Патент на изобретение №2355949
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) ФАКЕЛЬНАЯ ГОРЕЛКА
(57) Реферат:
Изобретение относится к газогорелочным устройствам, работающим с использованием эффекта Коанда, и может быть применено, например, в газовой промышленности для сжигания продувочных газов ремонтируемых скважин. Факельная горелка содержит корпус с соосно установленной трубой, снабженной по периферии участка, выведенного за пределы корпуса, рассекателем в виде тела Коанда. Рассекатель размещен 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. Сопло Лаваля разделено как минимум на две части, входящие одна в другую и образующие профилированную кольцевую камеру смешения, при этом полость тела Коанда соединена при помощи каналов с окружающей средой. Изобретение позволяет обеспечить максимально возможную полноту сгорания газов с уменьшенным содержанием вредных примесей в продуктах сгорания. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретение относится к газогорелочным устройствам, работающим с использованием эффекта Коанда, 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. Известно факельное устройство, состоящее из тела Коанда, внутри которого проходит отверстие в виде сопла Вентури, оснащенного в узкой части диффузора завихрителем, а на выходе – эжекторной приставкой, состоящей из трех коаксиально расположенных патрубков и смещенных вдоль оси, образуя между собой кольцевые щели. Одна часть сжигаемого газа подается в зону горения по соплу Вентури, другая – через кольцевой зазор в виде щели – по телу Коанда. Завихритель, установленный внутри сопла Вентури, придает потоку вращательное движение, что приводит к более интенсивному перемешиванию потоков перед зоной горения (патент РФ Основным недостатком данного факельного устройства является то, что при подаче конденсатосодержащего газа конденсат, несмотря на вращательное движение потока, полностью не успевает отделиться от газа и поступает в зону горения, что приводит к ухудшению условий сгорания и повышенной концентрации вредных веществ в продуктах сгорания. Известна факельная горелка, содержащая газоподводящий ствол, цилиндрическую обечайку для подачи воздуха, установленную по оси газоподводящего ствола, и конусную обечайку, размещенную вокруг цилиндрической обечайки с образованием с ней вихревой камеры, в которой установлен завихритель, образующий с газоподводящим стволом торцевой зазор, при этом воздухозаборное устройство выполнено в виде крестообразной перегородки, установленной на торцевом срезе ствола и равной по высоте указанному торцевому зазору, причем на ветрозащитной и конусной обечайках в месте ввода электрозапальника выполнены соответственно козырек и выемка, образующие зону стабильного розжига (патент РФ Основным недостатком данной факельной горелки является то, что при подаче конденсатосодержащего газа конденсат, несмотря на вращательное движение потока, полностью не успевает отделиться от газа и поступает в зону горения, что приводит к ухудшению условий сгорания и повышенной концентрации вредных веществ в продуктах сгорания. 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 (А.с. СССР Недостатками известной горелки являются неполное сгорание газа и конденсата, повышенное содержание вредных примесей в продуктах сгорания. Известной и наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является 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 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. Основным недостатком данной горелки является недостаточно качественное смесеобразование между сжигаемым газом и воздухом окружающей атмосферы, 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. Технической задачей предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков и создание горелки, конструкция которой позволяет обеспечить 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, 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 согласно изобретению сопло Лаваля разделено как минимум на две части, входящие одна в другую и образующие профилированную кольцевую камеру смешения, при этом полость тела Коанда соединена при помощи каналов с окружающей средой. Для того чтобы вывести входные концы каналов из зоны перемешивания газа с воздухом и подачи в зону горения чистого, без примесей газа, воздуха, входные части каналов выступают над внешней поверхностью рассекателя. Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что в заявляемом устройстве, в отличие от конструктивного выполнения прототипа, сопло Лаваля разделено как минимум на две части, входящие одна в другую и образующие при этом камеру смешения с кольцевым зазором для эжекции воздуха из полости тела Коанда, соединенной при помощи каналов с внешней средой. Такое решение позволяет подавать воздух в сопло виде сплошного полого кольца, контактирующего со струей сжигаемого газа как по внешней, так и по внутренним поверхностям, что позволяет улучшить условия смесеобразования и уменьшить длину нераспавшейся части струи. Таким образом, совокупность существенных признаков заявляемого технического решения, благодаря наличию новых признаков, обеспечивает получение технического результата, выражающегося в улучшении условий перемешивания 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 чертежом, где показан осевой разрез предложенной горелки. Основными элементами предложенной факельной горелки являются: 1 – корпус; 2 – труба; 3 – периферийный участок; 4 – рассекатель; 5 – кольцевой зазор; 6 – каналы; 7 – выходная часть сопла; 8 – входная часть сопла; 9 – кольцевой зазор; 10 – фланец; 11 – отсасывающая трубка; 12 – кольцевая полость; 13 – отверстия. Горелка содержит корпус 1 с соосно установленной внутри корпуса трубой 2, снабженной по периферии участка 3, выведенного за пределы корпуса 1, рассекателем 4 в виде тела Коанда. Рассекатель 4 установлен с кольцевым зазором 5 относительно верхнего торца корпуса 1. В теле Коанда выполнены каналы 6, соединяющие его полость с окружающей атмосферой. Верхний участок 3 трубы 2, выведенный за пределы корпуса 1, выполнен профилированным в виде профилированного сопла, например сопла Лаваля, состоящего как минимум из двух частей – выходной 7 и входной 8, входящих друг в друга и образующих кольцевой зазор 9. На нижнем участке трубы 2 установлен ответный фланец 10 для стыковки с газоводом. В трубе 2 установлена отсасывающая трубка 11, нижний конец которой сообщается с кольцевой полостью 12, образованной трубой 2 и корпусом 1, а верхний выведен в сопло, состоящее из частей 7 и 8. На участке трубы 2, установленном в корпусе 1, выполнены отверстия 13. Предложенная горелка работает следующим образом. Сбрасываемый из скважины газ поступает в трубу 2 и разделяется на два потока. Первый поток газа по внутренней полости трубы 2 поступает к профилированному соплу, состоящему из двух частей – входной 8 и выходной 7, а второй поток – через отверстия 13 в трубе 2 – в кольцевой зазор между корпусом 1 и трубой 2. При выходе из отверстий 13 газ с конденсатом в начальный момент времени распределяется между отсасывающей трубкой 11 и кольцевым зазором между корпусом 1 и трубой 2. За счет разницы плотностей и скоростей движения конденсат стекает в зону установки нижнего конца отсасывающей трубки 11, а газ, очищенный от жидкости, поступает к кольцевому зазору 5 между корпусом 1 и рассекателем 4. Очищенный поток газа, выходя из бокового кольцевого зазора 5, вследствие возникающего эффекта Коанда прилипает к поверхности рассекателя 4 и создает вокруг него зону пониженного давления, в которую вовлекается окружающий воздух. Воздух смешивается с поступающим газом и полученная газовоздушная смесь после поджига движется в направлении образующей конического участка рассекателя к выходу первого потока газа. При сбросах газа с повышенным давлением в профилированном сопле, состоящем из двух частей 7 и 8, реализуется сверхзвуковой режим течения и, начиная с некоторого сечения, давление в сопле снижается ниже давления внешней среды. При этом с учетом наличия каналов 6 за счет перепада давления между внешней средой и профилированным соплом, состоящим из двух частей, происходит подсос атмосферного воздуха внутрь полости профилированного сопла через кольцевую щель 9, где и происходит дальнейшее перемешивание смеси газа с воздухом, т.е. на выходе из выходной части сопла 7 создается подготовленная к сгоранию смесь газа и воздуха, что обеспечивает улучшенные условия поджига центрального потока и более полное его сгорание при взаимодействии с факелом, поступающим снаружи вдоль образующей рассекателя 4. Смесь газа и воздуха, выходя из выходной части сопла 7, подсасывает при помощи отсасывающей трубки 11, за счет разности скоростей, конденсат из кольцевой полости 12, образованной корпусом 1 и трубой 2. За счет того, что конденсат подается к выходной части сопла 7, обеспечивается его повышенная турбулентность и скорость на выходе из сопла и поток первоначально более эффективно дробится на мелкодисперсные капли смесью на выходе из сопла, а затем перемешивается с газовоздушной смесью на выходе из части сопла 7. Полученная смесь газа, воздуха и конденсата взаимодействует с факелом и бездымно сгорает, обеспечивая при сгорании пониженное содержание вредных примесей в продуктах сгорания. Для более эффективной организации смешения газа с воздухом в выходной части горелки, выполненной в виде профилированного сопла 6 Лаваля, входные части каналов 6 могут быть расположены в районе входной части рассекателя 4. Для того чтобы вывести входные концы каналов 6 из зоны перемешивания газа с воздухом и подачи в зону горения чистого, без примесей газа, воздуха, входные части каналов 6 выступают над внешней поверхностью рассекателя. Использование предложенного технического решения позволит улучшить условия смесеобразования, увеличить полноту сгорания конденсатосодержащих газов и уменьшить содержание вредных примесей в продуктах сгорания за счет улучшения условий сгорания газовоздушной смеси.
Формула изобретения
1. 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, отличающаяся тем, что сопло Лаваля разделено как минимум на две части, входящие одна в другую и образующие профилированную кольцевую камеру смешения, при этом полость тела Коанда соединена при помощи каналов с окружающей средой. 2. Факельная горелка по п.1, отличающаяся тем, входные части каналов, соединяющих полость тела Коанда с окружающей средой, выступают над внешней поверхностью тела Коанда.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
2113657 от 14.06.96, МПК F23D 14/20).