Файл: Романов Б.А. Котельные установки предприятий нефтяной и газовой промышленности.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.07.2024
Просмотров: 115
Скачиваний: 1
Глава I
ТОПЛИВО И ЕГО ГОРЕНИЕ
§1. ВИДЫ ТОПЛИВА. СОСТАВ жидкого
ИГАЗООБРАЗНОГО ТОПЛИВА. ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
ТОПЛИВА. ТЕПЛОТА СГОРАНИЯ
Топливом называется любое вещество, которое при сгорании (окислении) выделяет значительное количество тепла на единицу массы или объема и доступно для массового использования.
Вкачестве топлива применяют природные и производные орга нические соединения в твердом, жидком и газообразном состоя ниях. В топках котельных агрегатов предприятий нефтехимической
игазовой промышленности сжигается, как правило, жидкое и газообразное топливо.
Наша страна располагает большими запасами нефти .и газа. Добыча нефти по девятому пятилетнему плану в 1975 г. должна достигнуть 480—500 млн. т, а добыча газа 300—320 млрд. м3.
Врезультате переработки нефти — после отгонки легких фрак ций, получается топочный мазут, который используется как топ ливо. Большое значение сейчас, а также в перспективе имеет для
нашей страны природный газ, который добывается из недр земли,' где он находится под высоким давлением (до 15 МПа). К при родным газам относятся и попутные газы, выделяющиеся из нефти при ее добыче. Природный газ из чисто газовых место рождений обычно транспортируется по магистральным газопро водам на большие расстояния. Попутный газ большей частью используют вблизи нефтяных промыслов. На нефтеперерабаты вающих заводах в результате переработки нефти получаются газы крекинга, пиролиза и другие, относящиеся к так называемым искусственным газам.
Топливный баланс СССР изменяется в сторону большего использования жидкого и газообразного топлива, т. е. таких ви дов топлива, которые для своей добычи требуют минимальных капитальных затрат, обладают высокой теплотой ' сгорания и имеют другие ценные качества.
Минимальную себестоимость (в пересчете на условное топ ливо) имеет природный газ, который в 2—3 раза дешевле жидкого топлива и в 4—5 раз дешевле донецкого угля.
9
Жидкое и газообразное топлива выгодно отличаются от твер дого топлива: они имеют высокую теплоту сгорания, содержат мало золы и влаги (в газообразном топливе зола и влага отсут ствуют), легко транспортируются на большие расстояния. Любое топливо состоит из углерода — С, водорода — Н, кислорода — О, азота — N, летучей серы — S.-ь золы (минеральных остатков) — А и влаги — W.
Топливо в том виде, в каком оно подается в топку котельного агрегата и сгорает, называется рабочим топливом.
Элементарный состав рабочего топлива в процентах характе
ризуется уравнением |
|
|
|
|
|
|
|
Ср + Нр |
Ор -г Np -f §л -f Лр + |
= |
ЮО. |
(1) |
|||
Верхний индекс |
«р» при элементах топлива указывает, что |
||||||
это уравнение относится к «рабочему |
топливу». |
Первые |
пять |
||||
элементов образуют |
так |
называемую |
|
горючую |
массу топлива. |
||
Важнейшими горючими элементами топлива являются угле |
|||||||
род С и водород Н. |
Так, |
при сгорании |
1 кг углерода выделяется |
||||
33,7 МДж тепла, а |
при |
сгорании |
1 |
кг |
водорода — 120 |
МДж. |
|
Сера при сгорании |
также выделяет |
тепло |
(9 МДж/кг), |
но яв |
|||
ляется нежелательным горючим элементом котельного топлива. При горении летучей серы образуется сернистый газ SO2 , который
вызывает коррозию металла труб котельного агрегата и, попадая с уходящими газами в атмосферу, вредно действует на окружаю щую местность.
В связанном состоянии почти в любом топливе находятся кис
лород О и азот N, |
образующие внутренний балласт. Наличие |
этих элементов уменьшает тепловыделение топлива. |
|
Зола А и влага |
W — нежелательные примеси, составляю |
щие внешний балласт топлива. Содержание золы и влаги в топ ливе определяется, главным образом, внешними факторами — способом добычи, хранением, доставкой и т. д. Наличие золы и влаги уменьшает количество выделяемого тепла при сгорании топлива. Кроме того, часть тепла топлива бесполезно теряется, так как расходуется на испарение влаги, содержащейся в топливе (около 2,5 МДж на 1 кг влаги).
Все основные теплотехнические расчеты процесса сгорания топлива ведут по элементарному составу рабочего топлива. В об щем случае элементарный состав рабочего топлива меняется в зависимости от содержания золы и влаги. Элементарный состав горючей массы топлива не зависит от внешних факторов, является стабильным, поэтому этим понятием пользуются при изучении физических свойств топлив и их классификации.
Важной теплотехнической характеристикой топлива является его удельная низшая теплота сгорания, представляющая количе ство тепла, которое выделяется при полном сгорании 1 кг жидкого
или твердого топлива (или |
1 м3 газообразного топлива) в обыч |
ных практических условиях, |
когда водяные пары, содержащиеся |
ю |
|
в продуктах сгорания, не конденсируются, а удаляются в атмо сферу.
Низшую удельную теплоту сгорания жидкого топлива Q» в МДж/кг можно определить по приближенной формуле Д. И. Мен делеева
Qp = |
0,338СР + |
1,025НР — 0,108 (Ор — Sp) — 0,025U7P. |
(2) |
|||||||||
Газообразное топливо состоит из смеси отдельных |
газов (ком |
|||||||||||
понентов); |
так природный газ состоит |
из метана и более тяже- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
Таблица |
I |
|
|
|||
|
Теплота сгорания компонентов газообразного топлива |
|
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
Низшая удельная теплота |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
сгорания (?£ |
|
|
|||
|
Газ |
|
|
Относительная |
|
|
объемная, |
|
||||
|
|
|
молекулярная |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
масса (.1 |
массовая, |
МДж/м* (в |
|
||||
|
|
|
|
|
|
МДж/кг |
|
нормальных |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
физических |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
условиях) |
|
||
Окись углерода (СО) • |
. |
28,01 |
|
10,1 |
|
|
12,6 |
|
||||
Водород |
(Н2) ................................. |
S ) |
|
|
2,016 |
|
120,0 |
|
|
10,8 |
|
|
Сероводород ( H .. |
\ . |
. |
34,08 |
|
15,0 |
|
|
22,8 |
|
|||
Метан (С Н ,|).................... |
|
16,04 |
|
50,0 |
|
|
35,8 |
|
||||
Ацетилен ( G . H . ) ............................ |
|
|
26,04 |
|
48,3 |
|
|
56,3 |
|
|||
Этилен (С оН .і)............................. |
|
|
|
28,05 |
|
47,2 |
|
|
59,1 |
|
||
Этан (С.,Н0) ................................. |
|
|
|
30,07 |
|
47,5 |
|
|
63,7 |
|
||
Пропилен (С Д Іо )......................... |
|
|
42,08 |
|
45,8 |
|
|
86 ,0 |
|
|||
Пропан (С3Н8) ............................. |
|
|
|
44,09 |
|
46,4 |
|
|
9 1 ,2 |
|
||
Бутилен (С4Нч) . ......................... |
56,10 |
|
45,3 |
|
|
113,0 |
|
|||||
Пентплен (CsH10) ......................... |
|
|
70,13 |
|
45,0 |
|
|
141,0 |
|
|||
Бутан (CjH10) ............................. |
|
. . • . |
. |
58,12 |
|
4 5 ,8 |
|
|
129,0 |
|
||
н-Пентаи (п = С5Н12) |
72,15 |
|
45,4 |
|
|
146,0 |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Т а б л и ц а |
2 |
|
Элементарный состав и низшая |
удельная теплота сгорания топочного мазута |
|||||||||||
|
|
Элементарный состаг , % |
|
Низшая |
|
|
||||||
|
|
|
Кисло |
|
|
|
Удельный |
|||||
|
Угле |
Водо |
Сера |
|
|
удельная' теп |
||||||
Мазут |
род II |
|
|
теоретический |
||||||||
род |
род |
азот |
летучая |
Зола |
Влага |
лота сгорания |
расход возду |
|||||
|
СР |
HP |
ОР + |
sP |
.4P |
WP |
QP, |
|
МДж / кг |
ха L0t |
кг/кг |
|
|
Л |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
+ NP |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Малосерни- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
стыіі |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М-40 |
84,9 |
10,8 |
0,6 |
0,5 |
0,2 |
3,0 |
|
39,5 |
|
13,5 |
||
М-100 |
85,2 |
10,2 |
0,8 |
0,5 |
0,3 |
3,0 |
|
38,9 |
|
13,3 |
||
М-200 |
85,5 |
9,9 |
0,8 |
0,5 |
0,3 |
3,0 |
|
38,8 |
|
13,3 |
||
Сернистый |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
М-40 |
82,6 |
10,6 |
0,6 |
2,9 |
0,3 |
3,0 |
■ |
38,9 |
|
13,3 |
||
М-100 |
83,1 |
10,0 |
0,7 |
2,9 |
0,3 |
3,0 |
|
38,4 |
|
13,1 |
||
М-200 |
83,4 |
9,7 |
0,7 |
2,9 |
0,3 |
3,0 |
|
38,2 |
|
13,0 |
||
11
ю |
Т а б л и ц а 3 |
|
Средний состав и расчетные характеристики природных и попутных нефтяных газов некоторых месторождений
|
Состав газа, ° / |
объем». |
|||
Газ и месторождения |
m |
£ |
БутанСЧН 10 |
X |
Углекислый СОгаз. |
£ |
X |
X |
|||
X |
X |
U |
|
и |
|
и |
О |
ж |
|
|
|
ж |
га |
|
га |
|
|
СВ |
га |
С |
|
|
|
Й |
а |
|
5 |
|
|
|
|
о |
|
t |
|
|
Азот N. |
Сероводород HjS |
|
Низшая |
удельная |
Удельный |
теоретиче |
|
|
теплота |
сгорания |
|||
|
|
|
QP |
ский расход воздуха |
|
Относи- |
|
|
ч н |
|
|
тельная |
|
|
|
|
|
молеку |
|
|
|
|
|
лярная |
объемная |
массовая |
|
|
|
масса р. |
М Дж/м3 |
мя/м 3 |
кг/кг |
||
I |
(при |
0° С |
М Дж /кг |
||
0,1 |
МПа) |
|
|
|
|
Природный газ газовых месторо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ждений |
|
93,0 |
3,1 |
0,7 |
0,6 |
|
0,1 |
2,5 |
|
17,2 |
36,8 |
47,7 |
9,72 |
16,4 |
Г азлинское ■ |
............................. |
|
|
|||||||||||
Березовское ................................. |
|
95,1 |
1,1 |
0,3 |
— |
— |
0,4 |
3,1 |
— |
16,7 |
35,3 |
47,1 |
8,97 |
15,6 |
Ш ебелинское..................... |
• . |
89,9 |
3,1 |
0,9 |
0,4 |
— |
0,3 |
5,4 |
— |
17,6 |
35,5 |
45,2 |
9,41 |
15,5 |
Северо-Ставропольское . . . . |
98,7 |
0,3 |
0,1 |
0,1 |
— |
0,1 |
0,7 |
— |
16,2 |
35,8 |
50,2 |
9,50 |
17,0 |
|
Теньгинское ................................. |
|
91,4 |
5,3 |
1,4 |
0,7 |
о , з |
0,6 |
0,3 |
— |
17,8 |
38,7 |
48,7 |
9,55 |
15,5 |
Попутный газ нефтяных месторо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ждений |
|
81,6 |
6,5 |
3,0 |
1,9 |
1,4 |
4,0 |
1.5 |
0,1 |
20,6 |
40,7 |
44,4 |
10,7 |
15,1 |
Жирновское................................. |
|
|||||||||||||
Ромашкинское . ......................... |
40,0 |
19,5 |
18,0 |
7,5 |
4,9 |
0,1 |
10,0 |
— |
30,9 |
59,9 |
43,4 |
15,4 |
14,4 |
|
Туймазинское ............................. |
|
39,5 |
20,0 |
18,5 |
7,7 |
4,2 |
0,1 |
10,0 |
— |
30,8 |
59,7 |
43,6 |
15,5 |
14,6 |
Узеньское..................................... |
|
60,0 |
18,9 |
11,6 |
5,1 |
3,0 |
0,3 1,1 |
|
25,9 |
55,1 |
47,7 |
14,3 |
16,0 |
|
лых углеводородов. Поэтому теплоту сгорания газообраз
ного топлива Qn в МДж/кг S |
|
|
|||||||||
можно определять по теп- = |
|
|
|||||||||
лотам |
сгорания |
отдельных ѵо |
|
|
|||||||
газов, входящих в смесь, |
“ |
|
|
||||||||
Qn = |
'iQi -f- гoQ Ч- • |
• |
• |
(3) |
|
|
|||||
гщі + г2р2 + • |
• |
■ |
|
|
|||||||
|
|
|
|||||||||
или теплота сгорания газо |
|
|
|||||||||
образного |
топлива |
|
Q» |
в |
|
|
|||||
МДж/'м3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
qv _ |
r\Q\ 4~ r2Qi + • • |
• |
|
|
|
||||||
Ѵн |
|
|
22,4 |
|
|
|
|
|
|
||
где г\, г2,... ■— объемное |
со |
5 |
|
||||||||
держание |
отдельных |
горю |
X |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н |
|
|
чих |
газов^ в_ газообразном |
о |
|
||||||||
ѵо |
|
||||||||||
топливе; |
Qi, Q2, ...— низшая |
cd |
|
||||||||
Cu |
|
||||||||||
теплота сгорания этих газов |
О |
|
|||||||||
О |
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CL |
|
|
в МДж/кмоль; рі, рг,....— |
С |
|
|||||||||
со |
|
||||||||||
относнтельная |
молекуляр- |
о |
|
||||||||
ная масса |
этих |
газов в |
га |
со |
|
||||||
cd |
и |
||||||||||
зообразном топливе. |
|
|
|||||||||
|
|
5 |
|||||||||
В |
табл. |
1 |
приведены |
s |
|
||||||
н |
|
||||||||||
данные |
о |
теплоте |
сгорания |
о |
|
||||||
компонентов |
газообразного |
|
|
||||||||
топлива, в табл. 2, |
3 и 4 — |
|
|
||||||||
данные |
о |
жидком |
топливе, |
Ч) |
|
||||||
природном и попутном га |
|
||||||||||
3 |
|
||||||||||
зах |
и |
газах |
переработки |
Xн- |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
«J |
|
|
нефти. |
|
|
|
|
|
|
|
т |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
о |
|
|||
Чем |
меньше |
удельная |
cd |
|
|||||||
о. |
|
||||||||||
теплота |
сгорания |
топлива, |
|
|
|||||||
тем больше его расходуется |
|
|
|||||||||
в котельном |
агрегате. |
|
|
|
|||||||
Для сравнительной оцен |
85 |
|
|||||||||
ки различных |
топлив |
вво |
5 |
|
|||||||
дится понятие |
об |
условном |
из |
|
|||||||
Cl |
|
||||||||||
топливе. |
|
|
топливом |
на |
О |
|
|||||
Условным |
|
|
|||||||||
зывается топливо с удель |
|
|
|||||||||
ной низшей теплотой сгора |
|
|
|||||||||
ния 29,3 МДж/кг. Для пере |
|
|
|||||||||
вода |
расхода |
натурального |
|
|
|||||||
топлива В в условное Ву |
|
|
|||||||||
следует |
величину |
В умно- |
|
|
|||||||
« |
X |
и |
1 1 |
3 |
ы |
шА
С!
|
Н CL |
Z |
||
я Е |
|
массовая жДМ/кг |
||
|
|
|
||
Ч |
с . |
|
|
|
| е |
|
ь = |
|
|
с: га |
|
объемная "м/МДж |
0°при(С МПа0,1и ) |
|
я н |
|
|||
|
|
|
||
3 |
ч |
|
|
|
2 g |
|
|
|
|
ЕР |
|
|
|
|
|
|
Относи тельная молеку лярная масса |.і |
|
|
|
|
|
“N |
J-OEV |
5ОЭ |
|
ц ія іг э к м э ім д |
||
SsH ѴосІоѴоноёээ
ООвѴосіэимЛ чэшіо
НffodoVog
o!HsO нэігпінэц
“Н'Э iiainiiXg
8Нсэ наі/ішосіц
*•Н5Э нэігнхе
0 1Н5Э 1IBJ.HDU
0,НГЭ HBJ-Ag
SН'Э. HBUodu
н*э »ßj-e
‘ НЭ нвхаѵѵ
СО |
О ) |
h - |
CN |
|
LO |
Ю |
щ |
Ю |
|
|
12,3 |
17,9 |
ОО |
15,9 |
|
0 0 |
||||
|
|
|
||
|
46,9 |
46,7 |
46,7 |
44,4 |
|
|
46,9 |
67,8 |
71,6 |
59,9 |
|
|
і |
|
|
|
|
22,5 |
32,4 |
34,6 |
30,3 |
|
о ' |
1 |
1 |
1 |
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
6,4 |
|
|
0,8 |
|
1 |
|
|
|
|
|
||
|
14,0 |
3 ,2 |
15,3 |
2 ,6 |
|
1 |
2,2 |
2 ,6 |
4 ,6 |
|
|
5,0 |
3 ,7 |
7,6 |
5 ,5 |
|
|
9 ,0 |
2 ,0 |
|
4 ,5 |
|
|
17,0 |
Г - |
3 ,3 |
6 ,5 |
|
|
||||
1 |
с о |
6 ,7 |
2 ,9 |
|
|
|
13,0 |
О |
|
1 |
ОО |
|
||
1 |
5,8 |
9 ,6 |
6,2 |
|
о |
|
to |
|
|
см |
|
|
||
Ю |
Ю |
ОО |
СО |
|
— |
CN |
со |
■Ч* |
|
|
|
CN |
|
|
• о> • « |
X |
|||
|
CL |
8$ |
||
|
А |
X |
§ |
|
. зЯ .О ' |
||||
13
