УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К СЖИГАНИЮ ГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА

Устройство относится к энергетике и может быть использовано теплогенерирующих установках, работающих на газообразном топливе.
Подготовка рабочей газовоздушной смеси в газовых горелках имеет особое значение для достижения по существу полного сжигания подводимого топлива, или же для поддержания заданных стехиометрических параметров процесса сжигания и, таким образом, для достижения высокого энергетического коэффициента полезного действия, а также для поддержания низких значений выбросов. Поэтому газовые горелки наряду с соответствующими устройствами для дозированного подвода сжигаемого газа и воздуха имеют устройства подготовки рабочей смеси, при помощи которых происходит смешивание разных компонентов топлива и, как следствие, его более полное сгорание.
На практике встречаются газовые горелки, в которых осуществляется подвод как однокомпонентных, так и отличных по составу нескольких типов газов. С целью достижения лучшего дожигания низкокалорийных газов необходимо подготовить рабочую смесь при помощи специальных устройств.
По состоянию техники известна газовая горелка для осуществления способа подготовки рабочего газа к сжиганию с использованием горелки с принудительной подачей воздуха совмещенным с ней тягодутьевым устройством, включающий снижение давления газа с помощью регулятора давления и подведение газа к всасывающей линии тягодутьевого устройства, выполненной в виде цилиндра с перфорированной вставкой, давление газа снижают до атмосферного (см. RU 2176358, опубл. 27.11.2001).
Недостатком данной системы является то, что подготовка газовоздушной смеси происходит в тягодутьевом устройстве путем снижения давления газа до атмосферного с помощью регулятора давления. В результате, использование низкокалорийного газа не представляется возможным.
Следует заметить, что низкокалорийный газ, например, попутный нефтяной газ, при атмосферном сжигании не горит.
Известно комплексное устройство для подготовки и сжигания газообразного топлива включающее турбулентную горелку, в которой коаксиально расположен конвертер, состоящий из цилиндрической капсулы, соединенной с наружного торца камеры смешения с газовым патрубком и присоединенным к нему коаксиально паровым патрубком, фронтальная часть капсулы помещена в зону факела, внутри капсулы коаксиально помещена труба, состоящая из зоны конвертированного газа, с наружного торца заглушенной коническим днищем и соединенной с каналом первичного воздуха тангенциальными эллиптическими патрубками выпуска конвертированного газа и зоны риформинга, где труба выполнена перфорированной и покрытой с наружной и внутренней сторон слоем никелевого катализатора на керамической основе, причем тангенциальные эллиптические патрубки выпуска конвертированного газа проходят через кольцевую камеру нагрева парогазовойсмеси, расположенную между внутренней поверхностью капсулы и наружной поверхностью трубы, на входе в которую расположены лопатки завихрителя (см. RU 2575592, опубл. 20.02.2016).
Использование зоны конвертированного газа усложняет конструкцию устройства подготовки рабочей смеси и приводит к увеличению размеров устройства, что является недостатком данной системы.
Упомянутые выше устройства подготовки рабочей газовоздушной смеси применимы для сжигания высококалорийного газа или только однокомпонентного газа. В случае применения в качестве топлива низкокалорийного газа они перестают функционировать.
Известна газовая горелка универсальная для сжигания низкокалорийного газа, газообразных отходов химической промышленности, подлежащих утилизации, а также попутного нефтяного газа. Данная горелка имеет коаксиально расположенные трубки для подачи газа и воздуха. В качестве топлива может использоваться газ одного типа или газы разного типа, например, высококалорийный для поддержания горения и низкокалорийный для дожигания или утилизации. В описанном решении подготовка рабочей смеси происходит в выходных частях трубок подачи газа (со стороны топки), имеющих перфорацию с каналом подачи воздуха. В результате на стадии подачи происходит перемешивание газовоздушной смеси, которая через диффузор, имеющий перфорацию, подается в камеру сгорания [3].
Безусловно, данное устройство применяется с высокой степенью надежности для сжигания разнокомпонентных газов. Однако для эффективной работы горелки, необходимо использовать систему охлаждения корпуса устройства.
Таким образом, решением эффективной работы газовой горелки является подготовка газовоздушной смеси с последующим поддержанием заданных стехиометрических параметров процесса сжигания газового топлива.
Наиболее близким к предложенному устройству подготовки рабочей газовоздушной смеси является диффузор, проходя через который рабочая смесь газов и воздуха поступает в камеру сгорания горелки (см. RU 187026, опубл. 14.02.2019).
Задачей предлагаемого устройства является создание простой и надежной конструкции, позволяющей смешивать рабочий газ с подаваемым принудительно воздухом, а также, в случае использования газ нескольких типов, перемешивать их друг с другом и с подаваемым воздухом.
Решением задачи предлагаемого устройства служит диффузор, имеющий форму тарелки (параболоида) с перфорациями для прохождения газовоздушной смеси.
Диффузор разделяет камеру сгорания газовой горелки от устройств подачи компонентов рабочей смеси. Кроме того, благодаря своей форме диффузор концентрирует в центре камеры сгорания горелки подаваемую рабочую смесь, что позволяет стабилизировать и лучше контролировать пламя.
Целесообразно, чтобы форма диффузора имела вид тарелки (усеченного параболоида) с перфорациями для прохождения рабочей газовоздушной смеси.
Целесообразно, чтобы диаметр диффузора был меньше диаметра проходного сечения камеры сгорания горелки, а через отверстие между корпусом горелки и диффузором протекал принудительно подаваемый воздух, тем самым охлаждая горелку.
Предложенное устройство подготовки рабочей газовоздушной смеси состоит из диффузора, предназначенного смешивать рабочий газ или газы двух типов с воздухом, а также охлаждать корпус горелки.
Заявленное устройство подготовки газовоздушной смеси отличается от известных аналогов тем, что имеет форму тарелки (параболоида) меньшего размера, чем проходное сечение камеры сгорания, перфорацию для прохождения рабочей смеси, а также на внешнем контуре тарелки установлен электрод розжига 4 или запальная горелка (фиг. 2) (см. RU 191392, опубл. 05.08.2019).
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью конструктивных признаков, а именно введением в конструкцию диффузора, является повышение эффективности технологического процесса сжигания газа, заключающегося в том, что благодаря раскрытым выше признакам обеспечивается стабилизация пламени, а также охлаждение корпуса газовой горелки. В результате достигается высокая температура горения, пламя вытягивается, увеличивается площадь нагрева, происходит полное дожигание высококалорийного и низкокалорийного газа, как следствие -значительное повышение КПД горелки и снижение выбросов окисей углерода СО и азота NO. При этом корпус горелки не перегревается, что позволяет продлить срок его службы.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид сопла горелки сбоку, а на фиг. 2 вид сопла с установленной запальным устройством.
Устройство подготовки рабочей газовоздушной смеси состоит из корпуса 1, диффузора 2, внешний диаметр которого имеет размер от 200 до 400 мм с фокусным расстоянием в пределах от 30 до 100 мм. Расстояние между корпусом и диффузором в пределах от 2 до 18 мм. Электрод розжига или запальная горелка 4. Рабочий газ и воздух подаются через коаксиально расположенные патрубки 3. Внутри корпуса коаксиально расположены трубки. Между корпусом и трубками подается воздух, который проходя через отверстие между диффузором и корпусом охлаждает его.