поток газа разгоняется до сверхзвуковой скорости.
Сечение среза сопла 1 расположено в горле инжекторного канала первого контура находящегося в сечении стыка камеры всасывания 2 и камеры смешения 3.
Камера всасывания 2 предназначена для подвода инжектируемого газовой струёй воздуха в камеру смешения 3 первого контура.
Камера всасывания 2 представляет собой цилиндрический, конический или, если необходимо получить минимальные гидравлические потери, лемнискатный профилированный канал.
Камера смешения 3 является цилиндрической трубой, имеющей на входе диффузорный участок.
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.
н
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) не менее чем в десять раз.
Конструктивно камера всасывания 2 и камера смешения 3 представляют собой один сварной корпус.
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.
эж.
в1
в2
1
В первом инжекторном контуре, за счет использования энергии газовой струи, истекающей из газового сопла, происходит инжектирование воздуха с коэффициентом инжекции К1=G/G=10,5...14,5 и подготовка газовоздушной смеси с коэффициентом избытка воздуха a=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.
Стенка 5 приварена к ребрам 6, представляющим собой четыре фигурные пластины, которые также при помощи сварных соединений объединяют все элементы конструкции горелочного устройства.
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.
Σэж
Σ
гcp.
В результате, после смешения газа с двумя потоками воздуха, суммарный коэффициент инжекции достигает величины K=21±2,5, а коэффициент избытка воздуха a=2,0±0,3 при среднемассовой температуре факела t=1400±100°C, что ниже температурной границы, за которой начинается интенсивное образование оксидов азота.
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;
Σ
гcp.
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=2,0±0,3) с высокой полнотой сгорания и умеренной температуре факела; обеспечения процесса горения при среднемассовой температуре факела t=1400±100°C, позволяющей снизить содержание оксидов азота в продуктах сгорания.