Пояснительная записка содержит 123 стр., 24 таблицы, список использованных источников 19 наименований, 5 приложений.ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ, СХЕМА ГАЗОСНАБЖЕНИЯ, ПОТРЕБЛЕНИЕ ГАЗА, ГОДОВОЙ РАСХОД ГАЗА, ЧАСОВОЙ РАСХОД ГАЗА, ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ, ГАЗОСНАБЖЕНИЕ КОТЕЛЬНОЙ, ОРГАНИЗАЦИЯ СТРОИТЕЛЬСТВА, ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ЭКСПЕРТИЗА, ЛОКАЛЬНАЯ СМЕТАОбъектом разработки является жилой район с населением 5000 жителей.
Цель работы: Разработать проект газоснабжения населения, коммунально-бытовых и промышленных потребителей района. В ходе проделанной работы было произведено технико-экономическое обоснование проектных решений, рассмотрено патентирование авторского свидетельства, были рассчитаны объемы потребления газа, произведен гидравлический расчет систем газоснабжения, разработано газоснабжение котельной.
Организация строительства содержит:- расчет объемов работ;- расчет калькуляции трудовых затрат;- определена потребность в механизмах и транспорте;- определена потребность в строительных материалах;- рассчитаны основные технико-экономические показатели проекта производства работ.
В разделе эргономики и безопасности жизнедеятельности освещен вопрос безопасности производства работ, разработаны режимы труда и отдыха рабочих.
Проведена экологическая экспертиза целесообразности системы газоснабжения. Рассчитана локальная смета.
Содержание
Введение 8
1. Разработка системы газоснабжения микрорайона 10
1.3 Характеристика микрорайона, климатические данные и грунтовые условия 30
1.4 Годовые расходы газа на бытовые и коммунальные нужды населения 32
1.4.1 Определение годовых и часовых расходов газа на бытовые и коммунальные нужды населения 34
1.4.2 Определение часовых расходов газа на отопление, вентиляцию и горячее водоснабжение микрорайона 37
1.5 Гидравлический расчет газопроводов 39
1.5.1 Гидравлический расчет кольцевой сети газопроводов среднего давления 39
1.5.2 Гидравлический расчет тупиковой дворовой сети низкого давления 45
1.6 Расчет регуляторов давления для ШРП 46
2 Газоснабжение котельной 50
2.1 Требования к зданиям и помещениям газифицированных котельных 50
2.2 Технологическая часть 52
2.2.1 Тепломеханическая часть 52
2.2.2 Решения по газоснабжению и газооборудованию 52
2.2.3 Устройство взрывных клапанов 53
2.2.4 Вентиляция 54
2.2.5 Электротехническая часть 55
2.2.6 Противопожарные мероприятия 55
2.2.7 Решения по охране труда и технике безопасности 56
2.3 Поверочный расчет тягового устройства котельной 56
3 Автоматическое регулирование котельной установки 62
3.1 Пуск и остановка котла 62
3.2 Автоматическое регулирование 63
3.3 Автоматика безопасности и сигнализация 64
4. Эргономические и экологические основы газоснабжения микрорайона 68
4.1 Анализ возможных опасных вредных факторов. Типы экологических и эргономических систем. Основные определения 68
4.2 Обязанности администрации предприятия в деле обеспечения безопасных и здоровых условий труда 70
4.3 Разработка организационных и технических мероприятий по созданию безопасных и здоровых условий труда. Разработка режимов труда и отдыха 73
4.4 Защита человека от вредного воздействия производственных вибраций 78
5 Организация строительства 80
5.1 Расчет объемов работ 80
5.2 Выбор методов производства работ 80
5.3 Составление калькуляции затрат труда 81
5.4 Проектирование поточного метода производства работ 85
5.5 Расчет потребности в основных строительных материалах, деталях и оборудовании 87
5.6 Расчет потребности строительства в воде, электроэнергии, сжатом воздухе 89
5.7 Решение по технике безопасности 91
6 Экологическая экспертиза 93
6.1 Характеристика возможных выбросов при эксплуатации газопроводов 93
6.2 Расчет выбросов загрязняющих веществ при сгорании топлива в котельных 98
6.3 Решения по охране окружающей природной среды 99
6.3.1 Охрана атмосферного воздуха 99
6.3.2 Защита окружающей среды от загрязнения производственными и хозбытовыми сточными водами 100
6.4 Оценка воздействия на земельные ресурсы, почвенно-растительный покров и животный мир 101
6.5 Воздействие отходов 103
7. Экономика строительного производства 104
7.1 Составление локальной сметы 105
Заключение 109
Список использованных источников 110
Приложение А 112
Введение
Масштабы и темпы развития газовой промышленности и газоснабжающих систем определяет добыча газа, по которой Россия занимает первое место в мире. Значительный рост добычи газа существенно изменил топливный баланс страны. Если в 1983 г. удельный вес газового топлива занимал в общем топливном балансе страны лишь 27%, то к 2007 году доля газа составляет более 70% всех видов потребляемых топлив.
Совершенствование, интенсификация и автоматизация технологических процессов приводят к необходимости повысить качество расходуемых теплоносителей. В наибольшей мере по сравнению с другими видами топлива этим требованиям удовлетворяет природный газ.
Рациональное использование газообразного топлива с наибольшей реализацией его технологических достоинств позволяет получить значительный экономический эффект, который связан с повышением КПД агрегатов и сокращением расхода топлива, более легким регулированием температурных полей и состава газовой среды в рабочем пространстве печей и установок, в результате чего удается значительно повысить интенсивность производства и качество получаемой продукции. Применение газа для промышленных установок улучшает условия труда и способствует росту его производительности. Использование природного газа в промышленности позволяет осуществить принципиально новые, прогрессивные и экономически эффективные технологические процессы. Кроме того, применение газа в качестве топлива позволяет значительно улучшить условия быта населения, повысить санитарно-гигиенический уровень производства и оздоровить воздушный бассейн в городах и промышленных центрах.
Газовая промышленность является одной из наиболее динамичных, бурно развивающихся отраслей народного хозяйства. Развитие добычи газа обуславливается ростом газопотребления, который осуществляется, во-первых, путем увеличения объемов использования его в городах, уже газифицированных к настоящему времени, а во-вторых, за счет газификации новых городов и населенных пунктов, в том числе в сельской местности.
Распределительные системы газоснабжения становятся едиными для областей и республик, и для их проектирования, строительства и эксплуатации необходимы глубокие знания специалиста. Рост потребления газа в городах, поселках и сельской местности, а также масштабность распределительных систем ставят перед инженером по газоснабжению новые и сложные задачи, связанные с развитием и реконструкцией систем, повышением их надежности, необходимостью экономичного использования газа и защиты воздушного бассейна от загрязнений.
Распределительные сети являются сложными многокольцевыми системами, экономичное проектирование которых должно базироваться на современных методах оптимизации с учетом вероятностного характера функционирования и обеспечение требуемой надежности подачи газа потребителям.
Снижение стоимости и металлоемкости систем газоснабжения имеет большое народнохозяйственное значение. Вторая, не менее важная задача заключается в обеспечении полного и надежного газоснабжения всех предусмотренных потребителей. Именно скоординированное решение обеих задач позволяет достигнуть высокой эффективности использования газа. Эта проблема решается, начиная с проектирования, когда определяются основные параметры системы, и далее непрерывно в течение всего периода эксплуатации. Все достоинства газового топлива могут быть рационально использованы только специалистами, хорошо усвоившими основы газоснабжения и строго соблюдающими правила безопасности в газовом хозяйстве.
Неоспоримые достоинства газа и наличие его значительных запасов создают условия для дальнейшего развития газоснабжения страны.
Задачей технико-экономической оптимизации является определение таких параметров систем, которые для достижения заданного полезного результата требуют наименьших затрат материальных, энергетических, денежных или других ресурсов.
Одним из решений является использование полиэтиленовых труб. Применение полиэтиленовых газопроводов существенно сокращает эксплуатационные затраты за счет отсутствия коррозии и устранения ее последствий. За счет отсутствия изоляционных работ и контроля их качества, сокращаются объемы сварочных работ (особенно при использовании длинномерных труб и выполнения соединений полиэтиленовых труб с помощью муфт), снижение объемов трубоукладочных работ, отсутствие необходимости защиты от коррозии, строительно-монтажные работы по строительству полиэтиленовых газопроводов меньше по сравнению со стальными в среднем на 15%.
Зная диаметры газопроводов, можно рассчитать стоимость строительства стальных и полиэтиленовых газопроводов, пользуясь данными о стоимости одного погонного метра стальных и полиэтиленовых труб и стоимости их монтажа.
При расчете экономической эффективности капитальных вложений за базовый вариант был принят вариант со стальным газопроводом, за внедряемый - вариант с полиэтиленовым газопроводом.
Схема газоснабжения - двухступенчатая, с кольцевой сетью среднего давления. Длина газопровода условным диаметром 150 мм - 1848 м, 100 мм - 226 м, 50 - 298 м. Количество ШРП принято равным 7 шт, 1ГГРП.
Определяем стоимость строительства газопровода по базовому и внедряемому вариантам с помощью сметно-нормативной базы по строительству газопровода (ГЭСН 2001 и ФЕР 2001), пользуясь данными о средней (фактической) стоимости 1 п.м. соответственно стального и полиэтиленового газопровода. При этом учитывается, что прокладка стального газопровода производится из труб с изоляцией весьма усиленного типа, а полиэтиленового - из прямых отрезков по 10 м. Сварка стальных труб электродуговая, полиэтиленовых - встык нагретым элементом, частично с помощью деталей с закладными электронагревателями (углы поворота). В таблице 1 приведены стоимостные показатели стальных и полиэтиленовых газопроводов.
Таблица 1
Условный диаметр
Стоимость; руб/п.м.
сталь
полиэтилен
60
215
117
100
396
435
150
926
973
В таблице 2 приведены показатели капитальных вложений в строительство газопровода (стального и полиэтиленового)
Таблица 2
стоимость, тыс. руб.
внедряемый вариант -
полиэтиленовые газопроводы
базовый вариант - стальные газопроводы
1.затраты на оборудование для снижения давления газа
ГГРП (1 шт)
1950
1950
ШРП (1 шт)
292
292
2.затраты на сооружение газопроводов
стальные
-
4694
полиэтиленовые
4267
-
3.затраты на защиту от коррозии
строительство станции катодной защиты (1 шт)
-
30
устройство антикоррозионной изоляции
-
120
ИТОГО
6509
7086
Как видно из таблицы 2, сметная стоимость строительства полиэтиленового газопровода на 8% меньше по сравнению со стальным газопроводом.
Определение годового экономического эффекта от использования полиэтиленового газопровода вместо стального по формуле
Гэ=(Эб+0,12?Кб)-(Эв+0,12?Кв) (1)
где Эб, Эв - эксплуатационные затраты по базовому и внедряемому варианту, тыс.руб./год.;
Кб, Кв - капитальные вложения по базовому и внедряемому варианту, тыс. руб./год.;
Определим эксплуатационные затраты по базовому и внедряемому варианту.
Из опыта эксплуатации были получены ориентировочные коэффициенты эксплуатационных затрат в % от капитальных вложений: 5,2% - на стальные газопроводы; 3,1% - на полиэтиленовые, что составляет 368 и 202 тыс. руб./год соответственно. Отсюда по формуле (1)
(368+0,12?7086)-(202+0,12?6509)=235 тыс.руб./год.
При проведении сравнительного анализа применения стальных и полиэтиленовых газопроводов можно сделать следующие выводы:
- с точки зрения материала, применяемого при строительстве сетей, предпочтение следует отдавать полимерным технологиям, как более экономичным;
- экономия объясняется отсутствием необходимости в дополнительных затратах на выполнение весьма усиленной изоляции стальных газопроводов, сооружение и дальнейшую эксплуатацию станции катодной защиты.
Применение полиэтиленовых газопроводов также существенно сокращает эксплуатационные затраты за счет увеличения срока службы (50 лет) и меньшей трудоемкости при техническом обслуживании, проведении текущих и капитальных ремонтов. Кроме того, при применении полиэтиленовых труб отсутствуют эксплуатационные расходы на периодическую диагностику возможной коррозии. В [1] приведены расчеты, из которых видно, что потери давления в полиэтиленовых и стальных газопроводах практически одинаковы, несмотря на значительное уменьшение внутреннего диаметра полиэтиленовой трубы.
Из расчетов очевидна экономическая и технологическая целесообразность применения полиэтиленовых труб для строительства газопровода.
1.2 Патентный поиск
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА
Реферат:
Изобретение относится к горелочным устройствам теплотехнических агрегатов и может быть использовано в различных областях промышленности и промышленной теплотехники. В газовой горелке, содержащей смеситель в виде цилиндрической трубы, патрубки подвода газа и воздуха, выходное сопло в виде конфузора, стабилизатор горения, установленный коаксиально смесителю инжектор дл получения газовоздушной смеси, согласно изобретению выходное сопло выполнено заодно целое со стабилизатором горения, в котором по периметру выходного сопла выполнены сообщенные с полостью смесителя цилиндрические каналы с входным и выходным участками различного диаметра, инжектор выполнен в виде сообщенной с патрубком подвода газа трубы, на противоположном конце которой на расстоянии, равном 6-8 внутренним диаметрам трубы, от ее торца в ее полости установлено сопло для подачи газа в смеситель, в трубе в месте размещения сопла выполнены отверстия, отношение диаметра входного участка цилиндрического канала к диаметру выходного участка цилиндрического канала составляет 0,1-0,5, а отношение площади входных отверстий цилиндрических каналов к площади выходного отверстия конфузора составляет 0,05-0,1. Изобретение позволит расширить область использования горелки и повысить экологичность ее работы за счет снижения вредных выбросов.
Известна газовая горелка, содержащая смеситель, выполненный в виде цилиндрической трубы, патрубки подвода газа и воздуха, выходное сопло в виде конфузора, стабилизатор горения, установленный коаксиально смесителю инжектор для получения газовоздушной смеси (Сорока В.А., Еринов А.Е. Местный нагрев изделий. Реферативный обзор, Киев: Наукова думка, 1968, с. 19-20).
Недостатком известной конструкции является узкая область ее применения, поскольку в процессе ее работы диапазон соотношения газа и воздуха ограничен достаточно узким интервалом, при нарушении пределов которого происходит сбой в работе.
Кроме того, данную горелку отличает низкая экологичность за счет высокого содержания вредных выбросов.
Техническим результатом заявленного изобретения является расширение области ее использования, получение устойчивого горения при высоких скоростях истечения продуктов сгорания, повышение экологичности ее работы за счет снижения в процессе работы вредных примесей.
Сущность изобретения заключается в том, что в газовой горелке, содержащей смеситель в виде цилиндрической трубы, патрубки подвода газа и воздуха, выходное сопло в виде конфузора, стабилизатор горения, установленный коаксиально смесителю инжектор для получения газовоздушной смеси, выходное сопло выполнено за одно целое со стабилизатором горения, в котором по периметру выходного сопла выполнены сообщенные с полостью смесителя цилиндрические каналы с входным и выходным участками различного диаметра, инжектор выполнен в виде сообщенной с патрубком подвода газа трубы, на противоположном конце которой на расстоянии, равном 6-8 внутренним диаметрам трубы, от ее торца в ее полости уставлено сопло дл подачи газа в смеситель, при этом в трубе в месте размещения сопла выполнены отверстия, отношение диаметра входного участка цилиндрического канала к диаметру выходного участка цилиндрического канала составляет 0,1-0,5, а отношение площади входных отверстий цилиндрических каналов к площади выходного отверстия конфузора составляет 0,05-0,1.
Изобретение иллюстрируется чертежами, где на фиг. 1 изображена газовая горелка, общий вид; на фиг. 2 - вид I на фиг. 1
Газовая горелка содержит размещенный в корпусе 1 смеситель 2, выполненный в виде цилиндрической трубы, патрубки 3, 4 соответственно для подвода газа и воздуха, выходное сопло 5, выполненное в виде конфузора за одно целое со стабилизатором 6 горения, по периметру которого выполнены цилиндрические каналы 7.
В смесителе 2 коаксиально ему установлен инжектор 8 для получения газовоздушной смеси, выполненный в виде сообщенной с патрубком 3 подвода газа трубы 9.
На противоположном месту подвода трубы 9 к патрубку 3 конце трубы 9 на расстоянии, равном 6-8 внутренним диаметрам трубы 9, от ее торца в ее полости установлено сопло 10 дл подачи газа в смеситель 2.
Цилиндрические каналы 7 имеют входные и выходные участки 11, 12 различного диаметра.
В трубе 9 в месте размещения сопла 10 выполнены отверстия 13.
Отношение диаметра d1 а входного участка 11 цилиндрического канала 7 к диаметру d2 а выходного участка 12 цилиндрического канала 7 составляет 0,1-0,5.
Длина l1 а выходного сопла 5 равна длине цилиндрического канала 7 и составляет величину, равную диаметру смесителя 2.
На наружной поверхности стабилизатора 6 горения на расстоянии l2 а, равном 0,5-0,6 его диаметра, от его торца установлен перфорированный диск 14 с отверстиями 15.
Отношение площади входных отверстий цилиндрических каналов 7 к площади выходного отверстия конфузора составляет 0,05-0,1.
В корпусе 1 установлены свеча электророзжига в виде электрода 16 и электрод 17 контроля пламени.
Газовая горелка работает следующим образом.
Через патрубок 3 в трубу 9 поступает газ, который, проходя через сопло 10, на его выходе смешивается с воздухом. Воздух подается в смеситель 2 через патрубок 4 подвода воздуха.
На выходе из сопла 10 происходит активное поступление воздуха через отверстия 13 за счет инжекционного эффекта.
Газовоздушная смесь, проходя остальной путь по трубе 9 - этот участок составляет 6-8 диаметров трубы 9, активно перемешивается. На торце трубы 9 получается равномерно перемешанная газовоздушная смесь, которая поступает в смеситель 2, где, обладая избыточным импульсом, она активно перемешивается с воздухом, подаваемым в смеситель 2.
На протяжении пути движения в смесителе 2 от инжектора 8 до выходного сопла 5 происходит получение гомогенной газовоздушной смеси.
Большая часть газовоздушной смеси поступает в конфузор выходного сопла 5, а оставшаяся часть - в цилиндрические каналы 7.
Отношение площади всех входных отверстий цилиндрических каналов к площади выходного отверстия конфузора - 0,05-0,1.
При выходе за пределы этого соотношения уменьшается диапазон работы горелки. Это соотношение позволяет распределить тепловую нагрузку таким образом, что обеспечивается устойчивое горение на выходе из выходных участков 12 и гарантированное поджигание основного потока газовоздушной смеси на выходе из конфузора выходного сопла 5.
Переход из входного участка 11 в выходной участок 12 цилиндрического канала 7, газовоздушная смесь значительно снижает свою скорость за счет разности диаметров этих участков (отношение диаметра входного участка 10 к диаметру выходного участка 11 составляет 0,1-0,5).
Изобретение позволит расширить область использования газовой горелки, получить устойчивое горение при высоких скоростях истечения продуктов горения, повысить экологичность ее работы за счет снижения вредных выбросов.
Формула изобретения
Газовая горелка, содержащая смеситель в виде цилиндрической трубы, патрубки подвода газа и воздуха, выходное сопло в виде конфузора, стабилизатор горения, установленный коаксиально смесителю инжектор для получения газовоздушной смеси, отличающийся тем, что выходное сопло выполнено за одно целое со стабилизатором горения, в котором по периметру выходного сопла выполнены сообщенные с полостью смесителя цилиндрические каналы с входным и выходным участками различного диаметра, инжектор выполнен в виде сообщенной с патрубком подвода газа трубы, на противоположном конце которой на расстоянии, равном 6-8 внутренним диаметрам трубы, от ее торца в ее полости установлено сопло дл подачи газа в смеситель, при этом в трубе в месте размещения сопла выполнены отверстия, отношение диаметра входного участка цилиндрического канала к диаметру выходного участка цилиндрического канала составляет 0,1-0,5, а отношение площади входных отверстий цилиндрических каналов к площади выходного отверстия конфузора составляет 0,05-0,1
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ГАЗОВАЯ ГОРЕЛКА
Реферат:
Изобретение относится к теплоэнергетике, а именно к газовым горелкам с принудительной подачей воздуха, и может быть использовано как топливосжигающее устройство широкого применения в промышленном, сельскохозяйственном, коммунально-бытовом и другом газовом оборудовании. Техническим результатом изобретения является уменьшение потерь напора в воздушном тракте, снижение уровня шума, упрощение конструкции и монтажа горелки. Газовая горелка с принудительной подачей воздуха содержит камеру для подвода воздуха, камеру дл подачи газа, в торцовых стенках которой выполнен ряд оппозитно расположенных отверстий, смесительные трубки с кольцевым рядом отверстий в боковых стенках и жаровую трубу. Камера для подачи газа установлена между камерой для подвода воздуха и жаровой трубой с образованием кольцевого зазора между ее боковой цилиндрической стенкой и жаровой трубой, при этом смесительные трубки герметично установлены в отверстиях торцовых стенок камеры дл подачи газа, в боковой цилиндрической стенке которой выполнен кольцевой ряд радиальных отверстий, а отверстия в боковых стенках смесительных трубок расположены коаксикально.
Известна горелка [1], содержащая подключенный к источнику воздуха корпус и установленную в нем газоподводящую трубу, сообщенную с кольцевым газовым коллектором с соплами. На выходе горелки установлен стабилизатор горения, выполненный в виде пластинчатого кольца, в котором выполнены отверстия, расположенные сносно соплам кольцевого газового коллектора. Кольцо стабилизатора скреплено с коллектором посредством стержней, размещенных снаружи и внутри пластинчатого кольца.
Известная горелка позволяет стабилизировать факел при больших избытках воздуха, однако обладает значительной металлоемкостью и трудоемкостью изготовления.
Известно также горелочное устройство [2], содержащее установленные в корпусе смесительные трубы, снабженные тангенциальными воздухоподводящими патрубками, в которых выполнены отверстия, сообщающие полости патрубков с газовой камерой. За счет предварительного перемешивания топлива и воздуха в патрубках смесителей температура горения газовоздушной смеси приближается к средней, что позволяет уменьшить содержание оксидов азота в продуктах сгорания.
К недостаткам известного горелочного устройства следует отнести высокий уровень шума и сложность конструкции.
Наиболее близкой к заявляемой горелке по совокупности существенных признаков является газовая горелка [3], содержащая камеру для подвода воздуха от вентилятора, камеру для подачи газа под давлением, установленные в камере для подвода воздуха смесители, выполненные в виде цилиндрических трубок с отверстиями в боковых стенках, и жаровую трубу, полость внутри которой сообщена с камерой для подвода воздуха.
В торцовых стенках камеры для подачи газа и примыкающей к одной из них стенке камеры для подвода воздуха выполнены сносно расположенные отверстия, в которых герметично установлены сопла для подачи струи газа вдоль оси смесительной трубки и технологические заглушки, расположенные на внешней торцовой стенке газовой камеры.
При работе горелки воздух, нагнетаемый вентилятором, разделяется на два потока, один из которых (первичный воздух) коаксиально со струей газа подается в смесительную трубку, а другой (вторичный воздух) поступает непосредственно из камеры для подвода воздуха в полость жаровой трубы коаксиально смесителям.
К недостаткам известной газовой горелки следует отнести: потери напора в воздушном тракте и повышенный уровень шума из-за большого аэродинамического сопротивления последнего вследствие поворотов воздушного потока, а также сложность конструкции и монтажа горелки, обусловленные, в частности, необходимостью обеспечения строгой соосности газовых сопел и трубок смесителей.
Техническим результатом изобретения является уменьшение потерь напора в воздушном тракте, снижение уровня шума, упрощение конструкции и монтажа горелки.
Указанный технический результат достигается тем, что в газовой горелке с принудительной подачей воздуха, содержащей камеру для подвода воздуха, камеру для подачи газа, в торцовых стенках которой выполнен ряд оппозитно расположенных отверстий, смесительные трубки с кольцевым рядом отверстий в боковых стенках и жаровую трубу, согласно изобретению, камера для подачи газа установлена между камерой для подвода воздуха и жаровой трубой с образованием кольцевого зазора между ее боковой цилиндрической стенкой и жаровой трубой, при этом смесительные трубки герметично установлены в отверстиях торцовых стенок камеры для подачи газа, в боковой цилиндрической стенке которой выполнен кольцевой ряд радиальных отверстий, а отверстия в боковых стенках смесительных трубок расположены внутри камеры дл подачи газа.
Кроме того, суммарная площадь упомянутых радиальных отверстий составляет 0,3-0,5 суммарной площади отверстий, выполненных в боковых стенках смесительных трубок. Отверстия в боковых стенках смесительных трубок могут быть выполнены радиальными или в виде тангенциальных каналов.
Указанное расположение и форма выполнения камеры дл подачи газа позволяют реализовать прямоточную схему движения воздушного потока, характеризующуюся минимальными потерями напора в воздушном тракте и низким уровнем шума, а также упростить конструкцию и облегчить монтаж горелки.
Выполнение в боковой цилиндрической стенке камеры для подачи газа радиальных отверстий, отношение суммарной площади которых к общей площади отверстий в стенках смесительных трубок находится в указанных выше пределах, позволяет уменьшить содержание NO в продуктах сгорания за счет двухстадийного сжигания газа.
Различные ориентации отверстий, выполненных в боковых стенках смесительных трубок (радиальные или тангенциальные), позволяют реализовать предпочтительный вариант смешения в зависимости от вида применяемого газообразного топлива и требуемого соотношения расходов газа и воздуха.
Охарактеризованное указанными выше существенными признаками изобретение на дату подачи заявки не известно в Российской Федерации и за границей и отвечает требованиям критерия "новизна".
Изобретение может быть реализовано промышленным способом с использованием известных технических средств, технологий и материалов и соответствует требованиям критерия "промышленная применимость".
Заявителем не выявлены технические решения, имеющие признаки, совпадающие с совокупностью отличительных признаков заявляемого изобретения, в связи с чем можно сделать вывод о соответствии условию патентоспособности "изобретательский уровень".
Изобретение поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображена предлагаемая газовая горелка; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1.
Газовая горелка содержит камеру 1 для подвода воздуха, нагнетаемого вентилятором (не показан), камеру 2 дл я подачи газа, установленную между камерой 1 и жаровой трубой 3 и сообщенную с источником газа посредством газоподающей трубы 4.
В торцовых стенках 5 и 6 камеры 2 для подачи газа выполнены оппозитно расположенные отверстия, в которых герметично установлены смесительные трубки 7 с кольцевым рядом радиальных или тангенциальных отверстий (каналов) 8 в каждой из них, расположенных внутри камеры 2 для подачи газа.
Камера 2 для подачи газа установлена с образованием кольцевого зазора d между ее боковой цилиндрической стенкой и жаровой трубой 3, при этом в боковой стенке выполнен кольцевой ряд радиальных отверстий 9.
Суммарная площадь радиальных отверстий 9 составляет 0,3-0,5 суммарной площади отверстий 8, выполненных в боковых стенках смесительных трубок 7.
Горелка снабжена запальным устройством 10, размещенным внутри одной из смесительных трубок 7.
Газовая горелка работает следующим образом.
Включают вентилятор, нагнетающий воздух в камеру 1. Через смесительные трубки 7 и кольцевой зазор d воздух поступает во внутреннюю полость жаровой трубы 3. По окончании продувки топочного пространства подается высоковольтное напряжение на электрод поджига запального устройства 10. Одновременно осуществляется подача газа по газоподводящей трубе 4 в камеру 2, а из нее через отверстия 8 в смесительные трубки 7 и через отверстия 9 - в кольцевой зазор d.
Расход газа через отверстия 8 уменьшен на величину расхода газа через радиальные отверстия 9 (на 30-50% - в соответствии с отношением суммарных площадей отверстий 8 и 9). Для предлагаемой конструкции горелки экспериментально установлено, что при расходе газа через отверстия 9, составляющем менее 30% от расхода газа через смесительные трубки 7, недопустимо возрастает содержание NOx а, а при указанном соотношении расходов газа, превышающем 50%, плавный розжиг горелки сильно затруднен. Образующаяся в полостях смесительных трубок 7 обедненная газовоздушная смесь воспламеняется искрой от запального устройства 10, а затем от факела воспламеняется газовоздушная смесь, образованная в кольцевом зазоре d.
Благодаря наличию радиальных отверстий 9, выполненных в боковой цилиндрической поверхности камеры 2, установленной в жаровой трубе 3 с кольцевым зазором d, реализуется двухстадийное сжигание газообразного топлива, позволяющее снизить температуру его горения и уменьшить тем самым содержание оксидов азота (NOx а) в продуктах сгорания.
Наличие участка внезапного расширения при переходе кольцевого зазора d в полость жаровой трубы 3 вызывает отклонение потока газовоздушной смеси, образующейся в зазоре d, от стенки жаровой трубы 3 к центральной продольной оси горелки. Возникающая при этом турбулентность срывающегося с границы торцовой стенки 6 камеры 2 вихря способствует стабилизации факела горелки.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР 1545025, МПК F 23 D 14/02, опубл. 1990 г.
2. Патент РФ 1768871, МПК F 23 D 14/00, опубл. 1992 г.
3. Проспект фирмы Walter Dreizler GmbH (Германия), 1998 г. - прототип.
Формула изобретения
1. Газовая горелка с принудительной подачей воздуха, содержащая камеру для подвода воздуха, камеру для подачи газа, в торцовых стенках которой выполнен ряд оппозитно расположенных отверстий, смесительные трубки с кольцевым рядом отверстий в боковых стенках и жаровую трубу, отличающаяся тем, что камера для подачи газа установлена между камерой для подвода воздуха и жаровой трубой с образованием кольцевого зазора между ее боковой цилиндрической стенкой и жаровой трубой, при этом смесительные трубки герметично установлены в отверстиях торцовых стенок камеры для подачи газа, в боковой цилиндрической стенке которой выполнен кольцевой ряд радиальных отверстий, а отверстия в боковых стенках смесительных трубок расположены внутри камеры для подачи газа.
2. Горелка по п. 1, отличающаяся тем, что суммарная площадь упомянутых радиальных отверстий составляет 0,3-0,5 суммарной площади отверстий, выполненных в боковых стенках смесительных трубок.
3. Горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отверстия в боковых стенках смесительных трубок выполнены радиальными.
4. Горелка по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что отверстия в боковых стенках смесительных трубок выполнены в виде тангенциальных каналов.
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ
РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
СПОСОБ ПОДГОТОВКИ ПРИРОДНОГО ГАЗА
Реферат:
Изобретение относится к теплоэнергетике, в частности к использованию природного газа в качестве источника тепловой энергии. Способ подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелки с принудительной подачей воздуха тягодутьевым устройством включает подведение природного газа, смешение его с воздухом и подачу подготовленной газовоздушной смеси к месту сжигания. Способ обеспечивает улучшение смешения природного газа и воздуха, снижение содержания в выхлопных газах оксида углерода и окислов азота и упрощение конструкции горелки за счет того, что природный газ подводится к всасывающей линии тягодутьевого устройства, выполненной в виде цилиндра с перфорированной вставкой.
Известен способ подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок 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. В качестве тягодутьевого устройства могут быть использованы также воздуходувки или компрессоры. 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. Здесь происходит смешение природного газа и воздуха с образованием газовоздушной смеси, которая далее через насадок поступает непосредственно к месту сжигания природного газа. Для получения короткого пламени с высокой температурой, т.е. дл обеспечения горения газа, близкого к кинетическому, необходимо хорошее предварительное смешение природного газа и воздуха. Это достигается за счет удлинения участка смешения, увеличения разности скоростей газа и воздуха, увеличения поверхности соприкосновения газовых струй с воздушным потоком, направления потоков газа и воздуха под углом, вывода газовых струй в интенсивно раскрученный поток воздуха и т.д. Сказанное выше определяет основной недостаток способа подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок с принудительной подачей воздуха, а именно неудовлетворительное качество смешения природного газа и воздуха. При этом улучшение качества смешения сопровождается значительным усложнением конструкции горелки. В свою очередь неудовлетворительное качество смешения имеет следствием повышенное содержание в выхлопном газе оксида углерода (CO) и окислов азота (NOx).
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является способ подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок с принудительной подачей воздуха тягодутьевым устройством, реализуемый в газогорелочных автоматизированных блоках (см. указанный выше источник, стр. 599-604). Способ включает те же операции, что и в случае аналога, а именно подведение природного газа, смешение его с принудительно подаваемым и специально турбулизированным потоком воздуха, подачу подготовленной газовоздушной смеси к месту сжигания. Признаком, выделяющим этот способ из ряда аналогичных, является принудительная подача воздуха предназначенным только и только для этой цели совмещенным с горелкой центробежным вентилятором. Суть способа при этом не претерпевает изменений, а следовательно, сохраняются и вышеуказанные его недостатки. Следует отметить, что в настоящее время весьма широко распространены использующие указанный выше способ подготовки природного газа к сжиганию горелки газовые блочные ГБЛ, серийно выпускаемые, например, ОАО "Старорусприбор".
Технический результат предлагаемого способа подготовки природного газа к сжиганию с использованием горелок с принудительной подачей воздуха тягодутьевым устройством состоит в улучшении смешения природного газа и воздуха, а следовательно, в улучшении качества газовоздушной смеси при одновременном упрощении конструкции горелки. Технический результат предлагаемого способа состоит также в снижении содержания в выхлопных газах оксида углерода и окислов азота.
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.
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 =18МПа
Грунты 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
Главная