Пристрій для спалювання газів

Реферат: Пристрій для спалювання газів включає корпус, споряджений вузлом підводу природного газу, розташований у корпусі, принаймні один блок розподілу газів, що містить два з'єднаних з вузлом підводу природного газу та встановлених паралельно стінкам корпуса пристрою стабілізатори полум'я горіння природного газу, кожний з яких споряджений, щонайменше, двома рядами газорозподільних отворів. Корпус додатково містить вузол підводу низькокалорійного газу. Блок розподілу газів додатково містить чотири стабілізатори полум'я горіння низькокалорійного газу, з'єднані з вузлом підводу низькокалорійного газу та встановлені паралельно між стабілізаторами полум'я горіння природного газу. Кожний зі стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу зверху і знизу містить по одному ряду газорозподільних отворів, розташованих з однаковим кроком. Стабілізатори полум'я горіння низькокалорійного газу встановлені між собою на відстані t, яка визначається за формулою t=2·Т·Кн.г./Кп.г.. UA 119127 U (12) UA 119127 U UA 119127 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до пристроїв для одночасного спалювання природного газу та газоподібного палива низької калорійності при їх змішуванні з повітрям і може бути використана в галузях, де є необхідність утилізації низькокалорійних газів, які виникають внаслідок виробничої діяльності підприємств (коксовий газ, руднотермічний газ, доменний газ, шахтний та 3 інші промислові гази та їх суміші з калорійністю від 760 до 7600 Ккал/м ). На підприємствах металургійної та хімічної промисловості, де низькокалорійні гази утворюються, як попутні гази від діяльності підприємств та використовуються для роботи, для різних видів газоподібного палива використовують газозмішувальні станції для усереднення калорійності газів і одержання необхідної теплотворної здатності паливного газу, що забезпечує підвищення ефективності використання палива. Такі станції для змішування та підготовки газів є дорогими як в будівництві, так і в обслуговуванні. Відомі пристрої для спалювання низькокалорійних газів (Галдин В.Д. Сжигание газа. Газогорелочные устройства: Учебное пособие. - Омск: Изд-во СибАДИ, 2008. - С. 74-76) без попереднього змішування газу з повітрям. В таких пристроях газ і повітря подають в топку роздільними потоками, де і відбувається сумішоутворення і горіння. Такі пристрої називаються дифузійними. Змішування газу з повітрям протікає повільно, а газоподібне паливо згоряє довгим світлим полум'ям. Повітря надходить в топку за рахунок розрядження або подається під тиском, але повітряний потік не турбулізується і не закручується. В конструктивному відношенні дифузійні пристрої для спалювання газу є найбільш простими. Часто вони являють собою трубу з просвердленими отворами. Газ через вузол підводу газу надходить в пристрій і виходить з отворів без попереднього змішування з повітрям. Подача газу і повітря здійснюється двома паралельними потоками. До недоліків дифузійних пристроїв для спалювання газів відносяться мала інтенсивність процесу горіння, що обумовлює низьку теплову потужність пристроїв, і необхідність роботи з великими надлишками повітря для забезпечення достатньо повного спалювання газу. Використання відомих пристроїв для спалювання низькокалорійних газів потребує попереднього змішування газів для усереднення їх калорійності та одержання паливного газу необхідної калорійності, для чого необхідно використання дорогих як в будівництві, так і в обслуговуванні станцій змішування газів. Найбільш близьким за технічною суттю та технічним результатом, що досягається, до пристрою, що заявляється, є пристрій для спалювання газів (див. патент України на корисну модель № 66662, з. № u201108081 від 29.06.2011 р., опубл. 10.01.2012 р., МПК F23 Q13/00, F23 R3/32,), що включає корпус, споряджений вузлом підводу природного газу, розташований у корпусі, принаймні, один блок розподілу газів, що містить два з'єднаних з вузлом підводу природного газу та встановлених паралельно стінкам корпуса пристрою стабілізатори полум'я горіння природного газу, кожний з яких споряджений щонайменше двома рядами газорозподільних отворів. Відомий пристрій призначений тільки для спалювання природного газу, що обумовлює високу собівартість теплової енергії, одержаної при спалюванні природного газу. При заміні природного газу низькокалорійним газом відомий пристрій не забезпечує його ефективне спалювання, що призводить до низької теплової потужності відомого пристрою. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення пристрою для спалювання газів, в якому введення нових конструкційних елементів, нові зв'язки між елементами, заявлене взаємне розташування елементів забезпечують можливість утилізації низькокалорійних газів при одночасному створенні оптимальних умов для повного їх спалювання, за рахунок чого досягається підвищення рівня теплової потужності заявленого пристрою при зниженні собівартості одержаної теплової енергії та виключається необхідність попереднього змішування газів для усереднення їх калорійності, внаслідок чого виключається необхідність використання дорогих в будівництві та обслуговуванні станцій змішування газів. Поставлена задача вирішується тим, що у пристрої для спалювання газів, що включає корпус, споряджений вузлом підводу природного газу, розташований у корпусі принаймні один блок розподілу газів, що містить два з'єднаних з вузлом підводу природного газу та встановлених паралельно стінкам корпуса пристрою стабілізатори полум'я горіння природного газу, кожний з яких споряджений щонайменше двома рядами газорозподільних отворів, новим, відповідно до заявленого технічного рішення, є те, що корпус додатково містить вузол підводу низькокалорійного газу, а блок розподілу газів додатково містить чотири стабілізатори полум'я горіння низькокалорійного газу, з'єднані з вузлом підводу низькокалорійного газу та встановлені паралельно між стабілізаторами полум'я горіння природного газу, кожний зі стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу зверху і знизу містить по одному ряду газорозподільних 1 UA 119127 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 отворів, розташованих з однаковим кроком, при цьому стабілізатори полум'я горіння низькокалорійного газу встановлені між собою на відстані t, яка визначається за формулою: t=2·Т·Кн.г./Кп.г., де Τ - відстань від стабілізатора полум'я горіння природного газу до стінки корпуса пристрою для спалювання газів, мм; 3 Кн.г. - калорійність низькокалорійного газу, Ккал/м ; 3 Кп.г. - калорійність природного газу, Ккал/м , та на відстані (T+t/2) від стабілізаторів полум'я горіння природного газу. Новим також є те, що в стабілізаторах полум'я горіння низькокалорійного газу газорозподільні отвори нижнього ряду зміщені на півкроку відносно газорозподільних отворів верхнього ряду. Між сукупністю суттєвих ознак корисної моделі, що заявляється, і технічним результатом, що досягається, є такий причинно-наслідковий зв'язок. Введення нових конструкційних елементів, нові зв'язки між елементами та заявлене взаємне розташування елементів, а саме: - додаткове спорядження корпуса пристрою для спалювання газів вузлом підводу низькокалорійного газу; - додаткове спорядження блока розподілу газів чотирма стабілізаторами полум'я горіння низькокалорійного газу, кожний з яких зверху і знизу містить по одному ряду газорозподільних отворів, розташованих з однаковим кроком; - з'єднання стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу з вузлом підводу низькокалорійного газу та встановлення їх паралельно між стабілізаторами полум'я горіння природного газу; - розміщення стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу між собою на відстані t, яка визначається за формулою: t t=2·Т·Кн.г./Кп.г., де Τ - відстань від стабілізатора полум'я горіння природного газу до стінки корпуса пристрою для спалювання газів, мм; 3 Кн.г. - калорійність низькокалорійного газу, Ккал/м ; 3 Кп.г. - калорійність природного газу, Ккал/м , - розміщення стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу на відстані (T+t/2) від стабілізаторів полум'я горіння природного газу, у сукупності з відомими ознаками корисної моделі забезпечує можливість утилізації низькокалорійних газів при одночасному створенні оптимальних умов для повного їх спалювання, за рахунок чого досягається підвищення рівня теплової потужності заявленого пристрою при зниженні собівартості одержаної теплової енергії та виключається необхідність попереднього змішування газів для усереднення їх калорійності, внаслідок чого виключається необхідність використання дорогих як в будівництві, так і в обслуговуванні станцій змішування газів. Спорядження заявленого пристрою для спалювання газів вузлом для підводу низькокалорійного газу та чотирма з'єднаними з ним стабілізаторами полум'я горіння низькокалорійного газу забезпечує можливість утилізації низькокалорійних газів. Заявлене взаємне розташування стабілізаторів полум'я горіння природного і низькокалорійного газів на заявленій відстані один від одного тавід стінок корпуса пристрою при розміщенні стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу між стабілізаторами полум'я горіння природного газу забезпечують оптимізацію умов утворення суміші газів з повітрям (як природного газу, так і низькокалорійного), що забезпечує ефективне згоряння палива, та забезпечує створення оптимальних умов для повного його спалювання. При змішуванні з повітрям природного газу, який надходить через газорозподільні отвори стабілізаторів полум'я горіння природного газу в потік повітря, що набігає, яке подають у корпус пристрою для спалювання газів, утворюється газоповітряна суміш з необхідною і достатньою кількістю повітря для високоефективного згоряння природного газу. Одержана суміш горить стабільно, стійко та безвідривно з максимально можливою повнотою згоряння природного газу, створюючи дві високотемпературні зони горіння природного газу, між якими по вертикалі йде активне виділення радіаційної енергії. При змішуванні з повітрям низькокалорійного газу, який надходить через газорозподільні отвори стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу в потік повітря, що набігає, яке подають у корпус пристрою для спалювання газів, утворюється газоповітряна суміш з необхідною і достатньою кількістю повітря для високоефективного згоряння низькокалорійного газу. Розташування стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу на заявленій відстані t, яка визначається за вищенаведеною формулою, та на відстані (T+t/2) від стабілізаторів 2 UA 119127 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 полум'я горіння природного газу забезпечує оптимізацію умов сумішоутворення для високоефективного і повного згорянням низькокалорійного газу. Чим менша калорійність використовуваного низькокалорійного газу, тим ближче між собою необхідно розташовувати стабілізатори полум'я горіння низькокалорійного газу для утворення газоповітряної суміші оптимального складу. За рахунок розташування стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу між стабілізаторами полум'я горіння природного газу зона горіння низькокалорійного газу розташована між високотемпературними зонами горіння природного газу і внаслідок виділення тепла у вигляді радіаційної енергії від них горіння низькокалорійного газу проходить при вищих температурах, що забезпечує гарантовану повноту згоряння низькокалорійного газу і одержання максимальної енергії від спалювання як природного, так і низькокалорійного газу. За рахунок цього досягається підвищення рівня теплової потужності заявленого пристрою при зниженні собівартості одержаної теплової енергії. Заявлена кількість стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу в розмірі чотирьох встановлена експериментально і є оптимальною для одночасного забезпечення утилізації максимального об'єму низькокалорійного газу з повним згорянням газів. Пристрій для спалювання газів може містити два і більше блоків розподілу газів в залежності від необхідної потужності пристрою. В стабілізаторах полум'я горіння низькокалорійного газу газорозподільні отвори нижнього ряду можуть бути зміщені на півкроку відносно газорозподільних отворів верхнього ряду. При цьому створюються оптимальні умови процесу сумішоутворення, за рахунок чого забезпечується максимально можлива повнота згоряння низькокалорійного газу. Особливо це 3 актуально при використанні низькокалорійного газу з калорійністю 760-1000 Ккал/м , оскільки в цьому випадку стабілізатори полум'я горіння низькокалорійного газу встановлюють на мінімальній відстані один від одного для утворення оптимального складу сумішоутворення, а таке розташування газорозподільних отворів верхнього і нижнього рядів забезпечує умови максимально інтенсивного змішування низькокалорійного газу з повітрям. Заявлений пристрій забезпечує можливість утилізації низькокалорійних газів при одночасному створенні оптимальних умов для повного їх згоряння, за рахунок чого досягається підвищення рівня теплової потужності заявленого пристрою при зниженні собівартості одержаної теплової енергії та виключається необхідність попереднього змішування газів для усереднення їх калорійності, внаслідок чого виключається необхідність використання дорогих як в будівництві, так і в обслуговуванні станцій змішування газів. Суть корисної моделі, що заявляється, пояснюється кресленнями, де: - на фіг. 1 представлена схема пристрою для спалювання газів з одним блоком розподілу газів; - на фіг. 2 - те ж саме з двома блоками розподілу газів; - на фіг. 3 - схематичне зображення стабілізатора полум'я горіння низькокалорійного газу. Пристрій для спалювання газів включає корпус 1, споряджений вузлом 2 підводу природного газу, розташований у корпусі 1, принаймні, один блок 3 розподілу газів, що містить два встановлених паралельно стінкам корпуса 1 пристрою для спалювання газів стабілізатора 4 полум'я горіння природного газу. Стабілізатори 4 встановлені в верхній і нижній частинах блоку 3 розподілу газів на відстані Τ від стінки корпуса 1 та з'єднані з вузлом 2 підводу природного газу. Кожний зі стабілізаторів 4 полум'я горіння природного газу споряджений зверху і знизу газорозподільними отворами 5. Корпус 1 додатково містить вузол 6 для підводу низькокалорійного газу, а блок 3 розподілу газів додатково містить чотири стабілізатори 7 полум'я горіння низькокалорійного газу, з'єднані з вузлом 6 підводу низькокалорійного газу. Стабілізатори 7 полум'я горіння низькокалорійного газу встановлені між стабілізаторами 4 полум'я горіння природного газу паралельно їм та один до одного (див. фіг. 1). Стабілізатори 7 полум'я горіння низькокалорійного газу встановлені між собою на відстані t, яка визначається за формулою t=2·Т·Кн.г./Кп.г., де Τ - відстань від стабілізатора 4 полум'я горіння природного газу до стінки корпуса 1 пристрою для спалювання газів, мм; 3 Кн.г. - калорійність низькокалорійного газу, Ккал/м ; 3 Кп.г. - калорійність природного газу, Ккал/м , та на відстані (T+t/2) від стабілізаторів 4 полум'я горіння природного газу. Пристрій для спалювання газів може містити два і більше блоків 3 розподілу газів (див. фіг. 2) в залежності від необхідної потужності пристрою. 3 UA 119127 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Кожний зі стабілізаторів 7 полум'я горіння низькокалорійного газу виконаний у вигляді порожнистого обтічного корпуса 8, верхня і нижня частини якого містять по одному ряду газорозподільних отворів 9, розташованих з однаковим кроком L. Газорозподільні отвори 9 нижнього ряду можуть бути зміщені на півкроку (L/2) відносно газорозподільних отворів верхнього ряду (див. фіг. 3). Заявлений пристрій для спалювання газів працює таким чином. Природний газ через вузол 2 підводу природного газу подають в блок 3 розподілу газів, а саме в стабілізатори 4 полум'я горіння природного газу, встановлені на відстані Τ від стінок корпуса 1 пристрою. Через газорозподільні отвори 5 стабілізаторів 4 природний газ направляється в потік повітря, що набігає, яке подають у корпус 1 пристрою для спалювання газів. Відстань Τ визначають в залежності від калорійності природного газу для забезпечення надходження необхідної і достатньої кількості повітря для одержання газоповітряної суміші, яка характеризується високоефективним згорянням. Одержана газоповітряна суміш запалюється і горить стабільно, стійко та безвідривно з максимально можливою повнотою згоряння природного газу, створюючи дві високотемпературні зони горіння природного газу (верхню та нижню), між якими по вертикалі йде активне виділення радіаційної енергії. Через вузол 6 підводу низькокалорійного газу в блок 3 розподілу газів, а саме в корпуси 8 стабілізаторів 7 полум'я горіння низькокалорійного газу, розташованих між стабілізаторами 4 полум'я горіння природного газу, подають низькокалорійний газ. Через газорозподільні отвори 9 низькокалорійний газ направляється в потік повітря, що набігає, яке подають у корпус 1 пристрою. Стабілізатори 7 встановлені між собою на відстані t, яка визначається за вищенаведеною формулою, та на відстані (T+t/2) від стабілізаторів 4 полум'я горіння природного газу. Таке розташування стабілізаторів 7 забезпечує надходження необхідної і достатньої кількості повітря для одержання газоповітряної суміші оптимального складу. Одержана низькокалорійна газоповітряна суміш запалюється і горить, створюючи між високотемпературними зонами горіння природного газу зону горіння низькокалорійного газу. За рахунок виділення тепла у вигляді радіаційної енергії від високотемпературних (верхньої і нижньої) зон горіння природного газу горіння низькокалорійного газу проходить при вищих температурах, що забезпечує гарантовану повноту згоряння низькокалорійного газу і одержання максимальної енергії від спалювання як природного, так і низькокалорійного газу. Виконання в корпусах 8 стабілізаторів 7 полум'я горіння низькокалорійного газу газорозподільних отворів 9 нижнього ряду із зміщенням на півкроку (L/2) відносно газорозподільних отворів 9 верхнього ряду також забезпечує умови максимально інтенсивного змішування низькокалорійного газу з повітрям з утворенням газоповітряної суміші оптимального складу і, як наслідок, максимально можливу повноту згоряння низькокалорійного газу. Пристрій, що заявляється, забезпечує можливість утилізації низькокалорійних газів при одночасному створенні оптимальних умов для повного їх спалювання, за рахунок чого досягається підвищення рівня теплової потужності заявленого пристрою при зниженні собівартості одержаної теплової енергії та виключається необхідність попереднього змішування газів для усереднення їх калорійності, внаслідок чого виключається необхідність використання дорогих в будівництві та обслуговуванні станцій змішування газів. Заявлений пристрій було випробувано в дослідно-промислових умовах при спалюванні одночасно природного і низькокалорійного газів. В дослідах змінювали кількість стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу та відстань між ними. Дослідження в реальних умовах зафіксували стабільну та високоефективну роботу заявленого пристрою. 3 Так, при використанні заявленого пристрою, яке споживало одночасно 30 м /годину 3 3 природного газу калорійністю 7890 Ккал/м і 60 м /годину доменного газу калорійністю 980 3 Ккал/м (з урахуванням яких було розраховано Τ і t), в закритій камері спалювання з відводом димових газів через димохід було досягнуто повне спалювання природного і доменного газів без хімнедопалу з надлишком кисню в димових газах до 2 %. Еколого-теплотехнічні дослідження показали теплову потужність при цих умовах 0,29 Гкал/годину, що відповідає КПД пристрою (при спалюванні одночасно газів різної калорійності) близько 98 %. Таким чином, заявлений пристрій дозволяє покращити техніко-економічні, екологічні показники та підвищити надійність газовикористовуючого устаткування, і може бути використаний для одночасного спалювання природного газу та низькокалорійних газів з 3 3 калорійністю від 760 Ккал/м до 7600 Ккал/м , таких як коксовий газ, руднотермічний газ, доменний газ, шахтний газ та інші промислові гази та їх суміші. Заявлений пристрій може бути виготовлений на існуючому устаткуванні з використанням відомих матеріалів і засобів, що підтверджує промислову придатність об'єкта. 60 4 UA 119127 U ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 5 10 15 20 1. Пристрій для спалювання газів, що включає корпус, споряджений вузлом підводу природного газу, розташований у корпусі, принаймні, один блок розподілу газів, що містить два з'єднаних з вузлом підводу природного газу та встановлених паралельно стінкам корпуса пристрою стабілізатори полум'я горіння природного газу, кожний з яких споряджений щонайменше двома рядами газорозподільних отворів, який відрізняється тим, що корпус додатково містить вузол підводу низькокалорійного газу, а блок розподілу газів додатково містить чотири стабілізатори полум'я горіння низькокалорійного газу, з'єднані з вузлом підводу низькокалорійного газу та встановлені паралельно між стабілізаторами полум'я горіння природного газу, кожний зі стабілізаторів полум'я горіння низькокалорійного газу зверху і знизу містить по одному ряду газорозподільних отворів, розташованих з однаковим кроком, при цьому стабілізатори полум'я горіння низькокалорійного газу встановлені між собою на відстані t, яка визначається за формулою: t=2·Т·Кн.г./Кп.г., де Т - відстань від стабілізатора полум'я горіння природного газу до стінки корпуса пристрою для спалювання газів, мм; 3 Кн.г. - калорійність низькокалорійного газу, Ккал/м ; 3 Кп.г. - калорійність природного газу, Ккал/м , та на відстані (T+t/2) від стабілізаторів полум'я горіння природного газу. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що в стабілізаторах полум'я горіння низькокалорійного газу газорозподільні отвори нижнього ряду зміщені на півкроку відносно газорозподільних отворів верхнього ряду. 5 UA 119127 U 6 UA 119127 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7