Способ подготовки к сжиганию в топке метановоздушной смеси с содержанием метана менее 30% Советский патент 1992 года по МПК F23K5/00 

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) метановоздушных смесей (МВС), считающихся отходами, не находящими применения и сбрасываемыми в атмосферу, что наносит ущерб окружающей среде.

Известен способ подготовки МВС с низким (менее 30%) содержанием метана, состоящий в добавлении МВС к воздушному дутью топок котельных агрегатов или газовых турбин с целью обогащения дутья метаном. Этот способ может быть использован и тогда, когда основным топливом котельного агрегата является природный газ, и заключается в следующем. МВС с низким содержанием метана с и объемным расходом Qi смешивают с воздухом воздушного дутья, повышая объемное содержание метана в дутье до CL Объемный расход метана, подаваемого в топку вместе с дутьем, равен произведению объемного содержания метана в МВС с низким содержанием метана с на объемный расход МВС СИ, а величина объемного содержания метана в дутье ст есть отношение объемного расхода метана в дутье cQi к объемному расходу обогащенного метаном дутья, который равен сумме объемных расходов метана cQi и воздуха QB:

01

V.

С

СА

Объемный расход воздуха QB определяется общим объемным расходом метана Q, сжигаемого в топке, и коэффициентом избытка воздуха or.

QB 9,5aQK, где 9,5 - отношение объема воздуха, принимающего участие в реакции горения метана, к объему метана.

Общий объемный расход метена QK равен сумме объемного расхода метана, по- ступающего в топку с воздушным дутьем cQi, и объемного расхода природного газа Qn.r, направляемого в качестве основного топлива на газовые горелки котельной. При этом сделано допущение, что природный газ на 100% состоит из метана. Таким образом,

QK cQi + Qn.r.

Из приведенных выше уравнений определяется объемный расход МВС с низким содержанием метана Qi, используемый для обогащения метаном воздушного дутья: 9,5aci

Qi

Ок.

c(1-ci)

Определяется также объемный расход природного газа

Qn.r-QK-cQi.

Из последнего уравнения видно, что расход природного газа сокращается с увеличением объемного расхода МВС с низким содержанием метана Qi, который в соответствии с предпоследним уравнением увеличивается с увеличением объемного содержания метана в дутье и коэффициента избытка воздуха а. В связи с этим для дости: жения наибольшего возможного значения расхода МВС с низхим содержанием метана Qi необходимо добиваться по возможности больших значений содержания метана в обогащенном метаном дутье ci и коэффици- ента избытка воздуха а. Однако по условиям безопасности максимально допустимое значение ci 0,025 (2,5%), что соответствует двукратному запасу относительно нижнего предела воспламенения метана, равного 5%.

С увеличением коэффициента избытка воздуха а снижается КПД котлоагрегата. По этой причине предельные рекомендуемые значения а не превышают1,5-2.0.

Наиболее близким к предлагаемому является способ подготовки МВС с низким (менее 30%) содержанием метана, который заключается втом, что МВС с низким содержанием метана с и объемным расходом 0.2 обогащают природным газом, объемный расходл которого равен Qn.r, повышая содержание метана в МВС до С2. Величина объемного содержания метана в обогащенной природным газом метановоздушной смеси С2 есть отношение общего расхода метана -О к общему расходу обогащенной природным газом МВС, равному сумме объемных расходов МВС с низким содержанием метана QZ и природного газа Qn г .

Ок

2 Q2+Qnr.

Общий расход метана равен сумме объемного расхода метана, содержащегося в МВС с низким содержанием метана, cQ2 и объемного расхода природного газа Qn.r:

QK cQ2 + Qn.r.

Из приведенных выше уравнений определяется необходимый объемный расход МВС с низким содержанием метана

..

Соответственно определяется и объемный расход природного газа

Оп.г 0к-С02.

Из последнего уравнения видно, что расход природного газа сокращается с увеличением объемного расхода МВС с низким содержанием метана Q2, который в соответствии с предпоследним уравнением определяется объемным содержанием метана в обогащенной природным газом МВС С2 и объемным содержанием метана в исходной МВС с низким содержанием метана с. Однако содержание метана в исходной МВС с является параметром, который определяется технологией добычи МВС и не может быть изменен в процессе подготовки МВС к сжиганию.

В связи с этим для достижения наибольших значений расхода МВС с низким содержанием метана Q2 необходимо добиваться по возможности меньших значений содержания метана в обогащенной природным газом МВС С2. Однако по условиям безопасности минимально допустимое значение С2 равно 30%, а по другим данным содержание метана в МВС должно быть не менее 40%.

В 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 а 1,05.

Способ имеет ограниченные возможности для сокращения расхода природного газа.

Целью изобретения является повышение экономичности за счет более полного

использования МВС с низким содержанием метана и уменьшение вредных выбросов в атмосферу.

Указанная цель достигается тем, что МВС с низким содержанием метана одновременно разделяют на две части, одну из которых дополнительно смешивают с воздушным дутьем котлоагрегата, поднимая содержание 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 смеси раздельно направляют на совместное сжигание в топку.

Для обеспечения полной безопасности каждая из приготовленных газовых смесей транспортируется к газовым горелкам раздельно, что исключает возможность образования взрывоопасных газовых смесей на пути к источнику высокой температуры (факел горелки).

Необходимые объемные расходы каждой из частей МВС с низким содержанием метана Qi и Q2. объемный расход природного газа Qn.r и соотношение объемных расходов можно определить, используя уравнения

„ С Q2 + Qn.r

С2 -Q2+Qr,.r

QK c(Qi + Q2) + Qn.r,

9,5aQK

с Отсюда

(9.5а +1)

VJ1/ VJ К

С(С2 -С1 )

1-(9.5a + 1)Cl(1-C2) Q

°2(1-C)(C2-C1) °КQn.r O.K-c(Qi + Q2), Qi 1 -с cj Q2 с 1 -(9,5a + 1 )c/ (9,5a + 1)C2 - 1

В таблице даны значения расхода природного газа при использовании предлагаемого и известных способов для котельной

Qi+(1-C)Q2.

с общим расходом метана Си 1000 м /ч и при соответствующих исходных данных.

Как видно из таблицы, применение предлагаемого способа дает существенное

снижение расхода природного газа. Так. при содержании метана в исходной МВС с 0,1, содержании метана в МВС. обогащенной природным газом (для предлагаемого способа и прототипа), С2 0,3, расход

природного газа в предлагаемом способе при коэффициенте избытка воздуха а 2,9 составляет 232 м3/ч, по прототипу 741 м3/ч и по аналогу 294 м3/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 QK 1000 м3/ч не менее 25,0 тыс.

руб. без учета экологического эффекта от уменьшения ущерба, наносимого окружающей среде (уменьшение выбросов в атмосферу метана, содержащегося в МВС с низким содержанием метана). .

Предлагаемый способ может быть использован и в других отраслях, например в химической, где имеются бедные газовоздушные 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 метановоздуш- ных 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.

Расход природного газа Qn г,

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 метановоз- душную 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