RU2737991C1 - Burner device for commercial steam movable installation - Google Patents

Burner device for commercial steam movable installation Download PDF

Info

Publication number
RU2737991C1
RU2737991C1 RU2020121488A RU2020121488A RU2737991C1 RU 2737991 C1 RU2737991 C1 RU 2737991C1 RU 2020121488 A RU2020121488 A RU 2020121488A RU 2020121488 A RU2020121488 A RU 2020121488A RU 2737991 C1 RU2737991 C1 RU 2737991C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
gas
burner
installation
center
burners
Prior art date
Application number
RU2020121488A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вячеслав Валентинович Чуканов
Михаил Юрьевич Мишуков
Игорь Николаевич Абаничев
Игорь Иванович Кузьмичев
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью «ПервомайскСпецмаш»
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 Общество с ограниченной ответственностью «ПервомайскСпецмаш» filed Critical Общество с ограниченной ответственностью «ПервомайскСпецмаш»
Priority to RU2020121488A priority Critical patent/RU2737991C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2737991C1 publication Critical patent/RU2737991C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23DBURNERS
    • F23D14/00Burners for combustion of a gas, e.g. of a gas stored under pressure as a liquid
    • F23D14/12Radiant burners

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)

Abstract

FIELD: power engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of power engineering. Burner device comprises a housing in the form of a steel cylinder with side openings, a gas header with a gas-dispensing assembly, a mounting tube for the igniter, a mounting tube for the photosensor and a mounting flange, wherein front part of housing is closed by concave plate, in which there are seven micro-torch burners - one pilot in center along axis of housing and six along circumference, passing through their axes, with installation angle of 15° to center, wherein each micro-torch burner comprises an axial swirler with straight blades installed at angle of 45°, in the center of which there is a gas nozzle with gas outlet holes, and the burner gas dispensing assembly consists of a gas supply pipe and seven gas supply tubes connected to the micro-torch burners.
EFFECT: invention allows improving operating reliability of the burner device, improving uniformity of fuel combustion in the absence of scale products and ecological indices.
1 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnology area

Предложенное изобретение преимущественно относится к области нефтепромысла и может быть использовано в составе средств, предназначенных для проведения операций депарафинизации скважин, магистральных и промысловых нефтепроводов, а также для отогрева участков наземных коммуникаций. Кроме того, предложенное изобретение может найти свое применение при создании мобильный котельных для отопления жилых и производственных помещений, для ликвидации аварийных ситуаций в коммунальном хозяйстве городов и рабочих поселков, разогрева систем водоснабжения и отопления при их ремонте в зимнее время, для очистки дорожного полотна, в том числе бордюров, трубопроводов, систем канализации, а также выполнения других работ с использованием горячей воды и пара.The proposed invention mainly relates to the field of oil field and can be used in the composition of tools designed for dewaxing operations of wells, main and field pipelines, as well as for heating sections of ground communications. In addition, the proposed invention can find its application in the creation of mobile boiler houses for heating residential and industrial premises, for eliminating emergencies in the municipal services of cities and workers' settlements, for heating water supply and heating systems during their repair in winter, for cleaning the roadway, in including curbs, pipelines, sewage systems, as well as performing other work using hot water and steam.

Уровень техникиState of the art

Из уровня техники известны установки промысловые паровые передвижные (ППУА). Установки ППУА предназначены для депарафинизации скважин, магистральных и промысловых нефтепроводов, а также для отогрева участков наземных коммуникаций, которые были заморожены в условиях умеренного климата. Также они могут использоваться в процессе монтажа и демонтажа установок, применяемых при бурении скважин, и для любого другого оборудования, которое нуждается в отогреве.From the prior art, field steam mobile installations (PPUA) are known. PPUA units are designed for dewaxing of wells, main and field oil pipelines, as well as for heating sections of ground communications that were frozen in a temperate climate. They can also be used during the installation and dismantling of installations used for drilling wells, and for any other equipment that needs heating.

Причиной образования асфальтосмолопарафинистых отложений является изменение термодинамического состояния среды из-за охлаждения газонефтяного потока до температуры, меньшей температуры насыщения нефти парафином, следствием чего является выпадение твердой фазы с осаждением частиц на контактирующих поверхностях оборудования. Парафинизация оборудования может приводить к снижению темпа добычи, повышенному расходу электроэнергии и порче оборудования.The reason for the formation of asphalt-resin-paraffin deposits is a change in the thermodynamic state of the medium due to the cooling of the gas-oil flow to a temperature lower than the temperature of oil saturation with paraffin, which results in the precipitation of a solid phase with the deposition of particles on the contacting surfaces of the equipment. Paraffinization of equipment can lead to reduced production rates, increased power consumption and equipment damage.

Для устранения отмеченных отложений в уровне техники известно применение термического метода, при котором расплавление парафиновых отложений (например, на стенках скважин) осуществляют при помощи горячего пара высокого давления.To eliminate the noted deposits, the prior art knows the use of a thermal method, in which the melting of paraffin deposits (for example, on the walls of wells) is carried out using hot high-pressure steam.

Поскольку существует необходимость перемещения установок очистки от одного месторождения к другому, средства генерации пара размещают, как правило, на мобильных платформах, известных как ППУА. Since there is a need to move purification units from one reservoir to another, steam generation means are typically deployed on mobile platforms known as PPUAs.

Основным элементом ППУА, непосредственно отвечающим за генерацию пара, является паровой котел с расположенным под ним горелочным устройством, находящимся с ним в тепловом контакте.The main element of the PPUA, directly responsible for the generation of steam, is a steam boiler with a burner located underneath it, which is in thermal contact with it.

В качестве иллюстрации уровня техники можно привести известное из патента RU 2183792 C1, 20.06.2002, решение, представляющее собой нагреватель парогенераторной установки. В известном решении горелочное устройство расположено в тепловом контакте со средством генерации пара (фиг. 1 патентного документа). Однако известное решение не направлено на усовершенствование конструкции горелочного устройства.As an illustration of the prior art, one can cite a solution known from patent RU 2183792 C1, 20.06.2002, which is a heater of a steam generator installation. In the known solution, the burner device is located in thermal contact with the steam generating means (Fig. 1 of the patent document). However, the known solution is not aimed at improving the design of the burner device.

В свою очередь, существующие передвижные парогенераторные установки (например, ППУА-1600/100) оснащены форсуночными горелочными устройствами (фиг. 1 описания данной заявки), содержащими: 1 - корпус; 2,3 - форсунки; 4 - запальное устройство; 5 - стекло; 6 - болт регулировочный; 7 - индикатор пламени; 8 - клапан электромагнитный; 9 свеча зажигания; 10 - форсунка; 11 - стабилизатор; 12 - трубопроводы; 13 - направляющая; 14 - держатель. Данные горелочные устройства функционируют исключительно на дизельном топливе, вследствие чего им присущ ряд существенных недостатков, особенно проявляющихся в условиях работы при низких температурах.In turn, existing mobile steam generating units (for example, PPUA-1600/100) are equipped with nozzle burners (Fig. 1 of the description of this application), containing: 1 - housing; 2,3 - nozzles; 4 - ignition device; 5 - glass; 6 - adjusting bolt; 7 - flame indicator; 8 - electromagnetic valve; 9 spark plug; 10 - nozzle; 11 - stabilizer; 12 - pipelines; 13 - guide; 14 - holder. These burners operate exclusively on diesel fuel, as a result of which they have a number of significant disadvantages, especially when they work at low temperatures.

К таким недостаткам можно отнести:These disadvantages include:

- низкую надежность работы в условиях низких температур вследствие залива дизельным топливом полости теплообменника. Впоследствии горение происходит на холодных стенках теплообменника с интенсивным нагарообразованием;- low reliability of operation at low temperatures due to the filling of the heat exchanger cavity with diesel fuel. Subsequently, combustion occurs on the cold walls of the heat exchanger with intense carbon formation;

- истечение топлива из форсунок происходит под углом относительно оси змеевикового теплообменника, вследствие чего часть распыленного топлива попадает на холодные стенки теплообменника и образует твердые отложения, которые существенно препятствуют теплопередаче от нагретых газов к воде;- the outflow of fuel from the nozzles occurs at an angle relative to the axis of the coil heat exchanger, as a result of which part of the atomized fuel falls on the cold walls of the heat exchanger and forms solid deposits, which significantly impede heat transfer from heated gases to water;

- плохое перемешивание в полости теплообменника топлива и воздуха, особенно, в условиях низких температур, что приводит к снижению интенсивности горения, повышенному химическому и механическому недожогу, ухудшению экологических показателей;- poor mixing in the cavity of the heat exchanger of fuel and air, especially at low temperatures, which leads to a decrease in combustion intensity, increased chemical and mechanical underburning, deterioration of environmental indicators;

- низкий КПД;- low efficiency;

- высокую материалоемкость и сложность конструкции.- high material consumption and design complexity.

В отношении отмеченных недостатков можно заметить линейное расположение нескольких форсунок известного горелочного устройства, вследствие чего поле температур, создаваемое факелом, недостаточно равномерно. Неравномерность горения смеси может приводить к образованию токсичных продуктов горения, т.е. ухудшает экологические показатели.With regard to the disadvantages noted, one can notice the linear arrangement of several nozzles of the known burner device, as a result of which the temperature field created by the torch is not uniform enough. Uneven combustion of the mixture can lead to the formation of toxic combustion products, i.e. degrades environmental performance.

Предложенное изобретение направлено на преодоление известных недостатков уровня техники путем усовершенствования конструкции горелочного устройства, применяемого в составе оборудования ППУА и обеспечивает достижение технических результатов, представленных в нижеследующих разделах описания. The proposed invention is aimed at overcoming the known drawbacks of the prior art by improving the design of the burner used as part of the PPUA equipment and provides the achievement of the technical results presented in the following sections of the description.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Согласно изобретению, предложено горелочное устройство установки промысловой паровой передвижной, установленное в тепловом контакте со средством генерации пара, и содержащее корпус в виде стального цилиндра с боковыми окнами, газовый коллектор с газораздающим узлом, установочную трубу для запальника, установочную трубу для фотодатчика и установочный фланец, при этом фронтовая часть корпуса закрыта вогнутой тарелкой, в которой установлены семь микрофакельных горелок - одна пилотная в центре по оси корпуса и шесть по окружности, проходящей через их оси, с углом установки 15° к центру, причем каждая микрофакельная горелка содержит аксиальный завихритель с прямыми лопатками, установленными под углом 45°, в центре которого расположено газовое сопло с газовыпускными отверстиями, а газораздающий узел горелки состоит из патрубка подвода газа и семи газоподающих трубок, соединенных с микрофакельными горелками.According to the invention, a burner device for a field steam installation is proposed, installed in thermal contact with a steam generation means, and comprising a body in the form of a steel cylinder with side windows, a gas manifold with a gas distributing unit, an installation pipe for an igniter, an installation pipe for a photosensor and an installation flange, while the front part of the body is closed by a concave plate, in which seven microflame burners are installed - one pilot in the center along the body axis and six along the circumference passing through their axes, with an installation angle of 15 ° to the center, and each microflame burner contains an axial swirler with straight blades set at an angle of 45 °, in the center of which there is a gas nozzle with gas outlet holes, and the gas distribution unit of the burner consists of a gas supply pipe and seven gas supply pipes connected to microflame burners.

Для визуального контроля факела горелочное устройство оснащено гляделкой, с установленным в торце кварцевым стеклом.For visual control of the flame, the burner is equipped with a peephole with quartz glass installed at the end.

Указанная выше совокупность существенных признаков предложенного изобретения позволяет обеспечить достижение технических результатов, заключающихся в стабильном и безопасном розжиге, повышении надежности работы горелочного устройства и ППУА в целом (без срывов и проскоков пламени), улучшении равномерности сгорания топлива при отсутствии продуктов нагара, улучшении экологических показателей, повышении производительности и КПД, снижении материалоемкости.The above set of essential features of the proposed invention makes it possible to achieve technical results, consisting in stable and safe ignition, increasing the reliability of the burner device and PPUA as a whole (without breakdowns and breakthroughs of the flame), improving the uniformity of fuel combustion in the absence of carbon deposits, improving environmental performance, increasing productivity and efficiency, reducing material consumption.

Осуществление изобретенияImplementation of the invention

В данном разделе описания представлены более подробные сведения в отношении предложенного изобретения, а также приведены обоснования возможности достижения указанных выше технических результатов.This section of the description provides more detailed information in relation to the proposed invention, as well as the rationale for the possibility of achieving the above technical results.

Известно, что при сжигании сырой нефти или ее тяжелых жидких фракций в значительном количестве образуются продукты горения СО2, а также оксиды серы и азота. Поэтому любое усовершенствование устройств, в качестве топлива использующего такие жидкие фракции (например, дизельное топливо), не может привести к существенному улучшению экологических показателей таких устройств.It is known that combustion of crude oil or its heavy liquid fractions produces significant amounts of CO 2 combustion products, as well as sulfur and nitrogen oxides. Therefore, any improvement in devices using such liquid fractions as fuel (for example, diesel fuel) cannot lead to a significant improvement in the environmental performance of such devices.

Также известно, природный газ представляет собой наиболее чистое из органических топлив, не содержащее золы и сернистых соединений. Таким образом, обеспечение возможности использования природного газа в установках ППУА позволит улучшить экологические показатели. Кроме того, в отличие от дизельного топлива, газ менее подвержен влиянию низких температур окружающей среды на способность воспламенения и для его использования требуется менее технически сложное оборудование.It is also known that natural gas is the cleanest of organic fuels, free of ash and sulfur compounds. Thus, ensuring the possibility of using natural gas in PPUA units will improve environmental performance. In addition, unlike diesel fuel, gas is less susceptible to the effect of low ambient temperatures on its flammability and requires less technically sophisticated equipment to use it.

Однако необходимо отметить, что оксиды азота образуются при сжигании всех видов топлива: от угля до природного газа. Параметрами, влияющими на образование оксидов азота, являются температура, время пребывания газов в зоне высоких температур и качество перемешивания топлива с окислителем. Следовательно, существует необходимость разработки конструкции горелочного устройства, позволяющего снизить показатели образования оксидов азота при его использовании. Кроме того, использование газа обеспечит отсутствие продуктов нагара топлива на внутренних поверхностях котла, что позволит продлить межремонтный период его работы, сократить срок выполнения регламентных работ и увеличит его надежность.However, it should be noted that nitrogen oxides are formed when all types of fuel are burned: from coal to natural gas. The parameters affecting the formation of nitrogen oxides are temperature, residence time of gases in the high temperature zone and the quality of mixing of fuel with an oxidizer. Consequently, there is a need to develop a design of a burner that can reduce the formation of nitrogen oxides during its use. In addition, the use of gas will ensure the absence of fuel carbon deposits on the internal surfaces of the boiler, which will allow to extend the overhaul period of its operation, reduce the period for performing routine maintenance and increase its reliability.

В основу предложенного изобретения положены проведенные исследования в отношении расположения факелов по сечению рабочей зоны и их влияние на параметры горения и качество топливно-воздушной смеси.The basis of the proposed invention is based on the studies carried out in relation to the location of flares over the cross section of the working area and their influence on the combustion parameters and the quality of the fuel-air mixture.

Поскольку на образование оксидов азота влияет температура, не будет достаточным обеспечение средней пониженной температуры в зоне горения с сохранением при этом локальных зон с повышенной температурой (А. Достияров, М. Туманов, Д. Умышев. Изучение скорости горения мелкомасштабного турбулентного пламени// Промышленность Казахстана. -2015. №4. с. 72-74).Since the formation of nitrogen oxides is influenced by temperature, it will not be sufficient to provide an average low temperature in the combustion zone while maintaining local zones with an increased temperature (A. Dostiyarov, M. Tumanov, D. Umyshev. Study of the combustion rate of a small-scale turbulent flame // Industry of Kazakhstan . -2015. No. 4. p. 72-74).

Возможным вариантом решения данной проблемы в рамках предложенного изобретения является уменьшение времени образования топливно-воздушной смеси, что снижает вероятность образования локальных зон с высокой концентрацией топлива и обеспечивает короткое время нахождения газов в зоне высоких температур.A possible solution to this problem within the framework of the proposed invention is to reduce the formation time of the fuel-air mixture, which reduces the likelihood of the formation of local zones with a high fuel concentration and provides a short residence time of gases in the high temperature zone.

На поясняющем чертеже (фиг. 2) представлена конструкция предложенного горелочного устройства, согласно позициям, содержащее:The explanatory drawing (Fig. 2) shows the design of the proposed burner device, according to the positions, containing:

10- корпус с боковыми окнами; 20 - установочный фланец; 30 - газораздающий узел; 40- вихревая микрофакельная горелка с завихрителем; 50 - установочная труба для запальника; 60 - посадочное место для свечи зажигания; 70 - установочная труба для фотодатчика; 80 - гляделка.10 - case with side windows; 20 - mounting flange; 30 - gas distribution unit; 40 - vortex microflame burner with swirler; 50 - installation pipe for the igniter; 60 - seat for spark plug; 70 - mounting tube for the photo sensor; 80 - peepers.

В иллюстративном примере горелочное устройство работает следующим образом.In an illustrative example, the burner operates as follows.

В запальное устройство подается газ из растопочной газовой линии, розжиг происходит при помощи высоковольтного разряда свечи зажигания, возникающего при подаче высокого напряжения электронным блоком розжига. Предпочтительно сжигание компримированного природного газа (СН4).The ignition device is supplied with gas from the ignition gas line, ignition occurs with the help of a high-voltage discharge of the spark plug, which occurs when high voltage is supplied by the electronic ignition unit. Combustion of compressed natural gas (CH 4 ) is preferred.

При розжиге запальника фотодатчик фиксирует наличие пламени в течение 3 - 5 сек, после чего автоматизированная система управления (АСУ) выдает сигнал на открытие предохранительно-запорных клапанов (ПЗК) на газопроводе от баллонной установки.When the igniter is ignited, the photosensor detects the presence of a flame for 3 - 5 seconds, after which the automated control system (ACS) issues a signal to open the safety shut-off valves (SPS) on the gas pipeline from the cylinder installation.

Газ через минимально установленный зазор регулирующей заслонки поступает в горелку и плавно воспламеняется от факела запальника. При выдержке времени 10 сек и не поступления сигнала о погасании пламени от фотодатчика, закрывается электромагнитный клапан на растопочной линии, запальник отключается.Gas enters the burner through the minimum set gap of the control damper and is smoothly ignited by the pilot flame. With a time delay of 10 seconds and no signal is received from the photosensor to extinguish the flame, the solenoid valve on the ignition line closes, the igniter is turned off.

При погасании пламени по сигналу фотодатчика АСУ с задержкой не более 1с выдает команду на закрытие всех ПЗК, горелка и запальник отключаются. После розжига горелки АСУ посредством автоматического регулирования газовой и воздушной заслонками по алгоритму, учитывающему зависимость давления газ - воздух и скорость подъема температуры пара, выводит установку на номинальные параметры установленного оператором режима работы за время не более 20 минут и поддерживает их в течение необходимого времени работы на данном режиме. Гляделка с кварцевым стеклом на торце может использоваться обслуживающим персоналом для безопасного контроля пламени.When the flame goes out, on the signal of the photosensor, the ACS with a delay of no more than 1 s issues a command to close all the shut-off valves, the burner and igniter are turned off. After ignition of the ACS burner by means of automatic regulation of the gas and air dampers according to an algorithm that takes into account the dependence of the gas-air pressure and the rate of rise of the steam temperature, it brings the setting to the nominal parameters of the operating mode set by the operator for no more than 20 minutes and maintains them for the required operating time at this mode. A quartz glass peephole at the end can be used by service personnel to safely monitor the flame.

Горелочное устройство за счет плавного регулирования системы автоматики обеспечивает поддержание необходимой тепловой мощности котла при работе в двух режимах и на втором режиме дополнительно в двух подрежимах:The burner device, due to the smooth regulation of the automation system, ensures the maintenance of the required thermal power of the boiler when operating in two modes and in the second mode, additionally in two sub-modes:

1 режим - с температурой пара 164°C и производительностью 1050 кг/ч;1 mode - with a steam temperature of 164 ° C and a productivity of 1050 kg / h;

2 режим - с температурой пара 310°C и производительностью 1600 кг/ч; Mode 2 - with a steam temperature of 310 ° C and a productivity of 1600 kg / h;

подрежимы: с температурой пара 190°C (210°C) и производительностью 1600 кг/ч.sub-modes: with a steam temperature of 190 ° C (210 ° C) and a productivity of 1600 kg / h.

Рабочий диапазон давления газа перед горелкой составляет от 1,2 кПа до 10,5 кПа.The working range of gas pressure in front of the burner is from 1.2 kPa to 10.5 kPa.

В случае необходимости сокращения времени выхода установки на рабочий режим и выработке пара с повышенной сухостью, давление газа перед горелкой может быть увеличено до 33 кПа при соответствующем внесении изменений в программу управления АСУ.If it is necessary to reduce the time for the installation to reach the operating mode and generate steam with increased dryness, the gas pressure in front of the burner can be increased to 33 kPa with appropriate changes to the ACS control program.

Подача воздуха в камеру сгорания производится с помощью вентилятора высокого давления, управление потоком воздуха регулируется воздушной заслонкой в автоматическом режиме. Горелочное устройство оснащено запально-защитным устройством, электронным блоком розжига, фотодатчиком, гляделкой, автомобильной свечой зажигания. The air is supplied to the combustion chamber by means of a high-pressure fan, the air flow control is automatically regulated by an air damper. The burner device is equipped with an ignition-protective device, an electronic ignition unit, a photo sensor, a peephole, an automobile spark plug.

Розжиг, управление и контроль за работой горелочного устройства осуществляется дистанционно из кабины шасси ППУА при помощи АСУ. Также возможен запуск установки и контроль параметров с щита управления, установленного в кунге.Ignition, control and monitoring of the burner operation is carried out remotely from the cabin of the PPUA chassis using an ACS. It is also possible to start the installation and control parameters from the control panel installed in the box.

Для моделирования процессов, происходящих при осуществлении предложенной конструкции, использовалось программное обеспечение ANSYS Fluent (www.cadfem-cis.ru).The ANSYS Fluent software (www.cadfem-cis.ru) was used to simulate the processes occurring during the implementation of the proposed design.

При помощи численного моделирования изучались процессы смешения топлива в условиях микрофакельных горелок. Известно, что для решения турбулентных процессов применяются различные модели турбулентности, в частности, возможно применение модели K-epsilon (k-ε) модели (https://en.wikipedia.org/wiki/K-epsilon_turbulence_model).Using numerical modeling, the processes of fuel mixing in microflame burners were studied. It is known that various turbulence models are used to solve turbulent processes, in particular, it is possible to use the K-epsilon (k-ε) model (https://en.wikipedia.org/wiki/K-epsilon_turbulence_model).

Уравнение транспорта в этой модели определяется уравнениями турбулентной кинетической энергии k и скоростью диссипации кинетической энергииε.The transport equation in this model is determined by the equations of turbulent kinetic energy k and the rate of dissipation of kinetic energy ε.

Для повышения равномерности распределения температуры в рабочей зоне применено распределение микрофакельных горелок во фронтовой части корпуса так, что одна из горелок расположена по центру по оси корпуса. На данную микрофакельную горелку возложена функция пилотной (дежурной) горелки, которая служит для поддержания факела в топке при резких сбросах нагрузки и предотвращения срыва факела, повышает полноту сгорания при больших избытках воздуха в основных горелках, уменьшает пульсационное горение. При этом другие шесть микрофакельных горелок равномерно расположены на окружности, проходящей через оси этих горелок. Угол установки горелок 15° к центру выбран из соображения надежного пламепереброса от пилотной горелки и оптимального теплового контакта со змеевиковым теплообменником, выполняющим функцию средства генерации пара.To increase the uniformity of the temperature distribution in the working zone, the distribution of microflame burners in the front part of the body is applied so that one of the burners is located in the center along the body axis. This micro-flare burner is assigned the function of a pilot (standby) burner, which serves to maintain the flame in the furnace during sudden load drops and prevent flame breakdown, increases the completeness of combustion with large excess air in the main burners, and reduces pulsating combustion. In this case, the other six microflame burners are evenly spaced on a circle passing through the axes of these burners. The angle of installation of the burners 15 ° to the center was chosen for reasons of reliable flame transfer from the pilot burner and optimal thermal contact with the coil heat exchanger, which acts as a means of generating steam.

Согласно изобретению, каждая микрофакельная горелка оснащена аксиальным завихрителем, служащим для создания вращательного движения воздуха, принудительно поступающего через окна корпуса, совместно с газом, поступающим к каждой из горелок по газоподающим трубкам. Существенным является также угол установки лопаток завихрителя, как это будет показано далее.According to the invention, each microflame burner is equipped with an axial swirler, which serves to create a rotational motion of air forced through the housing windows, together with the gas supplied to each of the burners through gas supply pipes. The angle of installation of the swirler blades is also essential, as will be shown below.

Граничные условия на входе воздуха задавались температурой и скоростью течения. Граничные условия на входе топлива задавались массовым расходом и температурой. Выход из области моделирования задавался давлением. В результате расчетов были получены контуры температур при различных углах установки лопаток для закручивания потока.The boundary conditions at the air inlet were set by the temperature and flow rate. The boundary conditions at the fuel inlet were set by the mass flow rate and temperature. The exit from the simulation area was set by pressure. As a result of calculations, the temperature contours were obtained at different angles of the blades for swirling the flow.

Выбор угла установки лопаток входного завихрителя влияет на качество смешения топливовоздушной смеси и на гидравлические потери в горелочном устройстве.The choice of the angle of installation of the inlet swirler blades affects the mixing quality of the fuel-air mixture and hydraulic losses in the burner.

Установлено, что при подаче топлива и отсутствии закрутки перед раздающими патрубками существует зона обратного течения, что создает дополнительное сопротивление и снижает скорость течения. При аксиальном подводе, топливо двигается вдоль стенок силой закрутки, придаваемой аксиальным подводом, топливо имеет более широкий контур. При установке сопла с газовыпускными отверстиями на трубку для подачи топлива, топливо смешивается раньше по сравнению с вариантом без осуществления закрутки.It was found that when fuel is supplied and there is no swirling, a reverse flow zone exists in front of the distributing pipes, which creates additional resistance and reduces the flow rate. With an axial feed, the fuel moves along the walls by the swirling force given by the axial feed, the fuel has a wider contour. By installing a nozzle with gas outlets on the fuel supply tube, the fuel is mixed earlier than in the option without swirling.

Экспериментально определенная зависимость коэффициента сопротивления ξ от угла установки лопаток β, представленная на фиг. 3 (по оси Х отложен угол β, по оси Y коэффициент ξ), показывает, что при угле больше 50° резко увеличиваются гидравлические потери, а при угле менее 30° снижается турбулентность в камере и ухудшается смесеобразование.The experimentally determined dependence of the drag coefficient ξ on the blade angle β, shown in Fig. 3 (the angle β is plotted along the X axis, the coefficient ξ is plotted along the Y axis), shows that at an angle greater than 50 °, hydraulic losses sharply increase, and at an angle of less than 30 °, turbulence in the chamber decreases and mixture formation worsens.

Определено, что при остром угле установки закручивающих лопаток (30°) на входе в газовую горелку высокая температура находится в зоне трубки для подачи топлива, следовательно, часть топлива не используется для нагрева средства генерации пара, что снижает КПД установки. При увеличении угла установки происходит повышение равномерности горения смеси и смещения зоны высокой температуры во фронтовую часть горелки, однако при угле, приближающемся к 60°, хотя и сохраняется равномерность горения смеси, растет максимальная температура, достигающая 2000 К, что приводит к нежелательному активному образованию оксидов азота.It has been determined that at an acute angle of installation of the swirling blades (30 °) at the inlet to the gas burner, the high temperature is in the zone of the fuel supply tube; therefore, part of the fuel is not used to heat the steam generating means, which reduces the efficiency of the installation. With an increase in the angle of installation, the uniformity of combustion of the mixture and the shift of the high temperature zone to the front part of the burner increase, however, at an angle approaching 60 °, although the uniformity of combustion of the mixture is maintained, the maximum temperature increases, reaching 2000 K, which leads to an undesirable active formation of oxides nitrogen.

Преимуществами предлагаемого решения является то, что горелка устанавливается в топке котла внутри трубной системы с обогреваемой средой и обеспечивает нагрев среды за счет прямого излучения факела и конвекции дымовых газов, для предотвращения прямого контакта факела с трубами горелка имеет вогнутую тарелку с установкой основных микрогорелок под углом 15° к центру, таким образом, факел сконцентрирован в центре и за счет хорошего перемешивания газовоздушных потоков отдельных микрогорелок (малый расхода газа и сильная крутка воздуха) короткий и не касается труб.The advantages of the proposed solution are that the burner is installed in the boiler furnace inside a pipe system with a heated medium and provides heating of the medium due to direct radiation of the torch and convection of flue gases; to prevent direct contact of the torch with the pipes, the burner has a concave plate with the installation of the main microburners at an angle of 15 ° to the center, thus, the torch is concentrated in the center and due to the good mixing of the gas-air flows of individual microburners (low gas flow rate and strong air swirl) it is short and does not touch the pipes.

Кроме того, все микрогорелки имеют отдельную обечайку с аксиальным завихрителем, установленными под углом 15° на фронтальной вогнутой тарелке и является горелкой без предварительного смешения, поэтому зона максимальных температур смещена выше и у основания тарелки и на кромках обечаек температура не превышает 6500°С, что допустимо для нержавеющей стали.In addition, all microburners have a separate shell with an axial swirler installed at an angle of 15 ° on the front concave plate and is a burner without preliminary mixing, therefore, the zone of maximum temperatures is shifted above both at the base of the plate and at the edges of the shells, the temperature does not exceed 6500 ° C, which acceptable for stainless steel.

Таким образом, в предложенном решении определен диапазон углов установки лопаток завихрителя, составляющий от 40° до 45°, в котором возможно достижение хорошего смесеобразования с минимальными гидравлическими потерями, что обеспечивает улучшение равномерности сгорания топлива, снижение уровня образования оксидов азота, повышает производительность и КПД горелочного устройства и установки ППУА в целом.Thus, in the proposed solution, the range of angles of installation of the swirler blades is determined, which is from 40 ° to 45 °, in which it is possible to achieve good mixture formation with minimal hydraulic losses, which improves the uniformity of fuel combustion, reduces the level of formation of nitrogen oxides, increases the productivity and efficiency of the burner. devices and installations of PPUA as a whole.

Из вышеизложенного следует, что существенным для достижения указанных результатов является реализованная в предложенном изобретении возможность использования природного газа в установках промысловых паровых передвижных(в частности, ППУА-1600/100), равномерная установка микрофакельных горелок во фронтовой части горелочного устройства, наличие в каждой горелке аксиального завихрителя с прямыми лопатками, установленными под углом 45°, в центре которого расположено газовое сопло с газовыпускными отверстиями.From the foregoing it follows that it is essential to achieve these results is the possibility of using natural gas in the installations of field steam mobile (in particular, PPUA-1600/100), the uniform installation of microflame burners in the front part of the burner device, the presence in each burner of an axial swirler with straight blades set at an angle of 45 °, in the center of which there is a gas nozzle with gas outlet holes.

Claims (2)

1. Горелочное устройство установки промысловой паровой передвижной, установленное в тепловом контакте со средством генерации пара и содержащее корпус в виде стального цилиндра с боковыми окнами, газовый коллектор с газораздающим узлом, установочную трубу для запальника, установочную трубу для фотодатчика и установочный фланец, при этом фронтовая часть корпуса закрыта вогнутой тарелкой, в которой установлены семь микрофакельных горелок – одна пилотная в центре по оси корпуса и шесть по окружности, проходящей через их оси, с углом установки 15° к центру, причем каждая микрофакельная горелка содержит аксиальный завихритель с прямыми лопатками, установленными под углом 45°, в центре которого расположено газовое сопло с газовыпускными отверстиями, а газораздающий узел горелки состоит из патрубка подвода газа и семи газоподающих трубок, соединенных с микрофакельными горелками.1. A burner device for the installation of a field steam mobile, installed in thermal contact with the steam generation means and containing a body in the form of a steel cylinder with side windows, a gas manifold with a gas distributing unit, an installation pipe for an igniter, an installation pipe for a photosensor and an installation flange, while the front part of the body is closed by a concave plate, in which seven microflame burners are installed - one pilot in the center along the body axis and six along a circumference passing through their axes, with an installation angle of 15 ° to the center, and each microflame burner contains an axial swirler with straight blades installed at an angle of 45 °, in the center of which there is a gas nozzle with gas outlet openings, and the gas distribution unit of the burner consists of a gas supply pipe and seven gas supply pipes connected to microflame burners. 2. Горелочное устройство по п. 1, отличающееся тем, что дополнительно содержит гляделку с кварцевым стеклом на торце.2. The burner device according to claim 1, characterized in that it further comprises a peephole with quartz glass at the end.
RU2020121488A 2020-06-29 2020-06-29 Burner device for commercial steam movable installation RU2737991C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121488A RU2737991C1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Burner device for commercial steam movable installation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2020121488A RU2737991C1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Burner device for commercial steam movable installation

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2737991C1 true RU2737991C1 (en) 2020-12-07

Family

ID=73792336

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2020121488A RU2737991C1 (en) 2020-06-29 2020-06-29 Burner device for commercial steam movable installation

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2737991C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788467C2 (en) * 2021-03-26 2023-01-19 Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное-Коммерческое Предприятие "СИТМА" (ООО НПКП "СИТМА") Mobile steam generator

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2183792C1 (en) * 2001-05-03 2002-06-20 Закрытое акционерное общество НПАК "РАНКО" Heater of steam generator plant
RU2193142C1 (en) * 2001-03-07 2002-11-20 Фадеев Руслан Леонидович Gas burner for crude oil heating furnace
EA201000460A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-30 Едил Терекбаевич Жанбуршин GAS-BURNER
RU146882U1 (en) * 2014-04-29 2014-10-20 Открытое акционерное общество "Татарский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (ОАО "ТатНИИнефтемаш") TORCH CLOSED INSTALLATION WITH HEAT DISPOSAL
US20200191385A1 (en) * 2017-09-05 2020-06-18 John Zink Company, Llc Low nox and co combustion burner method and apparatus

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2193142C1 (en) * 2001-03-07 2002-11-20 Фадеев Руслан Леонидович Gas burner for crude oil heating furnace
RU2183792C1 (en) * 2001-05-03 2002-06-20 Закрытое акционерное общество НПАК "РАНКО" Heater of steam generator plant
EA201000460A1 (en) * 2009-06-18 2010-12-30 Едил Терекбаевич Жанбуршин GAS-BURNER
RU146882U1 (en) * 2014-04-29 2014-10-20 Открытое акционерное общество "Татарский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт нефтяного машиностроения" (ОАО "ТатНИИнефтемаш") TORCH CLOSED INSTALLATION WITH HEAT DISPOSAL
US20200191385A1 (en) * 2017-09-05 2020-06-18 John Zink Company, Llc Low nox and co combustion burner method and apparatus

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2788467C2 (en) * 2021-03-26 2023-01-19 Общество с ограниченной ответственностью Научно-Производственное-Коммерческое Предприятие "СИТМА" (ООО НПКП "СИТМА") Mobile steam generator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2125204C1 (en) Burner
CN101334164B (en) Industrial boiler combustion method
KR101440354B1 (en) Power Steam Generator by rapid pyrolysis suspension firing using FRDF
CN109724093B (en) Burner and combustion method for treating high-water-content low-calorific-value organic wastewater
RU2737991C1 (en) Burner device for commercial steam movable installation
CN107218619B (en) Boiler capable of utilizing waste heat of flue gas
PL181258B1 (en) Method of and apparatus for recovering energy from a medium containing flammable substances oven of low concentration
RU2615301C2 (en) Multi-operated heat generator
RU2447362C1 (en) Injector
CN100529540C (en) Safety boiler applying coal gas to industry boiler
CN209180958U (en) Mingled burning installation for waste emulsified mixture consumption
CN107860010B (en) Ultra-high temperature flame melting furnace system for treating waste incineration fly ash
CN208833018U (en) The direct-fired device of low-temperature flue gas in a kind of pair of pipeline
RU2795637C1 (en) Heat generator
RU2778027C1 (en) Heat generator
CN213178319U (en) Ignition primary air combustion heating device of coal-fired boiler of power station
Maksudov et al. Research on the creation of a joint filler on the basis of a trailed tractor
KR20080051654A (en) Easy ignition and burning liquid fuel burner
RU2817903C1 (en) Multi-burner closed flare installation, method of gas combustion on this installation and device of burner of multi-burner closed flare installation
RU2778029C1 (en) Gas boiler
RU2789040C1 (en) Heat generator
CN205316348U (en) Integrated sledge of nonflame unloading discharge system
CN201302287Y (en) A double-fire tube negative pressure heating furnace
CN219036651U (en) Ground torch burning tower
CN203116041U (en) Multi-channel type boiler online grading ash removing device