Регулирование топочных процессов и повышение эффективности сжигания углеводородных газов переменного состава в горелках с нерегулируемыми параметрами

• Автор: Кулагин, Алексей Юрьевич
• Шифр специальности: 05.14.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 146 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ОБОСНОВАНИЕ ЗАДАЧ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1. Факельное сжигание топлива

1.2. Исследование топочных процессов и методов управления

структурой факела

1.3. Газовые горелки

1.3.1. Назначение газовых горелок и основные предъявляемые к ним

требования

1.3.2. Вредные выбросы при сжигании газообразных видов топлива

1.3.3. Повышение надежности и эффективности сжигания газа
в котлах и печах
1.3.3.1. Совершенствование методов смесеобразования
1.3.3.2. Совершенствование конструкций горелочных амбразур и
туннелей
1.3.3.3. Повышение надежности работы горелок при сжигании попутных
газов переработки нефти
1.4. Выводы и постановка задачи исследования
2. ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО НЕФТЕДОБЫВАЮЩИХ И
НЕФГЕПЕРЕРАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЙ
2.1. Компонентный состав
2.2. Свойства и характеристики
2.2.1. Объемная теплота сгорания
2.2.2. Удельные объемы воздуха и газа
2.2.3. Энтальпия
2.2.4. Вязкость
2.3. Влияние состава топлива на теплообменные процессы
2.3.2.
2.4.
2.4.2.
2.5.
3.
3.1.1.
3.2. 3.2.1.
в тепловых агрегатах
Общие положения
Влияние состава сжигаемого газа на теплообмен в топке
Влияние состава сжигаемого газа на теплообмен в конвективных поверхностях нагрева
Эффективность использования нефтепромысловых и попутных газов в котельных агрегатах и трубчатых печах
Влияние состава сжигаемого газа на потери тепла от наружного охлаждения
Влияние состава сжигаемого газа на потери тепла с уходящими газами
Влияние состава сжигаемого газа на потери тепла от химической неполноты сгорания
Повышение эффективности сжигания газов переменного состава посредством изменения их температуры
Выводы
МЕТОДЫ ОЦЕНКИ ВЛИЯНИЯ ПЕРЕМЕННОГО СОСТАВА СЖИГАЕМОГО ГАЗА НА ПРОЦЕССЫ ВОСПЛАМЕНЕНИЯ ТОПЛИВА И ТЕПЛООБМЕНА В ТОПКЕ КОТЕЛЬНОГО АГРЕГАТА
Воспламенение и горение углеводородных газов переменного состава
Подобие полей температуры и концентрации горючего компонента
Воспламенение углеводородных газов переменного состава
Метод оценки теплообмена в топке котельного агрегата
Вывод обобщенного уравнения комбинированного теплообмена при горении в топке котельного агрегата
3.2.2. Анализ и адаптация полученного решения исследование
достоверности результатов
3.3. Выводы
4. ПРОМЫШЛЕННАЯ АДАПТАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ
4.1. Описание производственноэкспериментальной установки
4.2. Экологические характеристики факела при сжигании
нефтезаводского газа
4.3. Эффективность использования нефтезаводских газов
4.4 Практические рекомендации по организации регулирования
процесса сжигания углеводородных газов переменного состава
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
ПРИЛОЖЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ВВЕДЕНИЕ


Если в самом начале процесса нагревания при наличии первичного воздуха в газовоздушной смеси образуется формальдегид, то выделение сажистого углерода в дальнейшем процессе замедляется. При вводе в топку хорошо подготовленной смеси газа с необходимым количеством воздуха и очень быстрым подогреве этой смеси до температуры, превышающей температуру самовоспламенения, реакции окисления протекают настолько быстро, что термический распад углеводородов практически не происходит, а элементарный углерод в факеле будет отсутствовать. Процесс активного окисления топлива с повышением энтальпии принято называть горением, а участок в топке, где оно происходит участком или зоной активного горения. На этом участке выгорает . Остаток горючих компонентов выгорает на участке догорания, расположенного между зоной активного горения и выходным окном топки. Между факелом и поверхностями нагрева происходит теплообмен, который осуществляется в основном радиацией. Максимум температуры факела, соответствующий диапазону температур 0. С к выходному сечению горелок. Температурный уровень газов, покидающих топку, составляет 0. Решающее значение на величину радиации оказывает степень черноты и температура излучающего факела. Степень черноты зависит от содержания в факеле трехатомных и более сложных газов и от наличия в нем твердых сажистых частиц. Газы излучают из всего объема, поэтому на интенсивность их излучения влияет толщина слоя. Наибольшей излучательной способностью среди газов, содержащихся в горящем факеле, обладают водяной пар Н, двуокись углерода С, реагирующие углеводороды и промежуточные продукты реакции. Двухатомные газы с симметричными молекулами кислород и азот Ы2, являются теплопрозрачными, не поглощают и не излучают энергии. Двухатомные газы с несимметричными молекулами монооксиды азота 0 4 углерода СО в связи с наличием у них дипольного момента имеют небольшую излучательную способность в инфракрасном диапазоне. Как упоминалось выше, кроме излучения трехатомных газов сжигание попутных газов характеризуется излучением частиц сажистого углерода, степень черноты которых зависит от их размера и колеблется в очень широких пределах. С уменьшением размеров частиц сажи, степень их черноты уменьшается. Это объясняется тем, что эти частицы оказываются меньше длин волн, на долю которых падает наибольшая часть энергии излучения. Излучение факела, содержащего частицы сажистого углерода, как и излучение газов, имеет селективный характер. Согласно закону смещения Вина, при уменьшении температуры излучающего тела, максимум энергии излучения перемещается в сторону более длинных волн, в связи с чем степень черноты частиц сажи уменьшается. Помимо основных компонентов в реакторных областях факела образуются в небольших количествах серный БОз и сернистый Б ангидриды, монооксид 0 и диоксид азота, монооксид углерода СО и бензапирен БП. Снижение выхода Ы, 0, СО и БП достигается организацией режимов горения в топках. Снижение доли серного ангидрида в общем объеме оксидов серы, содержащихся в продуктах сгорания, достигается режимными методами. С середины века актуальной становится задача повышения экономичности и улучшения экологических показателей парогенераторов, а с конца века и трубчатых печей нефтеперерабатывающих предприятий. Нефтеперерабатывающая промышленность до х годов века предавала второстепенное значение факельным процессам и традиционно отставала от котлостроения , , , , , , , , , . Объективной причиной относительно низких показателей трубчатых печей в сравнении с котлами, является необходимость создания таких условий, при которых не происходит коксование нагреваемой нефти и нефтепродуктов и не образуются отложения, имеющие большое термическое сопротивление. Общего решения обозначенных проблем в виде некоторой унифицированной конструкции топочного устройства парогенераторов и трубчатых печей найдено не было, что связано с большим расхождением теплофизических свойств топлива и различными требованиями технологических процессов нефтепереработки , , , , , , , , , .