Электронный научный журнал
Международный студенческий научный вестник
ISSN 2409-529X

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ТОПЛИВ И ПРИМЕНЕНИЕ К НИМ УПРОЩЕННОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ

Федорова У.Д. 1 Лебедева Е.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Нижегородский государственный архитектурно-строительный университет» Н. Новгород
1. Малкова, И. Факел на 1,3 млрд $//Газета «Ведомости»:№49, 2013г.
2. Филипов, А.В. Компонентный состав попутного нефтяного газа // Neftegas.RU. – №10 – 2013.
3. Равич, М.Б. Упрощенная методика теплотехнических расчетов. – М.: Изд-во АН СССР, 1966. – 407 с.
4. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод) 3-е изд.. – СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. – 256 с.

В связи с высокими темпами развития мировой экономики потребность в тепловой и электрической энергии неизбежно возрастает. Изданный Правительством Российской Федерации документ «Энергетическая стратегия России на период до 2030 г.» от от 13 ноября 2009 г., ставит перед собой цель – создание инновационного и эффективного энергетического сектора страны. Вместе с тем важной проблемой является неэффективное использование отбросных газов нефтепереработки. на предприятиях нефтяной промышленности в качестве основного топлива используется смесь углеводородов с достаточно высокой теплотой сгорания, так называемый топливный газ. В то же время, отбросной газ, например отдувочный газ процессов нефтепереработки, содержащий кроме горючих компонентов высокое количество балластных примесей, практически выбрасывается в атмосферу [1]. Как следствие актуальной становиться проблема использования композиционных топлив: смеси основного топлива с отбросным газом.

В отличие от природного газа, компонентный состав попутного нефтяного газа может сильно различаться в разные периоды времени на одном и том же нефтяном месторождении [2]. Сжигание смесей представляет большие сложности как с позиции проектирования топочных камер и топливосжигающих устройств, так и проведения пуско-наладочных работ и режимно-наладочных испытаний энергетического оборудования. Расчеты процессов горения становятся более трудоемкими, а в некоторых случаях менее точными. Применение расчетных таблиц для обработки теплотехнических испытаний котлов и печей, сжигающих композитные топлива, приводит к существенным неточностям в определении КПД.

В последние годы широкое распространение при теплотехнических испытаниях котлов получила методика, разработанная проф. М.Б. Равичем [3]. В отличии от методики описанной в источнике [4], здесь не требуется выполнять трудоемкие работы по определению состава и теплоты сгорания топлива, облегчается обработка результатов испытаний.

Для исследования эффективности и безопасности процессов сжигания композиционного топлива рассмотрена смесь топливного и отдувочного газов в различных соотношениях. Проведен пересчет состава и теплоты сгорания для смеси, а так же построен график зависимости теплоты сгорания топлива от соотношения в его составе топливного и отдувочного газов (рис. 1).

Анализ значений теплоты сгорания показывает значительные изменения в составе топливной смеси, так теплота сгорания меняется от 21,425  до 5,796 МДж/м3, т.е. в несколько раз.

Количество продуктов сгорания определяется по известному составу топлива с использованием нормативного метода расчета[4]. Теоретический объем воздуха, необходимого для полного сгорания единицы топлива рассчитывается по формуле (1):

gaz9.wmf,gaz10.wmf, (1)

где m – число атомов углерода; n – число атомов водорода.

Теоретический объем азота в продуктах сгорания по формуле (2)

gaz11.wmf,gaz12.wmf. (2)

Теоретический объем водяных паров при сжигании газового топлива рассчитывается по формуле (3)

gaz13.wmf, gaz14.wmf. (3)

Объем трехатомных газов рассчитывается по формуле (4):

gaz15.wmf, gaz16.wmf. (4)

teplo14.tiff

Рис. 1. График зависимости теплоты сгорания топлива от соотношения в его составе топливного и отдувочного газов

teplo15.tiff

Рис. 2. График зависимости объемов продуктов сгорания топливной смеси от соотношения в её составе топливного и отдувочного газов

Для того чтобы наглядно проанализировать изменение объема продуктов сгорания в зависимости от соотношения газов в составе топлива построены графики, отображенные на рис. 2.

Определив состав продуктов сгорания, можно установить обобщенные характеристики продуктов сгорания смеси газов (tmax – жаропроизводительность, P – максимальное теплосодержание сухих продуктов горения, R – максиальное теплосодержание влажных продуктов горения, В – соотношение объёмов сухих и влажных продуктов полного сгорания ). Они подвергаются незначительным колебаниям при изменении состава топлива и его теплоты сгорания.

Обобщённые теплотехнические характеристики топливных смесей определяются в соответствии с методикой М.Б. Равича [3] по формулам (5-10):

– соотношение объёмов сухих и влажных продуктов полного сгорания, м3/м3:

gaz17.wmf, (5)

где VRO2, VO.N2, VO.H2O– теоретические объёмы продуктов сгорания, м3/м3;

– жаропроизводительность, т.е. максимальная температура горения, развиваемая при полном сгорании топлива без избытка воздуха и предварительного нагрева топлива и воздуха, °С:

gaz18.wmf (6)

где сСO2, сSO2, сH2O, сN2– средние объёмные удельные теплоёмкости диоксида углерода, сернистого газа, водяного пара и азота соответственно в температурном диапазоне от 0°С до tmax, кДж/(м3·град.);

– удельная энтальпия сухих (hс.г) и влажных продуктов сгорания (hг), кДж/м3:

gaz19.wmf; gaz20.wmf, (7)

где Qi – низшая теплота сгорания газообразного топлива, кДж/м3;

– максимальная объёмная доля углекислого газа в сухих продуктах сгорания, водяных паров в сухих и влажных продуктах сгорания, %:

gaz21.wmf (8)

gaz22.wmf (9)

gaz23.wmf (10)

В результате составлена новая расчетная таблица обобщенных характеристик продуктов сгорания смеси топливного и отдувочного газов в различных соотношениях (таблица).

Теплотехнические характеристики композиционного топлива

Соотношение газов

Технические характеристики

Топливный газ

Отдувочный газ

Жаропроизводительность tmax, °С

Максимальное теплосодержание 1нм3сухих продуктов горения, Р, кДж/нм3

Максиальное теплосодержание 1нм3 влажных продуктов горения, R, кДж/нм3

Отношение объемов сухих и влажных продуктов горения, В

1

0

1743,94

4749,21

3572,29

0,752

0,9

0,1

1719,86

4673,22

3522,532

0,754

0,8

0,2

1699,84

4607,03

3480,99

0,755

0,7

0,3

1676,68

4530,89

3432,97

0,758

0,6

0,4

1649,58

4442,39

3376,80

0,760

0,5

0,5

1617,45

4338,22

3310,23

0,763

0,4

0,6

1578,74

4213,84

3230,08

0,766

0,3

0,7

1531,20

4062,74

3131,70

0,771

0,2

0,8

1471,42

3875,26

3008,09

0,776

0,1

0,9

1393,98

3636,46

2848,13

0,783

0

1

1289,65

3321,85

2632,92

0,793

teplo16.tiff

Рис. 3. Графические зависимости теплотехнических характеристик (tmax, P,R) от соотношения в его составе топливного и отдувочного газов

teplo17.tiff

Рис. 4. Графические зависимости отношения объемов сухих и влажных продуктов горения от соотношения в его составе топливного и отдувочного газов

На рис. 3 и 4 отображены графические зависимости теплотехнических характеристик от соотношения в его составе топливного и отдувочного газов.

Далее можно рассчитать потери теплоты с уходящими газами (q2) и теплоты вследствие химической неполноты сгорания (q3).

Таким образом, в связи с непостоянным составом топливных смесей и с их значительными отличиями от традиционных видов топлива бала проведена корректировка действующих методик расчета в части создание новых таблиц применительно к топливным смесям и определения новых теплотехнических характеристик сжигаемых смесей на основе отбросных газов. Таким образом, становится возможным более точное определение КПД котельного агрегата по методу обратного баланса применительно к работе топливосжигающего оборудования.


Библиографическая ссылка

Федорова У.Д., Лебедева Е.А. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ КОМПОЗИЦИОННЫХ ТОПЛИВ И ПРИМЕНЕНИЕ К НИМ УПРОЩЕННОЙ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА ПРОЦЕССОВ ГОРЕНИЯ // Международный студенческий научный вестник. – 2015. – № 3-1.;
URL: http://eduherald.ru/ru/article/view?id=12107 (дата обращения: 13.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074