RU2791526C1 - Flare chamber - Google Patents
Flare chamber Download PDFInfo
- Publication number
- RU2791526C1 RU2791526C1 RU2022122367A RU2022122367A RU2791526C1 RU 2791526 C1 RU2791526 C1 RU 2791526C1 RU 2022122367 A RU2022122367 A RU 2022122367A RU 2022122367 A RU2022122367 A RU 2022122367A RU 2791526 C1 RU2791526 C1 RU 2791526C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- chamber
- mixing chamber
- additional mixing
- compression chamber
- flare
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к устройствам получения дымовых газов с регулируемой температурой для обогрева оборудований химической, нефтеперерабатывающей, газоперерабатывающей, пищевой и сельскохозяйственной промышленностей. SUBSTANCE: invention relates to devices for producing flue gases with controlled temperature for heating equipment in the chemical, oil refining, gas processing, food and agricultural industries.
Технологические печи с обогревом дымовыми газами являются главными потребителями энергии в нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической промышленности. Повышение эффективности при их использовании позволяет получить существенную экономию и заметно снизить энергозатраты в общем балансе затрат на производство продукции. Важнейшим параметром, позволяющим добиться высокой эффективности эксплуатации нагревательных печей, является повышение полноты сгорания топлива и возможность регулирования процесса горения и температуры дымовых газов в широких пределах. При этом на параметры процесса горения, его устойчивости, влияет множество переменных факторов, изменение которых в процессе горения ведет к заметным колебаниям характеристик дымовых газов, что приводит к неравномерности полноты сгорания топлива и изменениям температуры дымовых газов (Э.Р. Сайфуллин. «Оптимизация термодинамических характеристик процесса горения газообразного топлива метанового ряда переменного состава для наземных энергоустановок». Дисс. канд. техн. наук. Казань. 2018).Flue gas heated process furnaces are the main energy consumers in the oil refining, petrochemical and chemical industries. Increasing efficiency when using them allows you to get significant savings and significantly reduce energy costs in the overall balance of production costs. The most important parameter that makes it possible to achieve high efficiency in the operation of heating furnaces is an increase in the completeness of fuel combustion and the ability to control the combustion process and flue gas temperature over a wide range. At the same time, the parameters of the combustion process, its stability, are influenced by many variable factors, the change of which during the combustion process leads to noticeable fluctuations in the characteristics of flue gases, which leads to uneven completeness of fuel combustion and flue gas temperature changes (E.R. Saifullin. "Optimization of thermodynamic characteristics of the combustion process of gaseous fuel of the methane series of variable composition for ground-based power plants", Dissertation of Candidate of Technical Sciences, Kazan, 2018).
Для теплообменного оборудования, использующего в качестве нагревательного агента дымовые газы, актуальной проблемой является высокая температура факела горелки и значительная температурная неравномерность дымовых газов, которая приводит к неравномерному обогреву технологического оборудования (Е.А. Дмитриев, Е.П. Моргунова, Р.Б. Комляшев. «Теплообменные аппараты химических производств». РХТУ им. Менделеева, Москва, 2013)For heat-exchange equipment using flue gases as a heating agent, an urgent problem is the high temperature of the burner flame and significant temperature unevenness of flue gases, which leads to uneven heating of process equipment (E.A. Dmitriev, E.P. Morgunova, R.B. Komlyashev, "Heat exchangers for chemical industries", Mendeleev University of Chemical Technology, Moscow, 2013)
Для решения этой задачи используются топки, объем которых превышает объем факела горелки в десятки и сотни раз, а стенки топок покрываются рядами труб с текущим в них нагреваемом агенте. Используется также рециркуляция уже охлажденных дымовых газов с их подачей в топку. Такие технические решения позволяют регулировать температуру дымовых газов в некоторых пределах, однако недостаточно и, кроме того, приводят к снижению полноты сгорания топлива и к большим габаритам оборудования (http://chemengrkhtu.ru/materials/lectures/Лекция%2015.pdf).To solve this problem, furnaces are used, the volume of which exceeds the volume of the burner flame by tens and hundreds of times, and the walls of the furnaces are covered with rows of pipes with a heated agent flowing in them. The recirculation of already cooled flue gases with their supply to the furnace is also used. Such technical solutions make it possible to regulate the temperature of flue gases within certain limits, but not enough and, in addition, lead to a decrease in the completeness of fuel combustion and to large dimensions of equipment (http://chemengrkhtu.ru/materials/lectures/Lec.%2015.pdf).
Широко применяющееся техническое решение рециркуляции в топку дымовых газов для регулирования топочных процессов используется для достижения целого ряда технологических и экологических целей:The widely used technical solution of flue gas recirculation to the furnace to control furnace processes is used to achieve a number of technological and environmental goals:
- снижение температуры газов на выходе из топки при высоких нагрузках, а также для лучшего распределения газов по сечению топки, поддержания расчетной температуры продуктов сгорания на выходе из топки, повышения равномерности температуры потока газов по глубине топки;- reducing the temperature of gases at the outlet of the furnace at high loads, as well as for better distribution of gases over the cross section of the furnace, maintaining the calculated temperature of combustion products at the outlet of the furnace, increasing the uniformity of the temperature of the gas flow along the depth of the furnace;
- выравнивание профиля температур дымовых газов на выходе из топки в мощных котлах путем подачи дымовых газов через шлицы в верхней части топочной камеры;- equalization of the temperature profile of flue gases at the outlet of the furnace in powerful boilers by supplying flue gases through slots in the upper part of the combustion chamber;
- регулирование уровня температуры дымовых газов на выходе из топки;- regulation of flue gas temperature at the outlet of the furnace;
- снижение уровня образования оксидов азота достигается снижением температурного уровня топочного процесса вводом дымовых газов непосредственно в топку в нижней ее части либо через горелки;- reducing the level of formation of nitrogen oxides is achieved by lowering the temperature level of the combustion process by introducing flue gases directly into the furnace in its lower part or through burners;
- предотвращение образования оксидов азота вводом рециркулирующих дымовых газов через горелки в качестве изолирующей среды, разделяющей потоки аэросмеси и вторичного воздуха, а также путем разбавления воздуха нейтральной средой и снижения концентрации окислителя в факеле.- preventing the formation of nitrogen oxides by introducing recirculating flue gases through the burners as an insulating medium separating the flows of the aero mixture and secondary air, as well as by diluting the air with a neutral medium and reducing the concentration of the oxidizer in the flame.
Рециркуляция дымовых газов в топку влияет не только на аэродинамические процессы в топке, но также и изменяет состав топочных газов, существенно увеличивает их количество.The recirculation of flue gases into the furnace affects not only the aerodynamic processes in the furnace, but also changes the composition of flue gases and significantly increases their amount.
Однако, применение рециркуляции дымовых газов в топку снижает КПД котла в среднем на 0,03-0,06% на каждый 1% кратности рециркуляции (https://studme.org/319402/prochie/vyravnivanie_temperatury_dymovyh_gazov_vyhode_topki).However, the use of flue gas recirculation to the furnace reduces the boiler efficiency by an average of 0.03-0.06% for every 1% recirculation ratio (https://studme.org/319402/prochie/vyravnivanie_temperatury_dymovyh_gazov_vyhode_topki).
Известно устройство для обогрева дымовыми газами, содержащее горелку, камеру сгорания с системой отвода дымовых газов, соединенной с каналом рециркуляции дымовых газов (SU1186913).A device for heating with flue gases is known, containing a burner, a combustion chamber with a flue gas exhaust system connected to a flue gas recirculation channel (SU1186913).
Известно устройство нагрева дымовыми газами, содержащее корпус с размещенной внутри камерой сгорания, причем выход камеры сгорания соединен с входом теплообменной камеры. Устройство содержит рециркуляционный вентилятор, вход которого соединен с выходом теплообменной камеры, а выход соединен с входом камеры сгорания (US3854455).A flue gas heating device is known, comprising a housing with a combustion chamber located inside, and the outlet of the combustion chamber is connected to the inlet of the heat exchange chamber. The device contains a recirculation fan, the inlet of which is connected to the outlet of the heat exchange chamber, and the outlet is connected to the inlet of the combustion chamber (US3854455).
Однако рециркуляция дымовых газов не позволяет повысить полноту сгорания топлива, достаточно широко и точно регулировать температуру дымовых газов.However, flue gas recirculation does not allow increasing the completeness of fuel combustion, sufficiently widely and accurately control the flue gas temperature.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является устройство подготовки теплоносителя, включающее последовательно сообщенные горелку, жаровую трубу и камеру смешения теплоносителя и охлаждающего агента, связанную с системой подачи охлаждающего агента (RU177784).The closest technical solution to the proposed one is a coolant preparation device, including a burner, a flame tube and a mixing chamber of the coolant and coolant connected in series with the coolant supply system (RU177784).
К недостаткам данного устройства следует отнести ограниченные возможности по регулированию температуры дымовых газов перед подачей к обогреваемому оборудованию и недостаточную полноту сгорания топлива. Недостатки обусловлены тем, что регулирование температуры дымовых газов осуществляется подачей в камеру смешения отработавших дымовых газов, имеющих достаточно высокую температуру, а количество газов рециркуляции ограничено производительностью устройства по теплопередаче. При этом отработавшие газы не могут обеспечить полноценное доокисление продуктов сгорания в камере смешения, поскольку содержание кислорода в них пониженное, при высокой неравномерности температуры дымовых газов.The disadvantages of this device include the limited ability to control the temperature of the flue gases before they are fed to the heated equipment and the insufficient completeness of fuel combustion. The disadvantages are due to the fact that flue gas temperature control is carried out by supplying exhaust flue gases with a sufficiently high temperature to the mixing chamber, and the amount of recirculation gases is limited by the heat transfer capacity of the device. At the same time, the exhaust gases cannot provide a complete post-oxidation of the combustion products in the mixing chamber, since the oxygen content in them is low, with a high temperature fluctuation of the flue gases.
Техническим результатом, достигаемым предлагаемым изобретением является расширение диапазона и точности регулирования температуры рабочих дымовых газов, повышение равномерности температуры дымовых газов, подаваемых к технологическому оборудованию, а также повышение полноты сгорания топлива.The technical result achieved by the invention is to expand the range and accuracy of temperature control of the working flue gases, increase the temperature uniformity of the flue gases supplied to the process equipment, as well as increase the completeness of fuel combustion.
Температура дымовых газов в камере сгорания может достигать 1300-1900°С, а температура дымовых газов для нагрева оборудования находится в пределах 400-1700°С. Поэтому расширение диапазона регулирования температуры получаемого теплоносителя с одновременным повышением равномерности температурного поля теплоносителя является актуальной задачей, решение которой повышает равномерность и стабильность нагрева и поддержания заданных температур технологического оборудования.The temperature of the flue gases in the combustion chamber can reach 1300-1900°C, and the temperature of the flue gases for heating equipment is in the range of 400-1700°C. Therefore, expanding the temperature control range of the resulting coolant with a simultaneous increase in the uniformity of the temperature field of the coolant is an urgent task, the solution of which increases the uniformity and stability of heating and maintaining the specified temperatures of the process equipment.
Технический результат достигается тем, что факельная камера снабжена, последовательно сообщенными между собой и установленными после камеры смешения дымовых газов и охлаждающего агента, компрессионной камерой и дополнительной камерой смешения, причем компрессионная камера выполнена в виде сужающейся в сторону дополнительной камеры смешения емкости, а площадь поперечного сечения внутреннего пространства дополнительной камеры смешения в месте соединения с компрессионной камерой больше площади поперечного сечения внутреннего пространства компрессионной камеры в месте присоединения ее к дополнительной камере смешения, при этом система подачи охлаждающего агента дополнительно сообщена с дополнительной камерой смешения. Отношение максимальной длины к максимальной величине площади поперечного сечения внутреннего пространства камеры смешения находится в пределах 1:5-20. Внутренняя поверхность камеры смешения имеет форму цилиндра или призмы. Отношение максимальной и минимальной величин площадей поперечного сечения внутреннего пространства компрессионной камеры находится в пределах 3-5, а отношение максимальной длины внутреннего пространства компрессионной камеры к отношению указанных площадей не превышает 2. Внутренняя поверхность компрессионной камеры имеет форму усеченного конуса или усеченной пирамиды. Место соединения системы подачи охлаждающего агента с камерой смешения расположено рядом с выходом жаровой трубы.The technical result is achieved by the fact that the flare chamber is equipped with a compression chamber and an additional mixing chamber, connected in series with each other and installed after the mixing chamber of flue gases and a cooling agent, the compression chamber being made in the form of a container tapering towards the additional mixing chamber, and the cross-sectional area internal space of the additional mixing chamber at the junction with the compression chamber is larger than the cross-sectional area of the internal space of the compression chamber at the point of its attachment to the additional mixing chamber, while the cooling agent supply system is additionally communicated with the additional mixing chamber. The ratio of the maximum length to the maximum value of the cross-sectional area of the internal space of the mixing chamber is in the range of 1:5-20. The inner surface of the mixing chamber has the shape of a cylinder or prism. The ratio of the maximum and minimum cross-sectional areas of the internal space of the compression chamber is within 3-5, and the ratio of the maximum length of the internal space of the compression chamber to the ratio of the indicated areas does not exceed 2. The internal surface of the compression chamber has the shape of a truncated cone or a truncated pyramid. The junction of the coolant supply system with the mixing chamber is located near the outlet of the flame tube.
Указанные признаки изобретения существенны.These features of the invention are essential.
В компрессионной камере осуществляется динамическое сжатие дымовых газов, что приводит к повышению полноты сгорания топлива и повышению давления дымовых газов и, в свою очередь, к ускорению теплообменных процессов при высоких давлении и температуры газов, повышая тем самым равномерность температурного поля. Вследствие резкого расширения сжатых дымовых газов в дополнительной камере смешения и добавления охлаждающего агента происходит их охлаждение до заданных температур. Расширение диапазона регулирования температур дымовых газов происходит за счет регулирования расхода, подаваемого в основную и дополнительную камеры смешения дымовых газов с охлаждающим агентом, а также регулирования перераспределения объема подачи охлаждающего агента между основной и дополнительной камерами смешения.In the compression chamber, flue gases are dynamically compressed, which leads to an increase in the completeness of fuel combustion and an increase in flue gas pressure and, in turn, to accelerate heat transfer processes at high gas pressure and temperature, thereby increasing the uniformity of the temperature field. Due to the sharp expansion of the compressed flue gases in the additional mixing chamber and the addition of a cooling agent, they are cooled to the desired temperatures. Expansion of flue gas temperature regulation range occurs due to regulation of the flow rate supplied to the main and additional chambers for mixing flue gases with a cooling agent, as well as regulation of the redistribution of the volume of supply of a cooling agent between the main and additional mixing chambers.
На рисунке представлен общий вид факельной камеры в разрезе.The figure shows a general view of the flare chamber in section.
Факельная камера включает горелку 1 с жаровой трубой 2, которая сообщена с основной камерой смешения 3. В конце камеры смешения 3 установлена компрессионная камера 4, выполненная в форме усеченного конуса или усеченной пирамиды, направленная большим основанием к камере смешения 3. Другой стороной камера 4 соединена с дополнительной камерой смешения 5. Площадь поперечного сечения внутреннего пространства дополнительной камеры смешения 5 в месте соединения с компрессионной камерой 4 больше площади поперечного сечения внутреннего пространства компрессионной камеры 4 в месте присоединения ее к дополнительной камере смешения 5. Отношение максимальной длины к максимальной величине площади поперечного сечения внутреннего пространства камеры смешения 3 находится в пределах 1:5-20. Такое соотношение выбрано исходя из оптимальной геометрии внутреннего пространства камеры 3, которая должна создавать лучшие условия для равномерного смешивания дымовых газов и охлаждающего агента при одновременном поддержании достаточной кинетической энергии газов для обеспечения оптимального динамического сжатия в компрессионной камере 4. Внутренняя поверхность камеры смешения 3 имеет форму цилиндра или призмы.The flare chamber includes a
Отношение максимальной и минимальной величин площадей поперечного сечения внутреннего пространства компрессионной камеры 4 находится в пределах 3-5, а отношение максимального расстояния между этими сечениями к отношению указанных площадей не превышает 2. Данные параметры подобраны экспериментальным путем для обеспечения оптимального давления в компрессионной камере, при котором, с одной стороны, не создается чрезмерного избыточного давления в камере смешения, ухудшающего условия горения в жаровой трубе 2, а с другой - поддерживается достаточная плотность газов для выравнивания температур.The ratio of the maximum and minimum cross-sectional areas of the internal space of the
К камерам смешения 3 и 5 подключена система подачи охлаждающего агента, состоящая из вентилятора 6, трубопроводов подачи охлаждающего агента, вентилей 7, 8, 9 и 10, патрубка 11 ввода охлаждающего агента в камеру 3, канала 12 ввода охлаждающего агента в дополнительную камеру смешения 5. Место соединения патрубка 11 системы подачи охлаждающего агента с камерой смешения 3 расположено рядом с выходом жаровой трубы 2.A cooling agent supply system is connected to
В качестве охлаждающего агента используется воздух или любой другой газ, либо вода или другая жидкость.Air or any other gas, or water or other liquid is used as a cooling agent.
Устройство работает следующим образом.The device works as follows.
Горелка 1 подает смесь топлива и воздуха в жаровую трубу 2, где формируется факел горения, частично переходящий в основную камеру смешения 3, куда по патрубку 11 поступает воздух или другой охлаждающий агент. В камере 3 формируется поток смеси дымовых газов и охлаждающего воздуха, который поступает в компрессионную камеру 4. В камере 4 происходит динамическое сжатие смеси охлаждающего агента и дымовых газов, что приводит к повышению давления и доокислению (дожиганию) продуктов горения. При повышенном давлении ускоряется теплоперенос и повышается равномерность температурного поля. Из камеры 4 сжатый теплоноситель поступает в дополнительную камеру смешения 5, имеющую на входе расширение. Вследствие резкого расширения сжатого теплоносителя в камере 5 и добавления охлаждающего агента через канал 12 теплоноситель охлаждается до заданных температур. Регулирование температуры теплоносителя осуществляется управлением объемами подачи охлаждающего агента в камеры смешения 3 и 5, посредством вентилятора 6 и вентилей 7, 8, 9 и 10.The
Применение заявленной конструкции позволяет регулировать температуру получаемого теплоносителя в широких пределах при одновременном повышении полноты сгорания топлива и повышении равномерности температуры газов.The application of the claimed design allows you to control the temperature of the resulting coolant over a wide range while increasing the completeness of combustion of the fuel and increasing the uniformity of the temperature of the gases.
Claims (6)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2791526C1 true RU2791526C1 (en) | 2023-03-09 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1186913A1 (en) * | 1984-05-25 | 1985-10-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Нефтяного Машиностроения | Tube furnace |
SU1211561A1 (en) * | 1984-09-26 | 1986-02-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по разработке газопромыслового оборудования | Combustion heater |
RU2361150C1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Mixing gas heat generator |
RU177784U1 (en) * | 2017-05-31 | 2018-03-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Бантер Групп" | TUBULAR FURNACE FURNACE FURNACE WITH FORCED FUEL GAS RECIRCULATION |
RU2771721C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-05-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Heat generating unit |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1186913A1 (en) * | 1984-05-25 | 1985-10-23 | Всесоюзный Научно-Исследовательский И Проектно-Конструкторский Институт Нефтяного Машиностроения | Tube furnace |
SU1211561A1 (en) * | 1984-09-26 | 1986-02-15 | Всесоюзный научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт по разработке газопромыслового оборудования | Combustion heater |
RU2361150C1 (en) * | 2007-10-09 | 2009-07-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Самарский государственный технический университет | Mixing gas heat generator |
RU177784U1 (en) * | 2017-05-31 | 2018-03-12 | Общество с ограниченной ответственностью "Бантер Групп" | TUBULAR FURNACE FURNACE FURNACE WITH FORCED FUEL GAS RECIRCULATION |
RU2771721C1 (en) * | 2021-08-27 | 2022-05-11 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Heat generating unit |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5743723A (en) | Oxy-fuel burner having coaxial fuel and oxidant outlets | |
RU2627759C2 (en) | Consequent burning with the dilution gas mixer | |
CN104456560B (en) | Porous media radiant tube | |
CN109539258A (en) | A kind of low NOx radiant tube combustion system of adjustable smoke backflow amount | |
RU2791526C1 (en) | Flare chamber | |
US4169430A (en) | Modular heat exchangers with a common flue | |
US4915621A (en) | Gas burner with cooling pipes | |
Amer et al. | Experimental study of LPG diffusion flame at elevated preheated air temperatures | |
CN216408927U (en) | Horizontal internal combustion steam boiler with porous ceramic medium combustion | |
RU170670U1 (en) | Liquid Fuel Burner | |
CN209672324U (en) | A kind of low NOx radiant tube combustion system of adjustable smoke backflow amount | |
RU2727117C1 (en) | Dual-range modulation gas burner of full pre-mixing | |
RU2618137C1 (en) | Injector low-pressure burner | |
Jackson et al. | Active control of combustion for optimal performance | |
KR102229911B1 (en) | A Once-through Boiler Equipped with a Porous Medium Burner and its Operation Method | |
RU2733566C1 (en) | Burner device for heating of gaseous flow | |
RU2823400C1 (en) | Gas burner of complete preliminary mixing of coaxial type with variable modulation ranges | |
RU58674U1 (en) | NATURAL GAS HEATER AND GAS BURNER OF THE HEATER | |
US6776610B2 (en) | Burner arranged with a mixing chamber for fuel and combustion air | |
RU2616962C1 (en) | Heat generator combustion chamber | |
RU2561760C1 (en) | Method to heat process media | |
RU2820496C1 (en) | Boiler | |
Dvoinishnikov et al. | The effect the design solutions adopted for a pilot vortex burner with central admission of medium have on setting up the conditions for stable combustion of air-fuel mixture | |
RU2544692C1 (en) | Method of fuels combustion and heating of process mediums and device for their implementation | |
RU2728581C1 (en) | Furnace device |