УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИГАНИЯ ГАЗА Российский патент 2023 года по МПК F23D14/00 

Изобретение относится к энергетике и предназначено для полного сжигания газа, в частности, для дожигания попутного нефтяного газа, выходящего вследствие добычи нефти в скважине и транспортировки нефти в нефтепроводе.

Известно устройство для сжигания попутного нефтяного газа [RU № 2194921, МПК F23D 14/66, F23K 5/20, опубликовано 20.02.2002], которое содержит трубу для попутного нефтяного газа и трубу для выхода продуктов сгорания, камеру нагрева и поддувало, соединенные с камерой сгорания, содержащей электрод для воспламенения нефтяного попутного газа.

Недостатки известного устройства обусловлены наличием металлоемких конструктивных составляющих, таких как трубы, камера нагрева, поддувало, соединенные с камерой сгорания. Это повышает материалоемкость и себестоимость устройства, одновременно снижая его эксплуатационные возможности. Данное устройство также не позволяет получить пользу от сжигания газа - ценный энергоноситель при этом просто уничтожается.

Более близким аналогом к заявляемому изобретению является устройство для сжигания газа [RU № 105406, МПК F23D 14/22, опубликовано 10.06.2011], содержащее камеру сгорания, выполненную в виде полого металлического корпуса с центральным сквозным каналом, оснащенную двумя стойками и представляющую собой геометрическую фигуру, выполненную со спирально расположенными на боковых стенках щелями, причем полый корпус выполнен цилиндрическим или в виде усеченного конуса из термостойкой нержавеющей стали.

Недостатком известного устройства является перегрев металлической ленты за счет инфракрасного излучения. Во избежание этого приходится использовать дорогостоящую жаропрочную сталь, содержащую вольфрам. Кроме того, в известной конструкции отсутствует возможность утилизации тепла с получением теплоносителя и последующей его передачи потребителям.

Ближайшим аналогом является установка для сжигания газа [RU № 2779110, МПК F23D 14/00, опубликовано 31.08.2022]. В этой установке для сжигания газа, содержащей камеру сгорания, представляющую собой корпус в виде металлической ленты, спирально сформированной и закрепленной на стойках с образованием центрального сквозного канала и щелей между витками, внутри ленты по всей ее длине закреплена металлическая труба для теплоносителя, повторяющая спиральную форму ленты, при этом вход теплоносителя расположен в верхней части установки, а выход - в нижней. Корпус выполнен цилиндрическим или в виде усеченного конуса из термостойкой нержавеющей стали.

Недостатком ближайшего аналога является то, что в данном устройстве форма отражателя, функции которого выполняет лента из нержавеющей стали, спиральная. Это изделие является сложным в производстве с большим количеством отходов и материалоемкостью.

Вторым недостатком ближайшего аналога является прикрепление трубы теплоносителя к спиральной ленте. Труба и лента, таким образом, предполагают их изготовление из нержавеющей стали. Это обуславливает высокую стоимость изделия и низкий коэффициент теплопередачи (для нержавеющей стали он составляет 0,1...0,3) и, соответственно, низкий КПД нагрева теплоносителя.

Еще одним недостатком является ввод теплоносителя сверху, а вывод снизу. Такая конструкция не позволяет обеспечить самопроизвольное движение теплоносителя снизу - вверх.

Задачей настоящего изобретения является устранение указанных недостатков, а именно, упрощение и удешевление конструкции.

Указанная задача решается тем, что в установке для сжигания газа, содержащей камеру сгорания, представляющую собой расположенный вокруг спиральной металлической трубы для теплоносителя отражатель с образованием центрального сквозного канала и щелей, а отражатель выполнен из отдельных вертикальных полос, полосы отражателя установлены под углом к вертикальной оси центрального сквозного канала, при этом труба выполнена из черной стали и покрыта техническим углеродом. Труба закреплена на внутренних гранях вертикальных полос, при этом полосы отражателя могут быть выполнены наклонными к вертикальной оси на угол меньший или равный 25°. Вход теплоносителя расположен в нижней части установки, а выход - в верхней.

Техническим результатом настоящего решения является увеличение эффективности утилизация тепла сжигаемого газа. Этот эффект достигается покрытием трубы техническим углеродом слоем 0,01...0,1 мм. Тем самым повышается коэффициент теплопередачи до 0,9...0,99. Это позволяет получить тепловую энергию, предназначенную для реализации сторонним потребителям. Дополнительным положительным эффектом является снижение стоимости самой конструкции за счет вертикального размещения полос отражателя и использования для теплообменника трубы из черной стали.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где:

- на фиг. 1 изображен вид сбоку установки для сжигания газа;

- на фиг. 2 изображен вид установки сверху;

- на фиг. 3 - общий вид установки в изометрии.

Установка для сжигания газа, в том числе для дожигания попутного нефтяного газа, содержит камеру сгорания 1 с устройством для воспламенения газа, например, в виде факельного оголовка 2 факелами розжига 3 и основным факелом 4. Камера сгорания 1 представляет собой расположенный вокруг спиральной металлической трубы 5 для теплоносителя отражатель 6, выполненный из отдельных вертикальных полос 7 с образованием внутри установки центрального сквозного канала камеры горения 1. Между полосами 7 выполнены вертикальные щели 8. Щели 8 выполнены таким образом, чтобы боковой ветер не воздействовал на пламя внутри камеры сгорания 1, не гасил пламя. Полосы отражателя выполнены наклонными к вертикальной оси, преимущественно на угол, меньший или равный 25°. Экспериментально было установлено, что выполнение угла наклона к вертикальной оси установки меньший или равный 25° оптимально для охлаждения полос 7 отражателя 6 наружным воздухом.

Труба 5 жестко связана с восемью вертикальными металлическими стойками 9 через полосы 7, к которым труба 5 крепиться, преимущественно сваркой в верхней и нижней части камеры сгорания. Стойки 9 обвязаны поперечными восьмигранными кольцами 10, совместно образуют силовой каркас установки. Нижние основания 11 стоек 9 от перемещения закрепляются на грунте или фундаменте, например, посредством анкеров 12. Камера сгорания 1 может быть выполнена в виде цилиндра или усеченного конуса, нижнее основание которого имеет меньший диаметр, чем верхнее основание. Полосы 7 отражателя 6 выполнены из термостойкой нержавеющей стали, преимущественно полированной. Вариант с полированной нержавеющей сталью предпочтителен вследствие более высокого коэффициента отражения. Труба 5 выполнена из черной стали и покрыта слоем технического углерода, обеспечивающим наилучшую теплопередачу от пламени к трубе 5, при этом охлаждая полосы отражателя 6 в местах соприкосновения с трубой 5. Вход 13 теплоносителя в трубу 5 осуществляется в нижней части установки. Подача теплоносителя может осуществляться, например, при помощи насоса, или от центральной системы водоснабжения. Выход 14 теплоносителя расположен в верхней части установки. Подача теплоносителя в отличие от ближайшего аналога в нижнюю части установки обусловлена тем, что при испытаниях установки была подтверждена возможность самоциркуляции теплоносителя за счет теплового расширения. Это повышает надежность работы в случае отказа насоса.

Установка для сжигания газа работает следующим образом.

Газ или попутный нефтяной газ подается на факельный оголовок 2, зажигается факелом розжига 3, после чего задействуют основной факел 4. Сжигаемый газ, создает тепловое (инфракрасное) излучение, которое с помощью отражателя 6 состоящего из полос 7, отражаясь, возвращается в зону горения внутри камеры сгорания 1, за счет чего увеличивается скорость горения и потока сжигаемого газа. Вертикальный поток горения газа в камере 1 через щели 8 вовлекает наружный холодный воздух в зону горения, за счет чего охлаждается отражатель 6, пластины 7 не перегреваются.

В установке по трубе 5 циркулирует теплоноситель, например, вода или антифриз. Тепловое излучение в камере сгорания 1, в том числе отражаясь от полос 7, нагревает трубу 3 с теплоносителем, утилизируется всем змеевиком, образуемым трубой 5, и в последующем поступает для обогрева, например, систем отопления помещений и на другие нужды. Вследствие конструктивных особенностей заявляемой установки внутри установки создается температура горения, достаточная для полного окисления меркаптанов, сероводорода и капельной жидкости, а высокая скорость потока не дает окислиться азоту из атмосферы.

Конструкция установки имеет небольшую металлоемкость и материалоемкость, имеет упрощенную технологию изготовления в сравнении с ближайшем аналогом, легко перемещается и монтируется, в аварийных случаях может работать без принудительной (насосом) подачи теплоносителя.

Изобретение относится к энергетике. Установка для сжигания газа содержит камеру сгорания, представляющую собой расположенный вокруг спиральной металлической трубы для теплоносителя отражатель с образованием центрального сквозного канала и щелей. Отражатель выполнен из отдельных вертикальных полос, установленных под углом к вертикальной оси сквозного канала. Труба выполнена из черной стали, покрыта техническим углеродом и закреплена на внутренних гранях вертикальных полос. Полосы отражателя установлены под углом к вертикальной оси на угол, меньший или равный 25°. Изобретение позволяет обеспечить полное сжигание газа. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка для сжигания газа, содержащая камеру сгорания, представляющую собой расположенный вокруг спиральной металлической трубы для теплоносителя отражатель с образованием центрального сквозного канала и щелей, отличающаяся тем, что отражатель выполнен из отдельных вертикальных полос, установленных под углом к вертикальной оси сквозного канала, при этом труба выполнена из черной стали, покрыта техническим углеродом и закреплена на внутренних гранях вертикальных полос.

2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что полосы отражателя установлены под углом к вертикальной оси на угол, меньший или равный 25 градусам.

3. Установка по п.1, отличающаяся тем, что вход теплоносителя расположен в нижней части установки, а выход – в верхней.