ГАЗОГОРЕЛОЧНОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к горелочным устройствам для сжигания газа, а именно к горелкам без предварительного смешивания газообразного топлива с воздухом, и может найти применение при сжигании в энергетических установках газообразного топлива, содержащего тяжелые углеводороды, в частности, нефтяного попутного газа.
Известно устройство для подготовки и подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинной установки [Патент РФ №2143642, МПК 6 F23 R 3/34, опубл. 1999.12.27], содержащее коаксиально размещенные центральную топливную форсунку, воздушный канал с осевым завихрителем и кольцевым козырьком на выходе, топливовоздушный канал с топливоподводящим устройством в районе его входа и завихрителем и наружный канал с воздушным подводом.
Недостатком этого устройства является низкая эффективность сжигания газообразного топлива, содержащего тяжелые углеводороды.
Известно газогорелочное устройство [Авторское свидетельство СССР №817386, МПК 5 F23 D 14/02, опубл. 1981.03.30], содержащее коаксиально установленные внутренний воздухоподающий и внешний топливный каналы, последний из которых на входе подключен к кольцевой циклонной камере, образованной улиткообразной обечайкой, смолоотделительной перфорированной перегородкой, тангенциальным топливоподающим патрубком и смолосборным желобом, причем выходной срез воздухоподающего канала заглублен относительно выходного среза топливного канала.
Недостатком данного газогорелочного устройства является низкая эксплуатационная надежность.
Известно газогорелочное устройство [Авторское свидетельство СССР №1645761, МПК 5 F 23 14/02, 14/20, опубл. 1991.04.30], выбранное в качестве прототипа, содержащее коаксиально установленные внутренний воздухоподающий и внешний топливный каналы, последний из которых на входе подключен к кольцевой циклонной камере, образованной улиткообразной обечайкой, смолоотделительной перфорированной перегородкой, тангенциальным топливоподающим патрубком и смолосборным желобом, причем выходной срез воздухоподающего канала заглублен относительно выходного среза топливного канала.
Недостатками данного устройства недостаточный напор газа для создания вихревого потока, а, следовательно, неэффективность предочистки нефтяных попутных газов.
Задачей полезной модели является создание газогорелочного устройства с возможностью сжигания газообразного топлива, обогащенного тяжелыми углеводородами, в частности, нефтяного попутного газа.
Поставленная задача достигается тем, что газогорелочное устройство, также как в прототипе содержит воздуховоды и топливный канал.
Согласно полезной модели воздуховоды расположены между пористой и непористой цилиндрическими поверхностями устройства, к которым присоединен раздающий газовый коллектор, с установленным перед им сменным цеолитовым фильтром. Фильтр представляет собой съемную металлическую кассету, две противоположные стенки которой изготовлены в виде сетчатых крышек, по крайней мере одна из которых выполнена съемной. Кассета заполнена порошкообразным цеолитом. Газовый коллектор присоединен к газопроводу. К непористой цилиндрической поверхности устройства присоединен диффузор, подключенный к воздуховоду.
При разработке нефтегазовых месторождений возникает проблема утилизации нефтяного попутного газа. На нефтепромыслах, как правило, отсутствуют производства для переработки нефтяного попутного газа в «жидкие» пропан-бутановый газ и газовый бензин, т.е. продукты, пригодные в качестве топлива и химического сырья. Попытки использовать нефтяной попутный газ непосредственно в качестве топлива для небольших (местных) энергетических установок не дали положительных результатов. На деталях конструкции газовых горелок образовывались нефтепарафиновые отложения, на теплонагревательных элементах энергетических установок скапливались продукты неполного сгорания топлива, а в атмосферу поступали несгоревшие тяжелые углеводороды и их соединения. По этой причине нефтяной попутный газ сжигают, в основном, в факелах.
1
4
5
Общеизвестно, что для отделения сгораемой легкой фракции углеводородов (C-C) от тяжелой фракции (C и выше) используют 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, насчитывающие свыше 100 видов.
Предложенное газогорелочное устройство позволяет организовать компактную зону горения с короткофакельным пламенем. Газопровод, для равномерного распределения топлива по всему горелочному устройству, присоединен к раздающему коллектору
тангенциально. Возможность сжигания нефтяного попутного газа обеспечивается установкой так называемого цеолитового фильтра. Фильтр представляет собой металлическую кассету, две противоположные стенки которой, обращенные к диффузорам, изготовлены в виде сетчатых металлических крышек, по крайней мере, одна из них выполнена съемной. Кассета заполнена порошкообразным цеолитом.
Зона горения данной горелки обладает короткой длиной факела, позволяя расположить экранные трубы котла ближе к пористой поверхности горелки, и, как результат, получить меньшие габариты агрегата.
Полезная модель делает возможным исключение или существенное снижение поступления 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 нефтяного попутного газа на теплонагревательных элементах энергетических установок, что обеспечивает нормальные теплообменные процессы в теплообменниках энергетических установок;
- снизить концентрацию вредных веществ в уходящих газах, а, следовательно, улучшить состояние окружающей среды.
На фиг.1 изображено газогорелочное устройство, продольный разрез А-А.
На фиг.2 - поперечный разрез Б-Б газогорелочного устройства.
На фиг.3 - сменный цеолитовый фильтр.
На фиг.4 - Вид В газогорелочного устройства.
Газогорелочное устройство содержит близко расположенные воздуховоды 1, установленные между пористой и непористой цилиндрическими поверхностями 2 и 3 соответственно, к которым присоединен раздающий газовый коллектор 4. Газовый коллектор 4, присоединен к газопроводу 5. Перед ним установлен сменный цеолитовый фильтр 6 (Фиг.3), представляющий собой съемную металлическую кассету 7, две противоположные стенки которой 8 и 9 соответственно изготовлены в виде сетчатых крышек, по крайней мере одна из которых выполнена съемной, при этом кассета 7 заполнена порошкообразным цеолитом 10. К непористой цилиндрической поверхности 3 присоединен диффузор 11, который подключен к воздуховоду 12.
Газогорелочное устройство работает следующим образом.
Газ поступает в раздающий газовый коллектор 4 по газопроводу 5, тангенциально присоединенному к коллектору, через кассету 7 цеолитового фильтра 6 с двумя
сетчатыми поверхностями 8 и 9 соответственно, где происходит сорбция тяжелых углеводородов порошкообразным цеолитом 10. Необходимый для горения воздух подают по воздуховоду 1 в центральную часть газогорелочного устройства, где он распределяется по близкорасположенным друг к другу воздухопроводам. Используемый для горения газ из раздающего коллектора 4 равномерно заполняет пространство между пористой и непористой цилиндрическими поверхностями горелочного устройства 2 и 3 соответственно. Газ, пройдя через пористую поверхность 2, смешивается с воздухом и образует зону горения.
По мере загрязнения цеолитового фильтра 6 адсорбированными углеводородами кассета извлекают из кассетоприемника. Из кассеты 7 удаляют использованный порошкообразный цеолит 10, который подвергается тепловой обработке с целью его повторного использования. Кассета 7 заполняют чистым порошкообразным цеолитом и устанавливают в фильтр. Этот процесс периодически повторяют.
Таким образом, полезная модель обеспечивает возможность использования нефтяного попутного газа в качестве топлива для местных энергетических установок, повышение эффективности работы газогорелочного устройства, а также улучшает экологическую ситуацию окружающей воздушной среды.