RU2591378C2

RU2591378C2 - Standby burner

Info

Publication number: RU2591378C2
Application number: RU2014137589/06A
Authority: RU
Inventors: Рустем Фаритович Нигматьянов
Original assignee: Рустем Фаритович Нигматьянов
Priority date: 2014-09-16
Filing date: 2014-09-16
Publication date: 2016-07-20
Also published as: RU2014137589A

Abstract

FIELD: oil and gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to devices for standby and pilot burners of flare devices. Standby burner includes nozzle, gas-air mixture inlet unit, additional air flow inlet unit, housing of mixing chamber with a side hole communicated with forechamber cavity of housing through passage hole to accommodate electrode spark igniter. Forechamber is arranged inside mixing chamber, gas-air mixture inlet unit is connected to a mixing chamber and forechamber to housing through side hole in housing of mixing chamber, which is divided by the upper edge of collar of passage opening in forechamber housing, circular ledge with forechamber housing outer wall, inner wall of housing of mixing chamber and with conical surface of nozzle for introduction of additional air flow in housing cavity of forechamber to make a circular channel in housing cavity of forechamber gas-air mixture, and electrode of spark igniter is made in form of a tube connected to input of additional air flow and passing coaxially through mixing chamber, forechamber and nozzle to make circular spark gap between edge of nozzle and tube. Invention aims at increasing reliability of ignition and monitoring of availability of flame.

EFFECT: higher reliability of ignition and monitoring of availability of flame.

4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области нефтегазодобычи и нефтехимпереработки, в частности к устройствам дежурных и пилотных горелок факельных устройств.The invention relates to the field of oil and gas production and oil refining, in particular to devices on duty and pilot burners of flare devices.

Известны дежурные горелки (патенты РФ №57429, F23Q 5/00, №85608, F23Q 5/00, №2344345, F23Q 9/08, №2510478, F23Q 3/00), где розжиг дежурной горелки и контроль ее пламени производятся электродом-датчиком ионизационным вне конструкции, но внутри конуса распыла газовоздушной смеси из дежурной горелки.Known on-site burners (RF patents No. 57429, F23Q 5/00, No. 85608, F23Q 5/00, No. 2344345, F23Q 9/08, No. 2510478, F23Q 3/00), where the ignition of the pilot burner and control of its flame are carried out by the electrode- an ionization sensor outside the structure, but inside the spray cone of the gas-air mixture from the standby burner.

Недостатком этих устройств является возможность несанкционированного перезапуска из-за срыва пламени как от повышенного расхода газовоздушной смеси в дежурной горелке, так и от сильного бокового ветра и, как следствие, незапуск факельной установки и, соответственно, утечка утилизируемого продукта.The disadvantage of these devices is the possibility of an unauthorized restart due to flame failure both from the increased consumption of the air-gas mixture in the standby burner and from strong crosswind and, as a result, the flare unit will not start and, accordingly, the recyclable product will leak.

Известна дежурная горелка (патент РФ №130673, F23Q 9/08), где розжиг и контроль пламени реализуется путем размещения электрода-датчика внутри дежурной горелки в диффузоре, т.е. на выходе из дежурной горелки воспламенившейся газовоздушной смеси.A pilot burner is known (RF patent No. 130673, F23Q 9/08), where ignition and flame control is realized by placing the sensor electrode inside the pilot burner in a diffuser, i.e. at the exit of the standby burner of a flammable gas-air mixture.

Недостатком этой конструкции является возможность отрыва пламени от дежурной горелки, т.е. выноса пламени за пределы места положения электрода-датчика. По причине этого может произойти разрыв ионизационного тока электрода-датчика и, как следствие, непрерывное срабатывание автоматики на перезапуск розжига факела с последующим быстрым выходом ее из строя.The disadvantage of this design is the possibility of separation of the flame from the standby burner, i.e. removal of the flame beyond the position of the sensor electrode. Because of this, a breakdown of the ionization current of the sensor electrode can occur and, as a result, the automatic operation of the relay to restart the torch ignition, followed by its quick failure.

Наиболее близким аналогом по технической сущности и достигаемому результату является дежурная горелка (патент РФ №2169885, F23Q 9/00), содержащая сопло, узел ввода газовоздушной смеси, узел ввода дополнительного воздушного потока, корпус камеры смешения с боковым отверстием, полость которой соединена через проходное отверстие в цилиндрическом корпусе форкамеры с ее полостью, где установлен электрод искрового запальника.The closest analogue in technical essence and the achieved result is a pilot burner (RF patent No. 2169885, F23Q 9/00) containing a nozzle, a gas-air mixture inlet unit, an additional air flow inlet unit, a mixing chamber body with a side opening, the cavity of which is connected through a passage a hole in the cylindrical body of the prechamber with its cavity, where the spark ignition electrode is installed.

Недостатком устройства является низкая надежность розжига и отсутствие возможности контролировать наличие пламени искрового запальника.The disadvantage of this device is the low reliability of the ignition and the inability to control the presence of a spark igniter flame.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности розжига и обеспечение контроля наличия пламени.The task of the invention is to increase the reliability of ignition and to control the presence of flame.

Сущность предлагаемой конструкции заключается в том, что в дежурной горелке, содержащей сопло, узел ввода газовоздушной смеси, узел ввода дополнительного воздушного потока, корпус камеры смешения с боковым отверстием, полость которой соединена через проходное отверстие в цилиндрическом корпусе форкамеры с ее полостью, где установлен электрод искрового запальника, форкамера выполнена внутри камеры смешения, узел ввода газовоздушной смеси соединен с камерой смешения и форкамерой через боковое отверстие в корпусе камеры смешения, которое соответственно разделено верхним краем кольцевого выступа проходного отверстия корпуса форкамеры, и который с наружной стенкой корпуса форкамеры, внутренней стенкой камеры смешения и сопряженной с ней конусной поверхностью сопла дополнительного воздушного потока внутрь форкамеры образует круговой канал сообщения внутренней полости форкамеры с боковым отверстием камеры смешения, а центральный электрод искрового запальника выполнен в виде продуваемой дополнительным воздушным потоком трубки, проходящей соосно сквозь камеру смешения и форкамеру с соплом, образуя на срезе сопла круговой искровой зазор.The essence of the proposed design lies in the fact that in the standby burner containing the nozzle, the gas-air mixture input unit, the additional air flow input unit, the mixing chamber body with a side hole, the cavity of which is connected through the through hole in the cylindrical chamber of the prechamber with its cavity, where the electrode is installed spark igniter, prechamber made inside the mixing chamber, the gas-air mixture inlet unit is connected to the mixing chamber and the prechamber through a side opening in the housing of the mixing chamber, e, respectively, separated by the upper edge of the annular protrusion of the passage hole of the prechamber chamber, and which with the outer wall of the prechamber housing, the inner wall of the mixing chamber and the conical surface of the nozzle of the additional air flow inside the prechamber forms a circular channel of communication of the inner cavity of the prechamber with the side opening of the mixing chamber, and the central electrode of the spark igniter is made in the form of a tube blown by an additional air stream passing coaxially through the chamber and a prechamber with a nozzle, forming a circular spark gap at the nozzle exit.

В круговом канале, в месте подачи газовоздушной смеси в полость форкамеры, установлена кольцевая система сопел, которая с наружной стороны сопряжена с основанием стенки цилиндрического корпуса форкамеры, а с внутренней стороны сопряжена со срезом сопла дополнительного воздушного потока, ширина искрового зазора, образованного между трубкой электрода искрового запальника и краем среза сопла не меньше размера искрового зазора, образованного трубкой искрового запальника и расположенными в проходном отверстии электродами, вмонтированными в краевую поверхность кольцевого выступа.An annular nozzle system is installed in the circular channel, at the place of the gas-air mixture supply to the prechamber cavity, which is externally mated to the wall base of the prechamber cylindrical casing, and from the inside it is interfaced with the nozzle cut of the additional air flow, the width of the spark gap formed between the electrode tube the spark igniter and the edge of the nozzle exit not less than the size of the spark gap formed by the spark ignition tube and the electrodes located in the through hole, are mounted and a peripheral surface of the annular projection.

Корпус форкамеры внутри корпуса камеры смешения размещен с возможностью осевого сдвига корпуса форкамеры относительно бокового отверстия в корпусе камеры смешения.The prechamber housing inside the mixing chamber housing is axially displaceable of the prechamber housing relative to the side opening in the mixing chamber housing.

На чертеже изображен общий вид дежурной горелки.The drawing shows a General view of the pilot burner.

В состав дежурной горелки входит узел ввода газовоздушной смеси, включающий трубу 1 с конфузором 2 и форсункой 3, камера смешения 4 с боковым отверстием 5 в корпусе 6, встроенный соосно в камеру смешения 4, и ее диффузор 7, центральный электрод искрового запальника 8, выполненый из трубки 9, продуваемой из узла ввода дополнительного воздушного потока, включающего торцевые отверстия (не показано) во фланце 10 искрового запальника 8 и отверстия 11 в торцевом соединении корпуса 6 камеры смешения и искрового запальника 8. Сечение отверстия 5 делится верхним краем кольцевого выступа 12 проходного отверстия 13 цилиндрического корпуса форкамеры 14, соосно установленной внутри корпуса 6 камеры смешения 4. Кольцевой выступ 12, наружная поверхность стенки корпуса форкамеры 14, внутренняя поверхность стенки корпуса 6 и нежестко сопряженная с ней конусная наружная поверхность сопла 15, вводящего дополнительный воздушный поток через отверстия 11 в полость 16 корпуса форкамеры 14, образуют круговой канал 17 для сообщения бокового отверстия 5 с полостью 16 корпуса форкамеры 14 через кольцевую систему дополнительных сопел 18, причем оси огневых отверстий кольцевой системы сопел могут располагаться в полости форкамеры как соосно, так и под острым несистемным углом относительно ее оси. Кольцевая система дополнительных сопел 18 жестко закреплена между основанием стенки корпуса форкамеры 14 и наружным краем среза сопла 15. Ширина искрового зазора 19, образованного между трубкой 9 электрода искрового запальника 8 и краем среза сопла 15 не меньше размера искрового зазора, образованного трубкой 9 искрового запальника 8 и расположенными в проходном отверстии 13 электродами 20, вмонтированными в краевую поверхность кольцевого выступа 12. Корпус форкамеры 14, жестко сопряженный через кольцевую систему сопел 18 с соплом 15, крепится внутри корпуса 6 камеры смешения 4 стопорным наружным винтом 21 с возможностью осевого смещения корпуса форкамеры 14 внутри корпуса 6 относительно его бокового отверстия 5.The structure of the pilot burner includes an air-gas mixture inlet assembly, including a pipe 1 with a confuser 2 and a nozzle 3, a mixing chamber 4 with a side hole 5 in the housing 6, coaxially integrated into the mixing chamber 4, and its diffuser 7, the central electrode of the spark igniter 8, made from a tube 9 blown from an additional airflow input unit including end holes (not shown) in the flange 10 of the spark igniter 8 and the hole 11 in the end connection of the housing 6 of the mixing chamber and spark igniter 8. The cross section of the hole 5 is divided up the edge of the annular protrusion 12 of the passage opening 13 of the cylindrical housing of the prechamber 14 coaxially mounted inside the housing 6 of the mixing chamber 4. The annular protrusion 12, the outer surface of the wall of the housing of the prechamber 14, the inner surface of the wall of the housing 6 and the conical outer surface of the nozzle 15, which introduces additional air flow through the holes 11 into the cavity 16 of the prechamber 14 body, form a circular channel 17 for communicating the side hole 5 with the cavity 16 of the prechamber 14 body through the annular system Yelnia nozzles 18, wherein the axis of the annular nozzle holes firing system may be located in both the prechamber cavity coaxially and non-systemic at an acute angle relative to its axis. The annular system of additional nozzles 18 is rigidly fixed between the base of the chamber wall of the prechamber 14 and the outer edge of the nozzle 15. The width of the spark gap 19 formed between the tube 9 of the spark ignition electrode 8 and the edge of the nozzle 15 is not less than the size of the spark gap formed by the tube 9 of the spark igniter 8 and located in the passage opening 13, the electrodes 20 mounted on the edge surface of the annular protrusion 12. The housing of the pre-chamber 14, rigidly interfaced through the annular system of nozzles 18 with the nozzle 15, is fixed internally housing 6 of the mixing chamber 4 the outer locking screw 21 for axial displacement of the prechamber housing 14 within the housing 6 relative to its lateral opening 5.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Основной поток газовоздушной смеси из узла ввода газовоздушной смеси, после прохождения газа из форсунки 3 через конфузор 2 по трубе 1, через отверстие 5 поступает в корпус 6 камеры смешения 4. Часть потока газовоздушной смеси, поступающего через отверстие 5, отделяется от основного потока кольцевым выступом 12 корпуса форкамеры 14 и через круговой канал 17 и кольцевую систему сопел 18 направляется в полость 16 корпуса форкамеры 14. Дополнительный воздушный поток наружного воздуха в полость 16 поступает через сопло 15 из торцевых отверстий 11 корпуса 6 камеры смешения 14. В трубку 9 электрода искрового запальника 8 наружный воздух поступает через торцевые отверстия фланца 10 и полый корпус искрового запальника 8.The main stream of the gas-air mixture from the gas-air mixture inlet node, after the gas passes from the nozzle 3 through the confuser 2 through the pipe 1, through the hole 5 enters the housing 6 of the mixing chamber 4. A part of the gas-air mixture flowing through the hole 5 is separated from the main stream by an annular protrusion 12 of the pre-chamber housing 14 and through the circular channel 17 and the annular system of nozzles 18 is directed into the cavity 16 of the pre-chamber housing 14. An additional air stream of external air into the cavity 16 enters through the nozzle 15 from the end openings 11 of the housing 6 of the mixing chamber 14. In the tube 9 of the spark ignition electrode 8, external air enters through the end holes of the flange 10 and the hollow body of the spark igniter 8.

В режиме розжига дежурной горелки высокое напряжение подается на трубку 9 изолированного центрального электрода искрового запальника 8. Возникает искровой разряд между трубкой 9 электрода искрового запальника 8 и дополнительными электродами 20, который может быть продублирован в искровом круговом зазоре 19. Процесс постоянного горения газовоздушной смеси от кольцевой системы сопел 18, обогащенный дополнительным воздушным потоком через сопло 15, из полости 16 корпуса форкамеры 14 передается в корпус 6 камеры смешения 4 с постоянным поджигающим эффектом основного потока газовоздушной смеси, поступающей из бокового отверстия 5 в диффузор 7 дежурной горелки.In the ignition mode of the standby burner, a high voltage is applied to the tube 9 of the isolated central electrode of the spark igniter 8. There is a spark discharge between the tube 9 of the electrode of the spark igniter 8 and additional electrodes 20, which can be duplicated in the spark circular gap 19. The process of constant combustion of the gas-air mixture from the ring the nozzle system 18, enriched with additional air flow through the nozzle 15, is transferred from the cavity 16 of the prechamber housing 14 to the housing 6 of the mixing chamber 4 with constant ignition m the effect of the main stream of the gas mixture coming from the side hole 5 into the diffuser 7 of the standby burner.

В режиме контроля наличия пламени дежурной горелки - постоянное, не подверженное внешним воздействиям наличие пламени вокруг трубки 9 центрального электрода искрового запальника 8 в полости 16 форкамеры 14 обеспечивает стабильный поток ионов между трубкой 9 (датчиком) и электродами 20, а также соплами кольцевой системы 18 и соплом 15, являющимися звеньями одной цепи заземления.In the mode of monitoring the presence of the flame of the standby burner - a constant, not subject to external influences, flame around the tube 9 of the central electrode of the spark igniter 8 in the cavity 16 of the pre-chamber 14 provides a stable ion flow between the tube 9 (sensor) and the electrodes 20, as well as the nozzles of the ring system 18 and nozzle 15, which are links of one ground circuit.

Кроме того, необходимое количество газовоздушной смеси, подаваемой в полость 16 корпуса форкамеры 14, можно регулировать осевым смещением кольцевого выступа 12 корпуса форкамеры 14 в боковом отверстии 5 через стопорный наружный винт 21.In addition, the required amount of air-gas mixture supplied to the cavity 16 of the prechamber 14 housing can be controlled by the axial displacement of the annular protrusion 12 of the prechamber 14 housing in the side hole 5 through the external locking screw 21.

Таким образом, предлагаемое техническое решение выполнения дежурной горелки с форкамерой внутри камеры смешения позволяет обеспечить надежный постоянный розжиг пламени и осуществить беспрерывный контроль наличия пламени.Thus, the proposed technical solution for performing a stand-by burner with a pre-chamber inside the mixing chamber allows for reliable continuous ignition of the flame and continuous monitoring of the presence of flame.

Claims

1. Дежурная горелка, содержащая сопло, узел ввода газовоздушной смеси, узел ввода дополнительного воздушного потока, корпус камеры смешения с боковым отверстием, полость которого соединена с полостью корпуса форкамеры через проходное отверстие, в котором установлен электрод искрового запальника, отличающаяся тем, что форкамера размещена внутри камеры смешения, узел ввода газовоздушной смеси соединен с корпусом камеры смешения и с корпусом форкамеры через боковое отверстие в корпусе камеры смешения, которое разделено верхним краем кольцевого выступа проходного отверстия корпуса форкамеры, кольцевой выступ с наружной стенкой корпуса форкамеры, внутренней стенкой корпуса камеры смешения и с конусной поверхностью сопла для ввода дополнительного воздушного потока в полость корпуса форкамеры, образует круговой канал для подачи в полость корпуса форкамеры газовоздушной смеси, а электрод искрового запальника выполнен в виде трубки, соединенной с узлом ввода дополнительного воздушного потока и проходящей соосно сквозь камеру смешения, форкамеру и сопло, образуя круговой искровой зазор между срезом сопла и трубкой.1. An on-site burner containing a nozzle, an air-gas mixture inlet unit, an additional air stream inlet unit, a mixing chamber body with a side hole, a cavity of which is connected to a chamber cavity of the prechamber through a passage in which a spark ignition electrode is installed, characterized in that the prechamber is located inside the mixing chamber, the gas-air mixture input unit is connected to the mixing chamber housing and to the prechamber housing through a side opening in the mixing chamber housing, which is divided by the upper edge of the mixing chamber the central protrusion of the passage hole of the prechamber housing, the annular protrusion with the outer wall of the prechamber housing, the inner wall of the mixing chamber body and with the taper surface of the nozzle for introducing additional air flow into the chamber cavity of the prechamber, forms a circular channel for supplying a gas-air mixture to the chamber chamber and the spark electrode the igniter is made in the form of a tube connected to an additional air flow input unit and passing coaxially through the mixing chamber, prechamber and nozzle, forming a circular spark gap between nozzle exit and tube.

2. Дежурная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что в круговом канале в месте подачи газовоздушной смеси в полость корпуса форкамеры установлена кольцевая система сопел, которая с наружной стороны сопряжена с основанием корпуса форкамеры, а с внутренней стороны сопряжена со срезом сопла. 2. The pilot burner according to claim 1, characterized in that an annular nozzle system is installed in the circular channel at the place of supply of the gas-air mixture into the chamber cavity of the prechamber, which is connected to the base of the prechamber body from the outside and connected to the nozzle exit from the inside.

3. Дежурная горелка по п. 1, отличающаяся тем, что ширина искрового зазора, образованного между трубкой электрода искрового запальника и краем среза сопла, не меньше размера искрового зазора, образованного трубкой искрового запальника и расположенными в проходном отверстии электродами, вмонтированными в краевую поверхность кольцевого выступа.3. The pilot burner according to claim 1, characterized in that the width of the spark gap formed between the electrode tube of the spark igniter and the edge of the nozzle exit is not less than the size of the spark gap formed by the tube of the spark igniter and the electrodes located in the through hole mounted in the edge surface of the annular protrusion.

4. Дежурная горелка по п.1, отличающаяся тем, что корпус форкамеры внутри корпуса камеры смешения размещен с возможностью осевого сдвига корпуса форкамеры относительно бокового отверстия в корпусе камеры смешения. 4. The pilot burner according to claim 1, characterized in that the prechamber housing inside the mixing chamber housing is axially displaceable of the prechamber housing relative to the side opening in the mixing chamber housing.