Индивидуальная газобаллонная установка по получению пропан-бутановоздушного газа оптимальной теплоты сгорания для населения и коммунально-бытового назначения

012054 Изобретение относится к области получения газообразного топлива в смеси с воздухом оптимальной теплоты сгорания на узлах систем газоснабжения индивидуальной газобаллонной установки и может быть использовано для населения и коммунально-бытового назначения. Сжиженные газы должны соответствовать требованиям ГОСТа 20448-80 - Газы сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия, предусматривающим следующие марки газов и области их применения: СПБТЗ - смесь пропана и бутана технических зимняя, массовая доля компонентов пропана не менее 75%; СПБТЛ - смесь пропана и бутана летняя, пропан не нормируется и бутана не менее 60%; БТ - бутан технический, не более 60%. Горючие газы, кроме того, можно классифицировать по низшей теплоте сгорания - QH и температуре горения - Tmax (Равич M.Б. Газ и его применение в народном хозяйстве. M.: Наука, 1077, с. 357). По низшей теплоте сгорания - QH с повышенной теплотой сгорания (высококалорийный) - Qн 31,40 МДж/м 3 (природный, попутнонефтяные и сжиженные); со средней теплотой сгорания QH=12,6-31,40 МДж/м 3 (коксовые, сланцевые и генераторные, получаемые при газификации с парокислородным дутьем под давлением); с низкой теплотой сгорания - QH12,6 МДж/м 3 (доменный, генераторный, смешанный и газы подземной газификации угля). По температуре горения (max) с Tmax=2000 С - природный, нефтепромысловый, сжиженный, коксовый, сланцевый газы, которые целесообразно использовать для высокотемпературных процессов; с Tmax=1700-1500 С - смешанный (50% коксового и 50% доменного), генераторные газы из битумозных топлив, которые используются для среднетемпературных процессов; с Tmax=1400-1500 С - доменный и некоторые генераторные газы, которые используются для среднетемпературных и низкотемпературных процессов; с Tmax=750-1400 С - многочисленные отбросные газы (ваграночные, заводов технического углерода,продувочные, которые часто не утилизируются); с Tmax750C - эти газы в качестве топлива не используются. Газовое топливо используется во всех отраслях промышленности и на предприятиях коммунальнобытового назначения. При этом невозобновляемость органического топлива ставит вопрос его рационального и эффективного использования. При проектировании систем газоснабжения населенных пунктов и отдельных объектов следует предусматривать наиболее прогрессивные технические решения,обеспечивающие рациональное использование газового топлива. На 01.01.1990 г. число газифицированных квартир на базе использования индивидуальных газобаллонных установок составило по России и странам СНГ более 36 млн, в том числе по России - 16 млн. Расход сжиженного газа за этот период соответственно составил 5,8 млн т, в том числе России - 2,6 млн т. Анализ структуры потребления сжиженного газа (приготовление пищи, горячей воды для хозяйственных и санитарно-гигиенических нужд, предприятий общественного питания и объектов коммунально-бытового назначения) диктует нам необходимость перехода на режим газопотребления индивидуальной газобаллонной установки сжиженного газа в смеси с воздухом оптимальной теплоты сгорания. Использование индивидуальной газобаллонной установки сжиженного газа в смеси с воздухом оптимальной теплоты сгорания и задач их широкого потребления в быту и в коммунально-бытовом хозяйстве, в особенности в зимние периоды с повышенным содержанием (до 60%) бутанов, создает возможность расширить географические границы для бесперебойного использования газовой смеси, а также увеличить сроки пребывания в эксплуатации одной установки емкостью баллона 50 л или двух баллонов емкостью по 27 л каждый не менее 2-3 месяцев. Следует также отметить, что СНиП II-37-76 в качестве нормативного материала для определения расчетной производительности однобаллонной установки принято 0,43-0,22 м 3/ч для баллона емкостью 50 л. В случае их смеси с воздухом производительность определится в объеме 6,10-0,31 м 3/ч. Получение газовоздушных смесей следует организовывать с учетом взаимозаменяемости газов, а использование в качестве топлива для населения и коммунально-бытовых приборов допустимо при условии, если содержание газа в газовоздушной смеси эквивалентно не менее чем двум верхним пределам взрываемости. Для взаимозаменяемой смеси сжиженных газов необходимо приготовлять смеси бутан-воздух, содержащие 47% бутанов и 53% воздуха, а для смеси пропан-воздух - 58% пропана и 42% воздуха. Такие смеси имеют теплоту сгорания соответственно 55902 и 2080 кДж/м 3. Себестоимость газовоздушной смеси, получаемой на индивидуальных газобаллонных установках,будет менее 40% по отношению ее к покупной стоимости товарного сжиженного газа на заправочных станциях, так как воздух в смеситель засасывается из окружающей атмосферы кухни, где размещена индивидуальная газобаллонная установка без применения воздухонагнетательного устройства. Горючий газ с различной плотностью и теплотой сгорания поступает на газогорелочное устройство газового прибора, где автономно перед подачей на сжигание смешивается с воздухом.-1 012054 Процессы и условия образования газовоздушных смесей, как правило, происходят в газогорелочных устройствах приборов. Известны многочисленные газогорелочные устройства с различными способами смешения газа с воздухом, которые практически не обеспечивают быстрое и полное сгорание топлива. Полученная газовоздушная смесь в смесительной камере этих газогорелочных устройств не имеет постоянного состава, плотности и расчетной теплоты сгорания, что приводит к изменению тепловой мощности, ухудшению технико-экономических показателей установок. Известна установка для получения смеси горючего газа с воздухом на базе использования сжиженного газа пропано-бутановой фракции от грунтовых резервуарных установок (H.А. Стаскевич, П.Б. Майзельс, Д.Я. Вигдорчик. Справочник по сжиженным углеводородным газам, Л.: Недра, 1964, с. 395-398). Установка включает резервуары для хранения газа, подогреватели для осушки газа, воздушные компрессоры, эжекторы для образования газовоздушной смеси. Потребление газа в течение суток неравномерное, поэтому установка снабжена тремя или четырьмя эжекторами, которые автоматически включаются и отключаются в зависимости от величины потребления газа. Установка оборудована дорогостоящими воздушными компрессорами и сложными контрольно-измерительными приборами, за счет которых растет себестоимость топлива. В результате использования подобной газовоздушной смеси, часть газа (10-15 об.%) не окисляется до CO2 и в виде непредельных углеводородов (Cn Н 2n) и монооксида углерода (СО) поступает в атмосферу в составе продуктов сгорания. При этом часть ценного углеводородного топлива теряется, происходит загрязнение атмосферы зоны горения (промышленных и бытовых помещений), а также быстрый износ газогорелочных устройств. Недостатком известных систем газосмешения и газораспределения является то, что теплота сгорания и плотность газовоздушных смесей, поступающих потребителю, в отличие от ГОСТ 5542-87 Газы горючие природные для промышленного и коммунально-бытового назначения, ГОСТ 20448-90 Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления, ГОСТ 27577-87 Газ природный топливный сжатый для газобаллонных автомобилей и ГОСТ 27578-57 Газы углеводородные сжиженные для автомобильного транспорта различны по теплоте сгорания и плотности, и вследствие этого происходит неполное сгорание газа в газогорелочных устройствах, нарушается режим работы газовых приборов, а также понижается производительность установок, повышается удельный расход газового топлива на единицу выпускаемой продукции. Экономическая эффективность, надежность и безопасность работы газовых приборов характеризуется полнотой сгорания газа и устойчивой работой газогорелочных устройств. Установленные газовые приборы рассчитаны на определенную производительность по теплу и,следовательно, очень важно, чтобы они эксплуатировались при нормальной тепловой нагрузке. На практике не всегда удается строго обеспечить подачу сжигаемого газового топлива с определенными параметрами; подачу воздуха в количествах, достаточных для полного сжигания газа, также хорошего предварительного перемешивания газа с первичным воздухом, засасываемым струей газа внутрь горелки; зажигание газовоздушной смеси и поддержание в зоне горения температур, достаточных для воспламенения еще не сгоревших горючих компонентов смеси; своевременный отвод продуктов сгорания из зоны горения без нарушения процессов сжигания газа. Несоблюдение даже одного из этих условий обязательно приведет к ненормальной работе газогорелочного устройства бытовых газовых приборов. Таким образом, основными показателями совершенства работы газовых приборов является их КПД и полнота сжигания сжиженного газа. Устройство и принцип работы Конструкция эжектора приведена на фиг.1. Эжектор выполнен по схеме с центральным сверхзвуковым соплом активного газа. Активный газ подводится через ниппель 1. Пассивный поток подается через сопло 6. Обратный клапан 11 предотвращает попадание газа в воздушную магистраль при нарушениях работы эжектора (например, при внезапном прекращении потребления газа). Газовый поток, проходя через сопло 2, разгоняется до сверхзвуковых скоростей со снижением давления. Минимальное давлениеP на расчетных режимах работы достигается во входной части камеры смешения 7. Под действием перепада давления Ратм-Р атмосферный воздух поступает через насадки, фильтр 9, 4 и сопло 6 в камеру смешения, где происходит перемешивание активного и подсасываемого потоков. Давление по длине камеры смешения постепенно увеличивается. Дальнейшее повышение давления происходит в дозвуковом диффузоре и достигает давления Pвых в отводной трубе. Режимы работы эжектора зависят от отношения давлений на эжекторе П=Рвх/Рвых, коэффициента эжексии n=(расход пассивного газа/расход активного газа). Соединительные детали 3, 5, 8, 10, 12 являются комплектующими изделиями устройства эжектора. Фиг.2. Показано изменение степени сжатия эжектора= Pвых/Ро и потребного минимального отношения давления П = Pвх/Рвых в зависимости от коэффициента эжекции объемного (м 3/м 3). При степени сжатия Рвых/Ро = 1,8 эжектор обеспечивает коэффициент эжекции 0,45-0,55. При этом отношение давлений на эжекторе должно быть П 2,8.-2 012054 При отношении давлений на сопле подсоса воздуха В/Ро 1,2 в горле сопла устанавливается критическое течение. Дальнейшее снижение давления Po в приемной камере не приводит к увеличению расхода через сопло подсоса воздуха. Если избыточное давление смеси на выходе эжектора не превышает величины 0,4-0,5 атм, то увеличение давления активного газа будет приводить к уменьшению коэффициента эжекции (снижению содержания воздуха в смеси). Снижение давления активного газа в сравнении с номинальным значением,напротив, ведет к увеличению коэффициента эжекции. Монтаж эжектора Эжектор с помощью накидной гайки эжектора присоединяется к редуктору на баллоне с пропанобутановой смесью. Выход эжектора соединяется с газовым прибором с помощью стандартного сварочного рукава ДУ 10. Рукав на выходном ниппеле 8 должен быть закреплен хомутом. Возможно монтировать эжектор непосредственно на запорном вентиле баллона с пропанобутановой смесью. Проверка работоспособности эжектора Фиг. 3. Проверка работоспособности эжектора проводится на сжатом воздухе. Собрать схему согласно фиг. 3 а. К всасывающей магистрали эжектора присоединить вакуумметр М 2 через сварочный рукав. Выхлоп из эжектора осуществляется в атмосферу. Редуктором 2 плавно увеличивать давление активного газа. При достижении минимального давления отметить величину давления активного газа. Это давление должно составлять 2,7-3 атм. Степень сжатия должна быть 8-10. Проверка срабатывания обратного клапана. Собрать схему по фиг. 3 Б. Открыть вентиль 5, создать редуктором 3 давление 2-5 атм. Медленно закрыть вентиль 5. При некотором давлении по манометру М 3 подсос воздуха прекратится. Дальнейшее прикрытие вентиля 5 приводит к закрытию обратного клапана. Записать предельное давление смеси, приводящее к срабатыванию обратного клапана. Задачей настоящего технического решения является устранение вышеуказанных недостатков в системе индивидуальной газобаллонной установки путем получения и подачи в систему газовоздушной смеси оптимальной теплоты сгорания. Решение задачи осуществляется путем внедрения в систему газобаллонной установки регулируемого устройства для получения газовоздушной смеси частичного смешения для подачи ее в газогорелочное устройство. Изобретение эжекторного устройства индивидуальной газобаллонной установки оптимальной теплоты сгорания иллюстрируется фиг. 1 и кратким пояснением по устройству и принципам работы. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Индивидуальная газобалонная установка, содержащая баллон для сжиженного газа, соединнный трубопроводом, снабжнным контрольной и запорной арматурой, с газовым прибором, отличающаяся тем, что в трубопровод встроен эжекторный газовоздушный смеситель. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что эжекторный газовоздушный смеситель содержит сверхзвуковое сопло, ориентированное в направлении газового прибора, за сверхзвуковым соплом с зазором установлена вставка, образующая камеру смешения, над зазором смонтирован обратный клапан с соплом для подачи пассивного газа, выход которого сообщается с упомянутым зазором.