用于使火炬煙囪中的煙霧形成最少化的設備和方法
【專利說明】用于使火炬煙囪中的煙霧形成最少化的設備和方法
[0001]優先權聲明
[0002]本申請要求2014年5月I日提交的美國申請序號14/266，997和14/266，992的優先權，這些申請要求2013年5月3日提交的美國臨時申請序號61/819，189和61/819，192的權益。
技術領域
[0003]本申請涉及一種用于使在火炬煙囪(flaring stack)中的煙霧形成最少化的設備。
【背景技術】
[0004]在傳統上已經利用火炬設備來燃燒和排出可燃氣體。火炬設備通常安裝在火炬煙囪上并且就位在生產、冶煉和加工工廠中，以處理易燃廢氣或其它易燃氣流，該氣流由于任何原因被釋放，包括但不限于排氣、停機、故障和/或緊急情況。火炬煙囪主要被用于從設施中排放不需要的廢氣流。
[0005]通常希望在不產生煙霧的情況下燃燒易燃氣體，并且法規規定減少在燃燒期間的煙霧產生。
[0006]對于在燃燒期間減少煙霧的形成，已經采用的一種方法包括使所要燃燒的廢氣流與環境空氣混合來使易燃廢氣的氧化最大化，以防止煙霧的產生。已經使用的另一方法包括例如通過噴射器向燃燒區供應蒸汽來增加氧化，以限制煙霧的形成。在一些應用中，一起使用環境空氣和蒸汽引入來進一步減少煙霧的形成。
[0007]當可以使用足夠的環境空氣或環境空氣和蒸汽與可燃廢氣接觸時，該混合物可以無煙地燃燒。對于典型的火炬設備，具有有限量的可用于與廢氣混合的空氣，因此具有有限的無煙能力。
[0008]已經提出了多種設備和過程來提高來自火炬的可燃氣體的無煙燃燒。例如，授予Desty等人的美國專利序號3，833，337和授予Poe等人的美國專利序號8，337，197提出使用郁金香形的柯恩達(Coanda)末端。已經在具有高流率和壓力的火炬中使用柯恩達末端，以導致廢氣粘附在表面上。由柯恩達效應引起的負壓和粘性力導致以較薄的膜將流體抽靠在表面上，這允許附近的流體(例如環境空氣)與該流體流有效混合。Poe描述了為了實現柯恩達效應，柯恩達表面的表面應當足夠平滑。
[0009]盡管目前的設備和方法已經改善了廢氣流的無煙燃燒，但是基于法規和環境的考慮，希望進一步減少煙霧形成量。
【發明內容】
[0010]根據一方面，提供了一種在火炬煙囪的運行中使煙霧的形成最少化的設備。該設備包括大體上環形的氣體偏導器，該氣體偏導器具有用于使廢氣沿著其進行偏轉的外表面。該設備還包括多個葉片，該葉片從氣體偏導器徑向地延伸，以在燃燒期間在廢氣和助燃空氣之間提供改善的混合。根據一種方案，葉片包括周向間隔開的大體上豎直的肋部。氣體偏導器可以包括具有柯恩達表面的郁金香形的盆體(bowl)。
[0011]根據另一方面，提供了一種用于燃燒廢氣以減少煙霧的形成的方法。該方法包括使廢氣沿著大體上環形的氣體偏導器的外表面行進，該氣體偏導器包括多個從其外表面徑向延伸的葉片。該方法還包括將環境空氣朝向外表面抽吸以與廢氣混合。該方法還包括點燃廢氣以在具有減少的煙霧形成的情況下燃燒廢氣。
【附圖說明】
[0012]圖1是根據各種實施例的包括多個支承臂部和多個對應的氣體偏導器的設備的透視圖；
[0013]圖2是根據各種實施例的具有氣體偏導器的設備的支承臂部的透視圖；
[0014]圖3是圖2的支承臂部的剖視圖，氣體偏導器在降低的位置支承在其上；
[0015]圖4是圖2的支承臂部的局部剖視圖，其中氣體偏導器處于升高位置；
[0016]圖5是圖2的氣體偏導器的頂視圖；
[0017]圖6是圖5的氣體偏導器沿著線A-A的側面剖視圖；
[0018]圖7是圖6的氣體偏導器沿著線B-B的側面剖視圖；
[0019]圖8是根據另一方案的具有氣體偏導器的設備的支承臂部的透視圖。
[0020]本領域技術人員將意識到，圖中的元件是為了簡化和清晰而示出的，不一定按比例繪制。例如，可以相對于其它元件夸大圖中的一些元件的尺寸和/或相對位置，以有助于改善對本發明的各種實施例的理解。同樣，為了有助于對本發明的這些實施例的更少地遮擋的察看，通常不示出在商業上可行的實施例中有用或必需的一般的并且容易理解的元件。還將意識到的是，可以按照特定的發生順序描述某些行為和/或步驟，然而該領域的技術人員將理解的是，實際上不需要這種關于順序的特定性。還將理解的是，除了在本文中已經以其它方式提出的不同的特定含義以外，在本文中使用的術語和詞句具有本領域技術人員賦予這些術語和詞句的普通的技術含義。
【具體實施方式】
[0021]在本文中根據各種方面提出的設備和方法涉及廢氣在火炬煙囪中燃燒期間減少煙霧的形成。該設備可以與火炬煙囪一起使用，例如在用于將廢氣或其它氣流燃燒到大氣中的冶煉或生產設施中使用。如在本文中所使用的，術語“廢氣”指的是由火炬煙囪燃燒的任何易燃氣流，包括但不限于不期望的氣流、在停機或緊急情況期間燃燒的產品流和其它流。
[0022]現在參考圖1和2，提供了一種根據各種方面的用于燃燒廢氣流的設備2。設備2包括氣體偏導器4，氣體偏導器4用于使廢氣沿著其表面6偏轉。設備2還可以包括用于將氣體偏導器4支承在其上的支承臂部8。廢氣可以通過支承臂部8流到氣體偏導器4中。就此而言，支承臂部8可以具有在其中形成的廢氣通道10，如圖3所示，以便于廢氣通過其中流動。設置有用于將廢氣從廢氣通道10引導至氣體偏導器4的廢氣出口 12。如圖3-4所示和如在下文中進一步描述的，出口 12可以包括介于支承臂部8和氣體偏導器4之間的環形開口 14，從而廢氣通過開口 14和沿著氣體偏導器的外表面6流動。
[0023]廢氣偏導器包括從該廢氣偏導器徑向延伸的多個葉片16。就此而言，隨著廢氣沿著氣體偏導器4的外表面流動，該氣體在葉片16上和之間流動。已經確定的是，在氣體偏導器4上包括徑向延伸的葉片16改善了廢氣流和環境空氣在火炬煙囪工作期間的混合，導致在燃燒期間產生的煙霧量的減少。還已經確定的是，包括如本文中所述的徑向延伸的葉片16提供了降低的火焰溫度和減少的對于諸如放的不需要的副產品向大氣中的排放。根據一方面，葉片包括多個大體上豎直取向的肋部18，肋部18圍繞氣體偏導器4周向間隔開，從而氣體沿著肋部和通過在相鄰的肋部18之間形成的通道20流動。
[0024]根據各種方面，支承臂部8被設置成用于在其上支承氣體偏導器4。支承臂部8還可以包括氣體通道10，用于使所要燃燒的廢氣從氣源流到氣體偏導器4中。在圖1所示的一種方案中，設備2可以包括支承多個氣體偏導器4的多個支承臂部8。與具有單個大的氣體偏導器相反，以這種方式可以減小各氣體偏導器4的尺寸。與單個大的氣體偏導器相反，這可以通過增加可用于在多個氣體偏導器4的每個中與氣體混合的空氣的量來提高煙霧自由燃燒的能力。
[0025]支承臂部8可以從如圖1所示的中心氣室22延伸。如圖所示，一個支承臂部8從氣室22的頂部向上延伸，而附加的支承臂部8以一傾斜角從氣室22的側面部分24延伸，并且大體上在其彎曲部分26處豎直地延伸。在一個示例中，支承臂部8的豎直部分28以與豎直方向呈小于5度(在另一示例中與豎直軸線呈小于3度，在又一示例中與豎直方向呈小于I度)的角度豎直地延伸。在又另一示例中，支承臂部8的豎直部分28豎直地延伸。
[0026]支承臂部8可以包括如圖3所示的氣體通道10，氣體通道10用于使廢氣通過支承臂部8流到氣體偏導器4中。在一種方案中，如圖3所示，氣體通道10可以包括通過支承臂部8的空心通道。就此而言，支承臂部8可以由設置有通道10的大體上空心的管子形成。該管子可以是如圖3所示的圓柱形或其它適當的構型。
[0027]根據一方面，支承臂部8包括用于將氣體偏導器4支承在其上的上部支座部分30。在一種方案中，上部支座部分30包括用于支承氣體偏導器4的邊緣或凸緣32。如圖3所示，凸緣32可以包括大體上環形的凸緣，該凸緣從支承臂部的上部支座部分30徑向向外延伸，以提供上部支座表面34，如下文將進一步描述的那樣，該上部支座表面34也可以用于沿著偏導器4引導氣體的流動。
[0028]如上所述，根據各種方面的設備2包括氣體偏導器4。在一種優選的形式中，氣體偏導器4包括如圖所示的具有柯恩達表面38的氣體