火炬塔的燃燒方法和裝置的製作方法

2023-06-09 20:38:11

專利名稱：火炬塔的燃燒方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及帶增強的大氣流動的燃燒塔或火炬塔的結構與操 作，其用於燃燒不合要求的副產物流，以便釋放到大氣中。
背景技術：
本發明提供了對PCT/US02/12443的公開申請WO02/086386中 所公開的裝置和方法的改進，其說明書通過引用而完整地結合在本 文中。
不合要求的工藝副產物流的驟燃或輔助的開式燃燒通常用於將 有毒氣體和蒸汽氧化轉換成較少有害的燃燒產物，以便釋放到環境 中。不合要求的產物和燃料的混合物被引導至火炬塔的底部，從而 形成供入流，其上升到火炬頂部或塔出口處，在此處將燃燒區域中 的混合物點火，以形成火炬或火焰。混合物的有效和完全燃燒並不 總是能實現。當沒有正確地管理工藝，這種工藝還會產生煙霧。煙 霧可以是燃燒過程不完全，並且沒有將有毒或不合要求的工藝材料 轉換成較少有害形式的指示器。煙霧還是一種可見的大氣汙染成分， 並且其消除或減少是一貫的操作目標。
為了減少煙霧的產生，結合燃燒塔而安裝輔助增壓的空氣和蒸 汽系統在本領域中是眾所周知的。低壓空氣輔助系統使用強迫通風 來提供無煙操作所需要的空氣和燃料混合物。通常安裝在火炬塔底 部的風扇，其提供了所需要的燃燒空氣。蒸汽輔助的火炬系統使用 蒸汽環和噴嘴將蒸汽注入到火炬頂部的燃燒區域中，在此處將空氣， 蒸汽和燃料氣體混合在一起，以產生無煙火焰。在現有技術的某些 系統中，同心的屏障或護罩包圍火炬頂部或出口，以便將大氣引導
至上升的物質中，其^皮抽吸到燃燒塔圓筒所發出的氣體中。
有助於燃燒的蒸汽和低壓空氣是常用的，因為同用於處置不合 要求的副產物的備選措施比較而言，這兩種系統在本領域中都被認為是通常有效的而且是相對經濟的。然而，這兩種現有技術的系統 都具有各種缺陷和不足。低壓空氣輔助需要至少 一個風扇的極大的資本支出，這種風扇必須專用於火炬塔。蒸汽輔助系統通常需要高 級控制設備，具有相對較高的水電用量和維護/置換計劃。連續操作 需施加嚴格的維護計劃和甚至備用系統，以防故障或大修要求。
對這些現有4支術系統的改進，如WO 02/086386中所公開的是定 位在歧管上的多個高壓空氣噴嘴，歧管定位在同心護罩和火炬塔出 口的外部之間。相鄰的表面或護罩是穿孔的，以增強大氣流入到護 罩和塔之間的間隙內。在實踐中，發現這種結構對於消除或極大地 減少煙霧是很有效的。然而，塔頂部的相關結構暴露於極端高溫的 燃燒氣體中，導致設備縮短有效壽命。
基於WO 02/086386中所公開的現有技術的裝置和方法的操作經 驗，已經發現，可增強供入流氣體成分的燃燒，並抑制煙霧。然而， 湍流氣體中增加的熱集中會縮短金屬構件的壽命，這些金屬構件被 用於控制和引導供入流的氣態流動和引起的大氣流，以及高壓和低 壓空氣射流和相關的管道。因而，需要提供一種用於改進燃燒的裝 置和方法，其將延長製造火炬頂部的金屬構件的有效操作壽命。
因此，本發明的一個目的是提供一種改進的操作塔的裝置和方 法，其將避免頂部構件附近的高溫湍流氣體的集中。
本發明的另一目的是提供一種用於控制加壓空氣品質的方法， 以保證基於預定的實際化學計量要求而與供入流進行充分混合，以 及不合要求的化學成分和燃料的完全燃燒。
本發明的又一目的是操作燃燒塔，使得燃燒區域升高到護罩和 其它相關頂部構件以上，以便最大程度地減小在其最高溫度下暴露 於燃燒氣體中的機會。
本發明的另 一主要目的是提供一種用於增強火炬氣體完全燃燒 的裝置和方法，其對於促進燃料和不合要求的化學物在無煙條件下 的有效且完全的燃燒是非常有效的，其需要最小的維護，並且可適 用於工業工廠操作中所預期的日益變化的操作條件。
本發明的另 一 目的是提供一種適合於供現有的燃燒塔使用的方 法和裝置，而無須極大地修改現有的塔圓筒和供入流成分輸送系統。
詞語"燃燒塔，，和"火炬塔，，在本申請中是可互換使用的。這 裡使用的大氣指的是包圍著塔的周圍空氣，並且不同於通過高壓或 低壓管道加壓輸送和/或由噴嘴排放的空氣。輸送至噴嘴的加壓空氣 源應該沒有灰塵，以避免幹擾噴嘴的操作。
發明概要
本發明的裝置和方法提供了上述目的和額外的優點，其包含下 面所描述的新穎元件與功能。 1、空氣品質流量控制
在本發明的 一個方面中，提供了用於控制燃料-空氣比的方法， 其通過將至少化學計量的氧氣量輸送到包含燃料和不合要求的化學 物的供入流中，從而確保這些成分在燃燒塔頂部的完全燃燒。提供 了流量計或其它測量裝置，用來確認提供給燃燒系統的空氣品質超 過了保證供入流成分完全燃燒所需要的最少的化學計量的量。在一
個優選的實施例中，流量計產生信號，最優選為數位訊號，其與當 前空氣品質流量相對應。流量計信號輸入給處理器，其可以是帶程 序的通用計算機。當所處理的信號指示足夠量的氧氣正輸送到燃燒 區域時，就將另一信號輸出到流量控制機構。
流量控制機構可包括帶有電子控制器的流量控制閥，控制器響 應於電信號，例如，來自處理器的信號。這種閥控制器和相關的閥 在本領域中是眾所周知的。
本發明的這個實施例還優選包括分析機構，用以確定使供入流成分完全燃燒所需的化學計量的氧氣需求。為了確定最小的提供充 足氧氣的空氣量，以導致火炬塔供入流的燃料和不合要求的化學成 分的完全燃燒，就提供了自動化分析機構，用於確定供入流成分的 完全燃燒所需要的化學計量的氧氣需求，這些供入流成分組成了待 燃燒的不合要求的物質。對於任何給定的設備，可能供給火炬塔的 不合要求的成分將是己知的，並且可確定其分析特徵。分析結果輸 入到程序中，程序則提供預定的信號給閥控制器，從而在當前條件 下提供所需的至少最小的空氣品質流量。
自動化分析機構最優選結合帶適當程序的通用計算機來使用， 以提供相應的信號。合適的分析機構在本領域中是眾所周知的，並 且是商業上可獲得的
在一個特別優選的實施例中，將與給定的燃燒塔供入流樣本所 需要的化學計量的氧氣需求相對應的信號存儲並傳送至已校準的流 量閥控制器，以允許在當前壓力和溫度條件下，所需要的加壓空氣 質量流可以乂人中通過。
在本發明的另 一優選實施例中，該裝置包括空氣流量控制閥， 其被用於直接控制高壓空氣流動到燃燒塔中，並且還間接地控制被 抽吸到塔上端的燃燒區域中的周圍大氣的量。控制閥的操作最優選 能自動響應從帶程序的通用計算機中接收到的數位訊號。
在設備以相對於待燃燒的不合要求的化學物量基本穩定的狀態 下進行操作時，對燃料和不合要求的化學成分的分析需求不是頻繁 的，例如每月進行，並且只用來確認分析設備和流量控制閥的操作 裝置的穩定操作。
在塔供入流的成分沒有發生發生變化和/或顯著變化的那些現場 操作中，可以更大的時間間隔來安排採樣和校準檢查。如果知道或 預期供入流成分會以某種更大的頻率發生變化，該頻率依賴於與整 個設備操作相關聯的較少可預測性的變量，那麼可以預定的時間間 隔對供入流進行自動化採樣。樣本分析的結果存儲在相關聯的系統存儲裝置中，並同當前所供給的空氣體積進行比較；確定任何調整， 並將合適的信號發送給用於空氣流量控制閥的電子控制器，從而將 適量的氧氣與供入流混合起來。
在設備中的操作狀態導致不合要求的化學物的質量和/或類型波 動的情況下，將需要更頻繁的分析測試，以保證將恰當化學計量的 燃料和氧氣/空氣量導入到燃燒系統中，以保證完全燃燒和煙霧的抑 制。在這些操作狀態下，來自分析機構的信號將通常輸入帶程序的 計算機中，以便產生合適的數位訊號，該數位訊號則發送給用於促 動流量控制閥的控制機構。如儀器和控制領域中的技術人員將領悟 的那樣，上遊操作狀態的波動可用於激勵自動採樣裝置，以確定供 入流成分的組成。
如本領域中的普通技術人員所理解的那樣，進入塔中的空氣體 積流量和/或壓力上的變化還將導致抽吸到系統中的大氣體積變化， 所述大氣穿過塔或進入到位於塔外部和安裝在塔出口附近的護罩內 部之間的環形間隙內。這些體積和質量流率可利用沿用已久的/>式 進行計算，和/或在實驗室試驗或現場控制下憑經驗確定。考慮到環 境因素，例如環境氣溫、溼度和風等條件，化學計量的氧氣/空氣需 求的計算將用於確立最小值，並且將應用設計倍增因子來增加實際 的高壓空氣，以考慮環境因素和任何其它相關的外部因素。
在本發明的一個特別優選的實施例中，引導到火炬塔的加壓空 氣用於產生低壓區域，其將額外的大氣抽吸到朝著塔出口移動的空 氣團和供入流中，以增強火炬供入流的燃燒。抽吸到系統中的大氣 量通過實驗和/或經驗進行確定，並且還結合通過空氣流量控制閥而 進入到系統中的高壓空氣的量一併進行考慮。
2、火炬塔空氣射流
在一個方面，該方法和裝置廣泛地包括最大程度地減小火焰與 火炬頂部的金屬結構元件上的輻射熱負荷的直接接觸。這種效應通 過提供不僅支持供入流完全燃燒，而且還用於提升火焰，並從頂部
附近帶走熱量的增加的氣流來實現。
在本發明的又一 實施例中，高壓空氣增強器噴嘴安裝在燃燒塔 的內部，靠近塔出口，以便引導多股快速移動的空氣射流朝著塔出 口向上移動。火炬塔高於內部空氣增強器噴嘴位置的 一部分設有多 個穿孔，其允許大氣由於從增強器噴嘴發射出的快速移動的空氣射 流而產生的低壓區域而流入到塔中的移動的氣團中。
本文所用的詞語"氣流增強器"和"空氣增強器"指的是一種噴嘴， 其使用與壓縮空氣源結合的文丘裡管，以便產生高速、大體積和低
壓力的氣流輸出。在美國專利4，046,492和6,243,966中描述了合適 的裝置，這些美國專利的公開內容通過引用而結合在本文中，並組 成本申請的一部分。壓縮空氣被供給環形腔室或歧管，其包圍文丘 裡管的狹窄喉部或高速區段。之後，通過歧管中的環狀喉部引導壓 縮空氣沿著文丘裡管的內表面流向出口 。從歧管進入的高壓空氣流 通常與中心區段內壁的平滑的流線曲率相符，並且出口與柯恩達效 應(Coanda)型面一致。這種順應性的氣流在文丘裡管中產生了低壓區 域，其將大體積的空氣抽吸到入口中，並且從增強器裝置中產生所 需的高速、大體積且低壓力的空氣輸出。使用具有至少10:1和高達 75:1,或甚至300:1的放大率的空氣增強器噴嘴是優選的。這同傳統 噴嘴的大約3:1的放大率形成了對比。
適合於在本發明實踐中使用的空氣增強器噴嘴商業上可從俄玄 俄州辛辛那提市的Exair公司、紐約Amhearst的Nexflow技術公司 以及Artix有卩艮公司獲得，各公司維持帶相應地址的網站站點。
在本發明的方法和裝置的 一 個實施例中，多個高速空氣射流或 空氣流定位在燃燒塔的內部，位於塔出口下面的位置。空氣射流上 面的塔部分設有穿孔，以允許塔周圍的大氣進入。從射流中發射出 的高壓空氣在火焰區域的方向上移動，從而產生快速移動的空氣的 內部區域，其處於比周圍大氣氣團更低的壓力下。這種低壓內部區 域通過塔中的穿孔而抽吸大氣，並產生在燃燒區域的方向上移動的
更大氣團。這種更大的氣團被引導至燃燒區域中，以幫助混合，並 在燃燒期間獲得供入流的完全燃燒。
噴嘴優選安裝在包圍塔壁內表面的圓形歧管上，並通過穿過塔 壁的管道而連接在高壓空氣源上。通過延伸至火炬塔壁的外面並穿 過火炬塔壁的管道，可將高壓空氣提供給高壓空氣分布環形歧管和 空氣射流。從而在燃燒區域之前產生了無煙操作所需的湍流區域。
本發明實踐中所使用的特定裝置的構造可根據火炬氣體速率和 火炬頂部或出口的幾何形狀而變化。本發明使高壓空氣的使用更為 經濟。同現有技術系統中所使用的低壓空氣或蒸汽需求比較，所需 要的壓縮空氣的體積相對較小。此外，管道和噴嘴不會受到蒸汽的 負面影響。如上所述，壓縮空氣應該沒有碎屑。
在本發明的一個特別優選的實施例中，塔出口被如同現有技術 安裝的護罩包圍，火炬圓筒穿孔從空氣增強射流垂直延伸到與周圍 護罩的下緣邊相對應的位置。
3、柯恩達效應主體的安裝
在本發明的又一優選的實施例中，柯恩達效應主體部件安裝在 塔出口上，以便進一步改進供入流中的空氣和燃料以及不合要求的 化學成分的運動才莫式，並增強與空氣的混合，以促進完全燃燒。
本文所用的用語"柯恩達效應主體部件"指的是一種閉合面，其在 具有放置在流體流中的表面輪廓或形狀時，會導致衝擊流體沿著表 面而行進，從而當流體與表面接觸的同時，提高流體的流率。
用於本發明的柯恩達效應主體部件通過一個、4旦優選兩個相交 的弧線圍繞與燃燒塔軸線相對應的垂直軸線的旋轉來限定。柯恩達 效應主體部件是固體，並且其面向塔出口的下表面是向上彎曲的。 下弧形表面通過具有比柯恩達效應主體的上弧形表面更小的直徑的 圓弧來限定，其導致類似松果的橫截面構造。流體在柯恩達效應主 體表面上的移動狀態在本領域中是非常明確的，並且基於特殊的燃 燒塔安裝中所存在的實際尺寸和操作狀態，可確定特定的外表面的
構造。
根據本發明的實踐，供料成分和從燃燒塔出口排出的任何輔助 空氣對柯恩達效應主體部件的上、下彎曲部分造成沖擊，並以4支高 的速度沿著其外表面而滑動，從而產生低壓空氣的環境區域，其導 致與周圍大氣相混合。實際的燃燒發生在柯恩達效應主體部件的上 部分的區域和/或主體上面的空間內。這種操作方法減少了燃燒塔的 上部分以及相關構件上的熱負荷，這些構件包括例如同心護罩(如 果存在的話)、支撐部件、歧管和相關的低壓空氣射流等等。
從現有技術中已經知道在燃燒塔的結構和操作中可利用柯恩達
效應。現有技術的裝置糹支稱為"鬱金香頂"(tulip tips)。在美國專利 4，634,372中公開了這種裝置的用途。已經發現，鬱金香尖只是在有 限的操作狀態的範圍內產生無煙火焰。當風狀態不穩定時，鬱金香 尖是無效的，並且恰當的操作需要相對較高的氣體流率。此外，由 於在火焰和頂部的金屬之間的較大接觸面積，因此這些現有技術的 裝置具有相對較短的操作壽命。
柯恩達效應主體部件定位在塔出口的上面，在此處其以其下側 與供入流相接觸，並在其上表面與快速移動的大體積大氣和壓縮空 氣相接觸，壓縮空氣在塔和周圍護罩之間移動。通過當從限制源中 顯露出的流體流沿著其接觸的彎曲表面而行進時所發生的柯恩達效 應，而實現了混合，並因此而在發生衝擊之前轉變其初始方向。如 果空氣流沿著略微彎曲的固體表面而流動離開空氣流的初始方向 時，這種空氣流將沿著表面而行進，從而最大限度地增加了在流體 流和彎曲表面之間的接觸時間。根據流體的類型和操作狀態，可改 變曲率半徑，其將保持最大的接觸時間。如果曲率半徑過於尖銳， 流體流將保持暫時接觸，之後分離並繼續其流動。基於流體流的壓 力和流率，可作出經驗性的確定。
本發明的柯恩達效應主體部件優選由多個固定在周圍護罩上的 徑向延伸的支撐部件來支撐。這些支撐結構的構造和材料選擇成可
通過例如採用相對於空氣流的流線型設計，而最大限度地提高其有 效壽命。
特別優選的構造材料是由位於Tipton, IN. 46072的High Performance Alloys公司售賣的商標為INCOLOY⑧的鎳鐵鉻耐腐蝕合 金。特別優選的產品是INCOLOY 800 HT,其具有很高的蠕變斷裂 強度。合金的化學平衡應該展現對滲碳、氧化和滲氮環境的優良抗 性，以進一步減小由於金屬構件長時間暴露於燃燒高溫下而造成的 故障和疲勞。在1200°F至1600T的溫度範圍內長時間使用之後，選 定的合金應該具備抗脆性。這種合金還應該適合於通過通常供不鏽 鋼使用的技術進行焊接。
附圖簡介
以下將參照附圖進一步來描述本發明的裝置和方法，其中相似
的元件用相同標號來表示，其中


圖1是火炬塔的頂部部分的橫截面圖，其顯示了本發明一個優 選的實施例；
圖2是圖1實施例的頂平面圖3是火炬頂部的側視圖，其顯示了供不同設計的火炬頂部護 罩使用的本發明的另 一 實施例；
圖4是火炬頂部的側視圖，其顯示了供另一不同設計的火炬頂 部護罩使用的本發明的又一 實施例；
圖5是本發明的空氣控制系統的示意圖；和
圖6是局部剖開的頂部側面透視圖，其顯示了本發明的另一優 選實施例。
本發明的詳細描述
以下將參照圖1進一步描述本發明，其示意性地顯示了燃燒塔10 的上部分，其終止於通向大氣的出口或頂部12。塔設有一個或多個
點火器14,當供入流離開塔出口 12時，其用於以傳統方式點燃可燃
燒的供入流。在這個實施例中，同心的圓筒或護罩50定位在塔的上 端部分周圍，其中其上端54位於與塔出口 12相同的高度。可燃燒 的供入流16的成分和塔10、出口 12及點火器的特定構造，可以是 本領域中己知的任何構造，或未來研製的任何新的設計。
在圖1所示的本發明實施例的實踐中，高壓歧管80定位在i荅圓 筒IO的內表面附近，並且在圍繞周邊的間隔開的位置安裝有噴嘴82, 以便引導空氣射流朝著塔出口 12向上移動。在一個特別優選的實施 例中，噴嘴82是空氣增強器噴嘴，其能夠利用相對較小的壓縮空氣 體積產生非常大的移動空氣體積。噴嘴82上面的塔壁部分設有開口 或穿孔92，由於由噴嘴82所發射的快速移動的空氣射流所產生的低 壓力區域，可通過該開口或穿孔92而糹皮抽吸到大氣。歧管80通過 連接在高壓力導管34上的導管86來供料。所使用的空氣增強器噴 嘴的數量將取決於塔的直徑、供入流的體積、流率和其它變量，並 且在本領域中是已知的。
在圖1的實施例中，高壓歧管30還包圍塔10的外部，並且i殳 有多個高壓噴嘴32或其它出口，其各產生向上定向到塔出口和火焰 方向上的空氣射流。歧管30通過高壓空氣導管34來供料，高壓空 氣導管34與穩定的高壓空氣源是流體相通的。在一個優選的實施例 中，空氣在大約30至35磅/平方英寸的壓力下被輸送到噴嘴。
如圖2中所示，高壓噴嘴定位在內部和外部歧管80和30上， 內部和外部歧管80和30基於火炬塔的幾何形狀、火炬頂部和可燃 燒的供入流的成分和其壓力而以預定的量間隔開。
從圖1中將可以理解，隨著空氣上升，壓縮空氣流在高速下從 噴嘴32和82中的排放產生了在噴嘴附近的低壓區域。空氣神支抽吸 到塔，並且進入到塔10與護罩50之間的環形區域56中。這種被吸 入的空氣流提供了大體積的空氣，其朝著火焰方向上升，並最終與 熱氣體混合，以增強供入流中的燃料氣體和不合要求的化學物的完
全燃燒。混合是端流式的，其進一步增強了供入流的完全燃燒。
為了保證足夠的大氣體積從高壓噴嘴32和82的周圍和下面區 域流動，塔10和外部護罩50優選設有多個圍繞其相應周邊的間隔 開的空氣通道52和92。空氣通道52,92的尺寸、數量和間距是針對 特定安裝場合的空氣流需求來確定的。如果歧管具有會阻礙塔上方 的供入流或塔與護罩之間的空氣流動的尺寸和構造，那麼就可提供 額外的空氣通道52,92，來保證足夠的空氣流體積，以提供增強在火 焰區域進行完全燃燒和湍流所需要的體積。
頂部周圍的護罩50還可用於由於金屬和空氣之間的較大溫差而 增加燃燒區域的湍流。反應區或燃燒區中的低壓轉移促進了無煙反 應，並且還控制火焰周圍的風。同從大氣引入的空氣相比，本發明 實踐中所使用的壓縮空氣的量是非常小的。根據環和噴嘴的構造， 壓縮空氣體積對抽吸到塔和環形間隙中的大氣的比率可以高達 1:300。
在另一優選的實施例中，由導管42供料的多個低壓的風控制噴 嘴40,其圍繞塔出口 12的周邊而間隔開。噴嘴40由低壓空氣源來 供料。
本發明一個重要方面是使用空氣射流，其從環境中導入大量的 空氣。所使用的主要裝置包括分布環和噴嘴。分布環可具有安裝在 其表面上的噴嘴，或者射流空氣可通過多個合適的配件而離開分布 環。噴嘴的設計和類型經過選擇，可產生高速的空氣射流和相關的 相對較低壓的區域，其從燃燒區域附近導入大氣，以促進供入流的 完全反應。
現在參看圖5的示意圖，塔供入流導管70作為多成分氣團而被 允許進入燃燒塔10的下面部分。供入流穿過包括流率測量儀102的 採樣區域100，流率測量儀102可提供可見讀數和通過線^各104而傳 送到控制機構120的數位訊號。來自採樣區域100的供入流採樣導 管106將供入流的樣本傳遞給處於預定間隔處的分析機構110。分析
結果被轉換成數位訊號110，並通過信號線112而發送到控制機構
120。帶程序的處理器122通過與分析機構相關聯的轉換器而計算由 分析機構110確立的可燃燒化合物的化學計量的氧氣需求，並將結 果與所有歷史輸入數據一起存儲在存儲裝置中。合適的是，處理器 將數字指令傳送到控制器124，以便通過高壓管道34將空氣流調整 到燃燒塔10的上部分中。
通過壓縮機132或設備上可得到的任何其它便利源，可提供高 壓空氣。空氣流量控制閥130設有閥控制器134，其通過信號線136 進行連接，以接受來自控制器124的信號。高壓空氣流量指示儀表138 還可提供可視讀數和通過線路139而發送給處理器122的數位訊號。
在本發明的這個實施例的操作方法中，供料導管70中的供入流 的成分變化由處理器122確定，並發送給控制器124，其則將合適的 信號發送給閥控制器134，以便對空氣流量控制閥130進行合適的調 整。例如，如果化學計量的氧氣需求由於供入流成分變化而增加， 那麼可打開閥130，以便增加通過供料導管34而流向塔上端的歧管 80和噴嘴82中的高壓空氣。控制機構120的帶程序的操作考慮了通 過噴嘴而抽吸到塔和/或塔和護罩50之間的環形間隙中的周圍空氣量 增加的空氣流量的整個效應。
現在參看圖6的示意圖，其顯示了處於支撐在火炬塔10的出口 上面位置的柯恩達效應主體部件200。在所示的實施例中，多個支撐 部件210從相鄰的周圍護罩50延伸出來，並且優選由耐腐蝕材料制 成，而且具有流線型的橫截面，以便最大程度地減小流過的流體流 的阻力以及其可能的腐蝕效應。
在這個實施例中，高壓空氣噴嘴32連接在包圍塔上端的外表面 的圓形歧管30上。同心護罩設有穿孔52，以允許大氣進入到由於高 壓噴嘴所發射出的快速移動的空氣效應所產生的環形低壓區域中。
柯恩達效應主體部件200構造成可最大限度地提高供入流沿著 其外表面的流量，這又將在混合區域中產生空氣的湍流混合，以及
燒。
從圖6的圖示中將懂得，柯恩達效應主體部件具有定位成與燃 燒塔的縱向軸線對準的垂直軸線。這種定位增強了提升供入流70和
空氣流衝擊的對稱流動性，以及與柯恩達效應主體部件200表面的
最終流動接觸。
上面已經參照許多特定的實施例顯示和描述了本發明。本領i或 中的普通技術人員應該明白，在沒有脫離本發明基礎的條件下，可 對元件和功能進行修改和其它組合，本發明的廣度和範圍參照所附 權利要求來確定。
權利要求
1.一種用於在火炬塔操作中增強不合要求的化學物的完全燃燒，並從而最大程度地減少煙霧形成的裝置，所述火炬塔具有用於排放火炬供入流的出口，定位在所述塔出口附近的點火器，以及與所述塔出口附近的塔外表面間隔開並包圍該外表面的護罩，所述供入流包括由不合要求的化學物和燃料氣體形成的可燃混合物，所述裝置包括a.處於所述塔內部的間隔開的位置、並設在所述火炬塔出口下邊緣以下的多個高壓空氣增強器噴嘴，各個所述空氣增強器噴嘴定向成朝向所述塔出口並且處於所述供入流的運動方向上；b.與所述多個增強器噴嘴形成流體相通的高壓空氣源；和c.位於所述空氣增強器噴嘴上面的塔側壁一部分中的多個開口，由此來自所述增強器噴嘴的空氣排放形成了多個高速空氣射流，以產生移動的氣團，其將額外的大氣抽吸到移動至所述塔上方的供入流中，從而增強火炬供入流與外部大氣的混合。
2. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括高壓空氣 歧管，各個所述高壓空氣增強器噴嘴安裝在所述歧管上，所述歧管 與所述高壓空氣源形成流體相通。
3. 根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述歧管定位成 緊鄰所述火炬塔的內壁表面。
4. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，從所述多個空氣 增強器噴嘴中的每個噴嘴排出的空氣射流與所述火炬塔的軸線相對 準。
5. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，所述護罩與所述 火炬塔是同心的。
6. 根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所述護罩的下遊 部分設有多個空氣入口通道。
7. 根據權利要求5所述的裝置，其特徵在於，所迷空氣增強器 噴嘴位於所述護罩的下邊緣以下的位置。
8. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括定位在所 述塔出口的開口端上面的柯恩達效應主體。
9. 根據權利要求1所迷的裝置，其特徵在於，還包括多個定位在所述塔出口周邊四周並與低壓空氣源相通的低壓風控制噴嘴，由 此形成從火焰底部的出口向上延伸的空氣幕簾。
10. 根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，還包括a. 用於確定化學計量的氧氣需求的分析機構，以保證組成供入 流的不合要求的化學物和燃料氣體在預定的時間完全燃燒；b. 用於控制高壓空氣流向所述噴嘴的流率的空氣流量控制閥；和c. 空氣流量控制機構，其可操作地與所述流量控制閥相關聯， 以響應於所述分析機構確定的最小氧氣需求而調整高壓空氣的質量 流率，由此高壓空氣流的氧氣含量滿足或超過所述供入流完全燃燒 所需的氧氣含量。
11. 一種在火炬塔的操作中增強不合要求的化學物的完全燃燒， 以及最大程度地減少煙霧形成的方法，所述方法包括a. 提供火炬供入流，其由不合要求的化學物和燃料氣體的可燃 混合物形成；b. 從所述火炬塔的出口排出所述火炬供入流；c. 將所述火炬供入流點火，以便在燃燒區域中形成火焰；d. 提供採用圍繞著所述火炬塔內部周邊和所述塔出口上遊的位 置而間隔開的增強器空氣射流形式的多股高速空氣流，每股所述空 氣射流向上朝著燃燒區域而移動，從而在所述塔出口的下面產生低 壓區域；和e. 在所述空氣增強器射流所產生的低壓力區域附近的塔壁中提 供多個大氣入口，由此流入到低壓力區域中的周圍大氣在所述燃燒區域之前與所 述火炬供入流發生湍流混合，從而增強所述火炬供入流的燃燒。
12. 根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，所迷多股空氣 射流各自沿著所述塔的內壁從所述塔出口以下的位置移動。
13. 根據權利要求12所述的方法，其特徵在於，所述空氣入口 由所述塔周邊周圍的多個通常為圓形的開口來提供，由此將所述;荅 周圍的大氣抽吸到所述塔中，並與所述供入流混合。
14. 根據權利要求11所述的方法，其特徵在於，包括另外的步 驟，即，提供環繞且與所述火炬塔出口附近部分的周邊間隔開的外 部同心護罩，所述外部同心護罩將周圍大氣向上引導至所述塔出口 。
15. 根據權利要求14所述的方法，其特徵在於，周圍大氣經過 位於所迷同心護罩以下的塔壁中的穿孔。
16. —種用於在火炬塔的操作中增強不合要求的化學物的完全 燃燒以及最大程度地減少煙霧形成的方法，所述方法包括a. 提供火炬供入流，其由不合要求的化學物和燃料氣體的可燃 混合物形成；b. 從所述火炬塔的出口排出火炬供入流；c. 將所述火炬供入流點火，以便在燃燒區域中形成火焰；d. 提供採用增強器空氣射流形式的多股高速空氣流，所述增強 器空氣射流定位在所述火炬塔的內部，處於所述塔出口以下的位置， 並在圍繞著所述火炬塔內部周邊的預定位置而間隔開，所迷多股空 氣增強器射流各自將空氣向上朝著燃燒區域排放，從而在所述塔出 口的下面產生內部低壓區域；e. 在開始於空氣增強器射流附近位置的塔部分中，提供多個規 則地間隔開的穿孔，由此空氣射流導致周圍大氣通過塔側壁中的穿孔而流入到低壓 力區域中，並且導致大氣與火炬供入流形成湍流混合，從而為供入 流的完全燃燒提供氧氣。
17. 根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述多股空氣 射流各自定位在所述火炬塔的穿孔的下面。
18. 根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，包括另外的步驟，即，提供環繞著所述出口附近的所述火炬塔部分的周邊並與之 間隔開的外部同心護罩，並且所述火炬塔中的穿孔開始於所述護罩 下邊緣以下的位置。
19. 根據權利要求18所迷的方法，其特徵在於，包括提供多個 定位在所述同心護罩下遊端附近的開口的另 一 步驟。
20. 根據權利要求18所述的方法，其特徵在於，所述同心護罩 延伸到高於所述塔出口的位置。
21. 根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，包括機械式地 約束所述塔出口附近的火炬供入流的流通面積的另一步驟。
22. 根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，包括使從所述 塔出口排出的空氣和供入流混合物從柯恩達效應主體表面上經過， 從而使所述供入流與大氣進一步混合的另一步驟。
23. 根據權利要求16所述的方法，其特徵在於，包括提供以下 事項的其它步驟b. 與所述多個噴嘴形成流體相通的高壓空氣源，由此來自所迷 噴嘴的空氣排放形成了多個高速空氣射流，以產生移動的氣團，其 將額外的大氣抽吸到朝著所述塔出口移動的氣團中，從而增強所述 火炬供入流的燃燒；c. 分析機構，其用於確定化學計量的氧氣需求，以保證組成供 入流的不合要求的化學物和燃料氣體在預定的時間完全燃燒；d. 用於控制高壓空氣流向所述噴嘴的流率的空氣流量控制閥；e. 可操作地與所述流量控制閥相關聯的空氣流量控制機構，其 響應於所述分析機構所確定的最小氧氣需求而調整高壓空氣的質量 流率^ 和f. 控制從空氣射流排出的高壓空氣的流率，從而在火炬頂部提 供滿足或超過所述供入流完全燃燒所需要的氧氣水平。
24. —種用於在火炬塔操作中增強不合要求的化學物的完全燃 燒、從而最大程度地減少煙霧形成的裝置，所述火炬塔具有用於排 放火炬供入流的出口 ，定位在所述塔出口附近的點火器，以及定位 在所述塔出口附近的塔外表面周圍的護罩，其中，所述供入流包括由不合要求的化學物和燃料氣體形成的可燃混合物，所述裝置包括a. 在低於且環繞所述火炬塔出口周邊的預定位置而間隔開的多 個高壓空氣噴嘴，各個所述空氣噴嘴定向成朝向塔出口並且處在所 述供入流的運動方向上；b. 與所述多個噴嘴形成流體相通的高壓空氣源，由此來自所迷 噴嘴的空氣排放形成了多個高速空氣射流，以產生移動的氣團，其 將額外的大氣抽吸到朝著所述塔出口移動的氣團中，從而增強所述 火炬供入流的燃燒；c. 用於確定化學計量的氧氣需求的分析機構，其用於使組成供 入流的不合要求的化學物和燃料氣體在預定的時間完全燃燒；d. 用於控制高壓空氣流向所述噴嘴的流率的空氣流量控制岡；和e. 可操作地與所述流量控制閥相關聯的空氣流量控制機構，其 響應於所述分析機構所確定的最小氧氣需求來調整高壓空氣的質量 流率，由此，所述塔出口處的空氣流的氧氣含量滿足或超過使所述 供入流完全燃燒的氧氣需求。
25. 根據權利要求24所迷的裝置，其特徵在於，所述空氣流量 控制機構包括帶程序的通用計算機，其響應於從所述分析機構接收 到的數據而將信號傳送給所迷流量控制閥。
26. 根據權利要求24所述的裝置，其特徵在於，所述分析機構 包括用於定量和定性地確定供入流中的可燃燒成分的自動化分析機 構，用於計算使不合要求的化學物完全燃燒所需要的相應氧氣需求 的機構，以及用於將信號發送給所述空氣流量控制機構的信號產生 和發送一幾構。
27. —種用於在火炬塔的操作中增強不合要求的化學物的完全 燃燒以及最大程度地減少煙霧形成的方法，所述方法包括a. 提供火炬供入流，其由不合要求的化學物和燃料氣體的可燃 混合物形成；b. 確定最小化學計量的氧氣需求的預定區間，以保證所述火炬 供入流的成分的完全燃燒；c. 將氧氣需求轉換成相對應的數位訊號；d. 提供壓縮空氣源，其用於與所述火炬供入流混合，以產生可 燃混合物；和e. 響應於發送給與空氣流量控制閥相關聯的控制器的相應氧氣 需求的數位訊號，來控制所述壓縮空氣通過空氣流量控制閥的體積 流量，由此，與所述火炬供入流混合的空氣的總體積足以保證所述 供入流成分的完全燃燒。
28. 根據權利要求27所述的方法，其特徵在於，響應燃料氣體 或不合要求的化學物或這兩者的成分上的己知變化，來確定所述化學計量的氧氣需求。
29. 根據權利要求27所述的方法，其特徵在於，所述方法包括 這樣的步驟，即，對火炬供入流進行周期性的採樣，並分析樣本， 以確定所述供入流完全燃燒所需要的化學計量的氧氣需求。
30. —種用於在火炬塔操作中增強不合要求的化學物的完全燃 燒，從而最大程度地減少煙霧形成的裝置，所述火炬塔具有用於排 放火炬供入流的出口，定位在所述塔出口附近的點火器，以及定位 在所述塔出口附近的塔外表面周圍的護罩，其中，所述供入流包括 由不合要求的化學物和燃料氣體形成的可燃混合物，所述裝置包括a.三維的柯恩達效應主體部件，其主表面通過圍繞至少兩條相 交曲線的垂直軸線的旋轉來限定，並且其下表面具有相對較小的半 徑，所述柯恩達效應主體部件的垂直軸線與所述火炬塔的垂直軸線7 對準，並且所述柯恩達效應主體部件的下弧形表面沒有障礙地定位 在所述塔出口的開放的上邊緣上；b. 在低於且環繞所述火炬塔出口周邊的預定位置而間隔開的多 個高壓空氣噴嘴，各個所迷空氣噴嘴定向成朝向塔出口，並且處在所述供入流的運動方向上；和c. 與所述多個噴嘴形成流體相通的高壓空氣源，由此從所述噴嘴排出的空氣的至少 一部分與柯恩達效應主體部件的下表面相接 觸，並且向上流動至所述弧形表面以上，從而產生移動氣團，其與 所述塔出口上面的供入流混合，從而增強所述火炬供入流的燃燒。
31. 根據權利要求30所述的裝置，其特徵在於，所述柯恩達效 應主體部件的主表面由兩條相交曲線來限定，並且所述曲線之間的 交線定位在所述護罩的上邊緣處或者其下面。
32. 根據權利要求30所述的裝置，其特徵在於，還包括高壓空 氣歧管，各個所述高壓噴嘴安裝在所述歧管上，所述歧管與所述高 壓空氣源形成流體相通。
33. 根據權利要求32所述的裝置，其特徵在於，所述歧管環繞 著所述火炬塔，而位於所述護罩和所述塔之間的環形間隙內。
34. 根據權利要求32所述的裝置，其特徵在於，所述歧管環繞 著所述火炬塔的內部，位於所述護罩下邊緣以下的位置。
35. 根據權利要求31所述的裝置，其特徵在於，所述多個噴嘴各自定位在所述塔出口的下面。
36. 根據權利要求31所述的裝置，其特徵在於，所述高壓空氣 源處在大約30至35磅/平方英寸的壓力下。
37. 根據權利要求31所述的裝置，其特徵在於，所述外部護罩 在所述護罩的整個長度上與所述火炬塔是同心的。
38. 根據權利要求37所迷的裝置，其特徵在於，所述護罩的下 遊部分設有多個允許周圍大氣進入的空氣入口通道。
39. 根據權利要求34所述的裝置，其特徵在於，所述塔的在所 述內部歧管以上的那部分設有多個空氣入口通道。
40. 根據權利要求31所述的裝置，其特徵在於，還包括多個支 撐臂，其以圍繞所述護罩的周邊而間隔開的關係沿徑向延伸，用以 支撐所述柯恩達效應主體部件。
41. 根據權利要求31所述的裝置，其特徵在於，所述柯恩達效應主體部件的主要部分延伸到所述護罩以上的位置。
42. —種在火炬塔的操作中增強不合要求的化學物的完全燃燒， 以及最大程度地減少煙霧形成的方法，所述方法包括a. 將三維的柯恩達效應主體部件固定定位，所述柯恩達效應主 體部件通過圍繞相交線的垂直軸線的旋轉來限定，至少其中一條相 交線是曲線並與水平底面相交，所述柯恩達效應主體部件的垂直軸 線與所述火炬塔的垂直軸線是對準的，並且所述柯恩達效應主體部 件的下弧形表面沒有障礙地定位在所述塔出口的開放的上邊緣上；b. 提供火炬供入流，其由不合要求的化學物和燃料氣體的可燃 混合物形成；c. 從所述火炬塔的出口排出所述火炬供入流；d. 將所述火炬供入流點火，以便在所述柯恩達效應主體部件上 面的燃燒區域中形成火焰；和e. 提供多股高速空氣流，其釆用在所述火炬塔出口周邊下面和 其周圍的預定位置間隔開的空氣射流的形式，所述多股空氣射流各 自向上朝著所述燃燒區域移動，由此從所述噴嘴排出的空氣的至少一部分與所述柯恩達效應主 體部件的下表面相接觸，並且向上流動至所述弧形表面以上，從而 產生移動的氣團，其與所述塔出口上面的供入流混合，從而增強所 述火炬供入流的燃燒。
43. 根據權利要求39所述的方法，其特徵在於，所述多股空氣 射流各自從所述火炬塔出口以下的位置移動。
44. 根據權利要求39所述的方法，其特徵在於，包括另一步驟，即，提供環繞著所述火炬塔出口附近部分的周邊且與之間隔開的外 部同心護罩，從而將大氣與所述空氣射流一起向上引導。
45. 根據權利要求41所迷的方法，其特徵在於，包括提供所述同心護罩的另 一步驟，所述同心護罩帶有位於下遊端附近並穿過所 述護罩的多個開口。
46. 根據權利要求41所述的方法，其特徵在於，所述同心護罩 延伸到高於所述塔出口的位置。
全文摘要
高壓空氣以高速移動的射流的形式，而從安裝在火炬塔內部周圍的環上並放置在離火炬頂部預定距離處的噴嘴中排出來，並且射流下遊的周圍塔壁部分是穿孔的，帶有允許大氣進入的空氣通道。高速空氣運動導致較大體積的空氣從大氣進入塔中，使其上升到火焰區域，從而將提升火焰，並增強火焰區域中的空氣和燃氣的湍流混合。通過測量燃料氣體和/或不合要求的化學物的質量流率的任何變化，並對空氣流量控制閥進行相應的調整，以允許預定量的加壓空氣和/或大氣進入火炬頂部，從而確定保證完全燃燒所需要的足夠化學計量的氧氣。柯恩達效應主體定位在火炬塔的開口端附近，以改善帶有大氣的空氣供入流與可燃成分的混合，並提高控制火炬塔頂部的空氣流動的金屬結構元件上面的火焰的熱度。
文檔編號F23G7/08GK101111716SQ200580047540
公開日2008年1月23日 申請日期2005年12月2日 優先權日2004年12月2日
發明者M·M·馬什霍爾, R·汗 申請人:沙烏地阿拉伯石油公司