Системи використання пальних газів

Пальні гази, що безупинно виділяються при постійній їхній кількості і складі можуть без утруднень використовуватися як паливо в технологічних процесах і для вироблення пари чи електроенергії. У чорній металургії, що є найбільшим джерелом пальних газів, частка їх у паливному споживанні 26 %.

При періодичному надходженні газу технології використання залежать від відношення часу виходу газу _вих до часу технологічного циклу _цикл _вих/_цикл; відносини середньої об'ємної витрати газів до максимального: V_ср/V_мах і відносин теплоти згоряння в середньому за час виходу до максимального (тобто від складу газів).

Ці відносини залежать від виду виробництва. Наприклад, при виробництві стали в кисневих конвертерах _вих/_цикл37, V_ср/V_мах0,8, 0,75.

При періодичному надходженні пальних газів безупинне використання їх можливе при застосуванні систем з газгольдерами, паровими і тепловими акумуляторами.

1. Схема з газгольдером приведена на рис.

У газгольдер повинні надходити вибухобезпечні гази. Нижня межа припустимого вмісту пальних газів, що надходять у газгольдер визначається верхньою концентраційною межею їхнього запалення в суміші з повітрям (табл.). Розведення інертними газами (СО₂, Н₂О, N₂ і ін.) дозволяє звузити область запалення.

Верхня концентраційна межа запалення - найбільша концентрація пар, газів чи пилу, при якій можливо їхнє горіння чи вибух, якщо мається джерело запалення.

Нижня концентраційна межа запалення - найменша концентрація ...

Вибухо- і пожежонебезпечні властивості пари і газів у суміші з повітрям

	Густина, кг/м3	Об’ємна доля границі запалення, %		Т-ра само-запалення, С	Тиск вибуху, МПа
		нижнього	верхнього
Аміак	0,771	15	28,0	650	0,6
Ацетон	1,178	2,5	80,0	825	1,03
Бензин	730,0	0,79	5,16	300	-
Бензол	879,0	1,4	7,1	562	0,9
Бутан	2,672	1,8	8,4	405	0,86
Водень	0,089	4,0	74,2	510	0,739
Гас	823,0	1,4	7,5	250	-
Метан	0,716	5,0	15,0	537	0,72
Окис вуглецю	1,25	12,5	74,2	610	0,73
Природний газ	0,8	5,0	14,0	570	0,72
Пропан	2,019	2,1	9,5	466	0,86
Сірководень	1,539	4,3	46,0	246	-

Обсяг газгольдера V, м³ визначається умовою безупинного і постійного за часом відпустки газу споживачам при періодичному надходженні з агрегату

V=V_ср(1-_вих/_цикл),

де  - коефіцієнт запасу приймають 1,2‑1,3; V_ср - середній об’єм газу, що надходить від агрегату за один цикл.

Схема газгольдера показана на рис. Ємність 100‑10000 м³ одноланковий із загальним дзвоном, 15000‑32000 м² дволанковий із дзвоном 1 і телескопом 2.

Ступінь нерівномірності тиску

,

де Р - надлишковий тиск при піднятому чи опущеному дзвоні.

Швидкість переміщення дзвону і телескопів до 1,5 м/хв. Розташовуються за умовами пожежонебезпечності на 300 м від виробничих приміщень. Розміри в табл.

Таблиця

		D2	H2	D1	H1	D	H	Hзаг	Тиск газу, мм. вод. ст.	М, т
MIN	ГМ600	13,18	5,486	-	-	12,479	5,296	10,75	1400	45
MAX	ГМ32000	45,1	11,5	44,1	11,08	43,084	11,08	34,7	оп./под. 1400/2000	737

2. Парові акумулятори

У системі з паровими акумуляторами пальні гази, що періодично надходять з технологічних агрегатів, спалюються і використовуються для вироблення пари в котлах, що працюють у періоди виходу газів _вих з перемінним навантаженням.

Пара з котлів направляється в пароводяні акумулятори, з яких надходить безпосередньо в мережу чи теплопостачання після перегріву в паротурбінні установки. (рис.). Тиск у котлі і після акумулятора підтримується постійним.

Обсяг акумулятора пари визначає його здатність до акумулювання, G, тобто масу пари, кг, що він може дати при припустимому зниженні тиску від Р₁ до Р₂.

Питома здатність до акумулювання, d - кількість пари, що одержують з 1 м³ об’єму в зарядженому стані при зазначеному перепаді. При необхідному споживанні пари D_потр, кг протягом часу циклу здатність до акумулювання, кг

G=D_потр-D_вих(_вих/_цик),

де D_вих(_вих/_цик) - частина виходу, що забезпечує споживача безпосередньо протягом інтервалу _вих (D_вих/_цик - середній вихід в одиницю часу інтервалу циклу, _цик).

Водяной обсяг акумулятора, у м³,

V=G/d,

де d у залежності від відношення тисків пари Р₁, що надходить в акумулятор і Р₂, що віддає споживачу:

Р1/Р2, МПа/МПа	4/2	4/1	2/1	2/0,5
d, кг/м3	80	110	60	110

Вода в акумуляторі заповнює 90‑95 %, пара 5‑10 % загального обсягу.

Живильна вода для акумулятора - хімічно очищена і деаерована. Таганрозький котельний завод випускає акумулятори:

	Тиск
	2,5 МПа	4,5 МПа
Об’єм, м3	125	120
Тиск, МПа макс. мин.	2,5 0,9	4,5 0,9
Діаметр, м	3,0	3,0
Загальна довжина	19,8	18,0

3. Теплові акумулятори

Тепловий акумулятор для вироблення пари енергетичних параметрів на кисневому конвертері показаний на рис.

У системах для вироблення пари чи електроенергії теплова ємність акумулятора, кДж/цикл ?

,

де В_газ - витрата пальних газів у середньому за цикл, м³/хв; - теплота згоряння газу в середньому за цикл, кДж/м³; V_пс - обсяг продуктів згоряння, м³/м³; Ср_г - теплоємність продуктів згоряння кДж/(м³К); t_г - температура продуктів, що ідуть із системи, згоряння, С; q₅ - втрати в навколишнє середовище тепловим акумулятором, %; _цик - час циклу, хв.

Аеродинамічний опір одиниці довжини каналу насадки кауперного типу

,

де ₀ - швидкість продуктів згоряння, 7‑ 8 м/с; d_е - еквівалентний діаметр чарунки (44, 66, 1212 см); Т - температура продуктів згоряння, К; В - барометричний тиск у каналі, Па; Р - середній надлишковий тиск у каналі, Па.

Питома кількість вироблюваної пари, кг/м³

,

де - утрата теплоти від зовнішнього охолодження системою тепловий акумулятор-котел, %; h_п.п, h_ж.в - ентальпія перегрітої пари і живильної води. Параметри пари приймаються 4 МПа, 450 С.

У розроблювальних системах з газотурбінною установкою питомий обсяг одержуваного підігрітого повітря, подаваного компресорам у тепловий акумулятор, м³/м³

,

де q₅ - утрата тепла від зовнішнього охолодження теплового акумулятора і системи повітроводів, %; - температура повітря, що надходить з компресора в тепловий акумулятор, С, - температура повітря на виході з теплового акумулятора (приймається згідно характеристики ГТУ), С; Ср_п - теплоємність повітря при середній температурі, кДж/(м³К).

Потужність ГТУ, кВт

,

де G_в - масова витрата повітря через турбіну, кг/з; Ср_п - теплоємність повітря, кДж/(кгК),  - ступінь підвищення тиску в компресорі; _т, _к - ККД турбіни і компресора; Т_т - температура повітря на вході в турбіну, К, Т_к - температура повітря на вході в компресор, К, k - показник політропи.

Значення , _т, _к визначаються при відомих Т_т і Т_к по газодинамічній характеристиці машини. Характеристики ГТУ з виносною камерою (ПО ХТГЗ)

Характеристика	ГТ 25-700	ГТ 35-780
Номінальна потужність при температурі зовнішнього повітря +15 З, МВт	25	32
Т-ра повітря перед турбіною, С	700	780
Ступінь стиску повітря в компресорі	9,7	6,2
Т-ра повітря після компресора, С	230	215
Витрата повітря, м3/год	910103	616103
ККД установки, %	28	28

ККД найпростіших ГТУ - 14‑ 18 %.