Газоснабжение населёного пункта (стр. 5 из 19)
Указанный технический результат достигают за счет того, что в способе подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок с принудительной подачей воздуха тягодутьевым устройством, включающем подведение природного газа, смешение его с воздухом и подачу подготовленной газовоздушной смеси к месту сжигания, природный газ подводится к всасывающей линии тягодутьевого устройства.
Сущность изобретения состоит в следующем.
При сжигании природного газа с использованием горелок с принудительной подачей воздуха реализуется в основном кинетический принцип сжигания. При кинетическом принципе сжигания природного газа однородная горючая смесь подготавливается до начала процесса горения и содержит воздух в несколько большем количестве, чем его потребно по стехиометрии проходящих при горении химических реакций (коэффициент избытка воздуха при этом a = 1,02-1,05). Сгорание такой смеси проходит без видимых пиролитических процессов, приводящих к образованию сажистых частиц. При реализации указанного принципа горение может протекать при неограниченно высоком объемном теплонапряжении без образования продуктов неполного сгорания. Обязательным условием при этом является высокое качество смешения природного газа и воздуха, для чего применяют специальные и сложные конструкции смесительных устройств (см. указанный выше источник, стр. 327-328). В настоящем изобретении процесс смешения не требует специальных смесительных устройств вообще, поскольку смешение проходит непосредственно в тягодутьевом устройстве, например в рабочем колесе вентилятора. Подведение природного газа к всасывающей линии тягодутьевого устройства допустимо, естественно, только в том случае, если оно предназначено только для нагнетания воздуха в горелку, что и отражено выше при выборе прототипа изобретения. В настоящее время при современном уровне производства и автоматического управления процессами условия безопасности работы горелочного устройства в комплексе могут быть соблюдены без каких-либо осложнений. Наличие электродвигателей во взрывобезопасном исполнении, изготовление рабочего колеса и кожуха вентилятора из материалов, исключающих искрообразование, определяет безопасность механических устройств, необходимых для реализации способа. Необходимость устанавливать клапан блокировки, отключающий подачу газа при прекращении подачи воздуха, является принципиально присущим горелочным устройствам с принудительной подачей воздуха (см. указанный выше источник, стр. 499). Предотвращения отрыва и проскока пламени достигают как и в случае других горелок выбором соответствующих скоростей газовоздушного потока на выходе в топку, установкой стабилизаторов горения и т.д. (см. указанный выше источник, стр. 317-318).
Схематически горелочное устройство, реализующее заявляемый способ подготовки природного газа к сжиганию, приведено на представленном чертеже.
Природный газ подводится из сети по трубопроводу 1 к всасывающей линии 2 вентилятора 3. Всасывающая линия 2 в данном случае выполнена в виде цилиндра с внутренней перфорированной вставкой 4. Вентилятор, засасывающий воздух из атмосферы, приводится во вращение электродвигателем 5. Природный газ и воздух смешивают непосредственно в вентиляторе 3. Газовоздушную смесь подают в горелку 6, из которой смесь истекает в топочное пространство 7. Собственно горелка 6 представляет собой простую трубу с сужением или без него в зависимости от потребной скорости газа на выходе. Выход горелки размещен в стабилизаторе горения 8, представляющем собой цилиндрический туннель с внезапным расширением сечения.
Предлагаемое техническое решение может быть проиллюстрировано следующим примером.
Пример 1. Состав природного газа (об.%):
CH4 а - 98,49, C2 аH6 а - 0,42, C3 аH8 а - 0,18, C4 аH10 а - 0,06;
O2 а - 0,01, CO2 а - 0,03 и N2 а - 0,76.
Газ вышеприведенного состава в количестве 55 нм3 /час подают на всасывающую линию вентилятора. Одновременно из окружающей атмосферы вентилятор подсасывает 549 нм3 /час воздуха (теоретически необходимое количество воздуха для сжигания газа данного состава - 9,51 нм3 /нм3 газа). Собственно на рабочем колесе вентилятора образуется однородная горючая смесь с коэффициентом избытка воздуха (a =1,05). Полученную смесь направляют непосредственно к месту сжигания по трубопроводу, который лишь условно может быть назван горелкой, поскольку полностью отсутствуют элементы, присущие имеющимся на сегодня горелкам с принудительной подачей воздуха. Теплова мощность топки составляет 0,55 МВт. В выхлопном газе, благодаря интенсивному смешению природного газа и воздуха с образованием качественной газовоздушной смеси, содержится не более 50 мг/нм3 оксида азота и не более 120 мг/нм3 оксидов азота.
Использование предлагаемого технического решения обеспечивает следующие технико-экономические преимущества:
- упрощение конструкции газогорелочного устройства, а следовательно, и снижение его стоимости,
- упрощение монтажа и обслуживания горелки,
- снижение содержания оксида углерода и окислов азота в выхлопных газах.
Формула изобретения
Способ подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелки с принудительной подачей воздуха совмещенным с ней тягодутьевым устройством, включающий подведение природного газа, смешение его с воздухом и подачу подготовленной газовоздушной смеси к месту сжигания, отличающийся тем, что природный газ подводится к всасывающей линии тягодутьевого устройства, выполненной в виде цилиндра с перфорированной вставкой.
В соответствии с проведенным поиском принимаем к установке в проектируемой котельной горелку блочную газовую ГБ-1,2, предназначенную для эффективного сжигания природного газа низкого давления в топках котлов и теплогенераторов сельскохозяйственного назначения. Основные технические данные и характеристики горелки блочной газовой ГБ-1,2 приведены в приложении А.
1.3 Характеристика микрорайона, климатические данные и грунтовые условия
Объектом дипломного проектирования является жилой микрорайон с населением 5000 жителей.
Район строительства характеризуется следующими природно-климатическими условиями:
- вес снегового покрова - 0.7 кПа
- скоростной напор ветра - 0.38 кПа
- расчетная зимняя температура наружного воздуха для отопления - 31°С
- нормативная глубина сезонного промерзания – 1.6 м
Площадка строительства не заболочена и имеет спокойный рельеф.
Геолого-литологическое строение площадки (сверху-вниз):
1. Почвенно-растительный слой мощностью 0.1-0.4 м.
2. Глина коричневая, твердой консистенции мощностью 0.8-1.6 м.
3. Суглинок коричневый от твердой до тугопластичной консистенции, вскрытая мощность от 1.6 -6 м.
Грунтами основания для фундаментов зданий и сооружений служат глины со следующими расчетными характеристиками:
п = 1.82 г/см3; Сн = 0.047МПа;
= 18°°; E =18МПаГрунты просадочными и набухающими свойствами не обладают.
Грунты сильно агрессивны к бетонам, растворам, углеродистой стали.
Грунтовые воды до глубины 6 м не вскрыты.
Взаимная увязка запроектированных объектов на генеральном плане подчинена требованиям технологии и оптимальному решению транспортных потоков.
В проекте наряду с жилищным сектором предусмотрена газификация коммунально-бытовых объектов, таких как банно-прачечный комбинат, больница, пекарня, столовые, кафе, рестораны, районные котельные, а также промышленное предприятие.
Проектом предусматривается двухступенчатая схема газоснабжения, с кольцевой сетью среднего давления.
В соответствии с заданием горячее водоснабжение жилых и общественных зданий распределяется: от районных котельных – 85%, от газовых водонагревателей – 15%.
Таблица 3. Климатологическая характеристика
| Среднемесячная температура воздуха | |||||||||||
| январь | февраль | март | апрель | май | июнь | июль | август | сентябрь | октябрь | ноябрь | декабрь |
| -13,5 | -13,2 | -6,7 | 6,2 | 15,4 | 20,3 | 22,6 | 20,6 | 13,8 | 5,1 | -2,9 | -9,8 |
| Средняя температура воздуха наиболее холодной пятидневки | |||||||||||
| -31,0 °С | |||||||||||
| Средняя температура воздуха наиболее холодного периода | |||||||||||
| -20,0 °С | |||||||||||
| Продолжительность отопительного периода в сутках | |||||||||||
| 201 | |||||||||||
Источником газоснабжения является газопровод – отвод от магистрального газопровода “Средняя Азия – Центр”
Таблица 4. Состав и характеристика газа
| Состав газа | Теплота сгорания,кДж/нм3 | Плотность, кг/нм3 | |||
| Компоненты | Доля в общем объеме, rj | аj | аj* rj |  i | i * ri |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Метан, СН4 | 0,938 | 35880 | 33512 | 0,7174 | 0,6701 |
| Этан, С2Н6 | 0,036 | 64360 | 1352 | 1,3551 | 0,0285 |
| Пропан, С3Н8 | 0,007 | 93180 | 745 | 2,010 | 0,0161 |
| Н-Бутан, С4Н10 | 0,002 | 123570 | 494 | 2,6901 | 0,0108 |
| Н-Пентан, С5Н12 | 0,004 | 156630 | 470 | 3,4536 | 0,0104 |
| Двуокись углерода, СО2 | 0,006 | - | - | 1,9770 | 0,0060 |
| Сероводород,H2S | - | 23270 | - | 1,5361 | - |
| Азот, N2 | 0,007 | - | - | 1,2503 | 0,0338 |
| Итого | 1,0 | - | 36573 | - | 0,7754 |
МДж/м³