CN110062864B - 火炬燃烧器的非对称和偏置火炬尖端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于燃烧可燃废气的火炬燃烧器，所述火炬燃烧器具有歧管、至少两个臂以及设置在所述多个臂上的多个出口。所述臂可垂直于所述歧管。所述臂可还从所述歧管向外延伸。所述臂可延伸到环面中，以产生相反流动的排出气体。可在所述歧管上方设置弯曲的分散表面。所述臂可包括曲线形状，或者包括线性部分和曲线部分两者。所述臂的长度不等，并且可在彼此相反的方向上弯曲。所述出口被构造和间隔成使得火焰相对于所述火炬燃烧器的尺寸较短。

Description

火炬燃烧器的非对称和偏置火炬尖端

优先权声明

本专利申请要求2016年11月1日提交的美国专利申请No.62/415980的优先权，其内容据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本公开整体涉及一种用于燃烧和处理可燃废气的火炬燃烧器，并且更具体地，涉及一种具有减小辅助设备暴露于热辐射的尖端的火炬燃烧器。

技术领域

气体火炬通常位于生产设施、炼油厂、加工厂等中，以用于处理可燃废气和由于通风要求、关闭、故障和/或紧急情况而分流的其他可燃气流。此类火炬通常以无烟或接近无烟的方式工作，这可在很大程度上通过确保待排放和燃烧的可燃气体(“火焰气”)与足够的空气混合以充分氧化气体来实现。压力辅助多点式地面火炬(MPGF)长期以来一直用于石化工业以及气体工厂和炼油厂，以用于在混乱条件下安全处理排出气体。适当设计的MPGF可在针对其设计的所有流动条件下实现100％无烟操作。与典型的高架火炬相比，这种类型的火炬具有较低的公共外形，因为这些系统可能在工厂外没有可见的火焰。此外，MPGF更高的破坏效率可显著减少连续的工厂排放。这些火炬系统由辐射围栏(也称为风围栏)、带有失效开启阀的分配歧管、终止于火炬燃烧器的多个较小的歧管(或流道)以及基于供应压力操作分级阀的控制系统组成。场地周围是辐射围栏。在背景中，高架和屏蔽水平管(略高于地面)是流道，并且燃烧器安装在较小的竖直管上。

典型的火炬装置包括一个或多个火炬燃烧器和引燃器。当气体离开火炬燃烧器时，气体与氧气混合并且燃烧(经由来自引燃器的火焰)。一些火炬燃烧器使用各种方法试图在火炬燃烧器的燃烧区中提供足够的氧气，以帮助使烟雾的形成最小化。

例如，在一些火炬燃烧器中，火炬燃烧器的尺寸较大。然而，由于火炬燃烧器的大尺寸，火炬燃烧器通常需要大量的地面空间。当使用多个火炬燃烧器时，该问题增加，因为燃烧器阵列需要大面积的地面空间。

在一些火炬燃烧器中，产生的火焰非常高。高火焰高度不仅是不可取的，而且高火焰高度需要在火炬燃烧器区域周围有更高的围栏。更高的围栏更昂贵。火炬尖端中心的较高废气流也会增加火炬尖端中心的氧气需求。这可增加火炬产生烟雾的倾向。

此外，许多大型火炬燃烧器区域需要大量管道和多个阀门。所需的管道和阀门增加了与火炬燃烧器相关的资本成本。另外，这些类型的火炬燃烧器也可能需要焊缝和附接点。这导致火炬燃烧器装配复杂且成本更高。

此外，许多火炬燃烧器噪音很大，主要是由于喷射噪音和燃烧噪音。虽然喷射噪声(与离开燃烧器的气体速度相关的噪声)可能无法降低，但据信可降低燃烧噪声(与空气和燃料气体的混合有关)并且仍提供可接受的火焰。

此外，已发现在正常操作期间位于靠近辅助设备的火炬可能在设备上施加大量的热辐射。如果辐射的火焰中心移动至更靠近诸如围栏等设备，则辐射将增加并且设备可能受损。本发明通过利用与偏移立管相结合的燃料气体的非对称布置解决了该问题，使得相当大部分的辐射远离辅助设备流转至地面。

一些燃料气体仍与分配歧管垂直对齐，以便有利于单个火炬燃烧器的交叉点火。

另一个问题是经常使用多个燃烧器。当多个燃烧器一起使用时，同时流动的火焰的动量倾向于将它们合并在一起并且由于缺乏空气进入而增加其长度。就多点火炬而言，这可意味着被隔离的长度小于周围辐射围栏长度的燃烧器火焰可合并并且具有比辐射围栏的长度更高的合成长度。

压力辅助火炬燃烧器依靠高速排气喷射来夹带燃烧空气，从而提供无烟操作。在不产生火焰烟雾的情况下燃烧器可操作的最小压力以及因此最小孔口的出口速度是关键的设计特征。

用于火炬燃烧器的较低的无烟操作压力导致给定级的较宽操作范围，因此，可减少正常操作的无烟火炬场地所需的级数。还有一个额外的益处，即由于即使在低流量情况下也有足够的排放气体和空气混合，火炬部件上的热负荷将降低。降级压力是针对火炬系统应预期具有无烟性能的最小操作压力。对于所测试的任何排放气体，产生烟雾的最大操作压力为该降级压力的42％。考虑到所测试的排放气体之间的可变性，在降级事件期间在不同的排放气体类型中可见烟雾的可能性为0.01％(122.87ppm)。来自火炬燃烧器的可见烟雾的概率小于统计分析所建议的，这是因为产生最多烟雾的最常见类型的排放气体包含在42％的降级压力的数据集中。虽然在燃烧器附近可能会出现可见烟雾，但在消散之前它仍然可能不会上升到火炬围栏上方。对于任何所测试的排放气体组合物，银河燃烧器基本上不产生可见烟雾。

因此，期望有解决这些问题中的每一者的用于可燃气体的火炬燃烧器。

发明内容

已发明了用于可燃气体的火炬燃烧器的各种设计，以提供一种有效的火炬燃烧器，该燃烧器可提供周围空气和可燃气体之间的增加的混合而没有上面所讨论的一些缺点。

在本发明的一个方面，本发明可被表征为用于燃烧可燃废气的火炬燃烧器。该燃烧器包括歧管，该歧管包括入口、多个臂和多个出口。该入口被构造成固定到可燃废气的管道上。该多个出口设置在多个臂上，使得氧气可与离开出口的可燃废气混合。火炬尖端被取向成使得1/3的燃料气体设置在歧管上方，而2/3的燃料气体被取向成在地面上方并且远离设备。

在本发明的至少一个实施方案中，火炬燃烧器的歧管包括沿具有与其平行的纵向轴线的第一方向延伸的主体。来自多个臂的臂各自具有沿主体的长度延伸的纵向轴线，并且该主体的纵向轴线相对垂直于歧管主体的纵向轴线。

在另一个实施方案中，火炬燃烧器的歧管包括主体和设置在歧管的主体中间的弯曲分散表面。来自多个臂的臂从主体径向向外延伸。

在本发明的一个或多个实施方案中，火炬燃烧器的歧管包括主体。第一环带围绕主体，并且第二环带围绕主体。来自多个臂的臂从主体径向向外延伸到第一环带和第二环带中。设想燃烧器还包括：第一环带中的至少一个挡板，该挡板被构造成向第一环带内的空气施加旋转方向；以及第二环带中的至少一个挡板，该挡板被构造成向第二环带内的空气施加旋转方向。离开第一环带的气体的旋转方向与离开第二环带的气体的旋转方向相反。

在本发明的至少一个实施方案中，火炬燃烧器的歧管包括主体。来自多个臂的臂从主体径向向外延伸。每个臂的第一端邻近歧管的主体设置，每个臂的第二端分成两个分支部分。设想每个分支部分分成两个更多个分支部分。甚至进一步设想，出口被设置在每个分支部分的每个端处。甚至进一步设想，卡圈围绕每个出口以向从其中排出的燃烧气体提供涡旋。

在本发明的一些实施方案中，歧管包括主体。来自多个臂的臂从主体径向向外延伸，并且每个臂包括没有孔的第一部分和具有一个或多个孔的第二部分。设想至少第二部分具有曲线形状，并且第一部分和第二部分具有相同的长度。设想臂向上延伸远离歧管的主体。还设想臂向下延伸远离歧管的主体。还进一步设想，每个臂具有包括顶部圆形部分和包括两个相交的线性边缘的尾部部分的横截面形状。

在本发明的一个或多个实施方案中，每个臂包括多个出口，并且每个臂上的出口被设置成使得歧管和最靠近该臂上的歧管的出口之间的距离大于该臂上的任何两个出口之间的距离。

在本发明的一些实施方案中，每个臂包括多个出口，并且每个臂上的出口围绕圆的圆周设置。歧管和最靠近该臂上的歧管的出口之间的距离大于圆的半径。设想每个臂上的出口与相邻出口间隔开至少11°。

在本发明的各种实施方案中，每个臂包括多个出口，其宽度是该臂上两个最远的出口之间的距离，并且该宽度小于该臂上的出口和相邻臂上的出口之间的距离。

在本发明的至少一个实施方案中，每个臂包括多个出口，并且每个臂上的出口通过壁与相邻出口隔开，该壁的高度为出口直径的一至五倍。设想每个臂的出口设置在臂的一部分上，该臂具有包括顶部圆形部分和包括两个相交的线性边缘的尾部部分的横截面形状。

在本发明的一些实施方案中，每个臂包括入口，并且这些入口设置在歧管内，并且这些臂的这些入口相交。

在本发明的以下详细描述中阐述了本发明的其他目的、实施方案和细节。

附图说明

所附附图将使得可以理解可产生本发明的各种实施方案。在这些附图中，相同的参考标号代表类似的元件。

图1示出了根据本发明的一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图和侧面透视图；

图2A示出了根据本发明的另一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图和侧面透视图；

图2B示出了图2A的火炬燃烧器的一部分的顶视图；

图3A示出了根据本发明的另一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图和侧面透视图；

图3B示出了图3A的火炬燃烧器的侧剖面图；

图4A示出了根据本发明的另一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图和侧面透视图；

图4B示出了图4A的火炬燃烧器的一部分的顶视图；

图5示出了根据本发明的一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图和侧面透视图；

图6A示出了根据本发明的一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图和侧面透视图；

图6B示出了根据本发明的一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图和侧面透视图；

图6C示出了根据本发明的一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图和侧面透视图；

图7A示出了根据本发明的一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图；

图7B示出了图7A中所示的火炬燃烧器的一部分的顶视图和侧面透视图；

图7C示出了图7A中所示的火炬燃烧器的一部分的侧视图；

图8A示出了根据本发明的一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图；

图8B示出了图8A中所示的火炬燃烧器的一部分的顶视图和侧面透视图；

图8C示出了图8A中所示的火炬燃烧器的一部分的侧剖视图；

图9A示出了根据本发明的一个实施方案的火炬燃烧器的顶视图；

图9B示出了图9A的火炬燃烧器的侧透视图；

图9C示出了图1A的火炬燃烧器的一部分的侧视图；

图9D示出了根据本发明的另一视图的火炬燃烧器的另一部分的侧透视图；

图9E示出了图9A的火炬燃烧器的侧视图的另一部分；

图10示出了本发明的一组火炬燃烧器的现有技术位置；

图11示出了本发明的一组火炬燃烧器的位置的视图；

图12示出了围栏罩内侧的火炬燃烧器的典型现有技术场地；并且

图13示出了围栏罩内侧的本发明的火炬燃烧器的视图。

具体实施方式

已发明了各种提供改善气流的新型火炬燃烧器。该新型火炬燃烧器将火焰分布在较大的表面上，并且更均匀地提供所需的燃烧空气。当火焰更均匀地接收空气时，燃料和空气更好的混合，并且使可产生烟雾的燃料富集区最小化。另外，与具有相同输出的传统系统相比，当火焰分布在较大表面上时火焰更短。因此，与具有相同最大火焰长度的系统相比，输出将更大。此外，与具有相同输出和相同最大火焰长度的系统相比，整个火炬阵列的占有面积更小。基于以下详细描述将理解这些和其他益处。

典型的多点式火炬分级可具有附接到单个管道歧管的五至50个燃烧器。当一个分级投入使用时，持续燃烧的引燃器点燃一个火炬燃烧器。然后，火焰传播(或交点火)包括一个分级的一排燃烧器。如果燃烧器有点火延迟，则在点火发生之前将在燃烧器头附近积聚较高体积的可燃排放气体，这潜在地在点火过程中产生可听见的压力波。为了减少火炬燃烧器头之间的点火延迟，可使用交叉点火端口将点燃的排放气体直接引到相邻的火炬燃烧器头。对于具有大量惰性混合物组分的排放气体或低火焰速度，交叉点火所需的端口尺寸可能会干扰满负荷下火炬燃烧器头之间的空气进入和混合，这可能导致火焰上升到辐射围栏上方。

另外，大部分热量可直接在燃烧器头附近释放，从而通过直接加热或由燃烧器头内部的受热排放气体产生焦炭而减少其寿命。减少交叉点火的时间延迟的另一种常见解决方案是沿排放气体分配歧管的长度移动火炬燃烧器头更靠近在一起。对于较旧的燃烧器设计，在火炬围栏上方通常可看到高容量操作下的多个燃烧器的组合火焰。然而，多点式火炬燃烧器从一开始就被设计作为大型火炬系统的一部分操作，同时保持短的火焰长度。

多点式火炬使用辐射屏障或“风围栏”以实现安全的近场热辐射水平。在完全排放气体流速下，直接暴露于火焰辐射会点燃附近的大多数易燃物体。在大多数应用中，辐射围栏的顶部上方在任何情况下都不应有可见火焰，以尽量使火炬的可见度、辐射和社区影响最小化。与上一代燃烧器相比，本发明的燃烧器提供的火焰缩短20％，同时流动的排放气体量是上一代燃烧器的1.5倍。根据排放气体组成，可根据每个应用的要求降低火焰高度。使用这种类型的火炬燃烧器的火炬系统可使用更短的辐射围栏和更少的燃烧器。与前几代燃烧器相比，同等流量下的火焰高度已显著降低。

多点式火炬场地的基本设计原则之一是减少整个排放气体流的火焰长度。通过排气孔排出许多较小的火焰而不是大火焰，这产生了更易于控制的火焰尺寸。将单个射流分成多个射流增加了排放气体与周围空气的混合速率，从而产生较小的射流耗散长度。就喷射多个射流而言，已确定来自射流的流量将合并。如果来自每个单独燃烧器的流量在燃烧完成之前合并，则流量接触的区域变得缺乏空气并且火焰变得更长。因此，来自多个燃烧器的火焰将比来自单个燃烧器的火焰更长。本发明的火炬燃烧器具有缓解多个燃烧器装置中的伸长火焰的独特特征结构。非对称气体喷射模式确保，在火焰必须接触以实现平稳和高效的交叉点火的情况下，最终的火焰长度不会变得比单个燃烧器火焰的长度更长。该特征结构已在多个燃烧器物理测试中进行了测试，并且随后使用计算流体动力学(CFD)进行广泛评估。燃烧器可由浇铸的高合金钢制成，并且优选地是在热影响区中没有焊接的单件式设计。在进行焊接以将臂附接到蜘蛛型燃烧器或者将顶板固定到开放式铸件的情况下多种类型的多点式火炬燃烧器发生故障点之后，基于工业经验进行了这种设计修改。进行测试以确认燃烧器的稳健设计。即使是在以最大流速下连续稳态操作单个燃烧器的情况下，最大热应力诱导的失效也远低于材料的破坏点。增强的无烟下调能力、改进的燃烧器交叉点火、每单位排放气体流减少的特定火焰长度以及高排放气体摧毁效率提供了许多系统范围的设计改进。由于增强的无烟下调能力、改进的交叉点火和更短的火焰长度，火炬系统的燃烧器数量可减少。较少的燃烧器数量导致备用部件需求减少，从而降低了初始资本支出和火炬系统的操作成本。每单位排放气体流的较短特定火焰长度可也使用较短的辐射围栏。多燃烧器装置中的燃烧器火焰长度不会增加到与上一代燃烧器相同的程度，从而允许相对于火炬围栏顶部更可靠的火焰尖端位置。除了降低较短围栏的材料成本之外，重量的减轻还导致地基要求的降低。

现在将参考附图来描述本发明的一个或多个实施方案，但应理解所描述的实施方案仅是优选的并且不旨在进行限制。设想本发明的火炬燃烧器可用于除火炬阵列之外的其他火焰燃烧应用中，并且可简单地用作单个火炬燃烧器以用于简单地处理或燃烧不需要的气体。

如图1所示，在第一实施方案中，根据本发明的火炬燃烧器10包括歧管12，该歧管具有入口14和多个臂16。入口14被构造成固定到用于可燃废气的管道(未示出)。多个出口18设置在多个臂16的每个臂16上。

如图1所示，歧管12包括具有纵向轴线A₁的管状主体20。管状主体20可由不锈钢制成。臂16包括各自具有纵向轴线A₂的细长构件。优选地，臂16的轴线A₂全部彼此相对平行。在最优选的实施方案中，臂16的纵向轴线A₂也大致垂直于主体20的纵向轴线A₁。在一个优选的设计中，当沿纵向轴线A₂观察时，臂16具有弯曲或半圆形的下表面22或底表面，以及平面状的上表面24或顶表面。

出口18优选地设置在臂16的上表面24上并且可进行钻孔或浇铸。出口18的尺寸(优选地在1/16英寸和1/4英寸之间)以及出口18的位置可根据应用进行优化。臂16的长度应使得火炬燃烧器10的大部分区域在出口18之间均匀地间隔开，以允许周围空气与经由出口18排出的可燃气体充分夹带。据信相邻出口18之间的适当间隔是出口18的尺寸(或面积)的三倍。

转到图2A和图2B，在本发明的另一个实施方案中，火炬燃烧器110包括全部从歧管112的主体120径向向外延伸的臂116。弯曲的分散表面128布置在歧管112的顶部126上，优选地位于中间。尽管描绘成臂116向下成角度，但是可使用其他构型。

如图2B所示，出口118设置在火炬燃烧器110的臂116的上表面22上，使得多个第一出口118a设置为靠近歧管112的主体120。至少多个第二出口118b设置为比多个第一出口118a更远离歧管112的主体120。例如，不同的多个出口118可布置在同心圆上，其中每个臂116包括例如八个出口118。还设想了其他设计。

多个第一出口118a(最靠近歧管112的主体120)用于沿弯曲的分散表面128的表面132建立流动。这将空气动力学地分散可燃气体的流动并且随之夹带更多的周围空气。多个第二出口118b(更远离歧管112的主体120)被设置成允许可燃气体以延迟的方式冲击到弯曲的分散表面128的表面132。这将允许来自多个第二出口118b的可燃气体在冲击弯曲的分散表面128的表面132之前夹带更多的周围空气。然后，该部分预混合的气体混合物沿弯曲的分散表面128的表面132流动。由于射流在远离表面132的曲率的方向上发生膨胀，因此保持了较高的混合物速度，从而延迟了燃烧的开始，同时更大部分的空气被夹带到气流中。

参考图3A和图3B，示出了本发明的另一个实施方案，其中第一环带234围绕火炬燃烧器210的歧管212的主体220。第二环带236围绕第一环带234。火炬燃烧器210的臂216从歧管212径向向外延伸到第一环带234和第二环带236中的至少一者上，以及优选地两者上。

每个臂216包括设置在第一环带234中或设置在第二环带236中的至少一个出口218。另选地，每个臂216可包括第一环带234和第二环带236中的每一者中的至少一个出口218。出口218可向上成角度以引导从其排出的燃烧气体的流动。

当燃烧气体离开出口218时，燃烧气体将围绕第一环带234或第二环带236流动。排出第一环带234的燃烧气体的旋转方向优选地与排出第二环带236的燃烧气体的旋转方向相反。例如，在图3A中，第一环带234中的燃烧气体将具有逆时针旋转方向。同时，第二环带236中的燃烧气体将具有顺时针旋转方向。通过具有相反的旋转方向，可产生火炬气和空气之间的增加混合。

优选地，每个环带234、236包括一个或多个挡板238，以进一步向排出出口218的气体施加旋转方向并且最终从每个环带234、236的顶部排出。挡板238还增加了向上流动通过每个环带234、236并且与其中的燃烧气体混合的周围空气的速度。高压气体用于将周围空气的一部分与排出出口218的可燃气体进行夹带并且部分地预混。这种夹带在第一环带234和第二环带236的内部与挡板238结合完成。

在当前设计中，通过与静止空气剪切混合来产生燃料与空气流的混合。然而，据信使用燃料在第一环带234和第二环带236之间产生强制剪切区增强了燃料和空气之间的混合。优选的是，(例如，通过湍流)相反方向的动量被破坏。第一环带234和第二环带236之间的适当平衡应产生净零旋转。在减少混合物的旋转分量后，气体流动动量的向上分量应在混合后保持。轻度预混可通过将出口恰好置于第一环带234和第二环带236的顶部下方来实现。

在图4A和图4B中，示出了火炬燃烧器310的另一个实施方案，其中臂316从歧管312的主体320径向向外延伸。每个臂316的第一端340邻近歧管312的主体320设置，并且每个臂316的第二端342分成两个分支部分344。另外，每个分支部分344可进一步分成另外两个分支部分344。因此，臂316优选地具有“分形形状”(当从顶部观察时)。

出口318设置在臂316的分支部分344上。参见图4B。在一个优选的实施方案中，出口318设置在每个分支部分344的每个端346处。燃烧器310优选地由单件式铸件制成，其可被钻孔以具有足够的出口318以获得所需的流速。

优选的是，出口318被构造成为从其中排出的可燃气体提供涡旋。因此，如图4B所示，卡圈348优选地围绕至少两个出口318。在此类设计中，优选的是，出口318被构造成在相反方向上排出可燃气体。卡圈348将引导来自出口318的可燃气体以圆形或涡旋图案流动。当可燃气体从卡圈348排出时，可燃气体将继续涡旋。速度的涡旋分量增加了可燃气体和空气的混合速率。据信旋涡可改变火焰形状，使得其高度减小并且火焰因此更加紧凑。

转到图5，示出了根据本发明的另一个实施方案，其中火炬燃烧器410包括从歧管412的主体420径向向外延伸的多个臂416。每个臂416包括沿每个臂416的顶表面422设置的多个出口418。臂的顶部部分包括平面顶表面422和两个角表面424，每一角表面设置在平面表面422的每一侧上。出口优选地钻入角形表面424中的一者中，以便为排出的气体提供涡旋。出口418设置在臂416之间，使得出口418产生不超过1米高的火焰。

可以看出，随着臂416进一步远离歧管412的主体420延伸，臂416向上成角度。还优选的是，随着臂416进一步远离歧管412的主体420延伸，臂416的竖直尺寸减小。该火炬燃烧器410由单件制成，并且优选地不包括焊接。

参考图6A至图6C，示出了另一个火炬燃烧器510，其中来自多个臂516的臂516从歧管512的主体520径向向外延伸。每个臂516具有曲线形状(当从顶部观察时)。另外，每个臂516优选地具有包括顶部圆形部分550和底部尾部部分552的横截面形状，该底部尾部部分包括两个相交的线性边缘554。

每个臂516的顶表面522包括多个出口518。优选地，出口518钻到火炬燃烧器510的臂516中。另外，出口518可被构造成大致垂直于地面或与地面成不同角度(锐角或钝角)地排出可燃气体。

优选的是，每个臂516的顶表面522包括没有任何出口518的第一部分556和具有一个或多个出口518的第二部分558。顶表面522的第一部分556和顶表面522的第二部分558可具有相同的长度。设想没有任何出口518的第一部分556或具有出口518的第二部分558是线性的。

如图6B所示，臂516可远离歧管512的主体520向上延伸。更具体地，如图所示，臂516的顶表面522的竖直位置在臂516的长度上增大。尽管没有如此描绘，但设想臂516远离歧管512的主体520向下延伸。更具体地，臂516的顶表面522的竖直位置在臂516的长度上减小。

如图6A所示，臂516上的出口518都是共面的。然而，如例如图6C所示，设想出口118朝向歧管512的主体520向内成角度。还如图所示，臂516的尺寸随着臂516进一步远离歧管512的主体520而减小。还设想其他构型，例如，出口518远离歧管512的主体520成角度，或者出口518具有各种构型(一些向内成角度、一些向外成角度、一些竖直等)。

转到图7A至图7C，示出了根据本发明的另一种火炬燃烧器610。如在该实施方案中可以看到的，燃烧器610的每个臂616包括没有任何出口618的部分656和具有出口618的部分658。如图所示，没有任何出口618的部分656包括线性部分660，并且具有出口658的部分包括曲线部分662(当从火炬燃烧器610的顶部观察时)。优选地，出口618围绕圆的圆周设置。可设想其他构型，例如，臂616的没有任何出口618的部分656可包括曲线部分，或者臂616的具有出口618的部分658可包括线性部分。

如图7B中可见，在该实施方案中，臂616的曲线部分662包括分隔相邻出口618的多个壁664。优选地，壁664各自的高度H比出口618的宽度W大一到五倍。另外，壁664的中心与相邻出口618的中心之间的距离D₁比出口618的宽度W大一到四倍。如果出口618具有圆形开孔，如针对本文的许多实施方案所设想的，出口618的宽度W将是直径。

转到图7C，为了改善周围空气的流动，臂616的曲线部分662可具有包括顶部圆形部分650和底部(或尾部)部分652的横截面形状，该底部部分包括两个相交的线性边缘665。这将在曲线部分662的外侧666上产生第一空气流以夹带周围的空气。将在曲线部分662的内侧668上产生第二空气流，其将与沿曲线部分662的外侧666向上流动的可燃气体和空气混合物混合。

转到图8A至图8C，示出了根据本发明的另一种火炬燃烧器710。如在该实施方案中可以看到的，燃烧器710的每个臂716包括没有任何出口718的部分756和具有出口718的部分758。如图所示，没有任何出口718的部分756包括线性部分760，并且具有出口758的部分包括曲线部分762(当从火炬燃烧器710的顶部观察时)。可设想其他构型，例如，臂716的没有任何出口718的部分756可包括曲线部分，或者臂716的具有出口718的部分758可包括线性部分。如图8B所示，每个臂716的线性部分760优选地相对于水平轴向上成30度角。

可在装配火炬燃烧器710之前钻出臂716上的出口718。优选地，出口718围绕圆的圆周设置在臂716的上表面722上。

另外，如图8C中可见，每个臂716包括入口770。优选地，臂716的入口770设置在歧管712的主体720内，使得每个入口770的一部分与相邻的入口770相交。这将使歧管712的主体720内部的死区最小化，在死区中燃烧气体趋于聚积而不是通过臂716流出。该死区具有在燃烧区下方的歧管712的主体720的顶表面726(参见图8A)上产生热点的趋势，在燃烧区中燃烧气体和氧气燃烧。

将参考图7A至图7C所示的火炬燃烧器610和图8A至图8C所示的火炬燃烧器710描述出口的构型，但应理解这些可应用于本文所述的任何实施方案。

例如，如果出口618、718围绕圆的圆周设置，则每个臂616、716上的出口618、718优选地与相邻的出口618、718间隔开至少11度。参见图7A和图8A。此外，如果每个臂616、716上的出口618、718围绕圆的圆周设置，则设想歧管612、712与最靠近该臂616、716上的歧管612、712的出口618、718之间的距离D₂可大于该圆的半径r₁。参见图7A和图8A。

另外，歧管612、712与最靠近臂616、716上的歧管612、712的出口618、718之间的距离D₂优选地大于该臂616、716上的任何两个出口618、718之间的距离D₃。参见图7A和图8A。

还设想，臂616、716上的多个出口618、718的宽度W₂被定义为该臂616上的两个最远的出口618、718之间的距离。参见图7A和图8A。优选地，该宽度小于臂616、716上的出口618、718与相邻臂616、716上的出口618、718之间的距离D₄。参见图7A和图8A。

图9A至图9E示出了本发明的具有从轮毂912延伸的两个弯曲臂920和922的非对称火炬尖端。臂922被示出为向左弯曲，而较短的臂920被示出为向右弯曲。如在其他构型中，壁902与位于成对的壁902之间的出口918一起示出。图9B至图9E示出了非对称火炬的几种不同视图。

图10示出了现有技术的火炬图案，而图11示出了具有本发明的非对称尖端的多个火炬。图11是一种排布结构，其示出燃烧器被布置成使得图9和图11中的每一种燃烧器的尺寸被设计成输送现有技术燃烧器设计(诸如图10中所示的燃烧器设计)的1.5倍的燃烧容量。因此，沿集管的长度仅需要2/3数量的燃烧器。然后，气体输送管能够提供相同的燃烧容量，从而通过较少的燃烧器头和较少的用于将气体输送到燃烧器头的立管来降低成本。如上述旧的现有技术设计的2a和2b中所述，更多、更大容量的燃烧器头将向集管和立管辐射更多的热量，从而降低集管和立管的使用寿命。本发明通过将大部分(66％至85％)的燃烧气体延伸到两个弯曲的燃烧器臂922中较大的一者上解决了这个问题。这一较大的臂从集管和悬臂延伸到砾石或土地上或相邻集管之间的通道中。因此，来自大部分燃烧气体的辐射热量无害地辐射到砾石或土地上。而较小比例(15％至33％)的燃气在竖管和集管上方燃烧和保留，并且用于从头部逐步交叉点火燃烧器。图12的现有技术设计将所有火焰放置在竖管和集管上方并且由此更直接地加热，这会对这些物件造成热损坏，从而缩短使用寿命。

图12示出了现有技术的火炬燃烧器的一个示例，其中六十四个燃烧器910设置在围栏908内，该围栏可由氧化的镀锌碳钢围栏板制成。如图所示的燃烧器910各自示出为具有距地面3米的燃烧器头。

图13示出了设置在壳体916中的四十三个燃烧器914的场地。典型的火炬场地由安装在平行集管顶部的若干平行排的燃烧器组成。图13示出了将从加热器管道延伸出的立管，但没有示出集管和燃烧器头。在描述中应当指出这一事实，并且我们应示出并且布置描绘加热器管道和燃烧器头的图(如图11所示)。

来自图7B和图7C的壁664和来自图9A的壁902起到隔离气体射流的作用。当可燃气体喷射到空气中时，气体射流对周围的空气具有激励、激发或诱导作用，并且与周围空气夹带和混合。这些壁将气体射流以及其相关的夹带空气分开，引导混合物沿预定的方向向上并且进入火焰，其作用与仔细地成角度或指向的气体射流基本相同。空气流入、被吸入到单个或多个射流的顶部和底部的通道的底部和顶部，这些射流位于壁之间的通道内。该壁和该壁形成的通道用于将气体射流和由此产生的燃料和空气混合物与相邻射流和混合物隔离，从而允许控制火焰的方向；在提高火焰的稳定性的同时适当设计火焰的尺寸和形状。

图14还示出了本发明的燃烧器914的交错几何结构的通用型式。

本文所示的一个或多个火炬燃烧器的一些优点在于它是高性价比的，易于构建、模块化，它具有用于装运和通过堆叠存储的小体积。另外，出口构型是可定制的，以允许可更有效的特定构型。

据信，根据本发明的这些火炬燃烧器中的任何一者都提供更好到火炬燃烧器的气体流动，使得周围大气中的足够氧气可与排出火炬燃烧器的气体混合。这种改善的混合具有显著的可解决与当前设计相关问题的直接和间接益处。

例如，通过在靠近燃烧器的火焰下部提供足够的空气并且充分混合，火焰可更短并且燃烧得到优化。

较短的火焰将允许相当多的成本节约，因为可在不增加火炬系统周围围栏高度的情况下增加燃烧器的负荷，同时需要更少的火炬燃烧器，因此火炬系统的空间也更小。

总之，本发明的各种设计提供了解决当前设计的各种缺点的火炬燃烧器。任何单一设计均可缓解一个或多个问题，并且可组合这些设计的各个方面和特征结构以缓解其他问题。

本领域普通技术人员应当认识且应当理解，各种其他部件未在附图中示出，因为据信，其具体内容完全在本领域普通技术人员的知识范围内并且其描述对于本发明的实施方案的实施或理解并不是必需的。

虽然在本发明的前述具体实施方案中已呈现了至少一个示例性实施方案，但是应理解存在大量的变型形式。还应当理解，一个示例性实施方案或多个示例性实施方案仅是示例，并且不旨在以任何方式限定本发明的范围、适用性或配置。相反，前述具体实施方式将为本领域的技术人员提供便利的路线图以实施本发明的示例性实施方案，应当理解，在不脱离如所附权利要求书以及其法律等同形式所阐述的本发明的范围的情况下，可对示例性实施方案中所描述的元件的功能和布置进行各种改变。

具体实施方案

虽然结合具体的实施方案描述了以下内容，但应当理解，该描述旨在说明而不是限制前述描述和所附权利要求书的范围。

本发明的第一实施方案是一种用于燃烧可燃废气的火炬燃烧器，该燃烧器包括歧管，该歧管包括入口、两个或更多个臂和多个出口，该入口被构造成固定到用于可燃废气的管道，并且该多个出口被设置在多个臂上使得氧气可与排出出口的可燃废气混合，其中在一个方向上弯曲的第一臂具有围绕臂的圆周定位的一系列壁并且比在相反的方向上弯曲的第二臂更长。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括歧管，该歧管包括沿具有与其平行的纵向轴线的第一方向延伸的主体，来自多个臂的臂各自具有沿主体的长度延伸的纵向轴线，该主体的所述纵向轴线相对垂直于歧管的主体的纵向轴线。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括在第一环带中的至少一个挡板，该挡板被构造成向第一环带内的空气施加旋转方向；以及第二环带中的至少一个挡板，该挡板被构造成向第二环带内的空气施加旋转方向，其中排出第一环带的气体的旋转方向与排出第二环带的气体的旋转方向相反。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括歧管，该歧管包括主体，其中来自多个臂的臂从主体径向向外延伸，其中每个臂的第一端邻近歧管的主体设置，并且每个臂的第二端分成两个分支部分。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括设置在每个分支部分的每个端处的出口，以及围绕每个出口并且被构造成为从其排出的燃烧气体提供涡旋的卡圈。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括每个分支部分，该每个分支部分分成两个更多个分支部分。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，还包括歧管，该歧管包括主体，其中来自多个臂的臂从主体径向向外延伸，每个臂具有没有孔的第一部分和具有一个或多个孔的第二部分。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中至少第二部分具有曲线形状，并且第一部分和第二部分具有不同的长度。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中臂向上延伸远离歧管的主体。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中臂向下延伸远离歧管的主体。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中每个臂包括多个出口，并且其中每个臂上的出口被设置成使得歧管和最靠近该臂上的歧管的出口之间的距离大于该臂上的任何两个出口之间的距离。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中每个臂包括多个出口，并且其中每个臂上的出口围绕圆的圆周设置，并且歧管和最靠近该臂上的歧管的出口之间的距离大于该圆的半径。本发明的一个实施方案为本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任何或所有实施方案，其中每个臂上的出口与相邻出口间隔开至少11°。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中第一臂被构造成使得第一臂燃烧66％至85％的气体。本发明的一个实施方案是本段的先前实施方案至本段的第一实施方案中的一个、任一个或所有实施方案，其中火炬燃烧器被构造成在竖管和集管上方，其中第二臂被定位在竖管和集管上方，并且第一臂被定位成比第二臂更远离竖管和集管。

Claims (5)

1.一种用于燃烧可燃废气的火炬燃烧器，所述火炬燃烧器包括歧管，所述歧管包括入口、两个臂和多个出口，所述入口被构造成固定到用于可燃废气的管道，并且所述多个出口被设置在所述两个臂上使得氧气能够与排出所述出口的可燃废气混合，其中在一个方向上弯曲的第一臂具有围绕所述第一臂的圆周定位的一系列壁并且比在相反的方向上弯曲的第二臂更长。

2.根据权利要求1所述的火炬燃烧器，其中所述歧管包括主体，其中所述两个臂从所述主体径向向外延伸，每个臂具有没有孔的第一部分和具有一个或多个孔的第二部分。

3.根据权利要求2所述的火炬燃烧器，其中至少所述第二部分具有曲线形状，并且所述第一部分和所述第二部分具有不同的长度。

4.根据权利要求1所述的火炬燃烧器，其中每个臂包括多个出口，并且其中每个臂上的所述出口被设置成使得所述歧管和该臂上最靠近所述歧管的出口之间的距离大于该臂上的任何两个出口之间的距离。

5.根据权利要求1所述的火炬燃烧器，其中所述第一臂被构造成使得所述第一臂燃烧66％至85％的气体。

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