Файл: Кулоян, Л. Т. Тепло- и холодоснабжение в условиях теплого климата (на примере Армянской ССР).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 17.10.2024
Просмотров: 108
Скачиваний: 0
Сравнение этих данных с соответствующими коэффициен тами использования, рассчитанные в среднем для всего Совет ского Союза [Л. 15 и 18], показывает, что уровень использова ния даже таких эффективных видов топлива, как природный газ и нефть, несколько отстает от среднесоюзного, особенно в жилищно-коммунальном секторе.
С помощью таких же ориентировочных расчетов было най дено, что при использовании природного газа и нефти для про изводства высокопотенциального тепла (печи, плиты и т. д.) К ” р для промышленности достигает величины 0,187 и 0,15, а
в жилищно-коммунальном хозяйстве—соответственно 0,22 и 0,18.
Одной из важнейших задач оптимизации теплоэнергети ческого хозяйства является повышение значения К^эр до
э к о н о м и ч е с к и о п р а в д а н н о г о у р о в н я .
На основании изложенного можно заключить, что уровень использования энергоресурсов может характеризовать только величина К ” 'р. Поэтому желательно, чтобы во всех энерго
экономических расчетах, связанных с выбором оптимального варианта энергоснабжения и оптимизацией топливно-энерге тического хозяйства в целом, предложенная методика оценки использования ТЭР и в первую очередь топлива нашла широ кое применение.
§ 1—5. Энерготехнологическое использование природного газа
Широкое внедрение природного газа в качестве химиче ского сырья открывает большие возможности для его комплек сного энерготехнологического использования. Так, в процессе производства ацетилена из природного газа методом пиролиза одновременно, в качестве газового отхода, получается горю чий газ или, как принято называть, синтез-газ. По данным Ереванского химического комбината, сиитез-газ имеет следую
щий |
состав: |
Нг = |
59,64%, |
СО = |
28,12%, |
СШ = |
5,43%, |
|
С 02 |
= 4,33%, |
(N2 |
+ Аг) = .1,74%, |
С2Н4 |
= |
0,33%, |
С2Н2 = |
|
0,2 % . 0 2 = 0,21% . |
|
т ацетилена |
составляет около |
|||||
|
Выход синтез-газа на 1 |
|||||||
10000 нж3, что по калорийности (табл. 1—4) |
равноценно поряд |
|||||||
ка 3660 нм3 природного газа. В связи с освоением новой техно логии производства ацетилена на базе природного газа ожида ется значительное увеличение выхода синтез-газа. Однако да же в дальней перспективе химическая промышленность вряд ли сумеет полностью реализовать (в качестве химического сырья) переработку всей массы этого газа и значительная его часть будет использована в качестве топлива. Насколько нам известно, у нас в стране не имеется более или менее дли тельного опыта сжигания синтез-газа. На основании теплотех-
47
нических расчетов делается попытка оценить синтез-газ как горючий материал и предложить пути его использования
[Л. 19].
В таблице 1—4 приведены вычисленные нами теплотехни ческие характеристики для синтез-газа, а также для природно го газа и мазута азербайджанских месторождений. Как и сле довало ожидать, для горения низкокалорийного синтез-газа требуется меньшее количество воздуха. Соответственно более чем в три раза по сравнению с природным газом и мазутом сокращается выход продуктов сгорания.
Н а и м е н о в а н и е в ел и ч и н ,
р а зм е р н о с т ь
(в с к о б к а х д л я м а з у т а )
Н и зш а я т е п л о т а го р е н и я , к к ал /н м Э (к к а л /к г )
Т ео р е т и ч еск и н е о б х о д и м ы й д л я
г о р е н и я о б ъ е м в о з д у х а , h m ZJh m Z, ( н м З / к г )
Т е о р е т и ч еск и й |
о б ъ е м |
в о д я н ы х |
п а р о в н м З / н м 3, (н м ^ / к г ) |
||
Т ео р е т и ч еск и й |
о б ъ е м |
п р о д у к т о в |
г о р ен и я , н м ? !н м ? , ( н м ^ / к г )
|
|
Т а б л и ц а 1— 4 |
|
П р и р о д у |
С и н |
М а з у т |
|
О б о з н а |
|
т ез- |
м а л о с е р |
ный |
|
||
ч ен и е |
1 |
г а з |
н исты й |
г а з |
|||
QE |
7 9 6 0 |
2 9 2 0 |
9 3 1 0 |
|
|||
v« |
8,7 |
2 ,6 8 |
10,3 |
V 0 |
2 ,0 |
0 ,7 7 |
1,34 |
v н 2о |
|
|
|
V 0 |
9,9 2 |
3,2 9 |
11,1 |
v Г |
|
|
|
Для оценки эффективности сжигания топлива важное зна чение имеет жаропроизводительность последнего, т. е. макси мально возможная температура, развиваемая при полном сго рании топлива с теоретически необходимым для горения ко личеством воздуха без'подогрева воздуха и топлива. Макси мально возможная температура может быть вычислена по формуле:
Qh |
Г! |
1макс “ VROs Crck+ Vh2o Ch2o+ V n2C^7 ’ |
П ~ 45) |
где Vro3= Vco,2+ VSo2 — суммарный объем двуокиси уг
лерода и сернистого газа,
нм3!нм3 или нм/3кг;
V h„o — объем водяных паров, нм3!нм3
или нм3/кг;
Vn2— объем азота, нм3/кг; или нм3/нм3 Cro2, Сн„о, C n 3 — соответственно средние объем ные теплоемкости в интервале от 0 до t макс., ккал/нм3-°С.
48
Значения Гмакс.> которые были определены на основании О —45), приведены в таблице 1—5. Из таблицы видно, что жаропроизводительность для синтез-газа выше, чем у природно го газа (на 104°С) и мазута (па 60°С), что нужно объяснить
относительно малой величиной объема продуктов горения, вы деляемых при сжигании синтез-газа.
Для проектирования, выбора и эксплуатации горелочных устройств необходимо знание концентрационных пределов вос пламенения и скорости распространения пламени. Пределы воспламенения (верхний и нижний) по концентрации горючей смеси Lr можно определить, пользуясь известной формулой Ле-Шателье [Л. 20], если известны процентное содержание компонентов в горючей смеси и верхний и нижний пределы воспламенения по концентрации для смеси данного компонента с воздухом. С учетом также балластных примесей пределы воспламенения уточняются по выражению:
|
100 |
+ — Lr |
(1 -46) |
100 + |
Lr 1- f S |
где Lg — предел воспламенения |
(верхний или нижний) газо |
вой смеси, содержащей балластные примеси; о— содержание балластных примесей в долях единицы.
Горение горючих газов, представляющих собой сложные смеси простых газов, можно рассматривать как одновремен ное и независимое горение нескольких простых смесей индиви
дуальных (элементарных) газов с воздухом. |
Согласно этому- |
|||||
положению, скорость распространения |
пламени для |
смеси |
||||
сложного газа с воздухом, |
обладающей |
максимальной ско |
||||
ростью распространения пламени, |
можно определить но фор |
|||||
муле: |
|
|
|
|
|
|
г, щ |
+ |
Г*) Uo |
Гя Ua |
|
|
|
Ъ |
12 + |
13 |
|
|
(1 -47) |
|
U =L |
Г, + Г, + Гз [ ■ |
|
|
|||
|
|
|
|
|||
где U — максимальная |
скорость |
распространения пламени |
||||
сложной газовоздушной смеси, м/сек; |
|
|||||
L — содержание сложного газа в смеси, дающей макси |
||||||
мальную скорость распространения пламени |
в про |
|||||
центах; |
|
|
|
|
|
|
Гь г2,гз.. — содержание простых газов в техническом га |
||||||
зе в процентах; |
скорости |
распространения |
||||
U), иг, из... — максимальные |
||||||
пламени |
простых газов |
в газовоздушной |
||||
смеси, м/сек; |
|
|
|
|
||
49
4 — 917
Ti T2 Тз-” — содержание простых газов в смеси с возду хом, дающее максимальную скорость рас пространения пламени в процентах.
При забалластировании газа азотом и углекислотой сни жение скорости распространения пламени учитывается попра
вочным коэффициентом |
а |
|
|
а |
100 — N2 — 1,2 СО, |
(1 -4 8 ; |
|
|
100 |
||
|
|
|
|
Действительная скорость распространения пламени будет:
Уд = |
aU |
|
(1 -4 9 ; |
|
Соответствующие данные расчета, выполненные согласно |
||||
этим выражениям, приведены в таблице 1—5. |
|
|||
|
|
Таблица 1—5 |
||
Н а и м е н о в а н и е в ел и ч и н |
П р и р о д |
С и н |
М а з у т |
|
ны й г а з |
т е з - г а з |
|||
|
|
|||
Ж а р о п р о и з в о д и т е л ь н о с т ь |
|
|
|
|
т о п л и в а ,0 С |
1996 |
2 1 6 0 |
2 1 0 0 |
|
П р е д е л ы в о с п л а м е н е н и я , % |
|
|
|
|
Н И Ж Н И Й |
5,4 |
5 ,2 5 |
— |
|
в ер х н и й |
16,4 |
5 9 ,0 |
— |
|
С к о р о ст ь р а с п р о с т р а |
|
|
|
|
н ен и я п л а м ен и д л я го р ю ч ей |
|
|
|
|
см е с и , M j c e K |
0,6 2 |
3 ,0 8 |
|
|
Как видно из таблицы 1—5, нижние |
концентрационные |
|||
пределы воспламенения для природного и синтез-газа имеют почти одинаковые значения. Верхний концентрационный пре дел для синтез-газа по сравнению с природным газом значи тельно выше. Эти данные вполне закономерны и отражают прямое влияние основных горючих компонентов сравниваемых газовоздушных смесей — метана и водоцода. Для последних нижние пределы воспламенения равны 4 - 5%, а верхние — 15 — 74% [Л. 20]. Таким образом, в отличие от природного газа воспламенение смеси синтез-газа с воздухом возможно в значительно более широком диапазоне концентрации (осо бенно в сторону богатых смесей). Из-за высокого содержания водорода скорость распространения пламени для синтез-газа почти в пять раз больше, чем у природного газа, что объясня ется весьма высокой теплопроводностью водорода по сравне нию с другими горючими газами. Недостаточный учет скоро сти распространения пламени может привести к нарушению нормального режима работы горелок и снижению их к. п. д., а иногда даже к преждевременному выходу горелок из строя.
50
Нецелесообразность сжигания синтез-газа только из-за его низкой теплоты горения не совсем очевидна, как кажется с «первого взгляда». Если ориентировочно считать, что как при сжигании природного, так и синтез-газа к. п. д. котлоагрегата и коэффициенты избытка воздуха одинаковы, то, пользуясь данными таблицы 1—5, легко подсчитать, что для сохранения той же производительности котлоагрегата и тех же параметров
пара часовой расход синтез-газа |
должен составить |
270% от |
|
расхода природного газа, часовой расход |
воздуха |
— 83% от |
|
расхода воздуха для последнего |
и часовой выход продуктов |
||
горения — 90% от выхода этих продуктов |
для природного га |
||
за. Даже если считать, что при сжигании синтез-газа коэффи циент избытка воздуха равен 1,2, а для природного газа —1,05, то объем поступающей в топку горючей смеси для синтез-газа составит порядка 54% от объема смеси природного газа с воз духом (сравнение выполнено для нормальных физических ус ловий). Отдельное сжигание синтез-газа окажется затрудни тельным не столько из-за необходимости подвода к горелкам, в связи с его низкой калорийностью, больших объемов горю чего, сколько из-за специфических особенностей горения этого газа, вызванных большим содержанием водорода.
Перспективным является совместное сжигание природно
го газа с синтез-газом. При этом |
технология сжигания может |
базироваться па двух различных |
принципах: |
а ) сжигание каждого газа осуществляется раздельно, соот ветствующими горелками, расположенными по ярусам топоч ного устройства. Очевидно, такой принцип сжигания возмож но реализовать только в мощных энергетических котлах;
б) сжигание обоих газов осуществляется после их смеши вания. Расчеты показали, что приемлемых параметров горения можно добиться при их смешивании, например, в пропорции
1 : 1 по объему (или 2,7 : 1 по теплу). |
теплоценность и |
||
Основные величины, |
характеризующие |
||
процесс горения такой смеси, имеют следующие значения: |
|||
низшая теплота горения |
|
— 5440 ккал/нм3; |
|
теоретически необходимый для горения |
5,7 hmz/hm3;' |
||
объем воздуха |
|||
теоретический объем продуктов горения |
6,6 нмг/нмг; |
||
жаропроизводительность |
|
2040°С; |
|
пределы воспламенения |
|
5.3% |
и 26,4%; |
скорость распространения |
пламени смеси |
— 1,\3м/сек; |
|
Как по калорийности, |
так и по ожидаемому температур |
||
ному уровню горения и скорости распространения |
пламени |
||
смесь синтез-газа с природным оказывается более приемлемой, чем отдельное сжигание синтез-газа. Смешивание горючих можно осуществлять как в самих горелках, так и вне их централизованным порядком. В том и другом случае его осу
51