Способ совместного сжигания газообразных топлив
METHOD FOR CO-COMBUSTION OF GASEOUS FUELS

Изобретение относится к способам сжигания топлива с помощью горелок, в которых газообразное топливо смешивается с воздухом при поступлении в зону горения, и может применяться при осуществлении работы горелочных устройств, применяемых в водонагревателях, использующихся в нефтегазовой промышленности для отопления помещений в зимний сезон, в том числе производственных цехов, складских комплексов и других промышленных помещений большого размера.
Из уровня техники известен способ сжигания газообразного топлива с помощью горелки (RU 2172895 C1, МПК F23D 14/20, опубл. 27.08.2001]. Способ включает в себя раздельную подачу газа и воздуха, подготовку запальной смеси, розжиг и принудительное перемешивание газовоздушной смеси в камере сгорания, при этом в зависимости от параметров топлива и воздуха газовоздушную смесь образуют во внутренней газовой камере или в центральном канале и камере сгорания горелки, регулируя при этом струи продуктов сгорания на выходе горелки с помощью стабилизатора.
Недостатком известного изобретения является то, что техническое решение относится к сжиганию одновременно только одного типа топлива, что ограничивает возможность использования способа для сжигания попутного нефтяного газа различных ступеней сепарации.
Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению и выбранным в качестве прототипа признан способ сжигания топлива с помощью универсальной горелки (RU 2522341 C1, МПК F23D 17/00, F23D 14/02, опубл. 10.07.2014). Способ включает в себя 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, имеющему множество боковых струйных выходов в выходной части для получения второго пламени.
Недостатком известного изобретения является его низкая эффективность, связанная с тем, что сжигание топлив осуществляется с помощью однофакельной горелки, что ограничивает эффективность использования способа для нагревания экономайзеров теплогенераторов, имеющих большой размер или выполненных в виде трубных радиаторов.
Технической задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является повышение эффективности сжигания топлива и обеспечение увеличение интенсивности нагрева теплоносителя в теплогенераторе при сжигании первого и второго топлива.
Способ совместного сжигания газообразного топлива включает подачу во вторую и первую линии топливные линии многофакельной горелки топлива второго и первого типов и их последовательный розжиг. Для осуществления способа используют многофакельную горелку, снабженную первой и второй горизонтальными взаимно перпендикулярными газовыми трубами с горизонтально закрепленными в них перпендикулярно их осям перфорированными первым и вторым газовыми коллекторами, в отверстиях которых вертикально установлены факельные оголовки, каждый из которых содержит эжекционный смеситель, совмещенный с оголовком. При этом первоначально через вторую линию осуществляют подачу топлива второго типа и далее через вторую газовую трубу во вторые газовые коллекторы основной многофакельной горелки ограниченный объем топлива второго типа на малое горение. Далее с помощью запальной горелки осуществляют розжиг газовоздушной смеси, поступающей через эжекционные смесители факельных оголовков многофакельной горелки, смешивающихся с воздухом, получая первый факел. После начала горения первого факела осуществляют подачу топлива первого типа в первую линию основной многофакельной горелки и далее через первую газовую трубу в первые газовые коллекторы основной многофакельной горелки ограниченный объем топлива первого типа на малое горение; после того, как топливо первого типа, поступающее через эжекционные смесители факельных оголовков многофакельной горелки смешивается с воздухом, с помощью первого факела разжигают второй факел, а многофакельную горелку переводят на большое горение путем полной подачи топлива во вторую и первую топливные линии горелки.
В качестве топлива, подаваемого к запальной горелке, предпочтительно, используют природный газ, в качестве топлива первого типа, подаваемого на основную многофакельную горелку, используют попутный нефтяной газ первой ступени сепарации, а в качестве топлива второго типа - попутный нефтяной газ второй или третьей ступеней сепарации.
Положительным техническим результатом, обеспечиваемым раскрытой выше совокупностью признаков способа совместного сжигания газообразного топлива, является повышение эффективности сжигания топлива двух типов, за счет применения при сжигании топлива последовательной схемы розжига с применением многофакельной горелки, обеспечивающей равномерное горение топлива и его последовательное воспламенение. Кроме того, осуществление сжигание топлива первого и второго типов с помощью многофакельной горелки обеспечивает возможность использование способа для эффективного нагревания экономайзеров теплогенераторов большого размера или выполненных в виде трубных вертикальных радиаторов.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен внешний вид основной многофакельной горелки, необходимой для осуществления способа; на фиг.2 представлен внешний вид основной многофакельной горелки сверху; на фиг.3 показан вид по А-А на фиг.3.
Способ осуществляют с помощью горелочного устройства, имеющего следующую конструкцию.
Горелочное устройство состоит из основной многофакельной и запальной горелок.
Основная многофакельная горелка состоит из двух горизонтальных взаимно перпендикулярных газовых труб 1 и 2 с горизонтально закрепленными в них перпендикулярно их осям перфорированными газовыми коллекторами 3 и 4, в отверстиях которых вертикально установлены факельные оголовки 5, каждый из которых содержит эжекционный смеситель, совмещенный с оголовком (на фигурах условно не показан), при этом к газовым трубам 1 и 2 подключены линии 6 и 7 подачи топлива первого и второго типа.
Факельные оголовки 5 устанавливают в газовых коллекторах 3 и 4 на равном расстоянии друг от друга, которое составляет 120 мм, при этом диаметр факельных оголовков составляет 33,5 мм. Линии 7 и 8 подачи топлива имеют длину 1400 мм и выполнены из стальной трубы диаметром 108 мм с толщиной стенки 4,5 мм. Установленные таким образом конструктивные параметры узлов основной многофакельной горелки способствуют лучшему формированию газовоздушной смеси в области горения факела.
Запальная горелка (на фигурах условно не показана) может быть снабжена системой автоматического розжига и контроля горения факела основной многофакельной горелки, при этом упомянутая система может включать в себя узел автоматического пьезоэлектрического розжига, газовый детектор, а также электромеханический регулятор подачи топлива.
1
1
Узел автоматического пьезоэлектрического розжига может представлять собой запальную штангу для дистанционного электроискрового розжига горючих газов, содержащую изолированный корпус с закрепленными внутри него проводами высокого напряжения, подключенными к источнику электропитания. Газовый детектор может представлять собой датчик углеводородных газов, например модели MQ-9.  Датчик газа MQ9 (угарный газ, углеводородные газы) // 3DiY. URL: https://3d-diy.ru/product/datchik-gaza-mq-9 (дата обращения: 24.02.2022).
2
2
Выходы детектора могут быть подключены к измерительным входам промышленного логического контроллера, например модели Delta DVP-ES2/EX2,  Программируемые контроллеры. Контроллеры малого класса // DELTA. URL: https://deltronics.ru/catalog/programmiruemyie-kontrolleryi/ (дата обращения: 24.02.2022).
а силовые выходы последнего могут быть подключены к узлу автоматического пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топлива в систему автоматического розжига и контроля горения факела.
Применение в составе теплогенератора элементов автоматики позволит достичь дополнительного положительного технического результата, заключающегося в обеспечении автоматизации работы устройства, за счет возможности автоматического розжига основной многофакельной горелки.
Осуществление способа совместного сжигания газообразного топлива рассмотрим на примере работы многофакельной горелки в составе теплогенератора.
Первоначально запальную и основную многофакельную горелки устанавливают в теплогенератор. Далее к основной многофакельной и запальной горелкам подключают линии подачи топлива, при этом к многофакельной горелке подключают линии 6 и 7 подачи топлива первого и второго типов. Как было указано выше, в качестве топлива, подаваемого к запальной горелке, может использоваться, например, природный газ, первый тип топлива, подаваемого на основную многофакельную горелку, может представлять собой попутный нефтяной газ первой ступени сепарации, а второй тип топлива -попутный нефтяной газ второй или третьей ступеней сепарации или природный газ.
Далее подводящий и отводящий трубопроводы экономайзера (радиатора) теплогенератора подключают к системе циркуляции теплоносителя, например воды или нефтяной эмульсии. В случае использования в составе запальной горелки средств автоматики газовый детектор узла автоматического пьезоэлектрического розжига подключают к измерительным входам промышленного логического контроллера, монтируемого на корпусе теплогенератора, а силовые выходы контроллера подключают к узлу пьезоэлектрического розжига и электромеханическим регуляторам подачи топлива в запальную горелку.
При работе теплогенератора в ручном режиме первоначально обеспечивают непрерывную подачу теплоносителя в экономайзер теплогенератора и подают в линию 7 и далее через в газовую трубу 2 в газовые коллекторы 4 основной многофакельной горелки ограниченный объем топлива второго типа на малое горение, при этом топливо второго типа через эжекционные смесители оголовков 5 поступает в топочную часть теплогенератора и смешивается с воздухом, поступающим из приточных отверстий топочной части, образуя газовоздушную смесь; далее с помощью запальной горелки осуществляют розжиг газовоздушной смеси, получая первый факел. После прогрева теплогенератора на малом горении первого факела в течение «5 мин осуществляют подачу топлива первого типа в линию 6 основной многофакельной горелки и далее через газовую трубу 1 в газовые коллекторы 3 основной многофакельной горелки ограниченный объем топлива первого типа на малое горение. После того, как топливо первого типа, поступающего через эжекционные смесители факельных оголовков 5 многофакельной горелки смешивается с воздухом, с помощью первого факела разжигают второй факел и переводят основную многофакельную горелку на большое горение путем полной подачи топлива в линии 6 и 7.
При использовании в составе запальной горелки средств автоматики управление ее работой может осуществляться в автоматическом режиме на основе управляющей программы, хранящейся во FLASH-памяти программ промышленного контроллера. В этом случае розжиг топлива и плавное регулирование его подачи в запальную горелку осуществляется с помощью команд, подаваемых на силовые выходы контроллера, подключенные, соответственно, узлу пьезоэлектрического розжига и электромеханическому регулятору подачи топлива системы автоматического розжига и контроля горения факела основной многофакельной горелки, а также к регуляторам подачи топлива, установленным на линиях 6 и 7 подачи топлива первого и второго типа.
Таким образом, рассмотренный в настоящей заявке способ, является промышленно применимым и обеспечивает эффективное сжигание попутного нефтяного газа выделяющегося в процессе добычи, подготовки и термической переработки нефти. Способ может применяться для осуществления экологически чистой утилизации попутного нефтяного газа при его сжигании в специализированных теплогенераторах, обеспечивая нагрев теплоносителя, например воды или нефтяной эмульсии, что позволяет использовать способ при отоплении промышленных зданий и сооружений в зимний период.