RU2280671C1 - Газовая смесь для отопления камерных печей с внешним обогревом и способ ее получения - Google Patents
Газовая смесь для отопления камерных печей с внешним обогревом и способ ее получения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2280671C1 RU2280671C1 RU2004138969/15A RU2004138969A RU2280671C1 RU 2280671 C1 RU2280671 C1 RU 2280671C1 RU 2004138969/15 A RU2004138969/15 A RU 2004138969/15A RU 2004138969 A RU2004138969 A RU 2004138969A RU 2280671 C1 RU2280671 C1 RU 2280671C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- combustible
- natural gas
- heating
- gas mixture
- Prior art date
Links
Landscapes
- Organic Low-Molecular-Weight Compounds And Preparation Thereof (AREA)
- Processing Of Solid Wastes (AREA)
- Gasification And Melting Of Waste (AREA)
Abstract
Настоящее изобретение относится к области коксохимической и сланцеперерабатывающей промышленности и может быть использовано для отопления камерных печей с внешним обогревом. Газовая смесь состоит из природного метансодержащего газа и дымовых продуктов от его сжигания при их соотношении 9-15 и 91-85 об.%, соответственно. Сжигание природного газа, содержащего не менее 99% метана, ведут при коэффициенте избытка воздуха 1,03-1,05. Полученные дымовые газы промывают водно-щелочным раствором. Далее их охлаждают до температуры не более 50°C и подают на смешивание с исходным природным газом в центробежных лопастных машинах при частоте вращения не менее 1000 об/мин. Изобретение повышает надежность и безопасность процесса. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 табл.
Description
Изобретение относится к области коксохимической и сланцеперерабатывающей промышленности, в частности термообработке углеродных материалов, например угля, сланца и нефтяного кокса, в камерных печах с внешним обогревом.
Известны различные виды низкокалорийных отопительных газов, использующихся для обогрева камерных и коксовых печей (Справочник сланцепереработчика. Ленинград. "Химия", 1988 - с. 66: Справочник коксохимика. т.2. Издательство "Металлургия", 1965. - с.19, 225).
Данные отопительные газы являются побочным продуктом других технологических процессов. Так, например, газогенераторный газ получается при производстве сланцевой смолы полукоксованием горючего сланца в газогенераторах, доменный газ - при выплавке чугуна в доменных печах. В случае остановки или ликвидации этих производств рассматриваемые печи лишаются источника тепла, необходимого для осуществления основного процесса.
Использование собственных технологических газов, получаемых как побочный продукт, напрямую невозможно в этих конструкциях печей из-за высокой калорийности и опасности газов, содержащих более 20% углеводородов (коксовый газ) и до 70% водорода (камерный газ) (Справочник коксохимика. Издательство "Металлургия", 1965, с.11., Вишнев В.Г. и др. Опыт прокалки нефтяных коксов в камерных печах. ЦНИИТЭНефтехим, Москва, 1981). Использование таких "богатых" отопительных газов требует кардинального изменения конструкции печей (Патент RV №2039786), является сложным и дорогим техническим решением.
Наиболее близким к заявляемому по калорийности, составу и технологии использования является отопительный газ камерных печей (газогенераторный) с калорийностью 600-1000 ккал/м3, получаемый как побочный продукт при полукоксовании сланца в газогенераторах (Справочник сланцепепереработчика. Ленинград. "Химия", 1988. - с.60, 66). Газогенераторный газ содержит в своем составе горючие компоненты (Н2S, CnHm, CO и Н2) и негорючие составляющие (N2, CО2, О2) и используется как низкокалорийное топливо при сжигании в отопительной системе камерных печей. Особенность таких печей - наличие регенераторов тепла с высокоразвитой огнеупорной поверхностью для подогрева низкокалорийного газа. Предварительный подогрев газа гарантирует его воспламенение при последующем соединении с воздухом. Регенераторы являются неотъемлемой конструктивной частью камерных печей.
Недостатком такой отопительной газовой смеси, как сланцевый генераторный газ, является необходимость организации специального его производства, высокозатратность и нерентабельность процесса (Нефтепереработка и Нефтехимия. №10, 2002, с.17). Сланцевый генераторный газ содержит значительное (8-10 г/м3) количество сероводорода (Справочник спанцепереработчика, 1988, с. 60-66), что делает его экологически опасным топливом. Наличие в его составе газбензина и тяжелых углеводородов (C2 и выше) осложняет технологию обогрева печей за счет пиролиза этих примесей в регенераторах тепла с отложением пироуглерода при температурах 900°C и более.
Наиболее близким аналогом к заявленному способу получения газовой смеси для отопления камерных печей с внешним обогревом является способ, описанный в SU 632294 (кл. C 01 В 2/16, 1978) и включающий сжигание природного газа и охлаждение полученных дымовых газов.
При этом сжигание углеродсодержащего материала с кислородосодержащим газом осуществляется при высоких температуре (до 1927°C) и давлении (2,1-210 атм), что значительно усложняет и удорожает процесс. Причем дальнейшее смешение продуктов сжигания с "жидким" углеводородом производится при этих же крайне жестких условиях.
Задача предлагаемого технического решения - повышение надежности и безопасности процесса.
Задача решена при использовании газовой смеси, состоящей из горючей части, включающей углеводороды, и негорючей части, включающей азот, двуокись углерода и кислород, где в качестве горючей составляющей используется природный газ, содержащий не менее 99% метана, а негорючей - дымовые продукты от его сжигания при коэффициенте избытка воздуха 1,03-1,05, причем негорючая часть дополнительно содержит водяной пар при соотношении горючей и негорючей частей 9-15 и 91-85 об.% соответственно. При этом получение данной газовой смеси, включающей сжигание природного газа и охлаждение образующихся дымовых газов, заключается в том, что используют природный газ, содержащий не менее 99% метана, который сжигают при коэффициенте избытка воздуха 1,03-1,05, а полученные дымовые газы перед охлаждением промывают водно-щелочным раствором и охлаждают до температуры не более 50°C, после чего подают на смешивание с исходным природным газом в центробежных лопастных машинах при соотношении исходного природного газа и дымовых газов 9-15 и 91-85 об.% соответственно. Причем, в качестве водно-щелочного раствора используют техническую воду гидроудаления зольных отходов от сжигания сланца, а смешение газа и дымовых продуктов осуществляют при частоте вращения в центробежных лопастных машинах не менее 1000 об/мин.
Существенным отличительным признаком предлагаемой отопительной газовой смеси является использование в качестве горючей составляющей природного газа, содержащего не менее 99% метана, искусственно разбавленного до необходимого состава дымовыми продуктами от его сжигания при коэффициенте избытка воздуха 1,03-1,05, причем негорючая часть дополнительно содержит водяной пар при соотношении горючей и негорючей частей 9-15 и 91-85 об.% соответственно.
Существенным отличительным признаком предлагаемого способа получения заявляемой газовой смеси является использование природного газа, содержащего не менее 99% метана, его сжигание при коэффициенте избытка воздуха 1,03-1,05, промывка полученных дымовых продуктов водно-щелочным раствором и охлаждением их до температуры не более 50°C, а также последующее гомогенизирующее смешение разбавителя и горючей составляющей с использованием центробежных лопастных машин при частоте вращения не менее 1000 об/мин.
Сущность и отличительные особенности заявляемой искусственной газовой смеси поясняются табл.1, где приведены компонентные составы заявленной смеси и прототипа.
Таблица 1. | ||||
Составы, об.% | ||||
Составляющая | Компоненты | Заявленный | Прототип | |
интервал | типичный | |||
Горючая | CН4 | 8-15 | 10 | 2,4 |
C2 и выше | - | - | 1,0 | |
Н2+CО | - | - | 14,1 | |
Негорючая | О2 | 0-5 | 4 | 0,7 |
CO2+N2 | 66-85 | 78 | 81,8 | |
Н2O | 6-9 | 8 | - | |
Итого | 100% | 100% | ||
Н2S, мг/м3 | - | - | 9,6 |
Преимуществом заявляемого состава газовой смеси является отсутствие водорода и тяжелых углеводородов. Водород является самым взрывоопасным компонентом отопительных газов, обладает высокой скоростью распространения пламени. Наличие его в составе прототипа требует сведения доли кислорода в отопительном газе камерных печей до минимума (менее 2%), что в рамках реального промышленного производства сложно и дорого ("Справочник сланцепереработчика", 1988, с. 60-66).
Трехатомные газы (Н2O) оказывают флегматизирующее влияние на кислородсодержащие взрывоопасные газовые смеси (Рабинович М.Б. Газ и его применение в народном хозяйстве. - М.: Недра, 1974). Наличие их позволяет сузить пределы взрываемости отопительных газов и безопасно работать при большем содержании кислорода в нем.
В соответствии с требованиями ГОСТ 12.1.044-89 верхний предел распространения пламени (φt в) при повышении температуры до величины t определяется по формуле
φt в=φв[1+(t-25)/800],
где t=800°C - температура подогрева газа в регенераторах камерных печей;
φв=38,7 - верхний концентрационный предел распространения пламени в воздухе, рассчитанный по методике ("Справочник сланцепереработчика ", 1988).
Для газа заявляемого состава величина φt в составит
φt в=38,7[1+(800-25)/800]=76,1.
Это соответствует содержанию кислорода в газовоздушной смеси
(100-76,1)-0,209=5%.
Наличие в заявляемой смеси в качестве негорючего компонента водяного пара в объеме не менее 6% позволяет поднять верхний предел по содержанию кислорода до 5%.
Наличие тяжелых углеводородов (C2 и выше) в составе прототипа, склонных на горячих поверхностях пиролизоваться с отложением фиксированного углерода (Теснер П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы. - М.: Химия, 1972), снижает срок службы печей за счет быстрого забивания насадки регенераторов тепла с нарушением гидравлического режима процесса.
Ограничение доли метана в газовой смеси 15% связано с проблемой его частичного пиролиза в огнеупорных регенераторах печей при температурах порядка 900°C (Теснер П.А. Образование углерода из углеводородов газовой фазы. - М.: Химия, 1972). Статистика использования отопительного газа с различным содержанием метана подтверждает обоснованность заявляемого предела его содержания в смеси. Срок службы регенераторов между чистками и прожиганиями резко уменьшается при доле метана выше 15%.
Таблица 2. | ||||
Доля метана в газовой смеси, об.% | 10 | 12 | 15 | 22 |
Срок службы регенераторов, дн | 35 | 33 | 30 | 6 |
Нижний предел содержания метана (8%) определяется минимальной теплотой сгорания отопительного газа, необходимой для его воспламенения в отопительной системе печей.
Заявляемая газовая смесь по сравнению с прототипом является также экологически более безопасной по уровню выбросов серосодержащих продуктов при ее использовании.
Таким образом, заявленные признаки непосредственно влияют на технический результат изобретения и их совокупность обеспечивает повышение надежности и безопасности эксплуатации печей.
Заявляемый способ получения газовой смеси обосновывается следующим. Охлаждение до температуры менее 50°C и водно-щелочная промывка негорючего разбавителя обеспечивают оптимальную работу центробежных газовых смесителей по энергетическим затратам и коррозионной углекислотной опасности.
Таблица 3. | ||||
Показатели | Температура разбавителя, °C | |||
70 | 60 | 50 | 40 | |
1. Относительные энергетические затраты | 1,36 | 1,12 | 1,00 | 0,98 |
2. рН конденсата из газовой смеси | ||||
без промывки | 5,2 | 5,6 | 5,9 | 6,2 |
после промывки | 6,5 | 6,7 | 6,9 | 6,9 |
Из табл.3 видно, что затраты на смешение и транспортировку отопительного газа с использованием центробежных лопастных машин резко возрастают при его температуре выше 50°C. Водно-щелочная промывка газа разбавителя позволяет стабилизировать рН конденсата газа до уровня, близкого к нейтральной реакции (рН 7,0) также при температуре 50°C и ниже.
Коэффициент избытка воздуха при сжигании природного газа 1,03-1,05 является оптимальным с точки зрения коэффициента полезного действия топочного котла.
Одним из основных эксплуатационных требований к отопительным газам является их однородность и стабильность калорийности. Заявленный способ получения газовой смеси предусматривает принудительное смешение горючей и негорючей составляющих с использованием высокоскоростных газодувных лопастных машин при частоте вращения не менее 1000 об/мин. Это позволяет при высокой разнице в плотностях у основных компонентов (CН4 - 0,7 кг/м3, N2 - 2,9 кг/м3, CO2 - 1,96 кг/см3) получать однородный гомогенизированный отопительный газ.
Данные табл.4 позволяют обосновать заявленные условия принудительного смешения компонентов газовой смеси по величине разброса (%) калорийности газа по сечению газопровода (диаметром 1600 мм).
Таблица 4. | ||||
Смешение | ||||
Естественное в | принудительное в газодувках при об./мин. | |||
газопроводе | 500 | 800 | 1000 | 1200 |
95,0 | 32,0 | 18,0 | 0,0 | 0,0 |
Опробование предложенной отопительной газовой смеси и способы ее получения были выполнены в опытно-промышленных условиях в течение двухмесячного пробега.
Печным агрегатом, где использовалась отопительная смесь, являлся блок батарей камерных печей по прокаливанию нефтяного кокса общей мощностью 540 тонн в сутки.
В качестве горючей составляющей газовой смеси использовался природный газ по ГОСТ 5542-87, содержащий не менее 99% метана (CН4). В качестве основы для подготовки инертного разбавителя использовались дымовые продукты от сжигания природного газа на ТЭЦ при коэффициенте избытка воздуха 1,03-1,05.
Перед поступлением на смещение с природным газом данные дымовые продукты проходили водно-щелочную промывку (рН раствора 10-12) в форсуночном скруббере, где насыщались водяным паром и поступали в воздушные трубчатые холодильники (поверхность теплообмене 1600 м2), где охлаждались до температуры менее 50°C, а затем поступали на газодувные машины 2ТГ-80-1 с частотой вращения 1000-1050 об./мин. При этом разбавитель имел следующий состав, об.%:
N2+CO2 - 87,3
Н2О - 8,2
O2 - 4,5
Во всасывающий коллектор газодувок поступал природный газ среднего давления с калорийностью 8000 ккал/м3, и далее газодымовая смесь транспортировалась непосредственно к камерным печам под давлением 6-10 кПа (600-1000 кГс/м2).
Объем производства искусственной газовой смеси составил 18-20 тыс.м3/час. Характеристика полученной отопительной газовой смеси была следующая:
Qн - 1020 ккал/м3
Состав, об.%:
CН4 - 13,2
О2 - 4,3
CО2+N2+Н2О - 82,5
Горение приготовленной газовой смеси в отопительной системе камерных печей отличалось устойчивостью и однородностью факела, отсутствием копоти и избытка кислорода в продуктах горения. Удельный расход тепла на процесс по сравнению с прототипом снизился на 7-8%. Осмотр газового оборудования и всей отопительной системы подтвердил отсутствие отложений углерода, что повысило надежность эксплуатации процесса. Контроль за атмосферой на рабочих местах подтвердил полное отсутствие сернистых соединений, что говорит о повышении и экологической безопасности данного процесса.
Claims (4)
1. Газовая смесь для отопления камерных печей с внешним обогревом, состоящая из горючей части, включающей углеводороды, и негорючей части, включающей азот, двуокись углерода и кислород, отличающаяся тем, что в качестве горючей части используют природный газ, содержащий не менее 99% метана, а негорючей - дымовые продукты от его сжигания при коэффициенте избытка воздуха 1,03-1,05, причем негорючая часть дополнительно содержит водяной пар, при соотношении горючей и негорючей частей 9-15 и 91-85 об.% соответственно.
2. Способ получения газовой смеси для отопления камерных печей с внешним обогревом, включающий сжигание природного газа и охлаждение полученных дымовых газов, отличающийся тем, что используют природный газ, содержащий не менее 99% метана, его сжигание ведут при коэффициенте избытка воздуха 1,03-1,05, полученные дымовые газы перед охлаждением промывают водно-щелочным раствором, а охлаждение проводят до температуры не более 50°C, после чего подают на смешивание с исходным природным газом в центробежных лопастных машинах при соотношении исходного природного газа и дымовых газов 9-15 и 91-85 об.% соответственно.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что в качестве водно-щелочного раствора используют техническую воду гидроудаления зольных отходов от сжигания сланца.
4. Способ по п.2, отличающийся тем, что смешение осуществляют при частоте вращения в центробежных лопастных машинах не менее 1000 об/мин.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004138969/15A RU2280671C1 (ru) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Газовая смесь для отопления камерных печей с внешним обогревом и способ ее получения |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2004138969/15A RU2280671C1 (ru) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Газовая смесь для отопления камерных печей с внешним обогревом и способ ее получения |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2004138969A RU2004138969A (ru) | 2006-06-10 |
RU2280671C1 true RU2280671C1 (ru) | 2006-07-27 |
Family
ID=36712658
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2004138969/15A RU2280671C1 (ru) | 2004-12-30 | 2004-12-30 | Газовая смесь для отопления камерных печей с внешним обогревом и способ ее получения |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2280671C1 (ru) |
-
2004
- 2004-12-30 RU RU2004138969/15A patent/RU2280671C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Справочник сланцепереработчика, Л.: Химия, 1988, с.60. * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2004138969A (ru) | 2006-06-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102430329B (zh) | 再生器烟气中CO和NOx的还原 | |
CN1834535B (zh) | 一种无烟尘的燃煤锅炉 | |
US20060204429A1 (en) | Production of activated char using hot gas | |
CN1551946A (zh) | 用于获得最大功率输出的燃气轮机燃料进口温度控制方法 | |
JP3572176B2 (ja) | コンバインド・サイクル発電方法及び発電装置 | |
Rutberg et al. | Plasmochemical technologies for processing of hydrocarbonic raw material with syngas production | |
CN103642530A (zh) | 反烧式煤炭气化炉装置及工艺 | |
Zajemska et al. | Formation of pollutants in the process of co-combustion of different biomass grades | |
RU2280671C1 (ru) | Газовая смесь для отопления камерных печей с внешним обогревом и способ ее получения | |
US3628925A (en) | Combustion adjuvant | |
CN101691492A (zh) | 一种煤干馏工艺 | |
Kasper et al. | Use of pyrolysis-derived fuel in a gas turbine engine | |
US10393372B2 (en) | Apparatus for firing and combustion of syngas | |
RU2301374C1 (ru) | Способ подготовки топлива, в том числе, к сжиганию и устройство для его осуществления | |
JP2001220584A (ja) | コークス炉ガスの改質並びに顕熱回収方法 | |
CN201512551U (zh) | 烟道用可燃气体抑爆装置 | |
RU2807901C1 (ru) | Способ обогащения природного газа водородом и установка для его осуществления | |
CN107586551B (zh) | 有机物碳化中的油烟提取再生油品设备及其提取方法 | |
RU2406751C1 (ru) | Способ получения генераторного газа из твердого топлива в слоевом газогенераторе, обеспечивающий при сжигании газа уменьшение выбросов оксидов азота | |
Aldabbas | The Energy Efficiency and Environmental Impact of Coutant Combustor Type. | |
US873250A (en) | Gas manufacture. | |
Valler et al. | NOx formation by synthesis gas–natural gas co-firing | |
JPH0674125B2 (ja) | Coリツチガス製造方法 | |
WO2004094797A2 (en) | Method for environmentally-friendly utilization of lean gases | |
Малышев et al. | Impact of woody biomass in the composition of coal-water suspensions on their transportation and combustion |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20091231 |