RU2168460C2 - COAXIAL MIXING MEMBER-BURNER, TYPE "GAS-GAS" FOR COMBUSTION CHAMBER OF highly productive SYNTHESIS GAS GENERATORS - Google Patents
COAXIAL MIXING MEMBER-BURNER, TYPE "GAS-GAS" FOR COMBUSTION CHAMBER OF highly productive SYNTHESIS GAS GENERATORS Download PDFInfo
- Publication number
- RU2168460C2 RU2168460C2 RU99115299A RU99115299A RU2168460C2 RU 2168460 C2 RU2168460 C2 RU 2168460C2 RU 99115299 A RU99115299 A RU 99115299A RU 99115299 A RU99115299 A RU 99115299A RU 2168460 C2 RU2168460 C2 RU 2168460C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- coaxial
- burner
- oxidizer
- tangential
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области органического синтеза, а именно к устройствам и технологии переработки газового углеводородного сырья в синтез-газ (nH2 + CO) по методу неравновесного, парциального окисления углеводородного газа кислородом. Данное изобретение может быть использовано при создании генераторов синтез-газа с высокой объемной производительностью и высоком, не ниже 0,9, коэффициенте конверсии исходных газов в синтез-газ (по углероду).The invention relates to the field of organic synthesis, namely to devices and technology for processing gas hydrocarbon feedstocks into synthesis gas (nH 2 + CO) by the method of non-equilibrium, partial oxidation of hydrocarbon gas by oxygen. This invention can be used to create synthesis gas generators with high volumetric productivity and high, not less than 0.9, the conversion rate of the source gas into synthesis gas (carbon).
Коаксиальные горелки типа "газ-газ" известны и широко использованы в различных теплотехнических устройствах, в том числе и в высокотемпературных реакторах-конверторах углеводородных газов. Известна горелка, выполненная в виде штанги с охлаждаемым водой кожухом, в верхней части которой размещены подводы окислителя, природного газа, газов-корректоров состава синтез-газа (H2O, CO2), а в нижней части - устройство ввода компонентов в реакционную зону в виде двух коаксиальных каналов, расположенных по периферии торцевого охлаждаемого водой днища. Конвертируемые газы вводятся в реакционную зону большого объема реактора с футерованными стенками либо спутными осевыми потоками с различными скоростями, либо один из потоков имеет тангенциальную крутку. Горелка формирует макровихревое, циркуляционное течение продуктов сгорания в реакционном объеме (реактором вместе с горелкой, по существу, образован аппарат идеального смешения).Gas-to-gas coaxial burners are known and widely used in various heat engineering devices, including high-temperature hydrocarbon-gas reactors. Known burner, made in the form of a rod with a water-cooled casing, in the upper part of which are placed the supply of oxidizing agent, natural gas, gas-corrector composition of the synthesis gas (H 2 O, CO 2 ), and in the lower part is a device for introducing components into the reaction zone in the form of two coaxial channels located on the periphery of the end of the bottom cooled by water. Convertible gases are introduced into the reaction zone of a large volume reactor with lined walls or by axial flow along different axes at different speeds, or one of the flows has a tangential twist. The burner forms a macro-vortex, circulation flow of combustion products in the reaction volume (the reactor, together with the burner, essentially forms an ideal mixing apparatus).
Известны коаксиальные горелки, монтированные в генераторы синтез-газа (см. патенты США 2582938, НКИ 48-196, 15.01.52; США 3945942, НКИ 252-373, МКИ С 01 В 1/16, 23.03.76; США 4582630, НКИ 252-373, МКИ С 01 В 3/36, 15.04.86; США 5087270, НКИ 48-127.9, МКИ B 01 J 7/00, 11.02.92; США 5358696, НКИ 423-610, МКИ C 01 B 3/24, 25.10.94). В указанных патентах описаны не только сами горелки, но и схема организации циркуляционных течений в аппарате идеального смешения. Known coaxial burners mounted in synthesis gas generators (see US patents 2582938, NKI 48-196, 01/15/52; U.S. 3945942, NKI 252-373, MKI C 01
Известна многофункциональная коаксиальная горелка для реакторов синтез-газа, которая представлена в патенте Великобритании 2219003, НКИ С5Е, МКИ С 01 В 3/36, 29.11.89 (заявитель компания Шелл), принятая в качестве прототипа. Она содержит пять концентричных каналов осевого ввода конвертируемых газов, жидкофазных углеводородов и твердого пылевидного горючего (угля), но последние два компонента могут и отсутствовать. При отсутствии дух последних компонентов горелка представляет собой коаксиальную горелку типа "газ-газ", имеющую пять зон ввода конвертируемых газов. Интенсификация перемешивания конвертируемых компонентов достигнута заданием существенно различных осевых скоростей для каждой из пяти зон. При этом окислитель подается, например, через первую и третью зоны со скоростью 50 - 150 м/с, природный газ подается через центральную и четвертую периферийную зоны со скоростью 5 - 84 м/с, а через вторую периферийную зону со скоростью 0 - 15 м/с подается смесь газов с низким содержанием углеводородной составляющей (например, смесь природного газа и CO2). Многофункциональная коаксиальная горелка по данному патенту предназначена для использования в генераторах синтез-газа с отношением H2/CO= 1 - 1,6, работающих при давлении до 12 МПа (преимущественно при 4 МПа) и при средней температуре 1400oC, формируя аппарат идеального смешения.Known multifunctional coaxial burner for synthesis gas reactors, which is presented in UK patent 2219003, NKI C5E, MKI C 01
Принципиальное отличие, определяющее цель настоящего изобретения, предлагаемого коаксиального смесительного элемента - горелки от прототипа заключается в обеспечении эффективного смешения и высокой полноты сгорания только вблизи торцевого днища горелки (со стороны камеры сгорания генератора) путем создания структуированной вихревой зоны при использовании горелки в прямоточных генераторах синтез-газа, в которых совмещены схемы идеального смешения и идеального вытеснения. The fundamental difference that defines the purpose of the present invention, the proposed coaxial mixing element - burner from the prototype is to ensure effective mixing and high combustion only near the end of the burner bottom (from the combustion chamber of the generator) by creating a structured vortex zone when using the burner in the direct-flow synthesis generators gas, in which the schemes of ideal mixing and ideal displacement are combined.
Указанная цель достигается обеспечением скоростных режимов истечения коаксиальных струй, а именно интенсивной и взаимопротивоположной тангенциальной круткой каждого из коаксиальных потоков при сохранении примерного равенства по модулю моментов количества движения потоков и соблюдением определенного соотношения площадей проходного сечения коаксиальных каналов, в которых движутся закрученные потоки к свободной площади торцевого днища горелки. This goal is achieved by ensuring high-speed regimes of the outflow of coaxial jets, namely, by intensive and mutually opposite tangential twist of each of the coaxial flows, while maintaining approximately equal modulo moments of the momentum of the flows and observing a certain ratio of the areas of the passage section of the coaxial channels in which swirling flows move to the free end face area burner bottoms.
Для достижения поставленной цели в коаксиальном смесительном элементе-горелке, содержащем коаксиальные каналы для раздельного ввода в реакционную зону камеры сгорания генератора синтез-газа газообразных окислителя и горючего компонента, торцевое охлаждаемое днище, узлы подвода окислителя и горючего компонента, узлы подачи и отвода охлаждающего компонента, на входе каждого коаксиального канала выполнены тангенциальные перепускные отверстия, на выходе каждого из них установлены шнеки (завихрители), а площадь проходного сечения коаксиальных каналов равна 0.02...0.1 свободной площади торцевого днища горелки. To achieve this goal in a coaxial mixing element-burner, containing coaxial channels for separately entering into the reaction zone of the combustion chamber of the synthesis gas generator of a gaseous oxidizer and a combustible component, an end cooled bottom, nodes for supplying an oxidizer and a combustible component, nodes for supplying and discharging a cooling component, tangential bypass holes are made at the input of each coaxial channel, screws (swirlers) are installed at the output of each of them, and the cross-sectional area of the coax cial channels is 0.02 ... 0.1 the mechanical burner bottom free area.
На фиг. 1 представлен общий вид коаксиального смесительного элемента - горелки с двумя коаксиальными каналами (одним поясом) ввода компонентов, являющийся основной модификацией. In FIG. Figure 1 shows a general view of a coaxial mixing element - a burner with two coaxial channels (one belt) for introducing components, which is the main modification.
На фиг. 2 представлен вид с торцевого днища коаксиального смесительного элемента - горелки, показанного на фиг. 1. In FIG. 2 is an end view of the coaxial mixing element — the burner shown in FIG. 1.
На фиг. 3 и 4 представлены варианты основной модификации. In FIG. 3 and 4 show options for the main modification.
Предлагаемый коаксиальный смесительный элемент - горелка содержит охлаждаемый цилиндрический корпус 1, охлаждаемое торцевое днище 2, периферийный тракт подачи одного из основных компонентов, например горючего компонента 3, центральный тракт подачи второго основного компонента (например, окислителя) 4, выполненные в виде коаксиальных цилиндров, узлы подвода основных компонентов 5 и 6, узел подвода и отвода охладителя 7, устройства крепления со смежными сборками 8. По трактам подачи окислительного и горючего компонентов, содержащих добавки газов-корректоров или без них, на входе в смесительный элемент, устанавливаются настроечные жиклеры 9 и 10, а на входе в каналы ввода компонентов в реакционную зону выполнены тангенциальные перепускные отверстия 11 и 12, обеспечивающие потребную по величине и направлению крутку потоков, усиливаемую шнеками - многозаходными винтовыми оребрениями 13 и 14, установленными на выходе из каждого коаксиального канала, вблизи среза ввода потоков в реакционную зону камеры сгорания газогенератора синтез-газа. The proposed coaxial mixing element - the burner contains a cooled
Предлагаемый коаксиальный смесительный элемент - горелка работает следующим образом. Горючий компонент и окислитель раздельно подаются через настроечные жиклеры 9 и 10 в узлы подвода компонентов 5 и 6, а оттуда - в коаксиальные каналы, на входе в которые выполнены тангенциальные перепускные отверстия 11,12. Проходя через указанные перепускные отверстия, потоки закручиваются в прямо противоположных направлениях. Крутка потоков усиливается шнеками 13,14. Каждый из закрученных потоков истекает в виде кольцевых струй наружу (в камеру сгорания генератора синтез-газа), образуя вблизи торцевого днища структуированную вихревую зону. The proposed coaxial mixing element - burner operates as follows. The combustible component and the oxidizing agent are separately fed through the adjusting jets 9 and 10 to the supply nodes of components 5 and 6, and from there to the coaxial channels, at the entrance to which
Тангенциальная крутка обоих потоков такова, что модули моментов количества движения потоков примерно равны. Момент количества движения потока равен r m Vτ, где r - эффективный радиус, m - массовый расход, Vτ - тангенциальная составляющая скорости на срезе канала (см. фиг. 2, вид А). Тангенциальная скорость потока лежит в пределах 50...150 м/с, осевая скорость потока, определяемая проходными сечениями канала, составляет 10...30% от тангенциальной скорости. Характерный размер для коаксиального смесительного элемента - горелки - это наружный диаметр торцевого днища D (см. фиг. 1), лежащий в диапазоне 70...180 мм.The tangential twist of both flows is such that the moduli of the angular momentum of the flows are approximately equal. The moment of momentum of the flow is rm V τ, where r is the effective radius, m is the mass flow rate, V τ is the tangential component of the velocity at the channel section (see Fig. 2, view A). The tangential flow velocity lies in the range of 50 ... 150 m / s, the axial flow velocity, determined by the passage sections of the channel, is 10 ... 30% of the tangential velocity. The characteristic size for the coaxial mixing element - the burner - is the outer diameter of the end face D (see Fig. 1), lying in the range of 70 ... 180 mm.
Сформированная развитая вихревая зона около торцевого днища коаксиального смесительного элемента - горелки зависит, как показывают расчеты, не только от скоростных параметров потоков, но и геометрии торцевого днища: от отношения суммарной выходной площади потоков (площади проходных сечений коаксиальных каналов) к свободной площади торцевого днища. Оптимальная величина отношения площадей составляет 0.02...0.1. The formed developed vortex zone near the end bottom of the coaxial mixing element - the burner depends, as the calculations show, not only on the flow velocity parameters, but also on the end bottom geometry: on the ratio of the total output flow area (the area of the passage sections of the coaxial channels) to the free area of the end bottom. The optimal ratio of the areas is 0.02 ... 0.1.
На фиг. 3 показана модификация коаксиального смесительного элемента со свободным участком охлаждаемого торцевого днища в центре. Отношение диаметра D1 этого участка к наружному диаметру торцевого днища D лежит в диапазоне 0,2 - 0,5, при этом отношение суммарной площади проходного сечения коаксиальных каналов к свободной площади торцевого днища составляет 0,02 - 0,1.In FIG. 3 shows a modification of a coaxial mixing element with a free portion of a cooled end face in the center. The ratio of the diameter D 1 of this section to the outer diameter of the end of the bottom D lies in the range 0.2 - 0.5, while the ratio of the total passage area of the coaxial channels to the free area of the end of the bottom is 0.02 - 0.1.
На фиг. 4 показана модификация смесительного элемента с числом поясов ввода компонентов больше одного, отношение суммарной площади ввода компонентов к свободной площади днища равно 0,02 - 0,1. В каждом из дополнительных коаксиальных каналов на входе выполнены тангенциальные перепускные отверстия, на выходе установлены шнеки. Предлагаемый коаксиальный смесительный элемент - горелка как единичный смесительный элемент типа "газ-газ" может быть использован для камер сгорания генераторов синтез-газа с расходом горючего компонента (углеводородного газа) 0.375 - 3.75 т/ч и давлением в реакционной зоне камеры сгорания 2 - 15 МПа. In FIG. 4 shows a modification of the mixing element with the number of component entry belts more than one, the ratio of the total input area of the components to the free bottom area is 0.02 - 0.1. In each of the additional coaxial channels, tangential bypass holes are made at the inlet, and screws are installed at the outlet. The proposed coaxial mixing element - a burner as a single gas-gas mixing element can be used for combustion chambers of synthesis gas generators with a flow rate of a combustible component (hydrocarbon gas) of 0.375 - 3.75 t / h and a pressure in the reaction zone of the combustion chamber 2 - 15 MPa
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99115299A RU2168460C2 (en) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | COAXIAL MIXING MEMBER-BURNER, TYPE "GAS-GAS" FOR COMBUSTION CHAMBER OF highly productive SYNTHESIS GAS GENERATORS |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99115299A RU2168460C2 (en) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | COAXIAL MIXING MEMBER-BURNER, TYPE "GAS-GAS" FOR COMBUSTION CHAMBER OF highly productive SYNTHESIS GAS GENERATORS |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2168460C2 true RU2168460C2 (en) | 2001-06-10 |
RU99115299A RU99115299A (en) | 2001-06-20 |
Family
ID=20222654
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99115299A RU2168460C2 (en) | 1999-07-14 | 1999-07-14 | COAXIAL MIXING MEMBER-BURNER, TYPE "GAS-GAS" FOR COMBUSTION CHAMBER OF highly productive SYNTHESIS GAS GENERATORS |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2168460C2 (en) |
-
1999
- 1999-07-14 RU RU99115299A patent/RU2168460C2/en not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7062917B2 (en) | Combustion chamber with flameless oxidation | |
US4989549A (en) | Ultra-low NOx combustion apparatus | |
US9546784B2 (en) | Burner | |
TWI272357B (en) | NOx-reduced combustion of concentrated coal streams | |
JP7071390B2 (en) | Systems and methods for the combustion of solid fuels and their derivatives | |
US20020050097A1 (en) | Method and apparatus for producing reformed gases | |
RU2370703C2 (en) | Method of incomplete oxidation of hydrocarbons and burner for its realisation | |
JPH08144853A (en) | Injector | |
JP7273025B2 (en) | Gasification burner | |
US20120100496A1 (en) | Burner | |
US11826749B2 (en) | Reactor for pyrolysis conversion of hydrocarbon gases | |
CN101514819A (en) | Air-cooled swirlerhead | |
CN1118857A (en) | Premixing burner | |
KR19990044326A (en) | Method for producing hydrogen cyanide and apparatus therefor | |
US7955567B2 (en) | Triple helical flow vortex reactor improvements | |
RU2168460C2 (en) | COAXIAL MIXING MEMBER-BURNER, TYPE "GAS-GAS" FOR COMBUSTION CHAMBER OF highly productive SYNTHESIS GAS GENERATORS | |
MXPA03006073A (en) | Burner for high-temperature combustion. | |
RU2168459C2 (en) | Coaxial mixing member - burner, type "homogenized gas - gas" for c0mbustion chambers of highly productive synthesis gas generators | |
EP3917874B1 (en) | A process for partial oxidation | |
RU2171219C1 (en) | Homogenous mixing unit for combustion chambers of high-efficiency synthesis-gas generators | |
WO2003012339A1 (en) | Turbulent mixing of fluids | |
SU1747799A1 (en) | Combined burner | |
RU99115299A (en) | COAXIAL MIXING ELEMENT-BURNER OF TYPE "GAZ-GAS" FOR COMBUSTION CHAMBERS OF HIGH-PERFORMANCE SYNTHESIS-GAS GENERATORS | |
WO2014080331A2 (en) | Apparatus and method for the treatment of gaseous waste | |
KR960013609B1 (en) | Gasifier of coal complex generating system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20070715 |