ГОРЕЛКА ГАЗОВАЯ УНИВЕРСАЛЬНАЯ

Полезная модель относится к областям нефтехимической, нефтяной промышленности, коммунальному хозяйству и может быть использована в качестве теплоэнергетического оборудования для котлов, печей, путевых подогревателей и т.п.
Известен газовый автоматизированный нагреватель, который может быть использован преимущественно для нагрева транспортируемых по трубопроводам газообразных и жидких углеводородных продуктов [1]. Нагреватель содержит корпус с горизонтальным разъемом. Топочный объем в корпусе отделен вкладышем от воздушного канала, соединенного с воздухонагревателем рекуперативным, расположенным над корпусом, под закрепленной на нем дымовой трубой, входной и выходной коллекторы и теплообменник, горелки, соединенные с обвязкой, поддон со штуцером для отвода конденсата водяных паров. Горелки расположены над поддоном, а оси отверстий в горелках для выхода топливовоздушной смеси направлены на днище поддона.
Недостатком известного газового нагревателя является то, что он использует для горения однокомпонентное очищенное газовое топливо.
Известен способ сжигания топлива, содержащего летучие компоненты различной реакционной способности [2]. В качестве топлива используется подводимая к горелкам с помощью первичного воздуха угольная пыль. В зоне воспламенения горелок за счет пиролиза угольной пыли получают первичный газ с горючими газообразными компонентами. Производят подачу полученной смеси первичного газа с оставшейся частью твердого топлива, смешивают ее с вторичным воздухом и производят дожигание полученной топливной смеси в топке. В зоне воспламенения снижают температурный порог окисления углерода, например, за счет электрического воздействия на топливную смесь или каталитическими методами, замедляют процесс выхода высокореакционных компонентов топлива и за счет увеличения степени газификации углерода снижают его содержание в полученной топливной смеси, при этом повышают долю газообразных компонентов топлива в получаемой топливной смеси для дожигания ее в топке.
Недостатками данного способа является то, что при использовании газового топлива, данный способ неэффективен, поскольку предполагает использование двух зон горения: зона пиролизного горения рядом с горелками и зону дожигания пиролизного газа с твердым топливом.
Известен способ сжигания топлива, включающий подачу потока воздуха, подачу потока топлива первого типа по первому каналу, розжиг потока топлива первого типа с получением первого пламени, а также подачу потока топлива второго типа по расположенному практически соосно с первым второму кольцевому каналу для получения второго пламени, а потоки воздуха и всех типов топлива являются регулируемыми [3]. Особенностью данной горелки является то, что подача потока топлива первого типа осуществляется по первому каналу, розжиг потока топлива первого типа с получением первого пламени, а также подачу потока топлива второго типа по расположенному практически соосно с первым второму кольцевому каналу, имеющему множество боковых струйных выходов в выходной части для получения второго пламени.
Недостатками данного устройства является то, что формирование газо-воздушной смеси (ГВС) происходит в топке путем перемешивания разных типов газа и атмосферного воздуха. В результате газы разных компонентов не успевают смешаться в достаточном объеме. Кроме того, отсутствуют газорегуляторные установки, что в некоторых случаях может привести к повышению опасности эксплуатации горелки.
Известно устройство сжигания топливного газа, содержащее по меньшей мере, одну газовую трубу для подачи топливного газа в печь-котел; первый цилиндр, окружающий указанную, по меньшей мере, одну газовую трубу и ограничивающий проточный канал для первичного воздуха вокруг указанной, по меньшей мере, одной газовой трубы для подачи первичного воздуха в печь-котел. Причем первый цилиндр оканчивается у выпускного отверстия проточного канала для первичного воздуха; второй цилиндр, коаксиально окружающий первый цилиндр и вместе с первым цилиндром образующий кольцевой проточный канал для вторичного воздуха для подачи вторичного воздуха в печь-котел, причем второй цилиндр оканчивается у выпускного отверстия проточного канала для вторичного воздуха; третий цилиндр, коаксиально окружающий второй цилиндр и вместе со вторым цилиндром образующий кольцевой проточный канал для третичного воздуха для подачи третичного воздуха в печь-котел, причем третий цилиндр оканчивается у выпускного отверстия проточного канала для третичного воздуха [4].
Недостатком данного устройства является то, что подача топливного газа происходит через множество газовых труб. В результате усложняется конструкция горелки. Коаксиальное расположение проточных каналов для вторичного и третичного воздуха расширяет пламя вокруг кольца стабилизации пламени. Как следствие пламя приближено к проточным каналам для подачи воздуха и кольцу стабилизации пламени, что в свою очередь накладывает более строгие требования к выбору материала для изготовления указанных деталей, и снижает КПД горелки по причине сжатия пламени. Кроме того, в указанном патенте отсутствуют системы контроля пламени.
Таким образом, решением проблемы сжигания низкокалорийного газа является смешивание его с высококалорийным газом и воздухом.
Наиболее близким к предложенному устройству сжигания газов разного типа является газовая горелка, позволяющая сжигать топливо по двум разным каналам, расположенным соосно [3]. Однако, учитывая недостатки известных устройств, необходимо установить принудительную регулируемую подачу воздуха для полного насыщения смеси кислородом и максимально удалить зону горения от зоны подготовки рабочей смеси.
Задачей предлагаемого устройства является создание простой и надежной конструкции горелки, позволяющей максимально эффективно сжигать газ любого состава в нефтяной, нефтехимической промышленности, в коммунальном хозяйстве. Газообразным топливом может быть низкокалорийный газ с содержанием углеводородов 12% и менее. Необходимо свести к минимуму выбросы в атмосферу вредных веществ продуктов сжигания газов подобного типа, при существенной экономии топлива высокого качества (природного газа) в топках.
Решение задачи предлагаемого устройства служит горелка универсальная, содержащая коаксиально расположенные трубки, предназначенные для подачи как разнокомпонентных, так и однокомпонентных газообразных топлив.
Горелка выполнена с возможностью регулируемой подачи топлива в каждый из каналов. Топливо первого типа обычно горит хорошо, а топливо второго типа имеет худшие характеристики горючести, которое может подаваться под давлением, отличным от давления топлива первого типа.
Целесообразно, чтобы подача воздуха осуществлялась по внутреннему каналу, а подача газа первого типа (высококалорийного) по окружающему его кольцевому каналу.
Целесообразно, чтобы в каналах подачи воздуха тангенциально были расположены завихрители.
Целесообразно, чтобы выходные части каналов подачи газа (со стороны топки) имели перфорацию с каналом подачи воздуха.
Целесообразно в сопле горелки установить диффузор, предназначенный также для смешивания газовоздушной смеси и стабилизации пламени.
Целесообразно, для визуального контроля пламени на корпусе установлено жаропрочное стекло.
Целесообразно, для защиты от аварийных ситуаций установить датчик контроля пламени, который при потере пламени перекрывает подачу газа.
Целесообразно, для упрощения запуска горелки, установлено устройство розжига, состоящее из запальной линии и электрода розжига.
Предложенная горелка универсальная (ГУ) имеет простую конструкцию, не требующую существенных материальных затрат при изготовлении. ГУ может быть применена для реализации способа сжигания топлива в топках путевых подогревателей нефтедобывающей отрасли, утилизации газообразных отходов химической промышленности, в коммунальном хозяйстве.
Заявленное устройство отличается от известных аналогов тем, что по внутреннему каналу подается воздух. Кроме того, внутри горелки установлен диффузор, устройство розжига и датчик контроля пламени.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым указанной совокупностью конструктивных признаков, а именно введением в конструкцию диффузора, является подача газовоздушной смеси в центр топки. 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. Безопасное использование горелки обеспечивается за счет того, что процесс розжига газовоздушной смеси происходит за счет устройства розжига и датчика контроля пламени, который при потере пламени перекрывает подачу газа. Для визуального контроля протекания рабочего процесса на корпус горелки установлено огнеупорное стекло.
Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид горелки универсальной сбоку, а на фиг. 2 - ее вид сверху.
Горелка универсальная состоит из корпуса 1, соединенного к нему при помощи фланца 2 сопла 4 и вентилятора 8. Газ подается через патрубки 11. Внутри корпуса коаксиально расположены три трубки. По внутренней (первой) и третьей трубке нагнетается воздух. По второй трубке, окружающей первую, подается газ. Между третьей трубкой и корпусом подается газ, возможно отличный по составу от газа во второй трубке. Регуляция подачи воздуха и газа осуществляется за счет впускных кранов.
Трубки для подачи воздуха имеют завихрители, которые закручивают воздух в одной трубке по часовой стрелке, в другой - против часовой стрелки. Также завихрители служат для крепления трубок между собой, повышая жесткость конструкции. Выходные части трубок подачи газа (со стороны топки) имеют перфорацию с каналом подачи воздуха. В результате на стадии подачи происходит перемешивание газовоздушной смеси, а также благодаря рассекателям 5 и диффузору 6.
Все газы и воздух проходят через диффузор и смешиваются перед топкой в сопле горелки. Поджог ГВС осуществляется устройством розжига, состоящим из линии подачи и электродом розжига 3, который вынесен не ближе, чем 120 мм от диффузора.
Для повышения надежности эксплуатации горелки на ее корпусе установлены следующие элементы:
- жаропрочное стекло 10 для визуального контроля пламени работы горелки;
- устройство розжига, состоящее из запальной линии и электрода розжига 3;
- датчик контроля пламени 9, который после появления пламени от устройства розжига, дает разрешение на открытие клапанов подачи газа, а* при потере пламени датчик перекрывает подачу газа.
Источник информации
1. Пат. RU 2378583 С1. Нагреватель огневой трубный автоматизированный / B.В. Долотовский, В.М. Куличихин, Д.П. Тетерин, В.А. Поршнев, A. С.Жебраков // Опубл. 10.01.2010.
2. Пат. RU 2634344 С1. Способ сжигания топлива / Ю.И. Наумов, C.Ф. Николаев // Опубл. 25.10.2017.
3. Пат. RU 2522341 С1. Способ сжигания топлива и горелка универсальная / B.В. Короткий, Ю.В. Федоров // Опубл. 10.07.2014.
4. Пат. RU 2642997 С2. Газовая горелка с низким содержанием оксидов азота и способ сжигания топливного газа / Дернятин Паули // Опубл. 29.01.2018.