газогорелочный блок

Формула изобретения

Газогорелочный блок, включающий горелку с принудительной подачей воздуха, тягодутьевое устройство и устройство для снижения давления газа, отличающийся тем, что устройство для снижения давления газа выполнено в виде турбодетандера, а ось турбодетандера соединена с осью рабочего органа тягодутьевого устройства или обе оси выполнены заодно.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к газогорелочным устройствам, использующим природный газ в качестве источника тепловой энергии.

Известны горелки с принудительной подачей воздуха (см. Н.Л.Стаскевич и др. «Справочник по газоснабжению и использованию газа», Л., Изд. «Недра», Ленинградское отделение, 1990 г., стр.499-501). Воздух, необходимый для горения, нагнетается в горелки принудительно тягодутьевым устройством, в основном вентилятором. Воздух забирают из атмосферы во всасывающую линию тягодутьевого устройства и далее после прохождения рабочего органа (например, рабочего колеса вентилятора) направляют в нагнетательную линию. В нагнетательной линии непосредственно у места сжигания природного газа проводят закрутку воздушного потока (наиболее часто используемый прием для широко известных конструкций горелок с принудительной подачей воздуха), в который из сопел подают природный газ. Перед подачей в горелку проводят снижение давления природного газа до потребного избыточного в газорегуляторных пунктах (ГРП), газорегуляторных установках (ГРУ), основным прибором которых является регулятор давления (см. Н.Л.Стаскевич и др. «Справочник по газоснабжению и использованию газа», Л., Изд. «Недра», Ленинградское отделение, 1990 г., стр.641-645). В настоящее время для более точного регулирования работой горелок регуляторы давления устанавливают непосредственно перед ними, определяя собственно регулятор давления одной из принадлежностей горелки (см., например, «Горелки WEISHAUPT, Газовые горелки G-30 - G-70, исполнение LN (LowNO_x), 1/2000 RUS).

Наиболее близким к настоящему изобретению является газогорелочный блок, включающий совмещенную с центробежным вентилятором газовую горелку, регулятор давления и другие присущие агрегатам подобного рода элементы, например запальную горелку, систему автоматического контроля и поддержания пламени и т.д. (см. Н.Л.Стаскевич и др. «Справочник по газоснабжению и использованию газа», Л., Изд. «Недра», Ленинградское отделение, 1990 г., стр.599-604). Следует особо отметить, что в газогорелочных блоках используют регуляторы давления обычного типа (см., например, Н.Л.Стаскевич и др. «Справочник по газоснабжению и использованию газа», Л., Изд. «Недра», Ленинградское отделение, 1990 г., стр.218-259). Недостатками прототипа являются потеря энергии газа при снижении его давления до рабочего и необходимость дополнительных затрат электрической энергии для приведения в действие (главным образом во вращение с использованием электродвигателей) рабочего органа тягодутьевого устройства.

Задачей настоящего изобретения является изменение конструкции для создания универсального газогорелочного блока с принудительной подачей воздуха.

Технический результат изобретения состоит в увеличении надежности и устойчивости работы горелки, в возможности плавного регулирования ее мощности без установки специальных заслонок и в снижении энергетических затрат.

Для достижения указанного технического результата в газогорелочном блоке, включающем горелку с принудительной подачей воздуха, тягодутьевое устройство и устройство для снижения давления газа, устройство для снижения давления газа выполнено в виде турбодетандера, а ось турбодетандера соединена с осью рабочего органа тягодутьевого устройства или обе оси выполнены заодно.

Сущность настоящего изобретения состоит в следующем. В газовой промышленности известен прием получения энергии за счет полезного использования перепада давления. В частности, на газораспределительных станциях (ГРС) снижение давления осуществляют в турбодетандере, а турбодетандер в свою очередь приводит во вращение вал генератора электрической энергии (см., например, 1) патент РФ №2009389 С1 «Газораспределительная станция с энергетической установкой», дата опубликования - 15.03.1994; 2) патент РФ №2145032 С1 «Способ электроснабжения газораспределительной станции», дата опубликования - 27.01.2000).

При использовании природного газа для работы газогорелочных устройств промышленных предприятий давление газа на вводе составляет до 1,2 МПа (наиболее распространенный случай 0,6 МПа). Различные конструкции горелок характеризуются различной же величиной давления природного газа на входе в горелку (например, для принятого за прототип газогорелочного блока при его работе в режиме «большого» горения давление газа перед блоком составляет 2700 Па или 0,0027 МПа). Работа расширения газа при этом полезно не используется, учитывая традиционный подход к выбору регулятора давления. В настоящем изобретении работа расширения газа от давления ввода до потребного для нормальной эксплуатации блока используется для сжатия воздуха в тягодутьевом устройстве, представляющем собой в обычном варианте вентилятор (например, для принятого за прототип газогорелочного блока при его работе в режиме «большого» горения давление воздуха перед блоком составляет 850 Па).

В настоящее время в достаточной мере перспективными представляются горелки с принудительной подачей воздуха, снабженные вентилятором, всасывающая линия которого выполнена в виде цилиндра с перфорированной вставкой (см., например, патент РФ №2187757, дата опубликования - 20.08.2002 года, бюл. №23).

Схематично одна из возможных конструкций газогорелочного блока, основанная на указанном выше техническом решении, по настоящему изобретению представлена на чертеже.

Газогорелочный блок включает в себя корпус 1 с огневым насадком 2. Корпус 1 соединен с выхлопной линией 3 тягодутьевого устройства 4 (вентилятора). Вентилятор 4 снабжен всасывающей линией, выполненной в виде цилиндра 5 с перфорированной вставкой 6. Полость 7, образованная цилиндром 5 и перфорированной вставкой 6, соединена посредством трубопровода 8 с турбодетандером 9. Ось 10 колеса вентилятора 4 выполнена заодно с осью турбодетандера 9.

Газогорелочный блок по настоящему изобретению работает следующим образом.

Природный газ, вводимый в промышленный цех, направляют непосредственно в турбодетандер 9, минуя ГРП. Детандер 9 выполняет функцию регулятора давления. Газ приводит рабочий орган турбодетандера 9 во вращение. При этом давление газа снижается и соответствует давлению в полости 7, образованной цилиндром 5 и перфорированной вставкой 6. Поскольку ось турбодетандера 9 выполнена заодно с осью колеса вентилятора 4, колесо вентилятора 4 также приводится во вращение. После детандера 9 газ направляют по трубопроводу 8 в полость 7. Через отверстия перфорированной вставки 6 газ поступает во всасывающую линию вентилятора 4. Во всасывающую линию одновременно вентилятором 4 подсасывается необходимый для горения воздух. Смешение газа и воздуха интенсивно и качественно проходит на колесе вентилятора 4. Далее газовоздушная смесь через выхлопную линию 3 поступает в корпус горелки 1 и через огневой насадок 2 в топочное пространство.

При снижении или увеличении тепловой мощности газогорелочного блока соответственно увеличивается или уменьшается количество подаваемого природного газа. При определенной конструкции турбодетандера при этом также увеличивается или уменьшается число оборотов турбодетандера, соответственно - вентилятора. Таким образом, при изменении тепловой нагрузки газогорелочного блока может иметь место автоматическое поддержание потребной величины коэффициента избытка воздуха.

Газогорелочный блок по настоящему изобретению полезно использует энергию сжатого газа и не требует установки электрического двигателя для приведения во вращение колеса вентилятора. Наряду с экономией энергии при синхронной работе турбодетандера и тягодутьевого устройства увеличивается надежность и устойчивость работы горелки и реализуется возможность плавного регулирования ее мощности без установки специальных заслонок.