PL245390B1 - Sposób spalania niskokalorycznego gazu odpadowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia są przedstawione na schemacie sposób i urządzenie do spalania niskokalorycznego gazu. Sposób wg wynalazku charakteryzuje się tym, że do spalania niskokalorycznego gazu odpadowego za pomocą palnika we flarze użyty jest gaz opałowy spalany w osobnym palniku. Gazem opałowym jest głównie propan i/lub butan przeprowadzony z postaci ciekłego gazu określanego jako LPG do fazy gazowej poprzez dostarczenie energii cieplnej za pośrednictwem zestawu odpowiednich wymienników.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób spalania niskokalorycznego gazu odpadowego za pomocą palnika na flarze gazowej przy udziale gazu opałowego uzyskanego w parowniku LPG i spalanego na bocznym, dodatkowym palniku, przy czym palnik boczny znajduje się w bezpośrednim sąsiedztwie palnika głównego.

Znana jest z opisu zgłoszenia patentowego US4255120A przenośna pochodnia do spalania gazów palnych z odwiertów naftowych, gazów odpadowych z rafinerii oraz zakładów chemicznych. Rozwiązanie zostało opisane jako bazujące na poziomej flarze zamontowanej na naczepie samochodowej, przy czym ściany boczne są ruchome jako możliwa osłona termiczna oraz osłona przed hałasem. Podłoga naczepy również jest chroniona przed generowanym przez palniki promieniowaniem cieplnym. Na przyczepie znajduje się system z gazem zapłonowym oraz armatura kontrolująca.

Znana jest z opisu zgłoszenia patentowego US3822983A flara naziemna. Rozwiązanie to obejmuje pochodnię naziemną ze strefą spalania wyznaczoną poprzez odpowiednio wyprofilowany i uzbrojony grunt. Poprzez ściany nasypu zostały przeprowadzone rury do wnętrza celem doprowadzenia powietrza do strefy spalania. Kolektor umieszczony w dolnej części prowadzi do szeregu dysz wyprowadzonych w górę, które służą do doprowadzenia gazów zrzutowych do strefy spalania. Całość jest wyposażona w urządzenia do zapalania gazów oraz instalację parową celem wspomagania procesu spalania.

Znane jest z opisu zgłoszenia patentowego US4092095A urządzenie do spalania gazów odpadowych. Rozwiązanie w nim przedstawione obejmuje komorę spalania do zastosowania w obszarach zamieszkałych, które może być zamontowane na dachu budynku lub na ziemi, przy czym komora spalania jest przystosowana do gazów odpadowych o bardzo niskiej zawartości gazu palnego lub bardzo zanieczyszczonego, zawierającego smoły i cząstki stałe lub też gazu o bardzo niskim ciśnieniu, który ma niewystarczającą energię kinetyczną do łatwego mieszania się z powietrzem. W rozwiązaniu zas tosowano pionową komorę spalania, otwartą od góry i otoczoną ekranem akustycznym celem zmniejszenia poziomu hałasu oraz emisji światła w całym procesie spalania. Palniki są umieszczone pod spodem, poniżej poziomu radiacyjnego, są niezależne i oddzielnie wyjmowane do czyszczenia bez konieczności wyłączania całości komory spalania.

Znane jest z opisu patentowego US6283068 urządzenie wykorzystujące wodę do przekazywania energii cieplnej do przemiany fazowej LPG w postać gazową, ale tylko wówczas, gdy z uwagi na panującą temperaturę zewnętrzną, pozyskiwanie wystarczającej ilości ciepła z otoczenia jest niemożliwe np. podczas mroźnych dni, co oznacza jego konstrukcję przeznaczoną do pracy chwilowej, a nie jest nastawione na pracę ciągłą i otrzymywanie dużej wydajności gazowej formy propanu/butanu, służy jedynie jako element wspomagający naturalne odparowanie LPG.

Z kolei w opisie patentowym PL228776 przedstawiono sposób spalania gazu niskokalorycznego o wysokiej temperaturze wlotowej, wykorzystywany zwłaszcza do dopalania gazów anodowych ze stałotlenkowych ogniw paliwowych. Charakteryzuje się on tym, że strumień utleniacza jest dzielony na strumień pierwotny tlenu i doprowadzany wlotem do rury, osadzonej koncentrycznie wewnątrz pierwszego walca wykonanego z materiału porowatego, korzystnie z węglika krzemu SiC, osadzonego w rurze zasilanej gazem niskokalorycznym o wysokiej temperaturze powyżej 800°C, a następnie jest dozowany stopniowo do materiału porowatego pierwszego walca za pomocą dysz obwodowych na rurze, usytuowanych wzdłuż jej długości, a strumień wtórny tlenu jest doprowadzany wlotem do dysz wtryskowych, rozmieszczonych na obwodzie rury, w miejscu stykowego połączenia podstaw pierwszego walca i drugiego walca o dwukrotnie większej średnicy, osadzonego koncentrycznie w rurze. Ponadto, palnik jest wyposażony w układ chłodzenia z wlotem, przez który wprowadza się strumień powietrza chłodzącego, wymuszający przy pomocy elementów spiralnych obwodowy przepływ powietrza chłodzącego między rurą doprowadzającą gaz niskokaloryczny o temperaturze powyżej 800°C, i rurą otaczającą pierwszy walec oraz między rurą otaczającą drugi walec, a zewnętrzną rurą obudowy.

Sposób spalania niepożądanych gazów został również przedstawiony w opisie patentowym EP 2835582. Gazami, które można dzięki niemu spalać, są na przykład gazy w postaci węglowodorów lub amoniaku. Spalanie odbywa się za pomocą urządzenia przemieszczanego do miejsca obiektu zawierającego gaz przeznaczony do spalania, na przykład zbiornika na gaz lub ciecz, rurociągu lub transportowego statku, w którym co najmniej jeden wlot urządzenia łączy się z obiektem przeznaczonym do odgazowania za pomocą rurowego i/lub giętkiego przewodu, i w którym do urządzenia podaje się przeznaczony do spalania gaz znajdujący się w obiekcie, a gaz spala się za pomocą własnego wbudo wanego w urządzeniu układu palników, charakteryzuje się tym, że przeznaczony do spalania gaz rozdziela się przed spalaniem na wiele strumieni gazu i że poszczególne strumienie gazu rozdziela się do wielu palnikowych zespołów układu palników, a poszczególne strumienie gazu spala się oddzielnie, przy czym objętości przepływu doprowadzanych do poszczególnych palnikowych zespołów strumien i gazu reguluje się oddzielnie lub mogą być one oddzielnie regulowane. Rozdzielenie na poszczególne strumienie gazu i/lub rozdzielenie strumieni gazu na poszczególne palnikowe zespoły przeprowadza się, uwzględniając parametry fizyczne, w szczególności ciśnienia i/lub temperatury, które korzystnie określa się w obszarze poszczególnych palnikowych zespołów.

W opisie patentowym PL139980 przedstawiono sposób spalania niskokalorycznych gazów odpadowych, polegający na mieszaniu gazu niskokalorycznego, gazu pełnowartościowego i powietrza oraz wprowadzeniu tej mieszaniny stycznie do ścianek komory spalania, a następnie zawirowaniu i spalaniu. Sposób według wynalazku charakteryzuje się tym, że mieszaninę gazu pełnowartościowego z gazem niskokalorycznym podgrzewa się do temperatury 973-1173 K, a podgrzaną mieszaninę poddaje się zawirowaniu i spalaniu w komorze spalania, zaś wytworzonymi spalinami ogrzewa się mieszaninę gazów wpływających do komory spalania, a następnie odprowadza się je do urządzenia odzyskującego. Palenisko do spalania niskokalorycznych gazów odpadowych zawiera komorę spalania oraz odd zielne palniki na gazy niskokaloryczne i gaz pełnowartościowy oraz dyszę powietrza zamontowane stycznie do wewnętrznej powierzchni komory spalania, a komora spalania zamknięta jest z jednej strony czołową ścianką, a z drugiej strony jest otwarta i połączona z nawrotną komorą, która łączy się z pierścieniową grzewczo-dopalającą komorą połączoną z drugiej strony poprzez stożkową część z komorą dopalania zakończoną wylotową gardzielą, przy czym komora spalania umocowana jest centrycznie w palenisku za pomocą promieniowych wsporników.

Wadą powyższych rozwiązań jest brak możliwości efektywnego i bezpiecznego spalania niskokalorycznego gazu odpadowego w warunkach tymczasowych, gdzie z uwagi na czas trwania całości procesu nie ma możliwości budowania specjalistycznych i zarazem kosztownych instalacji, jak w przytoczonych powyżej rozwiązaniach patentowych. Dodatkowo należy mieć na uwadze, iż ww. rozwiązania nie pozwalają na utylizację dużych, czyli liczonych w tys. Nm ³/godz. ilości gazu odpadowego.

Celem wynalazku jest opracowanie sposobu spalania niskokalorycznego gazu odpadowego, który będzie efektywny i bezpieczny w warunkach tymczasowych. Dzięki opracowanemu sposobowi będzie możliwość wykorzystania go w urządzeniu, które zostanie przetransportowane do docelowego miejsca, w którym będzie znajdował się gaz przeznaczony do spalenia. Ponadto, opracowany sposób będzie nadawał się do zastosowana w miejscach, gdzie znajdują się do utylizacji bardzo duże - liczone w tys. Nm³/godz. - ilości gazu odpadowego.

Cel ten osiągnięto w rozwiązaniu, w którym sposób spalania niskokalorycznego gazu odpadowego charakteryzuje się tym, że spalanie gazu odbywa się na palniku głównym flary gazowej i podtrzymywane jest za pomocą płomienia pochodzącego ze spalania gazu opałowego na dodatkowyc h bocznych palnikach na flarze głównej, a stosowanym gazem opałowym jest propan i/lub butan, przeprowadzony z postaci ciekłego gazu do fazy gazowej za pomocą dostarczonej energii cieplnej pochodzącej z wymienników rurowych zanurzonych w płaszczu wodnym, przy czym nośnikiem energii jest woda, na której wymuszono przepływ grawitacyjny w obiegu zamkniętym od wymiennika pobierającego ciepło ze spalin powstałych podczas spalania paliwa na palniku dualnym spalającym paliwo gazowe lub olejowe, do zestawu wymienników rurowych umożliwiających oddanie ciepła do LPG.

Zaletą takiego rozwiązania jest opracowanie sposobu spalania niskokalorycznego gazu odpadowego, który jest efektywny i bezpieczny w warunkach tymczasowych, gdzie przeprowadza się jego spalanie. Dzięki opracowanemu sposobowi i wykorzystaniu mobilnego urządzenia, które zostanie przetransportowane do docelowego miejsca, w którym będzie znajdował się gaz przeznaczony do spalenia, istnieje możliwość jego zutylizowania. Opracowany sposób nadaje się do zastosowana w miejscach, gdzie znajdują się do utylizacji bardzo duże - liczone w tys. Nm³/godz. - ilości gazu odpadowego, takich jak gaz z testowania wydajności odwiertów na złożach ropy naftowej i gazu ziemnego o niskiej zawartości gazów palnych, w tym zawierający siarkowodór, gaz wysypiskowy z ujęć na wysypiskach odpadów komunalnych oraz metan z odmetanowania złóż węgla kamiennego.

Ważnym aspektem przedstawionego rozwiązania jest ochrona środowiska, polegająca na zmniejszeniu szkodliwości emitowanych gazów w wyniku ich utlenienia w procesie spalania.

Przedmiot wynalazku w przykładzie jego realizacji został uwidoczniony na rysunku, w którym fig. 1 przedstawia schemat technologiczny sposobu spalania gazu na flarze gazowej przy udziale gazu opałowego uzyskanego w parowniku, fig. 2 przedstawia schemat parownika do zgazowania LPG, co opisano poniżej.

Sposób spalania niskokalorycznego gazu odpadowego w urządzeniu mobilnym zastosowany został przy pracach związanych z testowaniem otworów wiertniczych. Wykorzystane w sposobie według wynalazku urządzenie mobilne składa się z czterech zbiorników LPG 1 o łącznej pojemności 25,6 m³ i wbudowanego w ciąg technologiczny parownika LPG 2 o regulowanej mocy za pomocą zaworu regulacyjnego LPG 5, posiadającego powierzchnię grzewczą wynoszącą ok. 28 m² dla wszystkich wężownic oraz moc cieplną około 560 kW. Energia cieplna w parowniku 2 wytwarzana jest za pomocą dualnego palnika 9 spalającego olej napędowy i przekazywana jest do płaszcza wodnego 8, w którym zanurzone są dwa wymienniki rurowe 10a i 10b w postaci ciśnieniowych wężownic, o wartościach ciśnień wynoszących odpowiednio 34.5 MPa oraz 15,0 MPa. Wężownice wymienników rurowych 10a i 10b połączone są ze sobą za pomocą zaworu iglicowego 7 służącego do regulacji ciśnienia gazu na wejściu i wydatku przepływu na wyjściu parownika 2. Temperatura robocza wymienników rurowych 10a i 10b mieści się w szerokim zakresie od -29°C do +90°C. W układzie parownika 2 zastosowano również zestaw zasuw manipulacyjnych 6 w celu ewentualnego odcięcia lub obejścia parownika 2. Kolejnymi elementami urządzenia mobilnego są: instalacja gazociągu 4 do dostarczania fazy gazowej propanu z parownika 2 do palników bocznych 3a flary gazowej 3, instalacja gazowa 4a do dostarczania niskokalorycznego gazu odpadowego z odwiertu do palnika głównego 3b flary 3 oraz układ zapłonowy 4b gazów na palnikach flary 3.

Flara gazowa 3 zabudowana jest na konstrukcji kratowej, wysokościowej z dwoma palnikami bocznymi 3a. Gazy odpadowe spalają się na palniku głównym 3b flary gazowej 3, a płomień jest podtrzymywany za pomocą płomienia pochodzącego ze spalania gazu opałowego na dodatkowych bocznych palnikach 3a na flarze głównej 3. Propan przeprowadzany z postaci ciekłego gazu do fazy gazowej jest w parowniku 2 za pomocą dostarczonej energii cieplnej pochodzącej z wymienników rurowych 10a i 10b zanurzonych w płaszczu wodnym 8, a nośnikiem energii jest woda, na której wymuszono przepływ grawitacyjny w obiegu zamkniętym.

Źródłem ciepła parownika 2 jest olej napędowy spalany w palniku dualnym 9 umieszczonym w komorze spalania stanowiącej jednocześnie wymiennik ciepła w postaci płaszcza wodnego 8, w którym zanurzone są dwie ciśnieniowe wężownice wymienników rurowych 10a i 10b. Przemiana fazowa LPG w parowniku 2 z uwagi na moc palnika 9, powierzchnię wymiany ciepła oraz zgromadzoną energię cieplną w płaszczu wodnym 8, następuje natychmiastowo.

Bardzo duża powierzchnia wymiany ciepła wymienników rurowych 10a i 10b w połączeniu z możliwością pracy na niskich temperaturach oraz bardzo duży współczynnik bezpieczeństwa w stosunku do ciśnienia roboczego rozprężającego się LPG (maksymalnie 1,0 MPa) uczyniły opisane wyżej rozwiązanie jako wystarczające do osiągnięcia zamierzonego celu, czyli znaczącego zwiększenia ilości odparowanego propanu z fazy ciekłej do gazowej przy jednoczesnej niezawodności całego ciągu technologicznego. Z przeprowadzonych pomiarów zużycia fazy ciekłej wynikło, iż uzyskano 10-krotne zwiększenie wydajności dla fazy gazowej w stosunku do podobnych parowników zasilanych energią elektryczną.

Sposób według wynalazku, w którym zastosowano rozwiązanie podtrzymywania płomienia flary na palniku głównym spalającym gaz odpadowy, za pomocą płomienia pochodzącego ze spalania gazu opałowego na dodatkowym bocznym palniku pochodzącego z parownika LPG o dużej mocy, nie ogranicza się jedynie do zastosowywania w przemyśle wydobywczym, a można go wykorzystać w każdej innej dziedzinie, gdzie występuje potrzeba zapewnienia dużej wydajności gazu.

Claims (1)

1. Sposób spalania niskokalorycznego gazu odpadowego znamienny tym, że spalanie gazu odbywa się na palniku głównym (3b) flary gazowej (3) i jest podtrzymywane za pomocą płomienia pochodzącego ze spalania gazu opałowego na dodatkowych bocznych palnikach (3a) na flarze głównej (3), a stosowanym gazem opałowym jest propan i/lub butan, przeprowadzony z postaci ciekłego gazu do fazy gazowej za pomocą dostarczonej energii cieplnej pochodzącej z wymienników rurowych (10a) i (10b) zanurzonych w płaszczu wodnym (8), przy czym nośnikiem energii jest woda, na której wymuszono przepływ grawitacyjny w obiegu zamkniętym od wymiennika pobierającego ciepło ze spalin powstałych podczas spalania paliwa na palniku dualnym (9) spalającym paliwo gazowe lub olejowe, do zestawu wymienników rurowych (10a) i (10b) umożliwiających oddanie ciepła do LPG.