Устройство для сжигания текучего углеродистого ископаемого горючего

(51)7 23 11/10 ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН(72) Джефри Чарльз ЭДВАРДС , Гордон ПЕТРИ(73) Экспро Норт Си Лимитед(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СЖИГАНИЯ ТЕКУЧЕГО УГЛЕРОДИСТОГО ИСКОПАЕМОГО ГОРЮЧЕГО(57) Изобретение относится к устройству для сжигания сырой нефти и имеет трубопровод (12) без сопла для ограничения потока, который принимает нефть для сжигания. Трубопровод (12) имеет мно жество наклонных сопел (28), которые также расположены вокруг продольной оси трубопровода (12) таким образом, что они проходят, по существу, по касательной к внутренней поверхности. Подаваемый с высокой скоростью воздух проходит через впускной коллектор (32) внутрь корпуса (18), окружающего трубопровод (12) вблизи сопел (28), далее через сопла (28) в трубопровод (12). Воздух с высокой скоростью разбивает топливо на частицы и сообщает частицам угловую скорость, заставляя частицы крутиться или вращаться в виде тонкого тумана в одном направлении вокруг продольной оси выпускного отверстия (16) трубопровода (12). Изобретение имеет простую конструкцию и обеспечивает более эффективное смешивание текучего углеродистого ископаемого горючего с газообразным распыляющим воздухом и более длительное удерживание смеси в зоне горения для эффективного ее сжигания, отсутствие дросселирования горючего в горелке. 11669 Настоящее изобретение относится к устройству,предназначенному, в частности, но не исключительно, для сжигания сырой нефти на платформах для разведки и добычи нефти. В частности, изобретение относится к мазутной горелке для сжигания сырой нефти, полученной во время операции по опробованию углеродистого ископаемого горючего в жидкой или порошкообразной форме, например, угольной пыли. На платформах, на которых ведется разведка нефти, оборудование для ликвидации нефти, полученной с платформ во время опробования скважин,отсутствует. Эту нефть уничтожают путем ее сжигания на конце стрелы буровой каретки. В большинстве существующих горелок для сжигания сырой нефти используют традиционную печную технологию. Она заключается в том, что нефть сначала распыляют путем создания перепада давления через сопло и затем распыленную нефть смешивают с распыляющим веществом, например, с воздухом или газом Затем смесь впрыскивают через другое сопло и воспламеняют. Часто такое сжигание является неэффективным и неполным, в результате образуется чрезмерное количество сажи, которая не только опасна, но и наносит вред окружающей среде. Кроме того. если сырая нефть является вязкой или содержит большое количество твердых частиц,то сопла могут полностью или частично забиваться,что ведет к неполному сжиганию. В качестве ближайшего аналога выбрано устройство для сжигания, содержащее газомазутную горелку, описанное в а.с. СССР 338748, МПК 23 17/00, публ. 1.06.1972 г. Горелка имеет трубопровод для приема текучего углеродистого горючего, который размещен в корпусе, окружающем его, и проходит в продольном направлении корпуса, и между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью трубопровода образована кольцеобразная полость, в стенках трубопровода выполнены сопла, которые соединяют внутреннюю полость трубопровода с кольцеобразной полостью между трубопроводом и корпусом и расположены тангенциально к внутренней поверхности трубопровода, а кольцеобразная полость между трубопроводом и корпусом соединена с источником газообразного вещества воздуха, имеющим высокое давление. Горелка имеет смеситель в виде диффузора, соединенный с указанным трубопроводом, и наружную камеру, в стенках которой выполнены сопла, тангенциальные к ее внутренней поверхности, служащие для подачи воздуха из источника воздуха. Смесь горючего и воздуха поступает из трубопровода в смеситель, а на выходе из смесителя, смешивается с закрученным потоком воздуха, поступающим из наружной камеры. Конструкция этой горелки является сложной. Чтобы обеспечить эффективное смешивание горючего и воздуха для дальнейшего его сгорания используют двойное смесеобразование. Задачей предлагаемого изобретения является создание улучшенного устройства для сжигания те кучего углеродистого ископаемого горючего, имеющего более простую конструкцию, позволяющего более эффективно смешивать текучее углеродистое ископаемое горючее с газообразным распыляющим веществом и дольше удерживать смесь в зоне горения для более эффективного ее сжигания, и обеспечивающего полное сгорание горючего без видимых выбросов. Технический результат - упрощение устройства,более эффективное смешивание текучего углеродистого ископаемого горючего с газообразным распыляющим веществом и более длительное удерживание смеси в зоне горения для эффективного ее сжигания, отсутствие дросселирования горючего в горелке.Для достижения указанного результата разработано устройство для сжигания, содержащее горелку,имеющую трубопровод для приема текучего углеродистого ископаемого горючего, подаваемого для его сжигания, причем трубопровод размещен в корпусе,окружающем его, и проходит в продольном направлении корпуса и между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью трубопровода образована кольцеобразная полость, в стенках трубопровода выполнены сопла, которые соединяют внутреннюю полость трубопровода с кольцеобразной полостью между трубопроводом и корпусом и расположены тангенциально к внутренней поверхности трубопровода, а кольцеобразная полость между трубопроводом и корпусом соединена с источником газообразного вещества, имеющим высокое давление, и в котором, в соответствии с изобретением, сопла расположены на выходной части трубопровода, выполнены наклонными к продольной оси трубопровода и направлены в сторону выходного отверстия трубопровода. Предпочтительно упомянутая группа сопел расположена в плоскости, по существу, перпендикулярной к продольной оси трубопровода. Сопла могут быть расположены по спирали вокруг трубопровода. Предпочтительно, чтобы трубопровод был выполнен цилиндрическим. Корпус также может быть выполнен цилиндрическим. Наклонные сопла, преимущественно, располагают равномерно по периферии цилиндрического трубопровода. В предпочтительном варианте осуществления пять групп сопел разнесены вдоль продольной оси трубопровода. Каждая группа может состоять из восьми сопел. Во время использования устройства, когда горючее проходит через трубопровод в сторону его выходного отверстия, газообразное вещество, преимущественно воздух с высокой скоростью направляется вокруг упомянутой полости и через тангенциальные, наклонные к продольной оси трубопровода и направленные в сторону выходного отверстия сопла во внутреннюю полость трубопровода для смешения с горючим, например, с нефтью. Газообразное вещество разделяет горючее на частицы и сообщает час 2 11669 тицам угловую скорость, заставляя их вращаться или крутиться в одном направлении для образования легкого вращающегося тумана, обеспечивая тем самым эффективное смешивание. Эта вращающаяся смесь, благодаря расположению сопел на выходной части трубопровода и высокой скорости, остается и в пламени, которое становится все горячее по мере расходования частиц при сжигании. В результате горение улучшается и его эффективность увеличивается. Полученная смесь горючего и газообразного вещества образует легкую дымку с небольшим завихрением на выходе из горла горелки. Испытания потока на этой горелке, проведенные в сравнении с обычной головкой горелки, были успешными, поскольку фактически отсутствовали видимые выбросы. Аспекты настоящего изобретения станут очевидными из последующего описания со ссылкой на приложенные чертежи, на которых фиг. 1 - вид в поперечном разрезе головки мазутной горелки в соответствии с настоящим изобретением фиг. 2 - вид в поперечном разрезе в плоскости 22 на фиг. 1 фиг. 3 - вид с торца горелки в направлении стрелки А, показанной на фиг. 1, в плоскости 3-3 фиг. 4 - вид в изометрии и частично с вырезом трубопровода, показанного на фиг. 1, 2 и 3, без корпуса и фиг. 5 - вид трубопровода для применения с горелкой при другом расположении сопел, чем на фиг. 1-4. Сначала рассмотрим фиг. 1, которая показывает головку горелки 10 для сжигания сырой нефти в открытом море или на берегу. Хотя описана одна головка горелки, однако можно применять одну или множество таких головок горелки. Головка 10 горелки состоит из стального цилиндрического трубопровода 12, который имеет входное отверстие 14 для подсоединения к источнику нефти из скважины (не показан) и выходное отверстие 16, на выходе из которого нефть, подаваемую в горелку, воспламеняют запальным факелом (не показан) и сжигают, как будет описано подробно. Вокруг наружной поверхности цилиндрического трубопровода 12 расположен цилиндрический корпус 18 в уплотненной связи с ним благодаря кольцевым уплотнениям 20 и 22. Корпус 18 удерживается на месте разъемным кольцом 19 и узким кольцом 21, которое соединено с корпусом 18 посредством резьбового соединения 23. Стенка 24 корпуса образует с наружной стенкой 25 цилиндрического трубопровода 12 кольцевую полость 26. В стенке цилиндрического трубопровода 12 расположено под углом множество сопел 28 для обеспечения сообщения между кольцевой полостью 26 и внутренней полостью трубопровода 30. В показанной конструкции имеются двадцать четыре сопла, расположенные тремя группами из восьми сопел, разнесенные под углом 45 по периферии тру бопровода 12, как лучше всего видно на фиг. 2, 3 и 4. На фиг. 1 показано только шесть таких сопел, каждое сопло 28 представляет собой просверленное отверстие диаметром 1/4 (6,4 мм) и расположено под углом примерно 45 к оси скважины в направлении потока нефти, причем, как лучше всего показано на фиг. 3 и 4, сопла расположены так, что они проходят через трубопровод 12 нерадиально с отверстиями, выходящими во внутреннюю полость трубопровода 30, а, по существу, тангенциально к внутренней поверхности трубопровода 12. Такое расположение отверстий упрощает проход воздуха с высокой скоростью из кольцевой полости 26 в внутреннюю полость цилиндрического трубопровода 30 для упрощения сжигания, как будет описано подробно. Корпус 18 соединен с входным коллектором 32, который имеет, в свою очередь, впускное отверстие 34, соединенное с источником воздуха, имеющего высокое давление (не показан для ясности). Входной коллектор 32 может быть соединен с корпусом 18 посредством резьбового соединения, разъемного защелкивающего соединения или любого другого соответствующего соединения для соединяемых узлов. На фиг. 2 и 3 показано, что сопла 28 разнесены равномерно по периферии трубопровода 12 для упрощения равномерного потока воздуха в трубопровод для тщательного и равномерного смешения нефти для сжигания. Во время применения нефть проходит через внутреннюю полость 30 трубопровода 12. Когда нефть приближается к выходному отверстию 16, она смешивается с воздухом, имеющим высокую скорость. Воздух проходит через коллектор 32 вокруг кольцевой полости 26 и через сопла 28 во внутреннюю полость 30 трубопровода, где он смешивается с нефтью, образуя смесь нефти/воздуха подобно вращающемуся в одном направлении вихрю в виде тумана, как показывают стрелки на фиг. 3 и 4. Вращающийся туман смеси обеспечивает эффективное смешение, таким образом смесь, когда ее воспламеняют, остается в пламени дольше, становится более горячей и обеспечивает тщательное и эффективное сжигание сырой нефти. Таким образом, видимые выбросы в атмосферу фактически отсутствуют. Это устройство позволяет получить эффект, значительно превосходящий эффект существующих головок горелок, причем такие головки горелки можно объединить, получив составную головку горелки для обработки большого количества потоков сырой нефти. Расположение сопел группами имеет преимущество в том, что они образуют туман смеси нефти/воздуха с завихрением, который является очень равномерным и эффективным, в результате смесь остается в пламени и таким образом температура пламени увеличивается. Со временем это приводит к полному и эффективному сжиганию сырой нефти, причем до такой степени, что, когда сырая нефть полностью сгорает, то, по существу, исклю 3 11669 чаются выбросы в атмосферу сажистого или черного дыма. В объеме изобретения возможны различные модификации в описанной конструкции. Например, в головке горелки можно разместить любое, но достаточное количество сопел для обеспечения достаточного потока воздуха для достижения соответствующего смешивания и необходимого эффекта, подобного крутящему вихрю. Размер и угол сопла не являются критическими, и они могут изменяться от тех, которые показаны на чертеже. Однако размер и угол сопла должны быть достаточными, чтобы воздух мог смешиваться с нефтью, как было описано, и обеспечивать получение вращающейся смеси. Сопла могут быть установлены группами в плоскости, расположенных перпендикулярно к продольной оси или могут быть установлены в виде сплошной или прерывистой спирали вокруг трубопровода, как показано на фиг. 5, для упрощения образования винтообразно завихряющегося тумана смеси. Также должно быть ясно, что вместо воздуха можно применять другие газообразные распыляющие средства, например, пар и углеводороды, поскольку они обеспечивают достижение необходимого смешения с нефтью для упрощения е сжигания, как было описано. Понятно, что сопла 28 не должны проходить в полость 30 точно по касательной к поверхности, а под достаточным углом так, чтобы во время применения, когда газообразное распыляющее вещество проходит с высокой скоростью через сопла, образовывался завихряющийся туман смеси частиц нефти или угольной пыли, как показано на фиг. 4. Горелку можно применять с сырой нефтью с более высоким содержанием водной фракции и тяжелых фракций. Топливом может быть также порошкообразное сыпучее ископаемое горючее, например, угольная пыль, которую можно смешивать с газообразнымраспылительным веществом, имеющим высокую скорость, для образования завихряющегося тумана из частиц угольной пыли для сжигания в горелке. Основным преимуществом настоящего изобретения является то, что сжигание сырой нефти достигается без образования покрытого сажей черного дыма причем горение происходит очень эффективно, и фактически отсутствуют видимые выбросы в атмосферу от сжигания нефти, таким образом меньше вреда приносится окружающей среде. Дросселирование потока нефти в горелку не требуется, таким образом уменьшается риск забивания сырой нефтью даже при высоком содержании твердых частиц или порошкообразным топливом, например, угольной пылью. Другим преимуществом этой системы является то, что уменьшается противодавление, создаваемое соплами, которые применяются в обычных горелках, таким образом скважины можно опробовать без помех. Это значит, что рабочее давление для опробования скважин можно уменьшить, что позволит обеспечить безопасность, поскольку риск обратного потока нефти в систему распыления воздухом уменьшается. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Устройство для сжигания, содержащее горелку, имеющую трубопровод для приема текучего углеродистого ископаемого горючего, подаваемого для его сжигания, причем трубопровод размещен в корпусе, окружающем его, и проходит в продольном направлении корпуса, и между внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью трубопровода образована кольцеобразная полость, в стенках трубопровода выполнены сопла, которые соединяют внутреннюю полость трубопровода с кольцеобразной полостью между трубопроводом и корпусом и расположены тангенциально к внутренней поверхности трубопровода, а кольцеобразная полость между трубопроводом и корпусом соединена с источником газообразного вещества, имеющим высокое давление, отличающееся тем, что сопла расположены на выходной части трубопровода, выполнены наклонными к продольной оси трубопровода и направлены в сторону выходного отверстия трубопровода. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что группа сопел расположена в плоскости, по существу,перпендикулярной к продольной оси трубопровода. 3. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем,что сопла расположены по спирали вокруг трубопровода. 4. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем,что трубопровод выполнен цилиндрическим. 5. Устройство по п. 1 или 2, отличающееся тем,что корпус выполнен цилиндрическим. 6. Устройство по любому из предшествующих пунктов, отличающееся тем, что наклонные сопла расположены равномерно на периферии цилиндрического трубопровода. 7. Устройство по п. 6, отличающееся тем, что пять групп сопел расположены вдоль продольной оси трубопровода. 8. Устройство по п. 7, отличающееся тем, что каждая группа состоит из восьми сопел. Верстка КИПЭ исполнитель Халтурина В.А., корректор Горпиненко Т.И. 5