Файл: Варанкин, Ю. В. Газовое хозяйство заводов учеб. пособие.pdf

Ю. В. БАРАНКИН

ГАЗОВОЕ ХОЗЯЙСТВО ЗАВОДОВ

Под редакцией докт. техн. наук, проф. В. Г. Ка­ ширского.

Допущено Министерством высшего и среднего специаль­ ного образования БССР в качестве учебного пособия по второй части курса «Промышленные печи и газовое хо­ зяйство заводов» для специальности № 0308 «Промышлен­ ная теплоэнергетика»

Издательство «Вышэйшая школа» Минск 1973

6П2.21

BIS

УДК 662.76 (0-75.8) Гео. публичная научно-течек ичао кая

библ;-:о ока СССР

ЭКЗЕМПЛЯР'

ЧИТАЛЬНОГО ЗАЛА

Рецензенты: кафедра промышленной теплоэнергетики Саратовского политехнического института и зав. кафед­ рой газопечной теплотехники Ивановского энергетиче­ ского института, докт. техн. наук Л. А. Б р о в к и н .

© Издательство «Вышэмшая школа», 1973.

ПРЕДИСЛОВИЕ

С каждым годом инженерам-теплоэнергетикам, зада­ чей которых является квалифицированное использова­ ние топлива и тепловой энергии в технологических про­ цессах, все чаще и чаще приходится сталкиваться с газовым топливом. Это обусловлено изменениями в структуре топливного баланса страны, необходимостью всемерного использования вторичных энергетических ре­ сурсов основного производства и теми техническими и экономическими преимуществами, какими обладает газо­ вое топливо по сравнению с твердым и жидким. На десятках тысяч предприятий металлургической, химиче­ ской, машиностроительной, топливоперерабатывающей отраслей промышленности, на стекольных, цементных и других предприятиях промышленности стройматериалов, в легкой и в пищевой промышленности используются в качестве топлива различные горючие газы.

Многообразие' технологических процессов производ­ ства и использования технических горючих газов в про­ мышленности осложняет изучение курса «Промышлен­ ные печи и газовое хозяйство заводов», особенно в тех институтах, где нет узкой специализации по газопечной теплотехнике.

Предлагаемое учебное пособие написано на основе многолетнего опыта чтения автором курса лекций «Газо­ вое хозяйство заводов» в Белорусском политехническом институте и имеет целью восполнить недостаток в учеб­ ной литературе по данному курсу. Оно соответствует программе курса и состоит из двух частей, в которых последовательно рассматриваются общие принципы и схемы получения естественных и искусственных горючих газов; а также транспорт и распределение горючих газов

3

на 'промышленных предприятиях. В приложении даны методические указания по выполнению курсовой работы.

Сведения по газовому хозяйству излагаются в том объеме, какой необходим инжемеру-теплоэнергетику об­ щего профиля, занимающемуся эксплуатацией теплового, в том числе и газового, хозяйства заводов. В соответст­ вии с программой в данном учебном пособии не рассмат­ риваются специальные вопросы газоснабжения, такие, как расчет потребности в газе, режимы расходования газа, экономика газоснабжения, моделирование газовых сетей и т. п. Эти вопросы изучаются в специальной дис­ циплине «Газоснабжение промышленных предприятий», которая, согласно учебному плану, читается для специ­ альности № 0308 на старших курсах и только для сту­ дентов, специализирующихся по газопечной теплотехни­ ке. Студенты этой специализации выполняют и соответ­ ствующие курсовые проекты по газоснабжению.

В данном учебном .пособии в качестве основной системы единиц измерений принята Международная система СИ, согласно которой техническими единицами являются: для теплоты— 1 кДж = 1000 Дж (0,238 ккал); для давления — 1 кПа=1000 Па (1,02- ІО-2 кгс/см2, 102 мм вод. ст.) (в скобках указаны эквивалентные зна­ чения из временно действующей технической системы единиц измерений). В тех случаях, когда автору приходи­ лось использовать ранее опубликованные нормативные материалы, перевод их данных в систему единиц СИ производился с некоторыми допустимыми округлениями.

Автор выражает глубокую благодарность зав. кафед­ рой промышленной теплоэнергетики Саратовского поли­ технического института, докт. техн. наук, проф. В. Г. Ка­ ширскому, выполнившему большую работу по редакти­ рованию книги и написавшему главу 6 «Получение газов путем комплексного энергогазохимического применения топлива», а также зав. кафедрой газопечной теплотех­ ники Ивановского энергетического института, докт. техн. наук Л. А. Бровкину за советы и указания, данные при рецензировании.

Все замечания и пожелания, направленные на улуч­ шение пособия, просим посылать по адресу: 220600, Минск, ул. Кирова, 24, издательство «Вышэйшая шко­ ла».

Автор

4

ВВЕДЕНИЕ

Топливо является основой развития народного хозяй­ ства каждой страны. На топливе базируются такие веду­ щие отрасли, как энергетика, металлургия,, химическая промышленность, а также промышленность строитель­ ных материалов. В Советском Союзе в развитие топлив­ ной промышленности ежегодно вкладывается значитель­ ная часть капиталовложений, выделяемых на промыш­ ленные объекты, что обеспечивает бурный рост разведки и добычи топлива, особенно интенсивный в последнее время. Согласно Директивам XXIV съезда КПСС, в 1975 г. добыча топлива в нашей стране должна превы­ сить 1,7 млрд, т у. т.

Структура топливодобычи в СССР претерпевает за последние годы радикальные изменения. Ведущее место в топливном балансе страны принадлежит не углю, а нефти и газу. В 1960 г. доля нефти и газа в общем коли­ честве добываемого в Советском Союзе топлива состав­ ляла менее 35%, в 1965 г. — 50, а в 1975 г. превысит 60%. Особенно показателен рост газовой промышленно­ сти. В 1960 г. было добыто 45,3 млрд, м3 газа, в 1965 г. — 127,7, а в 1970 г. — 200 млрд. м3. В 1975 г., согласно Директивам XXIV съезда КПСС, добыча газа должна составить 320 млрд. м3. Эти цифры относятся только к так называемым естественным газам, добываемым из газовых месторождений или вместе с нефтью. Для сопо­ ставления следует указать, что прогнозные запасы газа в СССР на начало 1970 г. оценивались в 150 000 млрд, м3, в том числе запасы так называемых промышленных ка­ тегорий составляли 12 000 млрд. м3.

5

Кроме естественных газов, в народном хозяйстве на­ шей страны (главным образом в промышленности) ис­ пользуются еще миллиарды кубометров горючих газов, получаемых при термической переработке твердого и жидкого топлива. Прежде всего это горючие газы, обра­ зующиеся при осуществлении таких технологических процессов, как доменная выплавка чугуна, производство кокса, переработка нефти на бензин, котельное и мотор­ ное топливо.

Из года в год в Советском Союзе увеличивается про­ изводство чугуна. В I960 г., его было выплавлено 46,8 млн. т; в 1965 г. — 66,2; в 1970 г. — 85,9, а па 1975 г. запланировано производство 108 млн. т. При выплавке каждой тонны чугуна в доменной печи образуется 3500—4000 м3 доменного (колошникового) газа. Еже­ годно в нашей стране производится, - таким образом, около 350 млрд, м3 доменного газа, что соответствует 80 млрд, м3 так называемого стандартного газа с услов­ ной теплотой сгорания 16 750 кДж/нм3.

Соответственно росту выплавки чугуна растет в стра­ не и производство кокса. Еще в 1965 г. оно превысило производство кокса в США или в Англии и ФРГ вместе взятых. При производстве каждой тонны кокса в сред­ нем получается примерно 400 м3 коксового газа (тоже в пересчете на стандартный газ). В СССР производится более 75 .млн. т кокса в год, а значит, более 30 млрд, м3 коксового газа.

Миллиарды кубометров высококалорийного газа полу­ чаются также при перегонке нефти и крекинг-процессах на нефтеперерабатывающих заводах. Здесь же или на специальных заводах вблизи нефтепромыслов из пропа­ на и бутана ежегодно производится около 5 млн. т сжи­ женного газа, что в пересчете на стандартный газ соот­ ветствует примерно 10 млрд. м3.

Некоторое количество искусственного горючего газа для промышленных отопительных целей и для комму­ нально-бытового газоснабжения производится из низко­ сортных видов твердого топлива на специальных газо­ вых заводах как за рубежом, так и в нашей стране.

Весьма перспективным направлением использования топлива в основных отраслях народного хозяйства явля­ ется его комплексное энерготехнологическое применение, когда термическое разложение топлива, а следовательно,

6

и перевод значительной части его горючей массы в газ является непременным элементом новых технологических схем.

Повсеместное и все увеличивающееся использование газового топлива в промышленности обусловливается рядом причин. Во-первых, там, где горючие газы явля­ ются вторичными ресурсами (на коксохимических, ме­ таллургических или нефтеперерабатывающих заводах), любая степень недооценки использования получаемого газа означает удорожание основной .продукции, Во-вто- рЫ'Х, само газовое топливо (это относится .как к искус­ ственным, так и к естественным газам) обладает многи­ ми преимуществами по сравнению с твердым и жидким топливом, главные из которых следующие: а) возмож­ ность ■простыми средствами обеспечить выполнение ос­ новных требований, предъявляемых к теплоэнергетикам при использовании топлива в технологических аппаратах (достижение высоких температур в рабочем простран­ стве промышленных печей и обеспечение их постоянства, создание требуемой газовой среды, гибкость и автома­ тизация регулировки режима, чистота рабочих помеще­ ний и т. п.); б) улучшение экономических показателей производства как за счет возможности некоторого повы­ шения термического к. п. д. топливоиспользующих агре­ гатов, так и вследствие меньших значений приведенных затрат, приходящихся на 1 кДж в газе по сравнению с другими видами топлива.

Поэтому, кроме тех предприятий, которые находятся непосредственно в зоне размещения заводов, производя­ щих горючие газы в виде вторичных ресурсов, в нашей стране имеются десятки тысяч других предприятий, ис­ пользующих газ как топливо.

Достаточно рассмотреть структуру потребления лишь природного газа, чтобы составить представление о глав­ ных направлениях использования газового топлива вооб­ ще (табл. 1).

В табл. 2 приведены сведения о распределении пот­ ребляемого газа промиредприятия>мн между отраслями промышленности.

Из табл. 1 видно, что уже в 1970 г. более 50% всего добываемого природного газа расходовалось на про­ мышленных предприятиях. Среди промышленных по­ требителей природного газа выделяются предприятия

7

Таблица 1

Структура потребления природного газа, в СССР в 1970 г,

металлургии, машиностроения и нефтепереработки, т. е. те, которые являются к тому же и основными потреби­ телями искусственных горючих газов (доменного, коксо­ вого, нефтезаводского). На заводах черной металлургии, где производится также доменный и коксовый газ, рас­ ход природного газа из года в год увеличивается-. Обу­ словливается это общей тенденцией всеми средствами сократить удельный расход кокса и повысить произво­ дительность агрегатов.

Дбфицит горючих газов на металлургических заводах с каждым годом увеличивается, и естественно стремле­

8

ние покрыть его .природным газом. Ныне непосредствен­ но в доменном производстве в год расходуется более 15 млрд, м3 .природного газа. Остальное его количество в металлургии идет на сталеплавильное, прокатное про­ изводство, на собственные энергетические установки и т. н.

Сейчас в нашей стране до 80% чугуна и 70% стали выплавляется с привлечением природного газа, который с каждым годом занимает в системе газоснабжения металлургических заводов все более и более заметное место.

Газовое хозяйство .предприятий ныне представляет собой сложную, с каждым годом все более совершенст­ вующуюся систему. Организация эксплуатации его тре­ бует от инженера-тѳплоэнергетика знания основных про­ цессов получения горючих газов, их физико-химических свойств, правил устройства и эксплуатации всех элемен­ тов заводской газовой системы и, наконец, умения вы­ полнить те простейшие расчеты, которые могут потребо­ ваться в ходе эксплуатации или реконструкции ее.

9