ГОРЕЛКА ФАКЕЛЬНАЯ ГАЗОВАЯ

Полезная модель относится к области теплотехники, в частности к газовым горелочным устройствам, и может быть использована для сжигания сбросных газов, содержащих жидкую фазу, в различных отраслях промышленности, например, для комплектации горизонтально-факельных установок и огневых нейтрализаторов промстоков.
Известна многосопловая газовая горелка (Стрижевский И.И., Эльнатанов А.И. Факельные установки. - М.: Химия, 1979, с.39, рис.II.13). Горелка содержит один или несколько трубчатых газораспределителей, подключенных параллельно к общему подающему газовому коллектору. На каждом газораспределителе на верхней образующей трубы в один ряд с равномерным шагом размещено несколько вертикально расположенных газовых сопел. Каждое сопло представляет собой футерованный снаружи патрубок, длина которого соизмерима с наружным диаметром газораспределителя. Над газовыми соплами, на расстоянии от их среза, соизмеримым с диаметром патрубка, соосно газораспределителю (компланарно) располагается цилиндрический стабилизатор горения, диаметр которого примерно равен диаметру сопла.
Недостатком горелки является потеря работоспособности (погасание горелки) или резкое ухудшение качества сжигания при подаче на горелку неотсепарированного газа вместе с жидкой фазой (пластовой водой и газовым конденсатом).
Известна конструкция атмосферной газовой горелки (инжекционного типа) для установки в тепловых аппаратах, имеющих удлиненную камеру сгорания (Иванов Ю.В. Основы расчета и проектирования газовых горелок. - М.: Гостоптехиздат, 1963, с.51, рис.2.24).
Ее газораспределитель содержит два ряда газовых сопел, направленных вверх и расположенных симметрично под углом 30° относительно вертикальной плоскости с равномерным шагом. Высота газовых сопел соизмерима с их диаметром.
Недостатком атмосферной горелки является потеря ею работоспособности (погасание горелки) или резкое ухудшение качества сжигания при подаче на горелку
неотсепарированного газа вместе с жидкой фазой (пластовой водой и газовым конденсатом). Кроме того, отсутствие стабилизатора горения снижает диапазон ее рабочего регулирования.
Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому решению является подовая горелка (Авторское свидетельство СССР №1606809, МПК F 23 D 14/20, опубл. 15.11.90, бюл. №42), содержащая газовый коллектор с двумя рядами отверстий, выполненных под углом друг к другу, и размещенный в нижней части туннеля.
Однако данное решение также не обеспечивает эффективности и надежности горения при наличии жидкой фазы в подаваемом на сжигание сбросном газе.
Задачей предлагаемого решения является повышение эффективности и надежности работы (исключения погасания) горелки факельной газовой при сжигании на ней неотсепарированного газа вместе с жидкой фазой (пластовой водой и газовым конденсатом).
Для решения указанной задачи в горелке факельной газовой, содержащей трубчатый газораспределитель, подключенный к подающему газовому коллектору и установленный горизонтально в камере сгорания, имеющим на верхней стороне трубы в два ряда симметрично и под углом к вертикали газовые сопла, сопла направлены вверх под углом не менее 50° к вертикали и расположены с равномерным шагом, а на начальном участке, на верхней образующей, газораспределитель содержит запальную горелку с электрозапальником, переносным автономным запальником и датчиком контроля наличия пламени. Соосно запальной горелке с равномерным шагом размещены пилотные горелки, причем газовые сопла запальной и пилотных горелок подключены к газораспределителю, а газораспределитель с помощью опор установлен на днище камеры сгорания, выполненной в виде «амбара»-излучателя (строительной конструкции, предназначенной для сжигания газа). В нижней части газораспределителя, между его опорами, размещены жидкостные сопла для сброса на днище «амбара»-излучателя жидкой фазы, транспортируемой вместе со сбросным сжигаемым газом, причем оси жидкостных сопел параллельны днищу «амбара»-излучателя и перпендикулярны оси газораспределителя. Газораспределитель имеет уклон в сторону, противоположную входу в него газа.
На фиг.1 представлен общий вид (сбоку) горелки; на фиг.2 - вид сверху по стрелке А на фиг 1; на фиг.3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг.4 - схема компоновки горелки в «амбаре»-излучателе (продольный разрез); на фиг.5 - вид сверху на фиг.4. Горелка факельная газовая (фиг.1, 2, 3) содержит следующие основные узлы: газораспределитель 1; газовые сопла 2; запальную горелку 3 с соплом 4, электрозапальником 5, переносным запальником 6 и датчиком контроля пламени 7; пилотные горелки 8 с соплами 9; жидкостные сопла 10; опоры горелки 11.
Газораспределитель I на верхней стороне трубы содержит газовые сопла 2, размещенные симметрично относительно вертикальной плоскости газораспределителя 1 в два ряда с равномерным шагом и направленные вверх под углом не менее 50° к вертикали. На начальном участке газораспределителя 1, на его верхней образующей, размещена запальная горелка 3, газовое сопло 4 которой подключено к газораспределителю 1, укомплектованная электрозапальником 5 (для дистанционного и автоматического розжига горелки), переносным автономным запальником 6 (для дистанционного розжига вручную) и датчиком контроля наличия пламени 7. (Теплоизоляция электрозапальника 5, переносного запальника 6 и датчика контроля наличия пламени 7 условно не показана).
Электрозапальник 5 и датчик контроля наличия пламени 7 подключены к блоку дистанционного розжига и контроля наличия пламени - комплекту управления горелкой (на рисунке не показан).
На верхней образующей газораспределителя 1, непосредственно за запальной горелкой, размещены также, с равномерным шагом, пилотные горелки 8, газовые сопла 9 которых подключены к газораспределителю 1. Газораспределитель 1 имеет в нижней части жидкостные сопла 10, размещенные между подвижными опорами 11, и имеет уклон в сторону, противоположную входу в него газа с целью более равномерного распределения по его длине жидкости, транспортируемой вместе с сжигаемым газом.
На фиг.4 и 5 показана схема компоновки горелки с одним газораспределителем в "амбаре"-излучателе, соответственно, продольный разрез "амбара"-излучателя и вид на него сверху,
"Амбар"-излучатель 12 содержит днище 13 и ограждения 14. Для повышения срока службы, исключения протечек обезвреживаемой жидкости и уменьшения влияния теплового излучения горелки на "амбар"-излучатель (например, при его размещении на вечномерзлом грунте), он может выполняться трехслойным и содержать жаростойкий слой 15, гидроизолирующий слой 16 и теплоизолирующий
слой 17. Основания опор 11 газораспределителя 1 опираются на теплоизолированные стойки-опоры 18, расположенные на одной из осей "амбара"-излучателя 12.
В "амбаре"-излучателе 12, под входным участком газораспределителя 1, на днище 13, предусмотрена площадка обслуживания 19 запальной горелки 3.
На днище 13, на границе жаростойкого 15 и гидроизолирующего 16 слоев, в двух средних точках на диагонали "амбара"-излучателя 12, размещены датчики температуры 20 днища 13.
Сжигаемый на горелке газ поступает по подводящему газопроводу 21.
Горелка работает следующим образом.
При работе горелки факельной газовой в составе горизонтально-факельной установки или огневого нейтрализатора промстоков перед подачей на горелку сжигаемого (при продувке газопровода) газа управляющий импульс от управляющего комплекса (не показан) поступает на блок управления горелкой, обеспечивая включение ее электрозапальника 5, а затем - последующее открытие клапана подачи газа на горелку (не показан).
Поступающий в газораспределитель 1 сжигаемый газ, истекающий из газового сопла 4 запальной горелки 3, смешивается с воздухом в инжекторе горелки. Газовоздушная смесь на выходе из смесителя воспламеняется электрозапальником 5 и пламя от запальной горелки 3 последовательно воспламеняет газовоздушную смесь, выходящую из смесителей аналогичных по конструкции пилотных горелок 8. Шаг размещения пилотных горелок 8 выбран таким, что пламя от запальной 3 и пилотных 8 горелок обеспечивает розжиг и стабилизацию горения основных факелов (газовых струй), истекающих из газовых сопел 2. Поэтому практически одновременно пламя от запальной горелки 3 и от пилотных горелок 8 воспламеняет струи сжигаемого газа, выходящего из основных газовых сопел 2 газораспределителя 1. Расположение газовых сопел 2 в два ряда с углом раскрытия а не менее 50° от вертикали позволяет обеспечить улучшенное смешение струй газа с воздухом (за счет увеличения площади подвода воздуха к газовым струям), уменьшить длину основных факелов горелки и уменьшить ширину "амбара"-излучателя 12.
Переносной автономный запальник 6 используется при отсутствии электропитания блока управления горелкой для ручного режима розжига и управления горелкой.
Датчик контроля наличия пламени предназначен для формирования сигнала о наличии пламени на запальной (а, следовательно, и на основной) горелке и передачи этого сигнала на блок управления горелкой.
Жидкая фаза, транспортируемая вместе с сжигаемым газом по подводящему газопроводу 21 и газораспределителю 1, имеющим уклон в сторону, противоположную входу газа, подается в жидкостные сопла 10, размещенные в нижней части газораспределителя 1 между его опорами 11 и распыливается на днище 13 "амбара"-излучателя 12. При этом исключается поступление жидкости в газовые сопла 2 и, следовательно, погасание пламени горелки (или ухудшение эффективности сжигания газа).
Размещение осей жидкостных сопел 10 параллельно днищу 13 и перпендикулярно оси газораспределителя 1 позволяет обеспечить подвод воздуха не только к газовым струям, но и к факелам распыла жидкости. При этом минимизируется тепловое воздействие на опоры 11 и стойки-опоры 18 горелки, а также улучшается смесеобразование и подготовка паров жидкости и газа к сжиганию.
Выделяющаяся при сжигании газа тепловая энергия излучается факелами горелки во всех направлениях. Защита находящегося вблизи от "амбара"-излучателя 12 оборудования и персонала обеспечивается его ограждениями 14. Тепловое излучение, падающее на днище 13 и ограждения 14, переизлучается в верхнюю полусферу, в зенит. При этом тепловое излучение на газораспределитель 1 горелки не вызывает его перегрева, поскольку изнутри он охлаждается потоком сжигаемого газа. Перегрев днища 13 "амбара"-излучателя 12 исключается благодаря его охлаждению во время работы горелки потоком жидкости, вытесняемой газом из газопроводов и газового оборудования при их продувке и подаваемой через жидкостные сопла 10.
Жидкость, поступающая на днище 13 "амбара"-излучателя 12, испаряется под действием теплового излучения факела. Механические примеси при этом остаются на днище 13, на котором происходит их термическое обезвреживание. Унос мехпримесей в атмосферу благодаря этому исключен. Пары жидкости поступают вверх, смешиваются с воздухом, необходимым для горения, подаются в зону горения основного факела и сгорают в гомогенной газовой фазе, обеспечивающей высокую эффективность процессов смесеобразования и горения гомогенной газо- и паровоздушной смеси.
Контроль температуры днища 13 с помощью датчиков температуры 20 позволяет избежать перерасхода сжигаемого газа при осуществлении сжигания жидкой фазы, а также растепления грунта - основания "амбара"-излучателя 12. Повышение
температуры днища 13 выше регламентируемого технологией значения свидетельствует о завершении процесса продувки и вытеснении жидкостной «пробки» из газопровода. При этом подача сжигаемого газа на горелку может быть отключена.
Горелка, исходя из необходимости и теплопроизводительности, может содержать один или несколько трубчатых газораспределителей 1, подключенных параллельно к общему подающему газовому коллектору.
Таким образом, предложенная горелка факельная газовая соответствует заявленной цели и обеспечивает повышение эффективности и надежности работы (исключения погасания горелки) при сжигании на ней неотсепарированного газа вместе с жидкой фазой (пластовой водой и газовым конденсатом).