НА ФАКЕЛЬНОЙ УСТАНОВКЕ

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 увеличении 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 A.И. Факельные установки — Москва: Химия.- 1989 г., cтp.39, 40, 59).

Известен способ бездымного сжигания газов с использованием газового затвора переменного сечения, создающего перепад давления в верхней части оголовка факела, обеспечивающего расчётную скорость истечения сжигаемых газов в зону сжигания (Патент JVa 2248502 RU).

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 газовым затвором (подвижным регулирующим устройством), что создаёт 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) имеющих давление меньшее, чем расчётное 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 выходят из оголовка горелки факельной установки в зону горения с любыми необходимыми регулируемыми или постоянными расчетными скоростями от одного м/сек до сотен и тысяч м/сек за счет того, что в оголовке (и в факельной установке) создается избыточное расчетное (для данного состава и расхода газов) суммарное (кинетическое и статическое) давление от 0,00001 МПа до 30,0 МПа. При скоростях выхода газов от 1 м/сек до 3 - 8 скоростей звука (необходимых для различных текущих расхода и состава газа, но не определенных заранее на данный момент времени) создаются необходимые турбулентность потока и сечение захвата окружающего воздуха, обеспечивающее необходимое стехиометрическое соотношение газ : воздух. При этом форма ограниченной толщины турбулентных потоков газов, выходящих из оголовка с углом при вершине от минус 160° до плюс 160° от направления оси струи сжигаемых газов, обеспечивает увеличение сечения захвата окружающего воздуха - окислителя и одновременно позволяет избежать погасания пламени, так как с увеличением расхода газа (а соответственно и скорости) от места его истечения (от оголовка) также происходит торможение струи газа, уменьшение скорости потока, увеличение объема. При своём истечении из нacaдкoв(a) cтpyи(я) газов высокой кинетической энергии взaимoдeйcтвyют(eт) с потоками газов из систем низкого давления, эжектируют их, увеличивая их скорость до необходимой скорости бездымного сжигания. Предусмотрены проходы из факельной системы газов высокой энергии мимо подвижного щелевого газового затвора в зону горения. На фиг.l показана работа факельной установки на которой осуществляется способ бездымного сжигания газов переменных: состава, расхода и давления нескольких факельных систем различных давлений без принудительной подачи пара и(или) воздуха, и(или) воды в зону сжигания газов.

В ствол факела (в данном частном случае коаксиальный) 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 и/или 4, ...- п. Верхняя часть прохода 2 оголовка 1 имеет нacaдoк(и) 6 (на фиг.l показан один из вариантов, когда он 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 - газовым затвором (регулирующим устройством) 8. При повышении расхода газов 5 давление под устройством 8 также повышается и последнее увеличивает зазор между насадком 6 и подвижной частью - газовым затвором 8 (нижнее положение показано пунктиром).

Повышение давления газов 5 приводит к увеличению: скорости (до расчётных пределов) 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,... п, 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, ...н) и обратно пропорциональной количеству газов низких кинетических энергий. В частном данном примере регулирование суммарного (кинетического и статического) давлений под подвижным газовым затвором 8, а, следовательно, и величины зазора в месте выхода газов производится грузом 11 на тяге 12 (гравитационным способом). Возможно регулирование переменной величины 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 пpeдycмaтpивaютcя(eтcя) пpoxoды(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 снижением образования в сотни и тысячи раз токсичной окиси углерода (угарного газа - СО).