Газогорелочное устройство
Полезная модель относится к горелкам для сжигания газа без предварительного смешивания газообразного топлива с воздухом, и может найти применение при сжигании в энергетических установках (ЭУ) нефтяного попутного газа (НПГ). Поставлена задача - сделать возможным использовать НПГ в качестве топлива небольших ЭУ. Газогорелочное устройство содержит коаксиально расположенные внутренний воздухоподающий и внешний топливный каналы. Топливный канал сообщен с кольцевой циклонной камерой, образованной улиткообразной обечайкой и тангенциальным топливоподающим патрубком. Перед этим патрубком, между двумя диффузорами, один из которых закреплен на упомянутом патрубке, а другой - на газопроводе, установлен сменный цеолитовый фильтр. Фильтр представляет собой металлическую съемную кассету, две противоположные стенки которой, обращенные к диффузорам, изготовлены в виде сетчатых крышек, по крайней мере одна из которых выполнена съемной. Кассета заполнена порошкообразным цеолитом. В воздухоподающем канале газогорелочного устройства установлен держатель с полой насадкой на конце, выходные срезы которой и топливного канала расположены в одной плоскости. Положительный эффект полезной модели: обеспечена возможность использования НПГ в качестве топлива ЭУ, созданы условия для эффективной работы газогорелочного устройства, снижена концентрация вредных веществ в уходящих газах.
Полезная модель относится к горелкам для сжигания газа, а именно к горелкам без предварительного смешивания газообразного топлива с воздухом, и может найти применение при сжигании в энергетических установках (далее «ЭУ») газообразного топлива, содержащего тяжелые углеводороды, в частности, нефтяного попутного газа (НПГ).
Известно газогорелочное устройство для сжигания топлива - газа, получаемого путем перегонки горючих сланцев (А.С. №623056, МПК F 23 D 13/00, Б.И. №33-78 г.). Устройство содержит корпус с тангенциальным патрубком, подключенным к газопроводу. В корпусе установлена перфорированная труба с закрытым выходным торцом и обечайка с отверстиями, которая отстоит от корпуса на расстоянии, равном 2-5 диаметрам этих отверстий. Нижняя часть корпуса снабжена желобом и сообщена с трубой, подключенной к воздухопроводу, заведенной в ее центральную часть радиальной трубкой.
Недостаток газогорелочного устройства по А.С. №623056 - низкая эффективность сжигания газообразного топлива, содержащего тяжелые углеводороды.
Известно также газогорелочное устройство для сжигания газа, получаемого посредством сухой перегонки горючих сланцев (А.С. №817386, МПК F 23 D 13/00, Б.И №12-81 г.). Устройство содержит корпус с тангенциальным патрубком, подключенным к газопроводу. В корпусе установлены перфорированная труба с закрытым выходным торцом и обечайка с отверстиями, которая отстоит от корпуса на расстоянии, равном 2-5 диаметрам этих отверстий. Нижняя часть корпуса снабжена желобом и сообщена с трубой, подключенной к воздухопроводу, заведенной в ее центральную часть радиальной трубкой. При этом, по оси перфорированной трубы установлена подключенная к радиальной трубке форсунка, распыляющее сопло которой расположено за пределами выходного торца перфорированной трубы.
Недостаток газогорелочного устройства по А.С. №817386 - низкая эксплуатационная надежность.
Известно также газогорелочное устройство для сжигания газовых топлив, содержащих капельно-жидкие компоненты во взвешенном состоянии (А.С. №1645761, МПК F 23 D 14/02, 14/20, Б.И. №16-91 г. Прототип). Газогорелочное устройство содержит коаксиально установленные внутренний воздухоподающий и внешний топливный каналы, последний из которых на входе подключен к кольцевой циклонной камере. Эта камера образована улиткообразной обечайкой, смолоотделительной перфорированной перегородкой, тангенциальным топливоподающим патрубком и смолосборньм желобом.
При этом выходной срез воздухоподающего канала заглублен относительно выходного среза топливного канала. В воздухоподающем канале установлен держатель с полым насадком на конце. Этом насадок образует со стенками воздухоподающего и топливного канала кольцевые полости, причем выходные срезы насадка и топливного канала расположены в одной плоскости. При этом величина заглубления между срезами воздухоподающего и топливного каналов равна 0,15-0,25 диаметра топливного канала, а диаметр воздухоподающего канала равен 0,65-0,8 диаметра топливного канала.
По нашему мнению, основными недостатками газогорелочного устройства по А.С. №1645761 являются нарушение нормального режима работы газогорелочного устройства и нагревательных элементов ЭУ из-за наличия в топливе тяжелых углеводородов, присутствие выбросов в воздушную среду несгоревших частиц топлив.
Поставлена задача - усовершенствовать газогорелочное устройство по А.С. №1645761 с тем, чтобы приспособить его для сжигания с достаточной эффективностью в ЭУ газообразного топлива, обогащенного тяжелыми углеводородами, в частности НПГ.
Общеизвестно, что при разработке нефтегазовых месторождений возникает проблема утилизации НПГ. Дело в том, что на нефтепромыслах, как правило, отсутствуют производства для переработки НПГ в «жидкие» пропан-бутановый газ и газовый бензин, т.е. продукты, пригодные в качестве топлива и химического сырья. Попытки использовать НПГ непосредственно в качестве топлива для небольших (местных) ЭУ не дали положительных результатов. На деталях конструкции газовых горелок образовывались нефтепарафиновые отложения, на теплонагревательных элементах ЭУ скапливались продукты неполного сгорания топлива, а в атмосферу поступали несгоревшие тяжелые углеводороды и их соединения. По этой причине НПГ сжигают, в основном, в факелах.
Общеизвестно также, что для отделения сгораемой легкой фракции углеводородов (C1 -C4) от тяжелой фракции (C 5 и выше) используются молекулярные сита (Советский энциклопедический словарь. М.: Изд-во «Советская энциклопедия». 1989, с.833). К таким ситам, в первую очередь, относят минералы группы каркасных алюмосиликатов - природные цеолиты (Горная энциклопедия. М.: Изд-во «Советская энциклопедия». 1991, с.375-376). Цеолиты - это высокоактивные сорбенты большой емкости, посредством которых можно производить разделение смесей в газообразной и жидкой средах. Для этих же целей используются и синтетические цеолиты, насчитываемые свыше 100 видов.
Принимая во внимание вышеприведенные сведения, поставленная задача решена следующим образом. Газогорелочное устройство содержит коаксиально расположенные внутренний воздухоподающий и внешний топливный каналы. Топливный канал сообщается с кольцевой циклонной камерой, образованной улиткообразной обечайкой и
тангенциальным топливоподающим патрубком. Перед этим патрубком, между двумя диффузорами, один из которых закреплен на упомянутом патрубке, а другой на газопроводе установлен сменный цеолитовый фильтр. Фильтр представляет собой металлическую кассету, две противоположные стенки которой, обращенные к диффузорам, изготовлены в виде сетчатых металлических крышек, по крайней мере одно из них выполнено съемной. Кассета заполнена порошкообразным цеолитом, например, шабазитом. В воздухоподающем канале газогорелочного устройства установлен держатель с полой насадкой на конце, выходные срезы которой расположены в одной плоскости с топливным каналом.
Далее сущность полезной модели поясняется чертежами, но которых изображено:
на фиг.1 - газогорелочное устройство в продольном разрезе (по оси воздухоподающего канала);
на фиг.2 - газогорелочное устройство в поперечном разрезе (по оси топливоподающего патрубка);
на фиг.3 - цеолитовый фильтр в продольном разрезе. Газогорелочное устройство содержит коаксиально расположенные внутренний воздухоподающий канал и внешний топливный канал 2 (Фиг.1,2). Топливный канал 2 сообщен с кольцевой циклонной камерой 3, образованной улиткообразной обечайкой 4 и тангенциальным топливоподающим патрубком 5. На топливоподающем патрубке 5, а также на газопроводе 6 установлены диффузоры 7 и 8, между которыми размещен сменный цеолитовый фильтр (Фиг.1). Этот фильтр представляет собой съемную металлическую кассету 9 (далее «кассета»), установленную в кассетоприемнике (на чертеже не показано). Стенки кассеты 9, обращенные к диффузорам 7 и 8, изготовлены в виде металлических сетчатых крышек 10 и 11, по крайней мере одна из которых является съемной. Кассета 9 заполнена порошкообразньм цеолитом 12, в частности шабазитом.
В воздухоподающем канале 1 установлен держатель 13 с полой насадкой 14 на конце. Насадка 14 образует со стенками воздухоподающего канала 1 и топливного канала 2 кольцевые полости 15 и 16, при этом выходные срезы полой насадки 14 и топливного канала 2 расположены в одной плоскости.
С целью оптимизации работы газогорелочного устройства величина заглубления между срезами воздухоподающего 1 и топливного 2 каналов равна 0,15-0,25 диаметра топливного канала 2, а диаметр воздухоподающего канала 1 равен 0,65-0,8 диаметра топливного канала 2.
Топливо - НПГ предварительной очистки - из газопровода 6 через диффузор 8 и сетчатую крышку 11 поступает в кассету 9 сменного цеолитового фильтра, где
происходит сорбция тяжелых углеводородов порошкообразным цеолитом 12. Далее очищенный от тяжелых углеводородов НПГ, проходя через сетчатую крышку 10, диффузор 7 и тангенциальный топливоподающий патрубок 5 поступает в улиткообразную обечайку 4 кольцевой циклонной камеры 3. Обечайка 4 производит закручивание потока НПГ, что обеспечивает равномерное распределение пламени газогорелочного устройства и, как следствие, правильность формы ядра горения. Далее НПГ попадает в расширительную полость 16, которая замедляет его вихревые вращения. В это же время используемый для горения НПГ воздух из воздухоподающей трубы поступает в воздухоподающий канал 1. Перед выходом из выходного среза канала 1 воздух попадает в сжимающую воздушный поток полость 15, которая ускоряет его линейное движение, обеспечивая отдув в огневом факеле его головки, тем самым предупреждая обгорание фронтального торца.
По мере загрязнения цеолитового фильтра адсорбированными углеводородами, кассета 9 извлекается из кассетоприемника, установленного между диффузорами 7 и 8. Из кассета 9 удаляется использованный порошкообразный цеолит 12, который подвергается тепловой обработке с целью его повторного использования. Кассета 9 заполняется чистым порошкообразным цеолитом и устанавливается в кассетоприемник. Этот процесс периодически повторяется.
Очевидно, что для обеспечения беспрерывной работы газогорелочного устройства требуется установка не менее двух цеолитовых фильтров, снабженных вентилями для перекрытия канала поступления НПГ в газогорелочное устройство при замене парошкообразного цеолита в съемной кассете.
Полезная модель делает возможным исключить или существенно снизить поступление тяжелых углеводородов в газогорелочное устройство, что позволяет:
уменьшить количество нефтепарафиновых отложений на деталях газогорелочного устройства, что обеспечивает нормальный режим его работы;
уменьшить отложения продуктов неполного сгорания НПГ на теплонагревательных элементах ЭУ, что обеспечивает нормальные теплообменные процессы в теплообменниках ЭУ;
снизить концентрацию вредных веществ в уходящих газах, а, следовательно, улучшить экологию окружающей среды.
Таким образом, полезная модель обеспечивает возможность использования НПГ в качестве топлива для местных энергетических установок, повышение эффективности
работы газогорелочного устройства, а также улучшает экологическую ситуацию окружающей воздушной среды.
Газогорелочное устройство, содержащее коаксиально расположенные внутренний воздухоподающий и внешний топливный каналы, причем внешний топливный канал сообщен с кольцевой циклонной камерой, образованной обечайкой и тангенциальным топливоподающим патрубком, соединенным с газопроводом, а в воздухоподающем канале установлен держатель с полой насадкой на конце, выходные срезы которой и топливного канала расположены в одной плоскости, отличающееся тем, что между двумя диффузорами, один из которых закреплен на тангенциальном топливоподающем патрубке, другой - на газопроводе, установлен сменный цеолитовый фильтр, представляющий собой съемную металлическую кассету, две противоположные стенки которой, обращенные к диффузорам, изготовлены в виде сетчатых крышек, по крайней мере одна из которых выполнена съемной, при этом кассета заполнена порошкообразным цеолитом, в частности, шабазитом.
