RU187026U1

RU187026U1 - UNIVERSAL GAS BURNER

Info

Publication number: RU187026U1
Application number: RU2018124032U
Authority: RU
Inventors: Василий Вениаминович Малых; Виктор Александрович Масленников; Виталий Владимирович Толмашенко
Original assignee: Василий Вениаминович Малых
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2019-02-14

Abstract

Полезная модель относится к области теплоэнергетики, нефтехимической, нефтяной промышленности и может быть использована для факельного сжигания разнокомпонентных газов.The utility model relates to the field of power engineering, petrochemical, petroleum industry and can be used for flaring of multicomponent gases.

Техническая задача - сжигание низкокалорийного газа; газообразных отходов химической промышленности, подлежащих утилизации; сжигание попутного нефтяного газа.The technical problem is the burning of low-calorie gas; chemical industry waste gas to be disposed of; associated petroleum gas burning.

Задача решена за счет того, что происходит принудительная подача воздуха в горелку по внутренней трубке; газ первого типа подается по второй трубке, коаксиально окружающей первую; через кольцевой канал между второй и третьей трубкой принудительно подается воздух, а по каналу между корпусом горелки и третьим цилиндром подается газ второго типа. При этом в качестве газообразного топлива допускается использовать газ только одного типа, и его подачу в горелку можно осуществлять как по двум каналам, предусмотренным для подачи газа, так и только по одному. В каналах для подачи воздуха тангенциально установлены завихрители. Выходные части трубок подачи газа (со стороны топки) имеют перфорацию с каналом подачи воздуха. В результате на стадии подачи происходит перемешивание газовоздушной смеси.The problem is solved due to the fact that there is a forced supply of air to the burner through the inner tube; gas of the first type is supplied through a second tube coaxially surrounding the first; air is forced through the annular channel between the second and third tubes, and gas of the second type is supplied through the channel between the burner body and the third cylinder. In this case, only one type of gas is allowed to be used as gaseous fuel, and it can be supplied to the burner both through two channels provided for gas supply, and only one. In the air supply ducts, swirlers are tangentially mounted. The outlet parts of the gas supply tubes (from the furnace side) have perforation with an air supply channel. As a result, the gas-air mixture is mixed at the feed stage.

Заявленное устройство отличается от известных аналогов тем, что газообразное топливо подается по двум разным каналам. По центральному каналу подается воздух. Кроме того, внутри горелки установлен диффузор, устройство розжига и датчик контроля пламени.The claimed device differs from known analogues in that gaseous fuel is supplied through two different channels. Air is supplied through the central channel. In addition, a diffuser, an ignition device and a flame monitoring sensor are installed inside the burner.

Положительный технический результат - полное дожигание как высококалорийного так и низкокалорийного газа, как следствие - значительное повышение КПД горелки.

A positive technical result is the complete afterburning of both high-calorie and low-calorie gas, as a result - a significant increase in burner efficiency.

Description

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.The utility model relates to the fields of the petrochemical, petroleum industry, utilities and can be used as heat and power equipment for boilers, furnaces, track heaters, etc.

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.Known gas automated heater, which can be used mainly for heating transported through pipelines of gaseous and liquid hydrocarbon products [1]. The heater includes a housing with a horizontal connector. The furnace volume in the casing is separated by a liner from the air duct connected to a recuperative air heater located above the casing, under the chimney fixed to it, inlet and outlet collectors and a heat exchanger, burners connected to the piping, a tray with a fitting for the removal of water vapor condensate. The burners are located above the pan, and the axis of the holes in the burners for the exit of the air-fuel mixture are directed to the bottom of the pan.

Недостатком известного газового нагревателя является то, что он использует для горения однокомпонентное очищенное газовое топливо.A disadvantage of the known gas heater is that it uses a single-component purified gas fuel for combustion.

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.A known method of burning fuel containing volatile components of different reactivity [2]. Coal dust fed to the burners using primary air is used as fuel. In the zone of ignition of the burners, due to the pyrolysis of coal dust, primary gas with combustible gaseous components is obtained. The resulting mixture of primary gas is supplied with the remaining part of the solid fuel, it is mixed with secondary air and the resulting fuel mixture is afterburned in the furnace. In the ignition zone, the temperature threshold of carbon oxidation is reduced, for example, by electric exposure to the fuel mixture or by catalytic methods, they slow down the release of highly reactive fuel components and, by increasing the degree of gasification of carbon, reduce its content in the resulting fuel mixture, while increasing the proportion of gaseous fuel components in the resulting fuel mixture for afterburning it in the furnace.

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.The disadvantages of this method is that when using gas fuel, this method is ineffective, since it involves the use of two combustion zones: a pyrolysis combustion zone near the burners and a pyrolysis gas afterburning zone with solid fuel.

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.A known method of burning fuel, including supplying an air stream, supplying a fuel stream of the first type through the first channel, igniting a fuel stream of the first type to produce a first flame, and also supplying a fuel stream of the second type located substantially coaxially with the first second annular channel to produce a second flame, and the flows of air and all types of fuel are regulated [3]. The peculiarity of this burner is that the first type of fuel flow is supplied through the first channel, the first type of fuel is ignited to produce the first flame, and the second type of fuel is fed through the second type of fuel located almost coaxially with the first annular channel, which has many side jet outlets output part to obtain a second flame.

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.The disadvantages of this device is that the formation of a gas-air mixture (DHW) occurs in the furnace by mixing different types of gas and atmospheric air. As a result, the gases of different components do not have time to mix in a sufficient volume. In addition, there are no gas control units, which in some cases can lead to an increased risk of burner operation.

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].A fuel gas burning device is known, comprising at least one gas pipe for supplying fuel gas to a boiler furnace; a first cylinder surrounding said at least one gas pipe and limiting a flow channel for primary air around said at least one gas pipe for supplying primary air to the boiler furnace. Moreover, the first cylinder ends at the outlet of the flow channel for primary air; a second cylinder coaxially surrounding the first cylinder and together with the first cylinder forming an annular flow channel for secondary air for supplying secondary air to the boiler furnace, the second cylinder ending at the outlet of the flow channel for secondary air; a third cylinder coaxially surrounding the second cylinder and together with the second cylinder forming an annular flow channel for tertiary air to supply tertiary air to the boiler furnace, the third cylinder ending at the outlet of the flow channel for tertiary air [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.The disadvantage of this device is that the supply of fuel gas occurs through many gas pipes. As a result, the design of the burner is complicated. The coaxial arrangement of the flow channels for secondary and tertiary air expands the flame around the flame stabilization ring. As a result, the flame is close to the flow channels for air supply and the flame stabilization ring, which in turn imposes more stringent requirements on the choice of material for the manufacture of these parts, and reduces the efficiency of the burner due to the compression of the flame. In addition, there are no flame control systems in this patent.

Таким образом, решением проблемы сжигания низкокалорийного газа является смешивание его с высококалорийным газом и воздухом.Thus, the solution to the problem of burning low-calorie gas is to mix it with high-calorie gas and air.

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.Closest to the proposed device for burning various types of gases is a gas burner that allows you to burn fuel through two different channels located coaxially [3]. However, given the disadvantages of the known devices, it is necessary to establish a forced controlled air supply to completely saturate the mixture with oxygen and to remove the combustion zone from the preparation mixture working zone as much as possible.

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.The objective of the proposed device is to create a simple and reliable burner design that allows you to efficiently burn gas of any composition in the oil, petrochemical industry, and in public utilities. The gaseous fuel may be low-calorie gas with a hydrocarbon content of 12% or less. It is necessary to minimize emissions of harmful substances from the combustion products of gases of this type into the atmosphere, while significantly saving high-quality fuel (natural gas) in the furnaces.

Решение задачи предлагаемого устройства служит горелка универсальная, содержащая коаксиально расположенные трубки, предназначенные для подачи как разнокомпонентных, так и однокомпонентных газообразных топлив.The solution to the problem of the proposed device is a universal burner containing coaxially located tubes designed to supply both multicomponent and single-component gaseous fuels.

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.The burner is made with the possibility of adjustable fuel supply to each of the channels. The fuel of the first type usually burns well, and the fuel of the second type has worse combustibility, which can be supplied under a pressure different from the pressure of the fuel of the first type.

Целесообразно, чтобы подача воздуха осуществлялась по внутреннему каналу, а подача газа первого типа (высококалорийного) по окружающему его кольцевому каналу.It is advisable that the air supply was carried out through the internal channel, and the gas supply of the first type (high-calorie) through the surrounding annular channel.

Целесообразно, чтобы в каналах подачи воздуха тангенциально были расположены завихрители.It is advisable that the swirlers are tangentially located in the air supply channels.

Целесообразно, чтобы выходные части каналов подачи газа (со стороны топки) имели перфорацию с каналом подачи воздуха.It is advisable that the output parts of the gas supply channels (from the furnace side) have perforation with the air supply channel.

Целесообразно в сопле горелки установить диффузор, предназначенный также для смешивания газовоздушной смеси и стабилизации пламени.It is advisable to install a diffuser in the nozzle of the burner, which is also intended for mixing the gas-air mixture and stabilizing the flame.

Целесообразно, для визуального контроля пламени на корпусе установлено жаропрочное стекло.It is advisable for the visual control of the flame on the body installed heat-resistant glass.

Целесообразно, для защиты от аварийных ситуаций установить датчик контроля пламени, который при потере пламени перекрывает подачу газа.It is advisable, to protect against emergency situations, install a flame monitoring sensor, which shuts off the gas supply when a flame is lost.

Целесообразно, для упрощения запуска горелки, установлено устройство розжига, состоящее из запальной линии и электрода розжига.It is advisable to simplify the start of the burner, an ignition device is installed, consisting of an ignition line and an ignition electrode.

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.The proposed universal burner (GU) has a simple design that does not require significant material costs in the manufacture. PG can be used to implement a method of burning fuel in the furnaces of track heaters of the oil industry, the utilization of gaseous wastes from the chemical industry, and in public utilities.

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.The claimed device differs from known analogues in that air is supplied through the internal channel. In addition, a diffuser, an ignition device and a flame monitoring sensor are installed inside the burner.

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.A positive technical result provided by the specified set of design features, namely the introduction of a diffuser in the design, is the supply of a gas-air mixture to the center of the furnace. As a result, a high combustion temperature is achieved, the flame is drawn out, the heating area increases, complete burning of high-calorie and low-calorific gas occurs, resulting in a significant increase in burner efficiency and a reduction in carbon monoxide CO and nitrogen NO emissions. The safe use of the burner is ensured due to the fact that the process of igniting the gas-air mixture occurs due to the ignition device and the flame control sensor, which shuts off the gas supply when the flame is lost. For visual control of the flow of the working process, a refractory glass is installed on the burner body.

Полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан вид горелки универсальной сбоку, а на фиг. 2 - ее вид сверху.The utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a side view of a universal burner, and FIG. 2 - its top view.

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.The universal burner consists of a housing 1 connected to it by means of a flange 2 of a nozzle 4 and a fan 8. Gas is supplied through the nozzles 11. Three tubes are coaxially located inside the housing. Air is pumped through the inner (first) and third tube. Gas is supplied through a second pipe surrounding the first. Between the third tube and the casing, gas is supplied, possibly different in composition from the gas in the second tube. The regulation of air and gas is carried out at the expense of inlet taps.

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.The air supply tubes have swirls that swirl air in one tube clockwise and in the other counterclockwise. Also, the swirlers are used to fasten the tubes together, increasing the rigidity of the structure. The outlet parts of the gas supply tubes (from the furnace side) have perforation with an air supply channel. As a result, the gas-air mixture is mixed at the supply stage, and also thanks to the dividers 5 and the diffuser 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.All gases and air pass through the diffuser and mix before the firebox in the nozzle of the burner. The hot water is set on fire by an ignition device consisting of a feed line and an ignition electrode 3, which is placed no closer than 120 mm from the diffuser.

Для повышения надежности эксплуатации горелки на ее корпусе установлены следующие элементы:To increase the reliability of operation of the burner, the following elements are installed on its housing:

- жаропрочное стекло 10 для визуального контроля пламени работы горелки;- heat-resistant glass 10 for visual control of the flame of the burner;

- устройство розжига, состоящее из запальной линии и электрода розжига 3;- ignition device, consisting of the ignition line and the ignition electrode 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.- the flame control sensor 9, which, after the flame from the ignition device appears, gives permission to open the gas supply valves, and * when the flame is lost, the sensor blocks the gas supply.

Источник информацииThe source of information

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. 10.01.2010.1. Pat. RU 2378583 C1. Automated fire tube heater / B.V. Dolotovsky, V.M. Kulichikhin, D.P. Teterin, V.A. Porshnev, A. S. Zhebrakov // Publ. 01/10/2010.

2. Пат. RU 2634344 С1. Способ сжигания топлива / Ю.И. Наумов, C.Ф. Николаев // Опубл. 25.10.2017.2. Pat. RU 2634344 C1. The method of burning fuel / Yu.I. Naumov, C.F. Nikolaev // Publ. 10/25/2017.

3. Пат. RU 2522341 С1. Способ сжигания топлива и горелка универсальная / B.В. Короткий, Ю.В. Федоров // Опубл. 10.07.2014.3. Pat. RU 2522341 C1. A method of burning fuel and a universal burner / B.V. Short, Yu.V. Fedorov // Publ. 07/10/2014.

4. Пат. RU 2642997 С2. Газовая горелка с низким содержанием оксидов азота и способ сжигания топливного газа / Дернятин Паули // Опубл. 29.01.2018.4. Pat. RU 2642997 C2. Gas burner with a low content of nitrogen oxides and a method of burning fuel gas / Deryatin Pauli // Publ. 01/29/2018.

Claims

1. A universal burner containing a housing in which tubes for controlled forced supply of gas and air are located, the last of which have swirls, characterized in that tubes for supplying gases of possibly different composition are attached to the housing, a nozzle in which a diffuser for mixing air with gas and stabilizing the flame, while in the case there are three tubes, they are all coaxial, the inner tube and the third tube are used to supply air, the second tube surrounding the first, and transtvo between the third tube and the housing are designed to supply gas and the outlet portion formed channels for supplying gas are perforated with the air supply channel.

2. The burner according to claim 1, characterized in that to simplify the start of the burner, an ignition device is installed inside the housing, consisting of an ignition line and an ignition electrode.

3. The burner according to claim 1, characterized in that for protection against emergency situations, a flame control sensor is installed inside the housing.

4. The burner according to claim 1, characterized in that for controlling the flame, heat-resistant glass is installed on the housing.