ФАКЕЛЬНАЯ ГОРЕЛКА
JUMBO BURNER

Изобретение относится к газогорелочным устройствам, и может быть применено, например, в газовой промышленности для сжигания продувочных газов ремонтируемых скважин.
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 горелка, содержащая корпус с соосно установленной трубой, снабженной по периферии участка, выведенного за пределы корпуса, рассекателем в виде тела Коанда, размещенным с зазором относительно верхнего торца корпуса, при этом в трубе дополнительно установлена отсасывающая трубка, нижний конец которой выведен в корпус, и на участке трубы, размещенном в корпусе, выполнено уширение с отверстиями по его образующей, при этом отношение площади зазора к площади выходного сечения трубы составляет 0,75-1,3, участок трубы, выведенный за пределы корпуса, выполнен в виде сопла Лаваля, а верхний торец отсасывающей трубки размещен на входе в указанное сопло. (А.с. СССР №937888 от 01.10.80, дополнительное к а.с. №643719, МКИ F23D 13/20).
Указанная горелка работает следующим образом.
Сбрасываемый из скважины газ подается к трубе и разделяется на два потока. Первый поток газа поступает к соплу Лаваля, а второй поток - через отверстия трубы - в корпус горелки. При выходе из отверстий газ в начальный момент времени движется в направлении нижней части корпуса, а затем изменяет направление движения на противоположное и движется к боковому кольцевому зазору. При изменении направления движения газ отделяется от жидкой фазы (конденсата), которая собирается в нижней части корпуса. Очищенный поток газа, выходя из бокового кольцевого зазора, вследствие возникающего эффекта Коанда, прилипает к поверхности рассекателя и создает вокруг него зону пониженного давления, в которую вовлекается окружающий воздух. Воздух смешивается с поступающим газом и полученная газовоздушная смесь движется в направлении образующей конического участка рассекателя, к выходу первого потока газа.
Первый поток газа, выходя по трубе из сопла Лаваля, подсасывает из корпуса при помощи отсасывающей трубки конденсат. Поток конденсата за счет повышенной скорости газа в узком сечении сопла Лаваля дробится на мелкодисперсные капли, смешивается с первым потоком газа и вторым газовоздушным потоком. Полученная смесь газа, воздуха и конденсата бездымно сгорает.
Основными недостатками данной горелки является недостаточно полное отделение конденсата из конденсатосодержащих газов, что приводит к уменьшению полноты сгорания не до конца очищенных газов и увеличению содержания вредных выбросов, в частности сероводорода и его соединений, в продуктах сгорания.
Кроме этого, выведение отсасывающей трубки в кольцевой зазор между трубой и корпусом приводит к значительному росту габаритно-массовых характеристик горелки.
Известна факельная горелка, содержащая корпус с соосно установленной трубой, снабженной по периферии участка, выведенного за пределы корпуса, рассекателем в виде тела Коанда, размещенным с зазором относительно верхнего торца корпуса, при этом в трубе дополнительно установлена отсасывающая трубка, на участке трубы, установленном в корпусе, выполнены отверстия, а участок трубы, выведенный за пределы корпуса, выполнен в виде сопла Лаваля. В указанной горелке верхний конец отсасывающей трубки расположен на выходе из сопла Лаваля, нижний - размещен в боковой стенке трубы горелки и открывается в кольцевой зазор между корпусом и трубой, а отверстия расположены в районе установки нижнего конца отсасывающей трубки, а перед отсасывающей трубкой установлен сепаратор, выполненный, например в виде шнека (см. патент РФ №2315237).
Указанная горелка работает следующим образом.
Горелка устанавливается вертикально. Сбрасываемый из скважины газ подается на сепаратор, установленный на входе в трубу, в районе установки нижнего конца отсасывающей трубки, приобретает вращательное движение и поднимается вверх по трубе. За счет вращательного движения и разницы плотностей конденсат отбрасывается на стенку трубы и стекает вниз по трубе. После сепаратора в трубе газ разделяется на два потока. Первый поток газа поступает к соплу Лаваля, а второй поток - через отверстия в трубе - в кольцевой зазор между корпусом и трубой. При выходе из щелевых отверстий газ с конденсатом в начальный момент времени вращается и распределяется между отсасывающей трубкой и кольцевым зазором между корпусом и трубой. При вращении газовой смеси происходит более интенсивное отделение конденсата от газа за счет их разной плотности. За счет разницы плотностей и скоростей движения конденсат стекает в зону установки нижнего конца отсасывающей трубки, а газ, очищенный от жидкости, поступает к кольцевому зазору между корпусом и рассекателем.
Очищенный поток газа, выходя из бокового кольцевого зазора, вследствие возникающего эффекта Коанда, прилипает к поверхности рассекателя и создает вокруг него зону пониженного давления, в которую вовлекается окружающий воздух. Воздух смешивается с поступающим газом и полученная газовоздушная смесь движется в направлении образующей конического участка рассекателя к выходу первого потока газа.
Первый поток газа, выходя по трубе из сопла Лаваля, подсасывает за счет разности скоростей из кольцевой полости, образованной корпусом и трубой, при помощи отсасывающей трубки конденсат. За счет того, что оставшийся поток конденсата подается к выходной части сопла, обеспечивается его повышенная турбулентность и скорость на выходе из сопла и поток первоначально более эффективно дробится на мелкодисперсные капли, а затем перемешивается с первым потоком газа и вторым газовоздушным потоком. Полученная смесь газа, воздуха и конденсата бездымно сгорает, обеспечивая при сгорании пониженное содержание вредных примесей в продуктах сгорания.
Основными недостатками данной горелки является недостаточно полное отделение конденсата из конденсатосодержащих газов, что приводит к уменьшению полноты сгорания не до конца очищенных газов и увеличению содержания вредных выбросов, в частности сероводорода и его соединений, в продуктах сгорания.
Кроме этого, выведение отсасывающей трубки в кольцевой зазор между трубой и корпусом приводит к значительному росту габаритно-массовых характеристик горелки.
Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание горелки, конструкция которой позволяет обеспечить более полное отделение конденсата от конденсатосодержащего газа, максимально возможную полноту сгорания газов с уменьшенным содержанием вредных примесей в продуктах сгорания.
Поставленная задача достигается за счет того, что в предложенной факельной горелке, содержащей корпус с соосно установленной трубой и каналом для отвода конденсата, при этом на участке трубы, установленном в корпусе, выполнены отверстия, во входной части трубы установлен сепаратор, выполненный например в виде шнека, участок трубы, выведенный за пределы корпуса, выполнен в виде сопла Лаваля, а полость канала, с одной стороны, открывается в кольцевой зазор между корпусом и трубой, с другой - соединяется с полостью сопла Лаваля, согласно изобретению, канал выполнен в виде трубки, установленной снаружи корпуса, при этом один конец трубки установлен в корпусе, а другой - расположен в области торца профилированного сопла Лаваля.
Для улучшения условий сбора и удаления конденсата канал может быть выполнен в виде нескольких трубок, установленных снаружи корпуса, а трубки установлены снаружи корпуса с одинаковым угловым шагом.
Для улучшения условий ввода конденсата в основной поток газа и дальнейшего перемешивания полученной гетерогенной смеси, концы трубок установлены по винтовой линии, причем направление винтовой линии концов трубок обратно направлению винтовой линии шнека.
Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом устройстве, в отличие от конструктивного выполнения прототипа, канал выполнен в виде трубки, установленной снаружи корпуса, при этом один конец трубки установлен в корпусе, а другой - расположен в области торца профилированного сопла Лаваля, канал может быть выполнен в виде нескольких трубок, установленных снаружи корпуса, а трубки установлены снаружи корпуса с одинаковым угловым шагом, концы трубок установлены по винтовой линии, причем направление винтовой линии концов трубок обратно направлению винтовой линии шнека.
Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения, благодаря наличию новых признаков, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в улучшении условий отделения конденсата от газа, и получении повышенной полноты сгорания газовоздушной смеси за счет улучшения условий смесеобразования.
Указанные существенные признаки в совокупности, характеризующей сущность заявляемого технического решения, не известны в настоящее время для горелок и устройств для сжигания топлива. Аналог, характеризующийся идентичностью всем существенным признакам заявляемого изобретения, в ходе исследований не обнаружен, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критерию «Новизна».
Существенные признаки заявляемого изобретения не могут быть представлены как комбинация, выявленная из известных решений с реализацией в виде отличительных признаков для достижения технического результата, из чего следует вывод о соответствии критерию «Изобретательский уровень».
В связи с тем, что описанное техническое решение предназначено для использования в рамках реальной системы дожигания газов, в частности в условиях Астраханского газоконденсатного месторождения, изготовлено заявителем и прошло испытания с достижением заявляемого технического результата, предлагаемое изобретение соответствует критерию «Промышленная применимость».
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где на фиг.1 показан осевой разрез предложенной горелки, на фиг.2 - поперечный разрез.
Основными элементами предложенной факельной горелки являются:
1 - корпус;
2 - труба;
3 - отверстия;
4 - сепаратор;
5 - сопло Лаваля;
6 - канал;
7 - кольцевой зазор.
Факельная горелка содержит корпус 1, в котором соосно установлена труба 2. На участке трубы 2, установленном в корпусе 1, выполнены отверстия 3. Во входной части трубы 2 установлен сепаратор 4, выполненный, например в виде шнека. Участок трубы 2, выведенный за пределы корпуса 1, выполнен в виде сопла Лаваля 5. Снаружи корпуса установлен канал 6, выполненный в виде трубки, полость которого, с одной стороны, открывается в кольцевой зазор 7 между корпусом 1 и трубой 2, с другой - соединяется с полостью сопла Лаваля 5.
Предложенная горелка работает следующим образом.
Горелка устанавливается преимущественно горизонтально. Сбрасываемый из скважины газ, содержащий конденсат, подается на сепаратор 4, установленный на входе в трубу 2, приобретает вращательное движение и движется далее по трубе 2 к соплу Лаваля 5. За счет вращательного движения и разницы плотностей газа и конденсата, конденсат отбрасывается на стенку трубы 2, стекает по внутренней стенке трубы и попадает в отверстия 3. Из отверстий 3 конденсат попадает в кольцевой зазор 7.
Очищенный поток газа, выходя по трубе 2 из сопла Лаваля 5, подсасывает за счет разности скоростей из кольцевого зазора 7, образованного корпусом 1 и трубой 2, при помощи канала 6 конденсат. За счет того, что поток конденсата подается к выходной части сопла Лаваля 5, обеспечивается его повышенная турбулентность и скорость на выходе из сопла и поток первоначально более эффективно дробится на мелкодисперсные капли, а затем перемешивается с потоком газа. Полученная смесь газа, воздуха и конденсата бездымно сгорает, обеспечивая при сгорании пониженное содержание вредных примесей в продуктах сгорания.
Для улучшения условий сбора и удаления конденсата, канал 6 может быть выполнен в виде нескольких трубок, установленных снаружи корпуса 1, а трубки установлены снаружи корпуса с одинаковым угловым шагом.
Для улучшения условий ввода конденсата в основной поток газа и дальнейшего перемешивания полученной гетерогенной смеси, концы трубок могут быть установлены по винтовой линии, причем направление винтовой линии концов трубок обратно направлению винтовой линии шнека сепаратора 4.
Использование предложенного технического решения позволит более эффективно отделять конденсат от газа, увеличить полноту сгорания конденсатосодержащих газов и уменьшить содержание вредных примесей в продуктах сгорания за счет улучшения условий сгорания газовоздушной смеси.