[00128675]天然气密闭燃烧器

在天然气开发过程中常常伴随着废弃天然气的产生,我国目前主要通过修建燃烧池进行燃烧处理,声、光、热污染严重（96dB @10×104m3/d）,特别在页岩气试油测试期间,连续放喷作业时间长达月余,燃烧池长期燃烧严重影响周边居民作息和安全,引发居民堵路,影响地企关系,阻碍川渝地区天然气勘探开发顺利推进。为此,本项目以“绿色环保、地企和谐”为出发点,国内首次研发了20×104m3/d天然气环保燃烧器,可在井场内直接安装使用,火焰不外露,噪音≤85dB、环境温度升高值≤10℃,避免了燃烧池燃烧带来的声、光、热污染,为创建和谐地企关系、加快天然气勘探开发提供了技术支撑。其主要技术说明如下： 1、在废弃天然气处理中引入预混燃烧技术方法,创新研制了强吸预混喷嘴,实现天然气“密闭”燃烧。利用文丘里原理实现天然气和空气预混燃烧,一举改变了常规扩散燃烧方式燃烧不充分、火焰高度控制难的致命缺陷;针对常规文丘里喷嘴预混比例低,火焰高度不稳的问题,采用数值仿真优化了吸入端入口线型和发射端喉管结构,创新研制了专用于天然气燃烧的强吸预混喷嘴,预混比例由1:9提高到1:17,燃烧效率由70%提高98%,火焰高度稳定在1m以内,实现了天然气可控燃烧。 2、发现了天然气燃烧器噪音产生机理,创新研制了专用环保降噪装置,满足《工业企业厂界环境噪音排放标准》要求。针对天然气燃烧器处理过程中噪声频谱特性复杂,常规减震隔音降噪方法效果差的技术难题,以实测数据为基础,采用多尺度时-频分析方法建立了围绕不同频谱、振幅中心的燃烧器噪声分布模型,首次发现了燃烧器噪声是由射流噪声和燃烧噪声共同作用产生。针对燃烧器噪音频谱特性,研制了多种频宽的降噪隔音反射板,燃烧器整体噪音由101dB@10m降低到85dB@10m以下,满足《工业企业厂界环境噪音排放标准》（GB-12348-90）要求,燃烧器连续作业不再影响周边居民作息,促进了地企和谐。 3、创新设计了燃烧器倒塔式布局结构,一并降低了对流、传导、辐射三种传热方式对周边环境的影响。通过燃烧数值仿真优化设计了喷嘴内倾式布局,实现火焰与结构本体的隔离;设计了“下小上大” 倒塔式结构,利用空气吸入形成冷空气隔离层,避免了火焰与外筒的对流热交换;配合喷嘴火焰高度,优化设计了筒体尺寸,实现了燃烧过程中无可见光、无热辐射;燃烧时环境温升≤10℃@10m,为井场内天然气燃烧器安装应用扫清热污染障碍。 4、形成了波动产量随压分层分级处理技术方法,创新研发了产量随动自动远程控制系统,实现了天然气产量剧烈波动下连续作业。针对试油测试期间天然气产量波动剧烈、安全控制要求高的难题,建立了处理量与最优燃烧压力之间的数学模型,形成了随压分层分级控制技术方法;创新研制了产量随动自动控制系统,兼容了自动点火、人工点火和紧急关断安全控制方式;通过实时监控多位置的阀门、传感器,实现了全过程火焰实时监测及控制;燃烧器整体防爆等级达到Ex dⅡBT4,工业防护等级IP54,现场连续作业超过60天,满足天然气燃烧安全作业的需求。 在项目研究开发过程中,共发表学术论文6篇;申请专利10项,其中发明专利 5项,授权1项,授权实用新型专利5项。项目成果现场应用3井次,节约成本1293.18万元,直接服务收入225.864万元,其中服务利润150.576万元,分成利润75.288万元。相比国外同类产品,该成果处理量更大、尺寸更小,成果能有效避免燃烧池的声、光、热污染,为废弃天然气的处理提供了新的技术途径,提高了天然气勘探安全环保技术水平,为大力推进川渝地区页岩气安全环保开发提供了技术支撑。