Блочная автоматическая газосмесительная и газораспределительная система для получения смеси горючего газа с воздухом единой теплоты сгорания

006716 Изобретение относится к области получения газообразного топлива, а именно к блочной автоматической газосмесительной и газораспределительной системе для получения смеси горючего газа с воздухом единой теплоты сгорания и может быть использовано на газопроводах системы газоснабжения городов и населенных пунктов. Газопроводы системы газоснабжения в зависимости от давления транспортируемого газа подразделяются на (Газоснабжение СНиП 2.04.08-87, М. 2001):-газопроводы высокого давления 1 категории - при рабочем давлении газа свыше 0,6 Мпа (6 кгссм 2) до 1,2 Мпа (12 кгс-см 2), включая и газовоздушные смеси;-газопроводы высокого давления 1 категории - при рабочем давлении газа свыше 0,3 Мпа (3 кгссм 2) до 0,6 Мпа (6 кгс-см 2);-газопроводы среднего давления - при рабочем давлении газа свыше 0,005 Мпа (0,5 кгс-см 2)до 0,3 Мпа (3 кгс-см 2);-газопроводы низкого давления - при рабочем давлении газа до 0,005 Мпа (0,5 кгс-см 2) включительно. В зависимости от применяемых давлений городские системы распределения газа делятся на [Стаскевич Н.А., Справочное руководство по газоснабжению, Л. 1960, с. 183]:-трехступечатые системы - высокого, среднего и низкого давления. По принципу построения системы распределения делятся на кольцевые, тупиковые и смешанные. Для обеспечения бесперебойности газоснабжения по принципу построения предпочтение отдается кольцевым и смешанным системам. Выбор типа системы по давлению и принципу построения производится в зависимости от источников, режимов и давления газа, величины газопотребления и планировки города. Горючие газы, кроме того, можно классифицировать по низшей теплоте сгорания-Qн и температуре горения (Равич М.Б. Газ и его применение в народном хозяйстве. М. Наука, 1977, с. 357). По низшей теплоте сгорания-Qн:-с повышенной теплотой сгорания (высококалорийный)-Qн 31,40 Мдж/м 3 (природный, попутнонефтяные и сжиженные);-со средней теплотой сгорания Qн=12,6-31,40 Мдж/м 3 (коксовые, сланцевые и генераторные, получаемые при газификации с парокислородным дутьем под давлением);- с низкой теплотой сгорания Qн 12,6 Мдж/м 3 (доменный, генераторный, смешанный и газы подземной газификации угля). По температуре горения (мах.)- с Тмах.= 2000 С - природный, нефтепромысловый, сжиженный, коксовый, сланцевый газы, которые целесообразно использовать для высокотемпературных процессов;- с Тмах.= 1700-1500 С - смешанный (50% коксового и 50% доменного), генераторные газы из битумозных топлив, которые используются для среднетемпературных процесов;- с Тмах.=1400-1500 С - доменный и некоторые генераторные газы, которые используются для среднетемпературных и низкотемпературных процессов; с Тмах.= 750-1400 С - многочисленные отбросные газы(ваграночные, заводов технического углерода, продувочные, которые часто не утилизируются);- с Тмах.750 С - 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. Известные системы газоснабжения включают газораспределительные станции, автоматизированные газораспределительные станции(АГРС), газорегуляторные установки (ГРУ) автономные газосмесительные установки. В настоящее время на газопроводах используют блочные автоматические газораспределительные станции (АГРС) различной модификации и производительности, предназначенные для снижения высокого давления до заданного низкого давления и поддержания его с заданной точностью, а также для измерения расхода газа и одоризации его перед подачей потребителю (Инструкция по эксплуатации, ВНИПИ Газ, добыча, М. 1974). АГРС содержит блоки: редуцирования, переключения, одоризации, сигнализации и подогревателя газа. Горючий газ через АГРС с различной плотностью и различной теплотой сгорания поступает на газогорелочное устройство топок и котлов, где автономно перед подачей на сжигание смешивается с воздухом. Процессы и условия образования газовоздушных смесей как правило происходят в газогорелочных устройствах топок и котлов. Известны многочисленные газогорелочные устройства с различными способами смешения газа с воздухом, которые практически не обеспечивают быстрое и полное сгорание топ-1 006716 лива. Полученная газовоздушная смесь в смесительной камере этих газогорелочных устройств не имеет постоянного состава, плотности и расчетную теплоту 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 (Н.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. Полученная газовоздушная смесь имеет теплоту сгорания 8400-8500 Ккал/нм 3. В результате использования подобной газовоздушной смеси часть газа (10-15% объема) не окисляется до CO2 и в виде непредельных углеводородов (Сn 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 газо-балонных 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 топочных устройствах, нарушается режим работы котлов и печей, а также понижается производительность газопотребляющих установок, увеличивается процесс горения газа, повышаеся удельный расход газового топлива на единицу выпускаемой продукции. Задачей настоящего технического решения является устранение вышеуказанных недостатков в системе газоснабжения путем получения и подачи в газораспределительную сеть системы газоснабжения газовоздушной смеси с единой теплотой сгорания 7600 Ккал/нм 3 и плотности согласно действующих норм, требований, стандартов и правил безопасности в газовом хозяйстве. Решение задачи осуществляется блочной автоматической газосмесительной и газораспределительной системой для получения смеси горючего газа и воздуха с единой теплотой сгорания, включающей блочную автоматическую газораспределительную станцию (АГРС), содержащую блоки редуцирования,переключений, подогревателя газа, защитной системы, учета и расхода газа на входе, одоризации, сигнализации и КИП, которая дополнительно включает автоматическую газосмесительную станцию (АГС),установленную на газораспределительных системах газоснабжения городов и населенных пунктов. Автоматическая газосмесительная станция содержит: а) блок воздушного компрессора, состоящийиз воздушного компрессора, фильтра, рессивера, блока редуцирования и обратного клапана; б) блок смесителя газа и воздуха, состоящий из газосмесителя, регулируемой эжекторной смесительной установки, включающей четыре центробежных вентилятора и четыре регулируемых эжекторных смесителя, содержащих регулируемое сопло, камеру смешения, диффузор, конфузор и патрубок. в) блок пропорционирущего устройства, состоящий из датчика расходомера воздуха, клапана, регулирующего расход воздуха, обратного клапана, клапана, регулирующего расход газа, датчик расходомер газа и регулятор соотношения газа и воздуха. Предложенная автоматическая газосмесительная и газораспределительная система включает автоматическую газораспределительную станцию АГРС-10, а смесь горючего газа с воздухом образуют предварительно перед подачей в газораспределительные системы городов и населенных пунктов с единой теплотой сгорания и плотностью, причем коэффициент избытка воздуха в смеси горючего газа и воздуха максимально приближен к стехиометрическому - 1,01-1,02. Новизна изобретения заключается в совместной эксплуатации АГРС и АГС в ситемах газоснабжения городов и населенных пунктов, в результате чего взаимосвязь блоков АГРС и АГС упрощает систему, исключив из нее дублирующие блоки, а также - в автоматической регулируемой эжекторной газосмесительной установке, где подачу воздуха осуществляют воздушным компрессором и центробежными вентиляторами, а смешение газа с воздухом производят регулируемыми эжекторными смесителями. Предложенная конструкция регулируемого эжекторного смесителя позволяет регулировать расход воздуха с минимальным коэффициентом избытка в пределах, приближенных к стехиометрическому 1,01-1,02. Изобретение иллюстрируется чертежами: фиг. 1 - схема блочной автоматической газосмесительной и газораспределительной системы для получения смеси горючего газа с воздухом единой теплоты сгорания; фиг. 2 - регулируемый эжекторный смеситель. Блочная автоматическая газосмесительная и газораспределительная система для получения смеси-2 006716 горючего газа с воздухом единой теплоты сгорания (фиг. 1) содержит блок воздушного компрессора,включающий воздушный компрессор 1, ресивер 2, блок редуцирования 3, и обратный клапан 8; блок пропорционирующего устройства 4, включающий датчик расходомер воздуха, клапан, регулирующий расход воздуха, обратный клапан, клапан, регулирующий расход газа, датчик-расходомер газа, и регулятор соотношения газа и воздуха; блок смесителя газа и воздуха 5, включающий газосмеситель, регулируемую эжекторную смесительную установку, содержащую четыре центробежных вентилятора, и четыре регулируемых эжекторных смесителя, расходомерный узел 6, и блочную автоматическую газораспределительную станцию 7. Регулируемый эжекторный смеситель (фиг. 2) содержит регулируемое сопло 9,камеру смещения 10, диффузор 11, конфузор 12 и патрубок 13. Блочная автоматическая газосмесительная и газораспределительная система для получения смеси газа с воздухом единой теплоты сгорания работает следующим образом. Газ с высоким давлением (Рвх.=12-55 кгс/см 2 ) из источника, поступающий на вход АГРС 7, подают по трубе в подогреватель газа (ПГА-10), где его нагревают с целью предупреждения образования кристаллогидратов. Нагрев газа осуществляют радиационным излучением горелки и теплом отходящих газов (Инструкция по эксплуатации подогревателя газа автоматического ПГА-10). Подогретый газ высокого давления из подогревателя подают в блок редуцирования. Перед редуцированием газ очищается от механических примесей в фильтрах, в которых фильтрующим элементом является металлическая сетка. Подогретый и очищенный газ высокого давления подают на вход регуляторов давления, где давление газа снижается до низкого выходного давления Рвых.=3-12 кгс/см 2 (Инструкция по эксплуатации регуляторов давления газа типа РДУ). Из узла редуцирования газ низкого давления подают в расходомерный блок, затем в одоризатор (Универсальный одоризатор газа УОГ-1), где осуществляют автоматическую дозированную подачу одоранта и поддержание нормы одоризации при изменении расхода газа. Из блока одоризации газ подают в блок переключений, который состоит из входной и выходной ниток, предохранительных клапанов и кранов с ручным приводом, предназначенных для отключения АГРС при ремонте. АГРС оборудована системой дистанционной сигнализации, которая предназначена для контроля работ основных узлов АГРС и автоматической дистанционной передачи в пункт обслуживания сигнала при нарушениях. Очищенный и подогретый газ через узел расхода АГРС подают на вход блока смесителя газа с воздухом 5 автоматической газосмесительной станции (АГС). Воздух из воздушного компрессора 1 через рессивера 2, блок редуцирования 3 и пропорционирующее устройство 4 подают в автоматическое газосмесительное устройство 5. Сюда же подают воздух из автоматической регулируемой эжекторной установки, входящей в блок смесителя газа и воздуха. Подачу низконапорного воздуха в регулируемую эжекторную установку осуществляют центробежными вентиляторами. В газосмесителе газ с воздухом смешивают в соотношении, приближенном к стехиометрическому. Соотношение газа и взоздуха регулируют в зависимости от изменения расхода газа. Регулирование соотношения газа и воздуха осуществляют автоматически с помощью прпорционирующего устройства. Газовоздушная смесь с единой теплотой сгорания и плотностью через расходомерный узел 6 подают в газораспределительную систему газоснабжения городов и населенных пунктов. Вся аппаратура и установки, входящие в блоки заявленной системы, кроме регулируемого эжекторного смесителя, являются стандартным оборудованием. Заявленное техническое решение перехода системы газоснабжения на единую теплоту сгорания и плотность предусматривает использование блочной автоматической газосмесительной и газораспределительной системы на узлах газораспределительных систем газоснабжения городов и населенных пунктов. Внедрение изобретения позволяет экономить расход горючего газа на 10-15% от потребляемого обьема, снижает обьем капиталовложений и эксплуатационных затрат. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Блочная автоматическая газосмесительная и газораспределительная система для получения смеси горючего газа с воздухом единой теплоты сгорания, включающая блочную автоматическую газораспределительную станцию (АГРС), содержащую блоки редуктирования, переключений, подогревателя газа,защитной системы, учта и расхода газа на входе, одоризации, сигнализации и контрольноизмерительные приборы (КИП), и автоматические газосмесительные станции (АТС), установленные на газораспределительных системах газоснабжения потребителей (АГРС), при этом система имеет средства для теплообмена между отходящими газами и подаваемым горючим газом.