Способ подготовки к сжиганию в топке метановоздушной смеси с содержанием метана менее 30%
Изобретение относится к способам подготовки газовых смесей к сжиганию и предназначено для использования в угольной и нефтехимической отраслях промышленности . Цель изобретения - повышение экономичности путем утилизации бедных метановоздушных смесей и уменьшение вредных выбросов. Исходную метановоздушную смесь с содержанием метана менее 30% одновременно разделяют на две части, одну из которых обогащают природным газом до содержания в ней метана, равного в соответствии с требованиями безопасности предельно допустимому значению, величина которого соответствует удвоенному значению верхнего предела воспламенения метана. Другую часть смешивают с воздушным дутьем котлоагрегата, повышая содержание метана в дутье в соответствии с требованиями безопасности до предельно допустимого значения, величина которого сответствует половине нижнего предела воспламенения метана. После этого приготовленные газовые смеси раздельно направляют к газовым горелкам для совместного сжигания в топке. 1 табл. сг с
СОЮЗ СОБЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОсудлi стВеt ный кОми!ет ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4784857/06 (22) 23.01.90 (46) 07.01.92. Бюл. М 1 (71) Донецкий политехнический институт (72) В. Г, Л а ври к (53) 662.739(088.8) (56) Айруни А.T., Слепцов Е.И. Техника безопасности, охрана труда и горноспасательное дело. Экспресс-информация. М.: ЦНИЭИуголь, 1974, 49 с. (54) С ПОСО Б ПОДГОТО В КИ К СЖИГАНИЮ В ТОПКЕ МЕТАНОВОЗДУШНОЙ СМЕСИ С СОДЕРЖАНИЕМ МЕТАНА МЕНЕЕ 30% (57) Изобретение относится к способам подготовки газовых смесей к сжиганию и предназначено для использования в угольной и нефтехимической отраслях промышленности. Цель изобретения — повышение экономичности путем утилизации бедных Изобретение относится к способам подготовки к сжиганию газовых смесей и предназначено для использования в угольной и нефтехимической промышленности при утилизации бедных (с низким, менее 30%, содержанием метана) метанавоздушных смесей (MBC), считающихся отходал и, не находящими применения и сбрасываемыми в атмосферу, что наносит ущерб окружающей среде. Известен способ подготовки MBC с низким (менее 30%) содержанием л етана, состоящлй в добавлении МВС к воздушному дутью топок котельных агрегатов или газовых турбин с целью обогащения дутья метаном. Этот способ может быть использован и тогда, ко да основным топливом котельного агрегата является природный гаэ, и заклю„,. Ж, „1703919 А1 метановоздушных смесей и уменьшение вредных выбросов. Исходную метановоэдушную смесь с содержанием метана менее 30% одновременно разделяют на две части, одну из которых обогащают природным газом до содержания в ней метана, равного в соответствии с требованиями безопасности предельно допустимому значению, величина которого соответствует удвоенному значению верхнего предела воспламенения метана. Другую часть смешивают с воздушным дутьем котлоагрегата, повышая содержание метана в дутье в соответствии с требованиями безопасности до предельно допустимого значения, величина которого сответствует половине нижнего предела воспламенения метана. После этого приготовленные газовые смеси раздельно направляют к газовым горелкам для совместного сжигания в топке. 1 табл. чается в следующем. MBC с низким содержанием метана с и обьемным расходом Q> смешивают с воздухом воздушного дутья, повышая объемное содержание метана в дутье до с!. Обьемный расход метана, подаваемого в топку вместе с дутьем, равен произведению объемного содержания метана в МВС с низким содержанием метана с на обьемный расход MBC Q>, а величина обьемного содержания метана в дутье с есть отношение объемного расхода метана в дутье cQ> к объемному расходу обогащенного метаном дутья, который равен сумл е обьемных расходов метана cQi и воздуха Qs . сО! с с0!+С4 1703919 Объемный расход воздуха Q> определяется общим объемным расходом метана 0„, сжигаемого в топке, и коэффициентом избытка воздуха а; О. = 9,5а0,, 5 где 9,5 — отношение обьема воздуха, принимающего участие в реакции горения метана, к объему метана. Общий объемный расход метана Ок равен сумме объемного расхода метана, по- 10 ступающего в топку с воздушным дутьем с01, и объемного расхода природного газа 0, направляемого в качестве основного топлива на газовые горелки котельной. При этом сделано допущение, что природный 15 газ на 100 состоит из метана. Таким образом, Ок = С 01 + Оп.г. Из приведенных выше уравнений определяется объемный расход МВС с низким 20 содержанием метана 01, используемый для обогащения метаном воздушного дутья: Q1 95acl о с Г1 — ci1 Определяется также объемный расход 25 природного газа Qn.г = 0к — С 01. Из последнего уравнения видно, что расход природного газа сокращается с увеличением объемного расхода МВС с низким содержанием метана 01. кстОРый в соответствии с предпоследним уравнением увеличивается с увеличением объемного содержания метана в дутье и коэффициента избытка воздуха a. B связи с этим для дости-. 35 жения наибольшего возможного значения расхода МВС с низким содержанием метана 01 необходимо добиваться по воэможности больших значений содержания метана в обогащенном метаном дутье с1и коэффици- 40 ента избытка воздуха а. Однако по условиям безопасности максимально допустимое значение с1= 0,025 (2,5%), что соответствует двукратному запасу относительно нижнего предела воспламенения метана, равного 45 С увеличением коэффициента избытка воздуха а снижается КПД котлоагрегата. По этой причине предельные рекомендуемые значения а не превышают1,5-2,0, 50 Наиболее близким к предлагаемому является способ подготовки МВС с низким (менее 30%) содержанием метана, который заключается в том, что MBC с низким содержанием метана с и объемным расходом 02 обогащают природным газом, объемный расходл которого равен О, повышая содержание метана в МВС до с2. Величина объемного содержания метана в обогащенной природным газом метановоздушной смеси с2 есть отношение общего расхода метана Ок к общему расходу обогащенной природным газом МВС, равному сумме объемных расходов MBC с низким содержаниЕМ МЕтаНа Q2 И ПрИрОдНОГО Гаэа Оп i. Ок C2 = 02+Оп г Общий расход метана равен сумме объемного расхода метана, содержащегося в МВС с низким содержанием метана, с02 и объемного расхода природного газа Оп r, Ок = С 02 + Оп.г. Из приведенных выше уравнений определяется необходимый объемный расход MBC с низким содержанием метана 1 — С2 Q2 = - — — -- Ок. с2(1 — с) Соответственно определяется и обьемный расход природного газа Qn г = 0» С 02. Из последнего уравнения видно, что расход природного газа сокращается с увеличением объемного расхода МВС с низким содержанием метана 02, который в СООтвЕтствии с предпоследним уравнением определяется объемным содержанием метана в обогащенной природным газом МВС c2 и обьемным содержанием метана в исходной MBC с низким содержанием метана с. Однако содержание метана в исходной МВС с является параметром, который определяется технологией добычи MBC и не может быть изменен в процессе подготовки MBC к сжиганию. В связи с этим для достижения наибольших значений расхода МВС с низким содержанием метана 02 необходимо добиваться по возможности меньших значений содержания метана в обогащенной природным газом MBC c2. Однако по условиям безопасности минимально допустимое значение с2 равно 30, а по другим данным содержание метана в MBC должно быть не менее 40 . B рассмотренном способе количество воздуха, содержащегося в МВС с низким содержанием метана, недостаточно для полного сгорания метана и значительное количество его приходится отбирать из атмосферы и направлять на горелки котлоагрегата. Поэтому здесь рекомендуется минимально необходимое значение коэффициента избытка воздуха u = 1,05. Способ имеет ограниченнь|е возможности дпя сокращения расхода природного газа. Целью изобре1ения является повышение экономичности за счет более полного 1703919 Необходимые объемные расходы каждой из частей MBC c низким содержанием метана 0 и Qã, объемный расход природного газа Qn,ð и соотношение обьемных расходов можно определить, используя уравне- 30 ния с 02 + Опг С2 -02+Оп.г Ок = С (01 + 02) + Оп.г, 9,5а0» = Qi+(1 — С) Ог. 1 — c> с 35 Отсюда Qi— Q», () Q2(1 — 9,5а+1 с ) 1 — сг 40 (1 — с ) (сг — с ) Qê,, Qn.r = Q» с (01+ 02), Q> 1 — с с Ог с 1 — (95a+1)c> (9,5а+ 1) сг — 1 х 1 — сг 8 таблице даны значения расхода природного газа при использовании предлагаемого и известных способов для котельной использования ЛВС с низким содержанием метана и уменьшение вредных выбросов в ат мос фе ру. Укаэанная цель достигается тем, что MBC с низким содержанием метана одно- 5 временно разделяют на две части, одну из которых дополнительно смешивают с воздушным дутьем котлоагрегата, поднимая содержание метана в дутье до предельно допустимой нормы, соответствующей поло- 10 вине нижнего предела воспламенения метана, другую часть смеси обогащают природным газом до предельно допустимой нормы, соответствующей удвоенному верхнему пределу воспламенения метана, после 15 чего две смеси раздельно направляют на совместное сжигание в топку. Для обеспечения полной безопасности каждая из приготовленных газовых смесей транспортируется к газовым горелкам раз- 20 дельно, что исключает воэможность образования взрывоопасных газовых смесей на пути к источнику высокой температуры (факел горелки). с общим расходом метана Ок = 1000 м /ч и з при соответствующих исходных данных. Как видно иэ таблицы, применение предлагаемого способа дает существенное снижение расхода природного газа. Так, при содержании метана в исходной MBC с = 0,1, содержании метана в МВС, обогащенной природным газом (для предлагаемого способа и прототипа), c2 = 0,3, расход природного газа в предлагаемом способе при коэффициенте избытка воздуха a - 2,9 составляет 232 м /ч, по прототипу 741 м /ч з и по аналогу 294 м /ч. В других случаях экономия природного газа значительно больше. Годовой экономический эффект за счет сокращения расхода природного газа составляет для котельной с общим расходом метана 0» = 1000 м /ч не менее 25,0 тыс. э руб. беэ учета экологического эффекта от уменьшения ущерба, наносимого окружающей среде (уменьшение выбросов в атмосферу метана, содержащегося в MBC c низким содержанием метана). Предлагаемый способ может быть использован и в других отраслях, например в химической, где имеются бедные гаэовоздушные смеси, считывающиеся отходами и не находящие полезного применения, Формула изобретения Способ подготовки к сжиганию в топке метановоздушной смеси с содержанием метана менее 30 путем совместной ее подачи с природным газом, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности путем утилизации бедных метановоздушных смесей и уменьшения вредных выбросов, смесь одновременно разделяют на две части, одну из которых дополнительно смешивают с воздушным дутьем с повышением содержания метана в дутье до предельно допустимой нормы, соответствующей половине нижнего предела воспламенения метана, другую часть смеси обогащают природным газом до предельно допустимой нормы, соответствующей удвоенному верхнему пределу воспламенения метана, после чего две раздельные смеси направляют на совместное сжигание в топку. дн = 1,0, с := Пi огас пп (с : — О, i. -, 1.05, с". — 0,3) iA способ с -= 03} (. = 2,9 а=-2,0 513 513 513 232 741 131 417 70,, 222 Составитель В.Лаврик Техред IVI.Moðãåíòàë Корректор Н.Ревская Редактор В.Петраш Заказ 52 Тира к Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва. Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 1703919 Расход природно о газа Q. м /ч а 1OI 0,025, с >. 0,05 гг-- 2,9 294 294 294
