СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАСХОДА ДЫМОВЫХ ГАЗОВ ПО СОДЕРЖАНИЮ В НИХ КИСЛОРОДА И РАСХОДУ ТОПЛИВНОГО ГАЗА Российский патент 2016 года по МПК G01F1/00 

Заявляемое изобретение относится к расчетным способам определения технических параметров (расход дымовых газов) энергетического оборудования, использующего в качестве топлива метан.

Аналогом способа является расчетная методика определения расхода дымовых газов /1/:

Qдг=Q₀дг∗(P_к/P_0к)^0,8∗(288/T₁)^0,5∗(P_а/0,1013),

где Qдг - расход дымовых газов [м³/с],

Q₀дг - номинальный расход дымовых газов [м³/с],

P_к - абсолютное давление за компрессором газовой турбины [МПа],

P_0к - номинальное абсолютное давление за компрессором [МПа],

T₁ - абсолютная температура перед компрессором [К],

P_a - барометрическое давление [МПа].

Недостаток аналога - привязка расчета к номинальным параметрам нового оборудования. На практике параметры номинального режима изменяются с возрастом оборудования.

Наиболее близким аналогом предлагаемого расчетного способа (прототипом) является «Методика…» /2/:

Qдг=Qтг∗[1,15+200/(21-O_2изм)],

где Qдг - расход дымовых газов [м³/с],

Qтг - расход метана [м³/с],

O_2изм - измеренное содержание кислорода в выбросах [объемные %].

Основной недостаток этого метода - неудовлетворительная сходимость результатов расчета с реальным расходом дымовых газов.

Целью данной работы является устранение указанного недостатка путем разработки способа, базирующегося на использовании строгой аналитической зависимости расхода дымовых газов (ДГ) от расхода топливного газа (ТГ).

При использовании в качестве топлива природного газа, состоящего на 98% из метана, появляется возможность рассчитать процесс сгорания по формулам окисления метана:

Для удобства дальнейших расчетов перепишем (1) в виде:

Т.к. все вещества в (2) присутствуют в газообразной форме, а 1 моль любого газа при одинаковых условиях (P, T) занимает одинаковый объем, то для удобства перейдем к объемам: для окисления 1-го объема метана используется 2 объема кислорода, образуется 1 объем углекислого газа и 2 объема водяного пара. Суммарный объем исходных веществ (1+2=3) равен объему продуктов реакции.

Кислород берется из воздуха, содержащего 21% кислорода и 79% азота (0,3% примесей на точность расчета не влияют). Оставшийся после реакции кислород (т.к. воздух поступает в избытке) уходит с ДГ. На 100 объемов исходных газов приходится V объемов метана и (100-V) объемов воздуха. Добавим в (2) воздух и перепишем в виде:

Результат реакции (правую часть (3)) разложим по образовавшимся веществам:

Т.к. содержание кислорода в ДГ измеряется газоанализатором (в %), то из слагаемого (21_O2-2,21V_O2) можно вычислить исходный объем:

Теперь объем ТГ в общем объеме исходных веществ известен. Т.к. объемы исходных веществ и ДГ при одинаковых условиях (P, T) равны, то и расход исходных веществ (м³/с) равен расходу ДГ (м³/с).

Расходы ТГ и ДГ соотносятся так же, как и объемы (напомню: для удобства расчет ведется на 100 объемов):

Из (6) находим расход ДГ:

Пример

При испытаниях в станционных условиях приведенная мощность газотурбинного двигателя ПС-90ГП-2 составила 15,97 МВт (номинал - 16 МВт), расход топливного газа - 4490 нормальных м³/ч (1,247 нормальных м³/с), концентрация кислорода в дымовых газах - 15,2%.

Расход ТГ необходимо привести к стандартным условиям (для пересчета из нм³/с - умножить на коэффициент К=273/293=0,932).

Используя эти данные, способ дает расход дымовых газов 44,28 м³/с. По параметрам, полученным при испытаниях двигателя, расход дымовых газов составляет 47,04 м³/с. Погрешность определения расхода дымовых газов составила 5,9%.

«Методика…» /2/ при расчете по этим параметрам дает расход дымовых газов 41,40 м³/с, погрешность - 12,0%.

Источники информации

1. СТО Газпром 2-3.5-038-2005. Инструкция по проведению контрольных измерений вредных выбросов газотурбинных установок на компрессорных станциях. Москва, 2005 г.

2. Методика определения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу при сжигании топлива в котлах производительностью менее 30 тонн пара в час или менее 20 Гкал в час. Москва, 1999 г.

Изобретение относится к способу определения расхода дымовых газов от энергетического оборудования, использующего в качестве топлива метан. Способ базируется на строгой аналитической зависимости, связывающей между собой расход дымовых газов, содержание в них кислорода и расход метана. Технический результат - повышение сходимости расчетных параметров с полученными при испытаниях данными. 1 з.п. ф-лы.

1. Расчетный способ определения расхода дымовых газов для энергетического оборудования, использующего в качестве топлива метан, отличающийся тем, что расчетный способ позволяет найти расход дымовых газов от газотурбинных двигателей по измеренному содержанию в них кислорода и известному расходу топливного газа.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что приведенный в способе расчет основывается только на окислении метана без примеси других углеводородов и математическая модель основана на строгом балансе объемов топлива и продуктов сгорания и более точна по сравнению с прототипом.