Перевод трубчатых печей на газовое топливо

УДК 66.041

ПЕРЕВОД ТРУБЧАТЫХ ПЕЧЕЙ НА ГАЗОВОЕ ТОПЛИВО

© С.Ю. Ляшонок1, С.Г. Дьячкова2, А.М. Кузнецов3

Иркутский государственный технический университет, 664074, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83.

Проведён расчёт технологических параметров трубчатой печи на газовом и мазутном топливе. Рассмотрены энергетические, эксплуатационные и экономические преимущества перевода трубчатых печей с мазута на газовое топливо. Табл. 4.

Ключевые слова: трубчатые печи, нефтепереработка, газовое топливо, мазут.

TUBE FURNACE SWITCH TO GAS FUEL

S.Yu. Lyashonok, S.G. Dyachkova, A.M. Kuznetsov

Irkutsk State Technical University, 83 Lermontov St., Irkutsk, 664074, Russia.

The authors calculate the process parameters of a tube furnace using gas and heavy fuel oil. They consider energy, operational and economic advantages of tube furnace switch from heavy fuel oil to gas fuel. 4 tables.

Key words: tube furnaces; oil processing; gas fuel; heavy fuel oil.

Иркутская область входит в первую десятку субъектов Российской Федерации по запасам нефти, газа и конденсата. Суммарные извлекаемые ресурсы по газу оцениваются на уровне 7,5 трлн куб.м, по газовому конденсату - 500 млн тонн [1], на сегодняшний день газ является наиболее перспективным энергоресурсом. Переход на газ во многих случаях позволяет улучшить технико-экономические показатели производства. Газ по сравнению с мазутом легче смешивается с воздухом, что приводит к более полному сгоранию топлива, а также является предпосылкой достижения максимального КПД установки при меньшем избытке воздуха. В связи с этим газ можно рассматривать как наиболее перспективное топливо для дальнейшей модернизации широко применяемых на химических производствах трубчатых печей.

В условиях ужесточающихся требований к эколо-гичности и снижению стоимости продукции переход на современные технологии и использование более эффективных энергоресурсов является основной задачей модернизации производства.

В продолжение наших исследований по модернизации работы трубчатых печей с целью оптимизации производства и снижения стоимости продукции [2-4] в настоящей статье проведён расчёт работы печи П-1 установки Л-35/11 цеха №18 ОАО «АНХК» на мазуте и газовом топливе по нормативному методу. На осно-

вании полученных данных составлены сравнительные характеристики трубчатых печей при работе на разном виде топлива.

Тепловой эффект от горения мазута марки М-100 составляет 40 МДж/кг [5]. Тепловой эффект от горения природного газа может сильно отличаться в зависимости от его компонентного состава, однако максимальная температура горения будет отличаться незначительно (газ - 1035°С, мазут - 1014°С). Мольный тепловой эффект при сжигании газа (610-672 кДж/моль) выше, чем при сжигании мазута (459 кДж/моль) [6]. В зависимости от компонентного состава для полного сгорания газа требуется разный избыток воздуха. Однако при использовании систем автоматического регулирования можно применять даже газ непостоянного состава, например, в конвективных трубчатых печах, где более важен конвективный теплообмен, чем радиационный теплообмен в топке.

Экологические характеристики газового топлива выражаются в меньшем количестве выделяющихся продуктов сгорания, таких как оксиды азота, СО и высокоуглеродистые несгоревшие продукты.

Перевод печей на газ связан с определёнными изменениями в технологическом режиме и технической оснащённости трубчатых печей:

1) Замена горелок с мазутных на газовые или комбинированные горелки [9].

1-

Ляшонок Сергей Юрьевич, аспирант, инженер-технолог ОАО «ИркутскНИИхиммаш», тел.: 89016405698, e-mail: ximik235@yandex.ru

Lyashonok Sergey, Postgraduate, Process Engineer of JSC "IrkutskNIIhimmash ", tel.: 89016405698, e-mail: ximik235@yandex.ru

2Дьячкова Светлана Георгиевна, доктор химических наук, профессор, зав. кафедрой химической технологии, тел.: (3952) 405120, e-mail: cmf_dean@istu.edu

Dyachkova Svetlana, Doctor of Chemistry, Professor, Head of the Department of Chemical Technology, tel.: (3952) 405120, e-mail: cmf_dean@istu.edu

3Кузнецов Анатолий Макарович, доктор технических наук, генеральный директор, ОАО «ИркутскНИИхиммаш», тел.: (3952) 410434, e-mail: himmash.irk.ru

Kuznetsov Anatoly, Doctor of technical sciences, General Manager of JSC "IrkutskNIIhimmash ", tel.: (3952) 410434, e-mail: him-mash.irk.ru

2) Вместо мазутных коммуникаций - газовые хранилища и коммуникации для хранения и подвода топливного газа к горелкам.

3) Для перевода печи на газ необходимо разработать проект и произвести теплотехнический расчёт печи для сохранения теплового режима.

Множество производителей, в том числе и российские, предлагают горелки разных ценовых категорий и разной мощности, в том числе блочные горелки со встроенным блоком автоматики, для управления которыми не требуется проектирования специальных АСУ. Блочные горелки, оснащённые собственными системами управления, достаточно подключить к заводскому контроллеру и задать необходимую мощность, а встроенная автоматика сама настроит оптимальный режим горения. Сами горелки устроены проще, чем горелки на мазуте, так как таким горелкам не нужен жидкостный насос для накачки топлива, не требуется подогрева и линии подвода пара на распыление. Соответственно замена горелочных устройств и их эксплуатация могут быть упрощены.

Расчёт печи требуется для определения количества газового топлива для сохранения теплового режима. При сжигании газа и мазута с воздухом стехио-метрические соотношения отличаются, поэтому необходим расчёт теплопередачи, т.к. дымовые газы имеют другие характеристики.

Таблица 1

Состав используемого высококалорийного природного газа и низкокалорийного заводского топливного газа

Для сжигания мазута марки М-100 (табл. 2) теоретически потребуется 13,46 м3/кг воздуха при теплоте сгорания 39 720 кДж/кг [5]. В соответствии с формулой Менделеева

Qp=81Cp+246Hp+256(Sp-Op)-6W, (1) где Cp - содержание углерода в топливе; Hp - содержание водорода в топливе; Sp - содержание серы в топливе; Op - содержание кислорода в топливе; Wp -содержание воды в топливе.

Для расчёта температуры дымовых газов используется формула

^ = Qp/

где Qp - теплота сгорания единицы объёма топлива; mг - масса дымовых газов, получившаяся при сжигании единицы объёма топлива; Срг - теплоёмкость дымовых газов.

Таблица2

Содержание компонентов в мазуте М-100, %

Компонент Содержание компонента, %

Углерод, С 83,20

Водород, Н 11,00

Сера, S 3

Кислород, O 1

Вода, W 1,5

Зольность, A 0,30

Всего 100,00

Для сравнения характеристик печи при работе на разном виде топлива проведён расчёт работы печи П-1 установки Л-35/11 цеха №18 ОАО «АНХК» на мазутном и газовом топливе по нормативному методу [2] (табл. 3).

Для расчёта были использованы приведенные в табл.1 и 2 составы газа и мазута марки М-100. При анализе данных табл.1 и 2 видно, что удельная теплота сгорания выше у природного газа, чем у мазута, а удельное теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания, меньше у топлива, чем у мазута. При этом температура продуктов сгорания при заданном избытке воздуха 1,2 составит 2122 оС у газа и 1732 оС у мазута. Количество дымовых газов на ~25% меньше при сжигании газа, чем при сжигании мазута. При этом в радиантной секции при газовом топливе передаётся ~88 % тепла от номинального количества, у мазута ~87 %. Различие в этом случае небольшое, как и в температуре дымовых газов на перевале, - 968 оС у газа и 951 оС у мазута. Однако в результате удельный расход топлива в 1,5 раза больше, чем мазута. Если сравнивать газовое топливо и мазут в условных единицах, выделяющих определённое количество тепла, получается, что сжигать газ данного состава (табл. 1, столбец 1) выгоднее по сравнению с мазутом, так как сходный тепловой режим получен при сжигании мазута в количестве, в 1,5 раза превышающем количество газа.

Низшая теплотворная способность заводского топливного газа состава, приведенного в табл. 1, столбец 3, - 22527 кДж/м3 , почти вдвое ниже мазута М-100. При этом расход топлива увеличится до 2520

Компонент газа Природный газ, % об Низкокалорийный заводской топливный газ, % об

^ 35,6 61,4

N2 1,7 2,8

СО 0,08 12,2

С02 0,1 5,5

O2 0 0,1

H2S 0,01 0,1

СН4 10,8 6,6

C2H6 11,6 1,3

С2Н4 0 0

CзH8 18,6 4,7

С3Н6 4,9 0

C4H10 6,6 3,2

изо-С4Н10 7,3 0

С4Н8 0 0

транс-С4Н8 0,3 0

цис-С4Н8 0,2 0

изо-С4Н8 0,9 0

C5H12 1,31 2,1

С5Н10 0 0

Всего топлива 100 100

Таблица 3

Параметры работы печи на разных видах топлива

Параметр Природный газ Низкокалорийный заводской топливный газ Мазут

Сырьё: бензин фракций 80-180 + ВСГ

Поверхность радиантных труб, м2 319,07

Поверхность ребристых труб в конвективной секции, м2 372,03

Тепло, передаваемое сырью, ГДж/ч, номинально 47,96

Низшая теплота сгорания топлива 44122 кДж/м3 22527 кДж/м3 39720 кДж/кг

Максимальная температура дымовых газов ^^, °С 2122,33 2630 1732,70

Температура дымовых газов на перевале , °С 968 915 951

Количество переданного тепла в радиантной секции, % от номинала 87,48 89,27 86,5

Температура дымовых газов на выходе из конвективной секции гд0ЫМ, °С 619,93 460 617,51

Температура сырья на входе в печь 1';™ръе, °С 245

Температура сырья на выходе из печи ^ЫР™, °С 360

Средний температурный напор в конвективной секции , °С 230,14 216,3 225,73

Количество топлива 1230 м3/ч 2520 м3/ч 1800 кг/ч

Количество дымовых газов, кг/с 6,48 4,31 8,78

Количество дымовых газов 18,95 м3/м3 топлива 6,16 м3/м3 топлива 17,55 м3/кг топлива

Скорость дымовых газов в конвективной секции печи, м/с 9,82 6,26 13,13

КПД 0,71 0,83 0,65

Избыток воздуха 1,2

м3/ч (табл. 3, столбец 3). Если производство сможет обеспечить требуемое количество топливного газа, для некоторых установок мазут можно будет полностью заменить на заводской топливный газ, при этом

экономия ресурсов будет ещё более ощутима (табл. 4).

Использование мазутного топлива сопряжено с определёнными проблемами. Температура застыва-

Таблица4

Экономическая эффективность газового и мазутного топлива

Параметр Мазут Природный газ Низкокалорийный заводской топливный газ

Цена 16,8 р/кг 4,25 р/м3 Определяется производителем

Низшая теплота сгорания 39720 кДж/кг 44122 кДж/м3 22527 кДж/м3

Расход топлива, ед. топлива/Гкал 105 кг/ГКал 95 м3/ГКал 186 м3/ГКал

Цена, р/1 ГКал 1764 404 -

Температура уходящих газов, оС 617 619 461

Объём дымовых газов, м3/1 ГКал 768,25 513,00 668,05

КПД 65 71 83

Избыток воздуха 1,2

ния мазута марки М-100 составляет +25 оС или +43 оС [8], поэтому для понижения вязкости мазут перед использованием подогревают и на горелку подают с помощью распыления паром, что также связано с дополнительными энергозатратами и технологическими трудностями. В отличие от мазута, температура кипения природного газа ниже -150 оС, поэтому замёрзнуть в газопроводе или в цистерне он не может, и использование его допустимо при любой температуре. При горении природного газа на внешней стороне теплообменных труб существенно снижается количество образовавшейся сажи.

Ценовое сравнение показывает преимущество газового топлива перед мазутом. По данным сайта группы компаний RICCOM (www.riccom.ru) по состоянию на 31.08.2012 самый дешёвый мазут производится на Уфимском НПЗ, его цена составляет 9800 р/тонна. Согласно Постановлению Правительства № 1205 [7],

самый дорогой газ предусмотрен для Архангельской области, стоимость его составляет 4250 р/1000 м3. Как видно, в этом случае газ дешевле мазута почти в 2 раза. В среднем по стране газ дешевле мазута в 4 раза.

Для перевода печей на газ необходимо также, чтобы поставщик находился как можно ближе к потребителям. В частности, для перевода печей ОАО «АНХК» на газ в Прибайкалье находится крупное Ко-выктинское месторождение природного газа, которое долгое время сможет обеспечивать все нужды работающих установок [1].

Таким образом, перевод на газовое топливо энергетических установок позволит снизить затраты на топливо, улучшить технологические параметры трубчатых печей и, следовательно, улучшить экологическую ситуацию в регионах.

1. Газификация без газа. Сибирский энергетик. 2012 . № 283 от 25 мая.

2. S.Ju. Lyashonok, A.V. Knizhnik, A.Ja. Ribkin, S.G. D'yachkova //Optimization of energy efficiency of tube furnaces./ Internationaler Kongress Fachmesse. Program Abstracts. Euro-ECO. 2012.

3. Ляшонок С.Ю., Книжник А.В., Дьячкова С.Г. Перевод трубчатых печей на газовое топливо // Материалы III всероссийской научно-практической конференции с международным участием перспективы развития технологии переработки углеводородных, растительных и минеральных ресурсов. Иркутск: Изд-во ИрГТУ, 2013.

4. Книжник А.В., Ляшонок С.Ю., Марченко М.А. Оптими-

Библиографический список

зация конструкции трубчатой печи установки №209 ОАО «Ангарская Нефтехимическая компания» // Химическая техника. 2012. Вып. 2. С. 15.

5. Нормативный метод «Тепловой расчёт котлов». СПб.: НПО ЦКТИ, 1998. 259 с.

6. ГОСТ 31369-2008 (ИСО 6976:1995) Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава.

7. Постановление Правительства РФ «О совершенствовании государственного регулирования цен на газ» от 31 декабря 2010 года № 1205.

8. ГОСТ 10585-99. Топливо нефтяное. Мазут.

9. ГОСТ 21204-97. Горелки.

УДК 622.752.4

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ СГУЩЕНИЯ ПУЛЬП РУД ЗОЛОТО-СЕРЕБРЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЙ «БИРКАЧАН» И «ЦОКОЛЬ»

© Н.Н. Неизвестных1, А.В. Богданов2, А.В. Мячин3, К.В. Федотов4

1,2,4 ,

Иркутский государственный технический университет, 664074, Россия, г. Иркутск, ул. Лермонтова, 83. 13ООО «Омолонская золоторудная компания», 685007, Россия, г. Магадан, ул. Транспортная, 1.

Приведены данные по совместной переработке руд месторождений «Биркачан» и «Цоколь» на золотоизвлека-тельной фабрике ГОК «Кубака». Представлены результаты лабораторных и опытно-промышленных исследований по сгущению руд. Дана оценка эффективности совместной и отдельной переработки руд. Ил. 11. Табл. 1. Библиогр. 3 назв.

Ключевые слова: гидрометаллургия; комплексная переработка; золото-серебряные месторождения; сгущение.

1Неизвестных Надежда Николаевна, аспирант, тел.: 89021770812, 89148644156, e-mail: evragka@bk.ru Neizvestnykh Nadezhda, Postgraduate, tel.: 89021770812, 89148644156, e-mail: evragka@bk.ru

2Богданов Андрей Викторович, доктор технических наук, профессор кафедры обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, тел.: (3952) 405376, e-mail: bogdanov@istu.edu.ru

Bogdanov Andrei, Doctor of technical sciences, Professor of the Department of Mineral Processing and Engineering Ecology, tel.: (3952) 405376, e-mail: bogdanov@istu.edu.ru

Мячин Артем Владимирович, главный металлург ЗИФ Кубака, тел.: 89148663967, e-mail: myachin.artem@bk.ru Myachin Artem, Chief Metallurgist of Kubak gold processing plant, tel.: 89148663967, e-mail: myachin.artem@bk.ru "Федотов Константин Вадимович, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой обогащения полезных ископаемых и инженерной экологии, тел.: (3952) 405118, e-mail: fedotov@istu.edu

Fedotov Konstantin, Doctor of technical sciences, Professor, Head of the Department of Mineral Processing and Engineering Ecology, tel.: (3952) 405118, e-mail: fedotov@istu.edu