Издательский Центр Аква-Терм
HP19konf
hp19_450x100_ticket

Сжигание нестандартных видов топлива в современных наддувных горелках

С. Зотов, к.т.н., генеральный директор ООО «Тепломега»

Для беспроблемного качественного сжигания нестандартного топлива, например, СГК, нужна нестандартная или заказная горелка. На первый взгляд, она стоит намного дороже дизельной, однако окупится очень быстро, что подтверждают приведенные в статье расчеты.

Серийно производимые наддувные горелки, как правило, рассчитаны на определеные виды топлива, удовлетворяющие соответствующим стандартам: природный газ, сжиженный пропан, дизельное топливо, а также мазуты различных марок.  При возможности или необходимости сжигать топливо нестандартное у потребителя есть два пути: привести топливо в рамки подходящего стандарта или приобрести горелочное устройство,  изготовленное по специальному заказу. Очевидно, что оба пути связаны с дополнительными затратами, в первом случае – операционными, складывающимися из расходов на очистку, сепарацию и так далее, во втором – капитальными, обусловленными более высокой ценой заказного оборудования по сравнению с серийным.

Бывают, однако, ситуации, когда дополнительные затраты недопустимы:  нестандартное топливо проще сжечь в факеле, как до сих часто поступают с попутным газом в местах добычи нефти. К тому же очевидно, что на любое нестандартное топливо всегда найдется серийная горелка, с помощью которой это топливо можно «худо-бедно» сжечь.

Поэтому вопрос можно поставить следующим образом: насколько применимо серийное оборудование для сжигания нестандартного топлива, и какие характеристики сгорания будут отличаться от гарантируемых производителем горелки?

Пример, который напрашивается первым, – это попутный нефтяной газ (ПНГ). Он представляет собой смесь газообразных углеводородов, растворенных в нефти и выделяющихся из нее на всем ее пути от скважины до НПЗ и далее – в процессе ее переработки. Состав ПНГ сильно различается не только у разных месторождений, но и в зависимости от степени их выработанности. Основные компоненты попутного газа – метан (30–90%), этан (до 10%), пропан (12–20%) и бутан (суммарно оба изомера – от 0,4 до 18%). Кроме того, в состав ПНГ в небольших количествах может входить широкий перечень более тяжелых углеводородов, а также не относящиеся к углеводородам сероводород и меркаптаны, углекислый газ, азот, гелий и аргон. Ввиду того, что для нефтедобывающих компаний ПНГ – это побочный продукт, который нельзя продать, не вложив сначала денег в его переработку, значительная часть ПНГ до сих пор сжигалась в факелах прямо на месторождениях (рис. 1).

Рис. 1. Официальная статистика использования ПНГ в России в 2012 г.

Официальная статистика использования ПНГ в России в 2012 г.

Действующее в настоящее время Постановление Правительства РФ №1148 от 08.11.2012 стимулирует нефтедобывающие компании к более разумному использованию ПНГ (сжигание в факелах более 5% получаемого газа наказывается штрафами). Поэтому может оказаться выгоднее сжигать ПНГ хоть как-нибудь, пусть не очень эффективно, но в топке котла.

Чтобы понять, насколько параметры горения ПНГ отличаются от параметров горения ближайшего по свойствам стандартного топлива, природного газа, рассчитаем их для ПНГ, содержащего 60% метана, 6% этана, по 12% пропана и смеси изомеров бутана, а также суммарно 5% всех изомеров пентана.  Результаты расчетов представлены в табл. 1.

Таблица 1

Вид топлива

Удельный расход газа,

нм3/ч·кВт

Расход воздуха для горения при Кизб=1

нм3/ч·кВт

Объемный поток дымовых газов

нм3/ч·кВт

Содержание СО2 в дымовых газах при Кизб=1

Природный газ (G20)

0,10

0,95

1,05

12,3%

Попутный нефтяной газ

0,06

0,94

1,03

13,7%

Как видно из таблицы, для сжигания ПНГ вполне могут быть использованы стандартные газовые горелки. Тем не менее, хоть технической проблемы здесь и нет, скорее всего, есть проблема логистическая, ведь в местах, где ПНГ доступен и практически бесплатен, как правило, нет большой потребности в генерации тепла.

У газовых промыслов также есть побочный продукт, это – газовый конденсат, жидкая смесь углеводородов, выделяемая из природного газа при его добыче на газоконденсатных месторождениях. Различают сырой (нестабильный) и стабильный газовый конденсат (СГК), остающийся после извлечения из сырого газового конденсата растворенных в нем газов метан-бутановой фракции. Основная сфера использования СГК – нефтехимия, однако на рынке ряда регионов довольно велико предложение поставок СГК в качестве топлива. При этом, хоть на состав и свойства СГК и разработан ГОСТ, стандартным топливом его назвать нельзя ввиду довольно большого разброса состава и свойств от месторождения к месторождению. Основной мотив использования СГК в этом качестве – обусловленная низкой себестоимостью цена, которая почти в два раза ниже цены дизельного топлива в том же регионе.

По удельной теплотворной способности СГК лишь немного уступает дизельному топливу (8,4 кВт·ч/л против 10 кВт·ч/л). При всех отличиях в составе общим для СГК различного происхождения можно считать то, что они представляют собой в основном смесь бензина и керосина. Соответственно, плотность СГК должна находиться в промежутке между 700 и 800 г/л, а вязкость при 20оС – где-то в промежутке между 0,55 сСт (нижняя граница для бензина) и 4,5 сСт (верхняя граница для керосина). Насос и форсунки горелок стандартного исполнения рассчитаны на дизельное топливо с вязкостью до 6 сСт при 20оС, поэтому работа серийной горелки на СГК может повлечь проблемы как с топливным насосом, так и с качеством сжигания.

Выходит, что для беспроблемного качественного сжигания СГК нужна нестандартная, или заказная горелка, в которой применен насос с низким напором, а необходимое качество распыления топлива при меньшем давлении обеспечивается за счет использования атомизатора, или распылителя, работающего на сжатом воздухе.

Понятно, что такая горелка оказывается в три, а то и в четыре раза дороже стандартной дизельной. Чтобы понять, насколько привлекательным в таком случае может быть переход с дизельного топлива на СГК, рассмотрим аспект окупаемости: пусть стоимость СГК и дизельного топлива составляют, соответственно, 20 и 36 руб. за литр (что недалеко от реальных цен). Тогда каждый кВт∙ч энергии, выработанной при сжигании СГК, оказывается на 1,2 руб. дешевле, чем при сжигании дизельного топлива. Если на котел производительностью в 1000 кВт вместо стандартной дизельной горелки стоимостью 200 тыс. руб. установить горелку специального исполнения для СГК стоимостью 800 тыс. руб., то дополнительные капитальные затраты окупятся всего за 500 часов работы котла на полной мощности.

Статья из журнала «Промышленные и отопительные котельные и мини-ТЭЦ», №5/2017




Поделиться:

Опубликовано: 06 августа 2019 г.

вернуться назад

AT20-275
mohlenhoff.pro