способ бездымного сжигания газов на факельной установке

Формула изобретения

Способ бездымного сжигания газов на факельной установке, заключающийся в подаче сжигаемых газов переменного состава и расхода из оголовка горелки факельной установки в зону горения с регулируемыми расчетными скоростями за счет создания подвижным регулирующим устройством в виде щелевого затвора избыточного статического давления сжигаемого газа пропорционально скорости истечения газа, отличающийся тем, что создают статическое давление под регулирующим устройством от 0,00001 до 30,0 МПа, обеспечивая расчетные скорости выхода сжигаемых газов в зону горения от 1 м/с до 8 скоростей звука, эжектируют сжигаемые газы низких кинетических энергий других факельных систем струями газов высоких кинетических энергий, при этом струи(я) газов имеют(ет) форму ограниченной толщины турбулентного потока газов с углом от минус 160° до плюс 160° от направления оси струи сжигаемых газов, а также обеспечивают возможность прохода газов высоких кинетических энергий в зону горения мимо подвижного щелевого газового затвора при пониженных давлениях факельных систем высокого давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к способам сжигания газов на факельных и других установках и может быть использовано в нефтяной, газовой, нефтехимической, химической, коксохимической и других отраслях промышленности, где производится термическое обезвреживание газов при невозможности их утилизации в технологических процессах и(или) аварийном их выбросе в атмосферу.

Нормативные документы по охране окружающей среды требуют, чтобы сжигание газов производилось бездымно (без образования сажи) и с минимальным содержанием окиси углерода (СО) в продуктах сгорания.

Известно, что бездымное сжигание газов на традиционных факельных установках возможно только в узком расчетном диапазоне расхода газа (как правило, минимального постоянного расхода). При расширении диапазона расхода газа (до определенного предела) бездымное сжигание газов обеспечивается принудительной подачей энергоресурсов (пара или(и) воздуха, или(и) воды). Пар подается для увеличения турбулентности. Воздух обеспечивает полноту сгорания. Вода подается также для увеличения турбулентности газов, образующимся паром, который дает увеличение объема испаряющейся воды в 1700 раз и более. (Стрежевский И.И., Эльнатанов А.И. Факельные установки. Москва: Химия. - 1989 г., стр.39, 40, 59).

Известен способ бездымного сжигания газов с использованием подвижного устройства, создающего перепад давления в верхней части оголовка факела, обеспечивающего расчетную скорость истечения сжигаемых газов в зону сжигания (Патент РФ №2248502).

Недостатком последнего способа является то, что бездымное сжигание газов переменных расходов и составов на факельной установке обеспечивается при повышенном давлении расчетного диапазона давлений газов в оголовке под подвижным щелевым газовым затвором (подвижным регулирующим устройством), что создает трудности при необходимости сжигания газов из факельных систем низкого давления, не имеющих избыточного давления, достаточного для создания скорости бездымного сжигания и постоянного сжигания незначительных количеств газов (продувочных и затворных газов, постоянных технологических сбросов) при давлении меньшем, чем расчетное давление в факельной системе высокого давления.

Задача изобретения - обеспечение бездымного сжигания горючих газов переменных расходов, составов, давлений различных факельных систем на факельной установке без принудительной подачи водяного пара или(и) воздуха, или(и) воды.

Указанная задача достигается тем, что сжигаемые газы переменного состава и расхода из оголовка горелки факельной установки подают в зону горения с регулируемыми расчетными скоростями за счет создания подвижным регулирующим устройством в виде щелевого затвора избыточного статического давления сжигаемого газа пропорционально скорости истечения газа, создают статическое давление под регулирующим устройством от 0,00001 до 30,0 МПа, обеспечивая расчетные скорости выхода сжигаемых газов в зону горения от 1 м/сек до 8 скоростей звука, эжектируют сжигаемые газы низких кинетических энергий других факельных систем струями газов высоких кинетических энергий, при этом струи(я) газов имеют(ет) форму ограниченной толщины турбулентного потока газов с углом от минус 160° до плюс 160° от направления оси струи сжигаемых газов, а также обеспечивают возможность прохода газов высоких кинетических энергий в зону горения мимо подвижного щелевого газового затвора при пониженных давлениях факельных систем высокого давления.

На чертеже показана работа факельной установки, на которой осуществляется способ бездымного сжигания газов без принудительной подачи пара, и(или) воздуха, и(или) воды в зону сжигания газов.

В коаксиальный оголовок 1 по отдельному проходу 2 из факельной установки поступают сжигаемые газы высокой энергии 5. Газы из факельных систем низкого давления поступают на сжигание по отдельным проходам 3, 4, (...n). Верхняя часть прохода 2 оголовка 1 имеет насадок(и) 6 (на чертеже показан один из вариантов - прямоугольной формы), направляющий и формирующий струи сжигаемых газов 7. Выход газов из насадка 6 закрывается (при отсутствии протока газов 5 из факельной установки) подвижной частью - щелевым газовым затвором (регулирующим устройством) 8. При увеличении расхода газов 5 давление под устройством 8 увеличивается и последнее приподнимается с увеличением зазора между насадком 6 и подвижной частью - газовым затвором 8 (нижнее положение показано пунктиром). Повышение давления газов 5 приводит к увеличению: скорости истечения газов 7 из оголовка горелки, геометрических размеров газовой струи, поверхности соприкосновения факела пламени с окружающим воздухом и турбулентности струи газов 7. Струи газов 7 высокой кинетической энергии взаимодействуют со струями сжигаемых газов низких скоростей 9, 10, (...n), эжектируют их и выбрасывают последние с повышенной скоростью, прямо пропорциональной количеству газов высокой кинетической энергии и скоростей газов высокой кинетической энергии 5 и газов низких кинетических энергий 9, 10, (...n) и обратно пропорциональной количеству газов низких кинетических энергий. В данном примере регулирование суммарного (кинетического и статического) давлений под подвижным щелевым газовым затвором, а следовательно, и величины зазора в месте выхода газов производится грузом 11 с тягой 12 (гравитационным способом). Возможно регулирование величины щелевого зазора также и(или) пружинным, или(и) рычажным устройством, или(и) пневматическим, или(и) электромагнитным, или(и) другим известным способом (приводом).

Для возможности сжигания газов с незначительными расходами (например, продувочные или затворные газы или постоянные технологические сбросы) при давлении в факельной системе меньшем, чем необходимо для сжигания более значительных расходов газов, предусматриваются(ется) проходы(д) 13 газов мимо подвижного щелевого газового затвора 8 в зону горения.

Применение вышеуказанного способа сжигания газов исключает энергозатраты в виде принудительной подачи пара, и(или) воздуха, и(или) воды, улучшает качество сжигания газов и улучшает экологические показатели регионов.