Основные свойства и состав газообразного топлива.

Введение.

Масштабы и темпы развития газовой промышленности и газоснабжающих систем определяет добыча газа.

Совершенствование, интенсификация и автоматизация технологических процессов приводят к необходимости повысить качество расходуемых теплоносителей. В наибольшей мере по сравнению с другими видами топлива этим требованиям удовлетворяет природный газ.

Рациональное использование газообразного топлива с наибольшей реализацией его технологических достоинств позволяет получить значительный экономический эффект, который связан с повышением КПД агрегатов и сокращением расхода топлива, более легким регулированием температурных полей и состава газовой среды в рабочем пространстве печей и установок, в результате чего удается значительно повысить интенсивность производства и качество получаемой продукции. Применение газа для промышленных установок улучшает условия труда и способствует росту его производительности. Использование природного газа в промышленности позволяет осуществить принципиально новые, прогрессивные и экономически эффективные технологические процессы. Кроме того, применение газа в качестве топлива позволяет значительно улучшить условия быта населения, повысить санитарно-гигиенический уровень производства и оздоровить воздушный бассейн в городах и промышленных центрах.

 

 

Основные свойства и состав газообразного топлива.

Для газоснабжения городов и промышленных предприятий в настоящее время широко применяют природные газы. Их добывают из недр земли. Они представляют собой смесь различных углеводородов метанового ряда. Природные газы не содержат водорода, оксида углерода и кислорода. Содержание азота и диоксида углерода обычно бывает невысоким. Газы некоторых месторождений содержат сероводород.

Природные газы можно подразделить на три группы:

1) газы, добываемые из чисто газовых месторождений. Они в основном состоят из метана и являются тощими или сухими. Тяжелых углеводородов (от пропана и выше) сухие газы содержат менее 50 г/м^З;

2) газы, выделяемые из скважин нефтяных месторождений совместно с нефтью, часто называют попутными. Помимо метана они содержат значительное количество более тяжелых углеводородов (обычно свыше 150 г/м^З) и являются жирными газами. Жирные газы представляют собой смесь сухого газа, пропан-бутановой фракции и газового бензина;

3) газы, добываемые из конденсатных месторождений, состоят из смеси сухого газа и паров конденсата, который выпадает при снижении давления (процесс обратной конденсации). Пары конденсата представляют собой смесь паров тяжелых углеводородов, содержащих С5 и выше (бензина, лигроина, керосина). Влагосодержание насыщенного газа в зависимости от его температуры приведено в таблице.

Если газ транспортируют на большие расстояния, то его предварительно осушают. Большинство искусственных газов имеет резкий запах, что облегчает обнаружить утечки газа из трубопроводов и арматуры. Природный газ не имеет запаха. До подачи в сеть его одорируют, т.е. придают ему резкий неприятный запах, который ощущается при концентрации в воздухе, равной 1%.

 

2.Устройство промышленных систем газоснабжения.

Промышленные и коммунальные предприятия получают газ от городских распределительных сетей среднего и высокого давления. Крупные промышленные предприятия и ТЭЦ присоединяют с помощью специальных газопроводов к ГРС или магистральным газопроводам.

Промышленные системы газоснабжения состоят из следующих элементов:

1) вводов газопроводов на территорию предприятия;

2) межцеховых газопроводов;

3) внутрицеховых газопроводов;

4) регуляторных пунктов (ГРП) и установок (ГРУ);

5) пунктов измерения расхода газа (ПИРГ);

6) обвязочных газопроводов агрегатов, использующих газ. Газ от городских распределительных сетей поступает в промышленные сети предприятия через ответвления и ввод. На вводе устанавливают главное отключающее устройство, которое следует размещать вне территории предприятия в доступном и удобном для обслуживания месте. Для газоснабжения промышленных предприятий проектируют тупиковую разветвленную сеть с одним вводом. Только для крупных предприятий, не допускающих перерыва в газоснабжении, ГРЭС и ТЭЦ применяют кольцевые схемы сетей с одним или несколькими вводами.

Транспортирование газа от ввода к цехам осуществляется по межцеховым газопроводам, которые могут быть подземными и надземными. Надземная прокладка межцеховых газопроводов имеет ряд преимуществ по сравнению с подземной: исключается подземная коррозия газопроводов; менее опасны утечки газа, так как вытекающий из газопровода газ рассеивается в атмосфере; утечки легче обнаружить и устранить; проще эксплуатировать и осуществлять наблюдение за состоянием газопроводов. При использовании в качестве опор для газопроводов существующих колонн, эстакад, стен и покрытий зданий надземная прокладка газопроводов экономичнее подземной. Из приведенных данных следует, что надземная прокладка газопроводов предпочтительнее подземной.

Внутрицеховые газопроводы прокладывают по стенам и колоннам в виде тупиковых линий. На ответвлениях к агрегатам устанавливают главные отключающие устройства. Газопроводы промышленных предприятий и котельных оборудуют специальными продувочными трубопроводами с запорными устройствами. Давление во внутрицеховых газопроводах определяется давлением газа перед горелками.

В зависимости от конкретных условий проектирования промышленных систем газоснабжения используют различные принципиальные схемы, которые классифицируют следующим образом:

I. Одноступенчатые системы газоснабжения:

а) при непосредственном присоединении предприятий к городским
распределительным сетям низкого давления;

б) при присоединении промышленных объектов к городским сетям
через центральный ГРП и с низким давлением в промышленных
газопроводах;

в) при присоединении промышленных объектов к городским сетям
через центральный ГРП и со средним давлением в промышленных
газопроводах.

II. Двухступенчатые системы:

а) при непосредственном присоединении промышленных объектов к
городским сетям среднего давления цеховыми ГРУ и с низким давлением в
цеховых газопроводах;

б) при непосредственном присоединении промышленных объектов к
городским сетям среднего давления цеховыми ГРУ и со средним давлением в
цеховых газопроводах;

в) при присоединении к городским сетям через центральный ГРП, со
средним давлением в межцеховых газопроводах, цеховыми ГРУ и с низким
давлением в цеховых газопроводах;

г) при присоединении к городским сетям через центральный ГРП со средним давлением в межцеховых газопроводах, цеховыми ГРУ и со средним давлением в цеховых газопроводах.

 

 

З.Газорегуляторные пункты.

Газорегуляторные пункты (ГРП) сооружают на территории городов, населенных пунктов, промышленных и коммунальных предприятий.

В зависимости от величины давления газа на вводе в ГРП разделяют на ГРП среднего давления с давлением газа до 0,3 МПа и высокого давления с давлением газа более 0,3 до 1,2 МПа избыточных.

ГРП могут быть сетевыми, питающими городскую распределительную сеть низкого и среднего давлений, и объектовыми, подающими газ необходимого давления промышленным и коммунально-бытовым потребителям.

Оборудование сетевых газорегуляторных пунктов состоит из следующих основных узлов и элементов: узла регулирования давления газа с предохранительно-запорным клапаном и обводным газопроводом (байпасом), предохранительного сбросного клапана, комплекта контрольно-измерительных приборов, продувочных линий.

Газ высокого или среднего давления входит в ГРП и поступает в узел регулирования, в котором оборудование по ходу движения газа располагают в такой последовательности: отключающее устройство, фильтр для очистки газа от механических примесей и пыли, предохранительный запорный клапан для отключения подачи газа потребителям при недопустимом повышении или понижении давления после регулятора, регулятор давления для снижения давления газа и поддержания его постоянным после себя, отключающее устройство.

Для очистки газа на ГРП устанавливают волосяные или сетчатые фильтры.

Выходное давление из ГРП контролируют предохранительным запорным клапаном (ПЗК) и предохранительным сбросным клапаном (ПСК). ПЗК контролирует верхний и нижний предел, ПСК - только верхний. ПСК настраивают на меньшее давление, чем ПЗК, поэтому он срабатывает первым.

Для продувки газопровода до ГРП, газопроводов и оборудования ГРП, а также сброса газа при ремонтах и замене оборудования ГРП предусматривают специальные продувочные газопроводы, которые выводят наружу в безопасные места для окружающих зданий и сооружений, но не менее чем на 1 м выше карниза здания ГРП.

ГРП состоит из:

1-кран;

2- газовый фильтр;

3- предохранительный запорный клапан;

4- регулятор давления;

5- гидравлический предохранитель;

6- отводной газопровод;

7- фильтр-ревизия;

8- газовый ротационный счетчик;

9- обводной газопровод;

10- штуцер с пробкой;

11- регистрирующий манометр;

12- показывающий манометр;

13- импульсный трубопровод конечного давления;

14- импульсный трубопровод начального давления;

15- продувочный трубопровод;

16- штуцер с пробкой;

17- сбросная трубка от регулятора;

18- технический термометр;

19- выхлопной трубопровод;

20- 20,21-перемычки с кранами;

22- кран на приемном штуцере гидравлического предохранителя;

23- штуцер с краном и пробкой для взятия пробы;

24- вентиль;

25- задвижка.

4. Гидравлический расчет сетей промышленного предприятия.

Гидравлическим расчетом газовых сетей среднего давления предусматривается определение оптимальных диаметров газопроводов, обеспечивающих пропуск заданных объемов газа при допустимых перепадах давлений. Газ движется по трубопроводам от участков с более высоким давлением к более низким, вследствие перехода потенциальной энергии в кинетическую. Перемещение газа связано с потерей механической энергии (давления) на преодоление всех встречающихся на его пути сопротивлений. Сопротивления трения, это линейные сопротивления и имеют место на всей протяженности трубопровода. Местные сопротивления возникают только в местах изменения скоростей и направления движения газа.

Источниками местных сопротивлений являются: переходы с одного размера газопровода на другой, колена, отводы, тройники, а также запорная, регуляторная, измерительная и предохранительная арматура, приводящие к сжатию, расширению и изгибу потоков газа.

Исходные данные:

Газ природный, Ставропольского месторождения, давление в точке подключения проектируемого газопровода в существующий - 0,39МПа.

Наиболее удаленные цеха 7 и 11 оборудованы горелками, давление газа перед ними должно быть не менее 1,3ата и не более 1,5ата.

Определим среднее значение отношений:

а_ср =(P_h²-P²_k)/1,1∑L, где Р_н =Р_mах =1,5 Р_к=Р_min=1,3

Общая длина газопровода от ГРП до узла 1 т.е. ∑L= 1,34 км.

а_ср=(1,5²-1,3²)/1,1*1,34=0,38

На участках 7-8-9-10-11

а_ср =(P₇²-P²₁₁)/1,1∑L

P₇ = √ (P²₁₃- а_ср * L _7-12-13)= √ (1,5² - 0,38*(0,2+0,22) = 1,45ата или 0,145МПа

∑L = 0,3+0,12+0,12+0,1=0,64

а_ср =(1,45²-1,3²)/1,1*0,64 = 0,54 Таблица 3.

 

№участка	1-2	2-3	3-4	4-5	5-6	6-7	7-8	8-9	9-	7-	10-	12-	18-
											ll
аср	0,38	0,38	0,38	0,38	0,38	0,38	0,54	0,54	0,54	0,38	0,54	0,38	0,38

 

Участок 1-2

V_1-2 = 690 м³/ч, а_ср =0,38, при Д_у ⁼100 и а_д = 0,9 то давление в узле 2:

P₂ = √ (P²₁ +1,1* а_д * L _1-2) = √ (1,3² +1,1*0,9*0,15) = 1,36 ата или 0,136МПа Участок 2-3

V_2-3 = 1290 м³/ч, а_ср =0,38, при Д_у =150 и ад = 0,4 то давление в узле 3:

Р_з = √ (P²₂ +1,1* а_д * L _2-3) = √ (1,36² +1,1*0,4*0,2) = 1,37ата или 0,137МПа

Участок 3-4

V_з-4 = 1590 м³/ч, а_ср =0,38, при Д_у =150 и а_д=0,5 то давление в узле 4:

Р₄ = √ (P²₃ +1,1* а_д * L _3-4) = √ (1,37² +1,1*0,5*0,12) = 1,39ата или 0,139МПа Участок 4-5

V_4-5 = 1790 м³/ч, а_ср =0,38, при Д_у =150 и а_д= 0,8 то давление в узле 5:

Р5 = = √ (P²₄ +1,1* а_д * L _4-5) = √ (1,39² +1,1*0,8*0,25) = 1,4ата или 0,14МПа

Участок 5-6

V_5-6 = 1990 м³/ч, а_ср =0,38, при Д_у =150 и а_д = 1,0 то давление в узле 6:

Р₆ = = √ (P²₅ +1,1* а_д * L _5-6) = √ (1,4² +1,1*1,0*0,12) = 1,42ата или 0,142МПа

Участок 6-7

V_6-7 = 2590 м³/ч, а_ср =0,38, при Д_у =150 и ад = 1,3 то давление в узле 7:

Р₇ = √ (P²₆ +1,1* а_д * L _6-7) = √ (1,42² +1,1*1,3*0,08) = 1,44ата или 0,144МПа

Участок 7-12

V_7-12 = 4070 м³/ч, а_ср =0,38, при Д_у =200 и а_д = 0,9 то давление в узле 12:

Р₁₂ = √ (P²₇ +1,1* а_д * L _7-12) = √ (1,42² +1,1*0,9*0,2) = 1,46ата или 0,146МПа

Участок 12-13

V_12-13 = 4470 м³/ч, аср =0,38, при Ду =200 и ад= 0,9 то давление в узле 13:

Р₁₃ = √ (P²₆ +1,1* а_д * L _12-13) = √ (1,46² +1,1*0,9*0,22) - 1,49ата или 0,149МПа

Невязка:

δ= ((1,5-1,49)/1,5)*100% = 0,7< 1%, что допустимо.

Участок 7-8

V_7-8 = 1480 м³/ч, аср =0,54, при Ду =150 и ад = 0,6 то давление в узле 8:

Р₈ = √ (P²₇ +1,1* а_д * L _7-8) = √ (1,44² - 1,1*0,6*0,3) = 1,37ата или 0,137МПа

Участок 8-9

V_8-9 = 1130 м³/ч, а_ср =0,54, при Д_у =125 и а_д= 0,8 то давление в узле 9:

Р₉ = √ (P²₈ +1,1* а_д * L _8-9) = √ (1,37² -1,1*0,8*0,12) = 1,34ата или 0,134МПа

Участок 9-10

V_9-10 = 830 м³/ч, аср =0,54, при Д_у =125 и а_д = 1,4 то давление в узле 10:

Р₁₀ = √ (P²₁₀+1,1* а_д * L _9-10) = √ (1,34² -1,1*1,4*0,12) = 1,30ата или ОДЗОМПа

Участок 10-11

V_10-11= 420 м³/ч, а_ср =0,54, при Д_у =100 и а_д = 0,5 то давление в узле 11:

Р₁₁ = √ (P²₁₀ +1,1* а_д * L _9-10) = √ (1,30² -1,1*1,0*0,1) = 1,28ата или 0Д28МПа

Невязка:

δ = ((1,3-1,28)/1,3)*100% = 1,54 > 1%, что не допустимо.

Пересчитываем: Участок 9-10

V_9-10= 830 м³/ч, а_ср =0,54, при Д_у=100 и а_д= 0,6 то давление в узле 10:

Р₁₀ = √ (P²₁₀ +1,1* а_д * L _9-10) = √ (1,34² -1,1*0,6*0,12) = 1,31ата или 0,131МПа

Участок 10-11

V_10-11= 420 м³/ч, а_ср =0,54, при Д_у =100 и а_д = 0,5 то давление в узле 11:

Р₁₁ = √ (P²₁₀ +1,1* а_д * L _9-10) = √ (1,31² -1,1*0,5*0,1) = 1,293ата или 0,1293МПа

Невязка:

δ = ((1,3-1,293)/1,3)*100% = 0,8 < 1%, что допустимо.

Даная расчетная схема представлена на чертеже.

 

 

5.Классификация газовых горелок и расчет.

Основным свойством горелки является осуществляемый ею метод сжигания газа, который в значительной мере зависит от подготовленности горючей смеси, выходящей из головки горелки. Именно этот признак следует рассматривать как основной и использовать для классификации горелок.

По методу сжигания газа горелки можно разделить на четыре группы:

1. горелки полного предварительного смешивания, работающие по кинетическому принципу.

2. горелки предварительного смешения газа с частью воздуха, необходимого для горения. У горелок этого типа газ смешивается с первичным воздухом до поступления в зону горения. В зоне высоких температур сразу начинается процесс горения газа, обеспеченного первичным воздухом. Вторичный воздух поступает из окружающей среды у горелок с открытым пламенем -атмосферных. У этих горелок реализуется бунзеновское пламя. При использовании этого метода смесеобразования у промышленных горелок (в этом случае такой метод называют двухступенчатым сжиганием) вторичный воздух подается в топку, обычно к корню факела.

3. горелки с незавершенным предварительным смешением газа с воздухом, которые осуществляют дифузионно- кинетический принцип сжигания газа.

4. горелки без предварительного смешения газа с воздухом, работающие по диффузионному принципу.

Кроме основной классификации горелки можно различать по способу подачи воздуха, давлению газа, расположению горелки в топке и излучающей способности горелки.

По способу подачи воздуха горелки подразделяются на: Ьэжекционные, в которых воздух засасывается энергией газовой струи (эжектирование воздучом газа применяют весьма редко) 2.бездутьевые, у которых воздух поступает в топку вследствие разряжения. 3.дутьевые с подачей воздуха в топку с помощью вентилятора.

 

 

По давлению газа горелки подразделяют на:

- горелки низкого давления (до 5 кПа)

- горелки среднего давления (5...300 кПа)

Горелки с более высоким давлением не получили широкого применения.

Инжекционные горелки среднего давления применяются в различных отраслях народного хозяйства страны, в коммунально-бытовых, промышленных и сельскохозяйственных объектах.

Основной принцип работы горелки заключается в следующем: струя газа, вытекающая из сопла с большой скоростью, увлекает воздух и поступает вместе с ним в камеру смешения через камеру всасывания и входную часть камеры смешения. Далее, в камере смешения происходит некоторое выравнивание скоростей и концентрации газа и воздуха в потоке, но не полное. Затем в диффузоре происходит увеличение статистического давления и значительная турбулизация потока, способствующая дальнейшему выравниванию концентраций газа и воздуха. В то же время скорости потока по сечению на выходе диффузора оказываются неравномерными, с существенным уменьшением у стенок. В конфузоре головки горелки происходит увеличение скорости потока с выравниванием поля скоростей по сечению.

Основные конструктивные элементы горелки:

1-газовое сопло;

2- камера всасывания;

3- входная часть камеры смешения;

4- камера смешения;

5- диффузор;

6- головка горелки.

Схема газовой горелки представлена на чертеже.

 

 

Расчет инжекционной горелки. Исходные данные:

Q_H=35200кДж/м³, p=0,73кг/м³, T₁=273K, Т2 =293К, α=1,05, Р1=50кПа, Р₂=40Па, Vг=20м³/ч, cosβ= 0,961,φ1= 0,95, n= 0,85,φ2= 0,975, ζ=1,05

Теоретически необходимое количество воздуха:

Vo = 0,2675* 10 ³* Q_H

Vo = 0,2675* 10 ³*35200* 10³ = 9,416 м³/м³

Объем смеси газа с воздухом:

Vд = α *Vо

Vд = 1,05*9,416 = 9,89 м³/м³

Объем смеси газа с воздухом:

V_с=1+Vд

Vc = 1 + 9,89 = 10,89 м³/м³

Массовый коэффициент инжекции:

U = (1,29* Vд)/р

U = (1,29* 9,89)/0,73 = 1,748

Скорость истечения газа из сопла:

ω = 56*√(T₁/p)*[l-(P2/P₁) ]

ω = 56* √ (273/ 0,73)* [ 1-0,94] = 265,27 м/с

Площадь проходного сечения сопла:

ƒ= Vr/534,24*P1 φ1*√ (l/ T₁*p)*[(P2/P₁) - (Р2/Р1) ]

ƒ= 20/534,24* 50000*0,95*√ (1/ 273*0,73)*[ 0,71-0,67] = 0,00006м²

Минимальное сопротивление:

m= 1/3,2-0,6* U

m= 1/3,2- 0,6* 1,748 = 0,46

Скорость воздуха перед камерой смешения:

ω_вt* cosβ = φ1* ω* m

ω_вt =(0,95*265,27*0,46)/0,961= 120,63 м/с

Скорость воздуха:

ω_в= 0,45* ω_вt

ω_вt = 0,45* 120,63 = 54,28 м/с

Площадь сечения для прохода воздуха:

ƒ 2 = [(Vд* Vr)/(3600* (ω_в)]* (T2/273)

ƒ 2 = [(9,89* 20)/(3600* 54,28)]* (293/273) = 0,0013 м²

Скорость смеси на выходе камеры смешения(в сечении С - С):

ω_c = n* φ1* φ2 *ω* [(1+ U*m)/ (1+ U)]

ω_c = 0,85*0,95*0,975 *265,27* [(1+ 1,748*0,46)/ (1+ 1,748)] = 146 м/с

Площадь сечения камеры смешения:

ƒ с = [(Vс* Vr)/(3600* ω_c)]* (Т2/273)

ƒ с = [(10,89* 20)/(3600* 146)]* (293/273) = 0,0004 м²

Приращение давления в смесителе:

h = (ω ²/2)/2,4* U*(l+ 0,185*U)

h = (265,27²/2)/2,4* 1,748*(1+ 0,185*1,748) = 6339,5 Па

Скорость газо-воздушной смеси на выходе из горелки:

ω _г ==√(2*h)/(p_c* ζ)

ω _г = √(2*6339,6)/ (1,16*1,05) = 102,03 м/с

Плотность смеси:

рс =[(р + 1,29* Vд)/ Vc]* (273/ Т2)

рс=[(0,73+ 1,29* 9,89)/10,89]* (273/ 293) = 1,16 кг/м³

Площадь выходного отверстия горелочной головки:

ƒ г = [(Vc* Vr)/(3600* ω _г)]* (Т2/273)

ƒ г = [(10,89* 20)/(3600* 102,03)]* (293/273) = 0,0006 м²

Площадь выходного сечения диффузора (в сечении Д - Д):

ƒ _д = [(Vc* Vr)/(3600* ω _д)]* (Т2/273);

ω _д = ω _г/1,5

ω _д = 102,03/1,5 = 68,02 м/с

ƒ _д = [(10,89* 20)/(3600* 68,02)]* (293/273) = 0,001м²

Диаметр сопла:

d=l,13*10³*√ƒ

d = 1,13*10³*√ 0,00006 = 8,8 мм

Диаметр камеры смешения:

dc=l,13*10³*√ƒ c

dc = l,13*10³*√ 0,0004 = 22,6 мм

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: