音速自动可调火炬燃烧系统的制作方法
【专利摘要】一种音速自动可调火炬燃烧系统，它包括火炬燃烧器（14）、火炬总管（12）、火炬支管（13）、梅花形稳焰器（15）、减振支架（16），火炬燃烧器（14）安装在火炬支管（13）上，火炬支管（13）的进气口均与火炬总管（12）相连，梅花形稳焰器（15）和各火炬支管（13）通过减振支架（16）连接成一个整体结构，其特征是火炬燃烧器（14）包括导流罩（11）、外部套管（7）和支撑杆（9），所述的导流罩安装在支撑杆的上端，外部套管套装在支撑杆上，所述的支撑杆的下端连接有自动调节导流罩（11）高度的装置。本发明的结构简单，能根据火炬气压力自动调节出气口大小，能明显改善燃烧效果，燃烧效率高。
【专利说明】音速自动可调火炬燃烧系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种大型火炬燃烧系统,尤其是一种工况范围变化幅度比较大、辐射无烟要求高、火炬气压力比较高及带液量较多的大型火炬系统，具体地说是一种音速自动可调火炬燃烧系统。
【背景技术】
[0002]传统高架火炬系统，无论是单头还是多头高架火炬，其火炬头的火炬气出口面积根据设计工况设计为固定不变，而在实际操作使用中，火炬系统试车、正常运行及事故工况下火炬气压力流量都是不一样的，且都要维持相当长一段时间，上述情况都属于设计工况范畴之外，在这些情况下，极易导致火炬头燃烧不完全，产生大量黑烟，从而辐射、污染超标，同时会发成火炬头积碳等现象，特别是处理重组分火炬气的时候，火炬头积碳现象尤为严重，实际操作中上为了解决黑烟问题，通常采用辅助蒸汽来消烟，消耗大量的消烟蒸汽，不但增加了生产成本，耗费大量人力物力，却并不能从根本上解决燃烧效果差的问题。
[0003]同时，传统地面火炬依靠分级系统来适应火炬气流量及压力的变化，同时又依靠消烟蒸汽来解决燃烧不完全等引起的黑烟问题，其中分级系统对自动控制、阀门开启灵敏度及火炬头传焰等要求较高，其中任何一个环节出现问题，都会存在较大的安全隐患和问题。
[0004]同时随着环境保护要求的提高，火炬系统中降低辐射和污染的要求也越来越高，特别是海上平台火炬系统中，由于海上平台火炬是沿平台边缘位置悬伸出去或垂直安装在船体主甲板上且平台附近常有人或其他工作设备，因此在火炬工作过程中对辐射的要求更高。同时海上火炬主要气源为油田伴生气，其中含较多的乙烷和碳氢重组分，并且在进入火炬系统时常有液滴携带现象，为了避免火雨现象的发生，需要燃烧更加完全，此外海上风速均比陆地要高，对火炬的抗风性能也提出了更高的要求。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是针对现有的高架火炬系统需要人工调整，而不能根据气压变化自动调整出气口大小以达到最佳燃烧效果以及需要消耗大量蒸汽的问题，设计一种能根据火炬气压力自动调整出气口大小的音速自动可调火炬燃烧系统。
[0006]本发明的技术方案是:
一种音速自动可调火炬燃烧系统，它包括火炬燃烧器14、火炬总管12、火炬支管13、梅花形稳焰器15、减振支架16,火炬燃烧器14和梅花形稳焰器15安装在火炬支管13上,火炬支管13的进气口均与火炬总管12相连，各火炬支管13通过减振支架16连接成一个整体结构，其特征是所述的火炬燃烧器14包括导流罩11、外部套管7和支撑杆9，所述的导流罩11安装在支撑杆9的上端，外部套管7套装在支撑杆9上，两者之间通过与支撑杆9相连的径向定位筋8实现径向定位，在外部套管7的上端与导流罩11之间留有供燃气通过的出气通道，所述的支撑杆9的下端与内部支撑杆I相连，内部支撑杆I套装在导向管6中，导向管6与导向管定位筋5相连，导向管定位筋5固定在外部套管7中，在内部支撑杆I伸出导向管6的一端上套装有自动调节弹簧3，调节弹簧3的一端与导向管6的端面相抵，另一端与旋装在内部支撑杆I上且位置可调的下部定位螺母2相抵。
[0007]所述的内部支撑杆I上套装有弹簧保护套4，弹簧保护套4的上端与导向管6相连。
[0008]所述的导流罩11为康达体结构,它由多个曲面合成一个类红酒杯状曲面体。
[0009]所述的外部套管7的上部连接有异形盘10，它与导流罩11的曲面共同形成火炬气的出口 ；异形盘10的出口段开设有直槽道或锯齿槽道。
[0010]所述的火炬燃烧器14的排列布置形式为圆形、方形、多边形或其组合形式。
[0011]本发明的有益效果:
本发明根据火炬气压力及流量的变化自动调节火炬气出口面积，对于高架火炬实现了自动分级燃烧，提高了燃烧效果，对于地面火炬，其调节系统可以替代传统分级阀构成的分级系统，降低了系统的复杂程度；康达体的特殊曲面，即康达效应(Coanda Effect)亦称附壁作用或柯恩达效应。流体(水流或气流)有离开本来的流动方向，改为随着凸出的物体表面流动的倾向。当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时，流体的流速会减慢。只要物体表面的曲率不是太大，依据流体力学中的伯努利原理，流速的减缓会导致流体被吸附在物体表面上流动。使火炬气出口在康达效应的影响下，能够更好更快地与空气进行混合，燃尽率更高，从而可以减少了消烟蒸汽的使用量，同时降低污染物排放，减小辐射；当火炬气压力较高时，火炬出口速度可达音速，火焰刚性及燃烧效果大大提高；由于不工作时或者常规低流量工作时，火炬出口只有小部分开启，吹扫时形成的火炬；康达曲面的设计及出口异形盘设计使火炬气高速喷出，并且在工作过程中能够卷吸更多的空气，同时能够快速混合均匀，达到无烟燃烧，同时当火炬气流量变化时，自动调节系统中弹簧长度会随之变化，带动康达体上升或下降，从而改变了火炬气出口面积，保证火炬气在相对恒定的压力下喷出，这样既保证了无烟燃烧和火焰刚性，又降低了辐射，同时可以替代地面火炬中的分级系统，简化了系统并降低了成本。
[0012]本发明的结构简单，能根据火炬气压自动调节出气口大小，能明显改善燃烧效果。【专利附图】
【附图说明】
[0013]图1是本发明的无级自动调节音速火炬燃烧器结构示意图。
[0014]图2是图1的各截面示意图。
[0015]图3是本发明的一个高架火炬系统的具体实施例的整体图。
[0016]图4是图3中各火炬燃烧器的两种排列布置形式示意图。
[0017]图5是本发明的应用于地面火炬系统的一个实施例的立体图。
[0018]图6是图5具体应用的开放式地面火炬系统的一个可选实施例的结构示意图。
[0019]图7是图5具体应用的封闭式地面火炬系统的一个可选实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
[0021]实施例一。[0022]如图1-4所示。
[0023]一种音速自动可调火炬燃烧系统，它包括火炬燃烧器14、火炬总管12、火炬支管13、梅花形稳焰器15、减振支架16，火炬燃烧器14安装在火炬支管13上，火炬支管13及梅花形稳焰器15的进气口均与火炬总管12相连，各火炬支管13通过减振支架16连接成一个整体结构，如图3所示，各火炬支管13在火炬总管12上的布置形式除了彩和图3的形式夕卜，还可采用图4中所示的两种常见形式。而每个火炬燃烧器14的结构如图1所示，它包括导流罩11、外部套管7和支撑杆9，导流罩11可采用由多个曲面合成一个类红酒杯状曲面体的康达体结构，所述的导流罩11安装在支撑杆9的上端，外部套管7套装在支撑杆9上，两者之间通过与支撑杆9相连的径向定位筋8实现径向定位，它能保证支撑杆9在套管内部的垂直度，如图2所示，在外部套管7的上端与导流罩11之间留有供燃气通过的出气通道，为了便于空气混合，提高燃烧效果，可在外部套管7的上部连接一个异形盘10 (与现有技术相同)，异形盘10与康达体导流罩11的曲面共同形成火炬气的出口 ；异形盘10的出口段开设有直槽道或锯齿槽道。所述的支撑杆9的下端与内部支撑杆I相连，内部支撑杆I套装在导向管6中，导向管6与导向管定位筋5相连，导向管定位筋5固定在外部套管7中，同时导向管定位筋5定位外部套管7，以保证导向管6与外部套管的同轴度及垂直度，对自动调节系统起到垂直导向作用，如图3所示。在内部支撑杆I伸出导向管6的一端上套装有自动调节弹簧3，自动调节弹簧3外加装有弹簧保护套4，弹簧保护套4的上端与导向管6相连，调节弹簧3的一端与导向管6的端面相抵，另一端与旋装在内部支撑杆I上且位置可调的下部定位螺母2相抵。如图1所示。
[0024]详述如下:
如图1所示，外部套管7的上部连接有异形盘10，下部与火炬气总管或支管相连接，从而形成火炬气通道，异形盘10的特殊形状与导流罩11的康达曲面共同形成火炬气的出口，火炬气高速喷出。支撑杆9与导流罩11相连接，对导流罩11起支撑作用，支撑杆外部焊有径向定位筋8，保证其在套管7内部的垂直度。导向管6外焊接有导向管定位筋5，同时导向管定位筋5固定在外部套管7上，外部套管7的下端与火炬气支管道13相连接(通过焊接或法兰连接)，导向管必须保证与外部套管的同轴度及垂直度，对自动调节系统起到垂直导向作用。为了适应火炬气流量的变化，由自动调节系统实现该功能。自动调节系统由内部支撑杆1、弹簧3、下部定位螺母2、弹簧保护套管4及导向管6组成，其中弹簧保护套管4与导向管6连接，内部支撑杆I插入导向管6及弹簧保护套管4内，且内部支撑杆I下端车有一段螺纹，弹簧3和下部定位螺母2均套在内部支撑杆I上，弹簧的预紧力根据下部定位螺母的旋动来进行调节。当火炬气压力变化时，自动调节系统中弹簧3长度会随之变化(弹簧在火炬气进口压力大时压缩变短，反之变长。)，带动康达体导流罩11上升或下降，从而改变了火炬气出口面积，保证任何工况下火炬气出口压力相对恒定。
[0025]图3中，在不工作情况下，各火炬头出口是闭合的，梅花形稳焰器由长明灯点燃，且在任何工况下都保持燃烧状态，起稳焰作用。支撑架16用来克服火炬头工作过程中的振动。在工作过程中，从火炬总管来的火炬气平均分配到各支管，当火炬气压力或流量增大时，弹簧受力增大而压缩，从而带动火炬头向上移动，火炬气出口截面积增大，从而保证出口火炬气压力维持在相对恒定的范围内，同理，当火炬气压力减小时，弹簧受力减小压缩量减小，火炬头向下移动，火炬气出口截面积减小 实施例二。
[0026]如图5-7所示。
[0027]图5为本发明用于地面火炬的一个可选具体实施例。包括地面火炬总管17、地面火炬支管18及火炬燃烧器14。在工作过程中，靠火炬气压力与弹簧的相互作用来调节火炬气出口面积，达到100%设计工况下的最优燃烧效果，从而可以取代地面火炬分系统，达到自动调节的目的。图6、7是与图5相等效的火炬总管17、地面火炬支管18的布置方式，其余均与实施例一相同。
[0028]本发明未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。
【权利要求】
1.一种音速自动可调火炬燃烧系统，它包括火炬燃烧器(14)、火炬总管(12)、火炬支管(13)、梅花形稳焰器(15)、减振支架(16)，火炬燃烧器(14)和梅花形稳焰器(15)安装在火炬支管(13)上，火炬支管(13)的进气口均与火炬总管(12)相连，各火炬支管(13)通过减振支架(16)连接成一个整体结构，其特征是所述的火炬燃烧器(14)包括导流罩(11 )、夕卜部套管(7)和支撑杆(9)，所述的导流罩(11)安装在支撑杆(9)的上端，外部套管(7)套装在支撑杆(9)上，两者之间通过与支撑杆(9)相连的径向定位筋(8)实现径向定位，在外部套管(7)的上端与导流罩(11)之间留有供燃气通过的出气通道，所述的支撑杆(9)的下端与内部支撑杆(I)相连，内部支撑杆(I)套装在导向管(6)中，导向管(6)与导向管定位筋(5)相连，导向管定位筋(5)固定在外部套管(7)中，在内部支撑杆(I)伸出导向管(6)的一端上套装有自动调节弹簧(3)，调节弹簧(3)的一端与导向管(6)的端面相抵，另一端与旋装在内部支撑杆(I)上且位置可调的下部定位螺母(2 )相抵。
2.根据权利要求1所述的音速自动可调火炬燃烧系统，其特征是所述的内部支撑杆(I)上套装有弹簧保护套(4)，弹簧保护套(4)的上端与导向管(6)相连。
3.根据权利要求1所述的音速自动可调火炬燃烧系统，其特征是所述的导流罩(11)为缩放体结构，它由多个曲面合成一个类红酒杯状曲面体。
4.根据权利要求1所述的音速自动可调火炬燃烧系统，其特征是所述的外部套管(7)的上部连接有异形盘(10)，它与导流罩(11)的曲面共同形成火炬气的出口 ；异形盘(10)的出口段开设有直槽道或锯齿槽道。
5.根据权利要求1所述的音速自动可调火炬燃烧系统，其特征是所述的火炬燃烧器(14)的排列布置形式为圆形、方形、多边形或其组合形式。
【文档编号】F23D14/64GK103486588SQ201310479810
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年10月15日 优先权日:2013年10月15日
【发明者】郭宏新, 何松, 刘丰, 赵志红, 李奇, 李逸峰, 余晓燕 申请人:江苏中圣高科技产业有限公司