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 PDF

Info

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
Application number
RU99115299A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU99115299A (en
Inventor
В.Б. Кубиков
А.П. Аджян
А.В. Егоров
О.А. Грабина
А.И. Смирнов
Original Assignee
Кубиков Валентин Борисович
Аджян Алексей Погосович
Егоров Александр Владимирович
Грабина Олег Александрович
Смирнов Анатолий Иванович
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Кубиков Валентин Борисович, Аджян Алексей Погосович, Егоров Александр Владимирович, Грабина Олег Александрович, Смирнов Анатолий Иванович filed Critical Кубиков Валентин Борисович
Priority to RU99115299A priority Critical patent/RU2168460C2/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2168460C2 publication Critical patent/RU2168460C2/en
Publication of RU99115299A publication Critical patent/RU99115299A/en

Links

Images

Abstract

FIELD: organic synthesis; devices and technology of processing gaseous hydrocarbon raw materials to synthesis gas (пH2+CO) by method of nonequilibrium partial oxidizing f hydrocarbon gas by oxygen. SUBSTANCE: proposed mixing member has cooled cylindrical housing, two and more coaxial passage for separate introducing of oxidizer and combustible component into reaction zone of combustion chamber in mixture with corrector gases CO2 and H2O or without these gases, end cooled bottom, oxidizer and combustible component delivery units, cooling component delivery and discharge units. Coaxial passages whose flow areas are equal to 0.02-0.1 of free area of end bottom are made for tangential twisting of combustion component and oxidizer; to this end, inlet of each coaxial passage is provided with tangential bypass holes and screw feeders are mounted at outlet of each coaxial passage. EFFECT: enhanced efficiency of mixing and high completeness of combustion. 4 dwg

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 B 1/16, 03/23/77, U.S. 4582630, NKI 252-373, MKI C 01 B 3/36, 04/15/86; USA 5087270, NCI 48-127.9, MKI B 01 J 7/00, 02/11/92; USA 5358696, NCI 423-610, MKI C 01 B 3 / 24, 10/25/94). In these patents, not only the burners themselves are described, but also the organization of circulating flows in an ideal mixing apparatus.

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 B 3/36, 11/29/89 (Shell company applicant), adopted as a prototype. It contains five concentric channels for the axial inlet of convertible gases, liquid-phase hydrocarbons and solid pulverulent fuel (coal), but the last two components may be absent. In the absence of the spirit of the latter components, the burner is a gas-gas coaxial burner having five zones for introducing convertible gases. The intensification of mixing of convertible components was achieved by setting substantially different axial velocities for each of the five zones. In this case, the oxidizing agent is supplied, for example, through the first and third zones at a speed of 50 - 150 m / s, natural gas is supplied through the central and fourth peripheral zones at a speed of 5 - 84 m / s, and through the second peripheral zone at a speed of 0 - 15 m / s a mixture of gases with a low hydrocarbon content (for example, a mixture of natural gas and CO 2 ) is supplied. The multifunctional coaxial burner according to this patent is intended for use in synthesis gas generators with a ratio of H 2 / CO = 1 - 1.6, operating at a pressure of up to 12 MPa (mainly at 4 MPa) and at an average temperature of 1400 o C, forming an ideal apparatus blending.

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 cylindrical body 1, a cooled end bottom 2, a peripheral path for supplying one of the main components, for example a combustible component 3, a central path for supplying a second main component (for example, an oxidizing agent) 4, made in the form of coaxial cylinders, nodes the supply of the main components 5 and 6, the supply and outlet of the cooler 7, the mounting device with adjacent assemblies 8. On the paths of the supply of oxidizing and combustible components containing additives g Adjustment nozzles 9 and 10 are installed at the inlet to the mixing element or without them, and tangential bypass holes 11 and 12 are made at the entrance to the component input channels into the reaction zone, which ensure the flow twist required by the magnitude and direction, reinforced by screws - multi-screw helical fins 13 and 14 installed at the outlet of each coaxial channel, near the cut-off of the flows entering the reaction zone of the combustion chamber of the synthesis gas generator.

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 tangential bypass openings 11,12 are made. Passing through the indicated bypass holes, the threads swirl in exactly opposite directions. The thread twist is enhanced by 13.14 screws. Each of the swirling flows flows in the form of circular jets outward (into the combustion chamber of the synthesis gas generator), forming a structured vortex zone near the end face.

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)

Коаксиальный смесительный элемент-горелка типа "газ-газ" для камер сгорания высокопроизводительных газогенераторов синтез-газа nH2 + CO, содержащий охлаждаемый цилиндрический корпус, два и более коаксиальных канала для раздельного ввода в реакционную зону камеры сгорания окислителя и горючего компонента в смеси в газами-корректорами состава CO2, H2O или без них, торцевое охлаждаемое днище, узлы подвода окислителя и горючего компонента, узлы подачи и отвода охлаждающего компонента с противоположной стороны, отличающийся тем, что коаксиальные каналы, площадь проходного сечения которых равна 0,02 . .. 0,1 свободной площади торцевого днища, выполнены с возможностью тангенциальной закрутки в противоположных направлениях струй горючего компонента и окислителя, для чего на входе каждого коаксиального канала выполнены тангенциальные перепускные отверстия, а на выходе каждого из коаксиальных каналов установлены шнеки.Gas-gas coaxial mixing element-burner for combustion chambers of high-performance nH 2 + CO synthesis gas generators, containing a cooled cylindrical body, two or more coaxial channels for separately introducing an oxidizer and a combustible component in the gas mixture into the reaction zone -korrektorami composition of CO 2, H 2 O or without mechanical cooled bottom, the oxidant supply units and fuel component feeding units and discharging cooling component on the opposite side, characterized in that the coaxial s channels, whose opening area is equal to 0.02. .. 0.1 of the free area of the end bottom, made with the possibility of tangential swirling in opposite directions of the jets of the combustible component and the oxidizing agent, for which tangential bypass holes are made at the input of each coaxial channel, and screws are installed at the output of each of the coaxial channels.
RU99115299A 1999-07-14 1999-07-14 COAXIAL MIXING MEMBER-BURNER, TYPE "GAS-GAS" FOR COMBUSTION CHAMBER OF highly productive SYNTHESIS GAS GENERATORS RU2168460C2 (en)

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)

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