Использование сжиженного природного газа в производственно-отопительных котельных
Преимущества сжиженного природного газа (СПГ) как альтернативного топлива. Система путей транспортировки, способы хранения и регазификации СПГ. Показатели котельных при применении различных видов топлива и сравнение эффективности использования СПГ.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.02.2017 |
| Размер файла | 2,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Использование сжиженного природного газа в производственно-отопительных котельных
Д.т.н. И.Г. Киселёв, профессор,
кафедра «Теплотехника и теплосиловые установки», ФГБОУ ВПО Петербургский государственный университет путей сообщения;
В.Г. Заломин, инженер-механик,
Linxdatacenter, г. Санкт-Петербург
Введение
В настоящее время в котельных, входящих в инфраструктуру предприятий железнодорожного транспорта, в большинстве случаев источником энергии служит уголь и мазут, а резервным является дизельное топливо. Так, например, анализ объектов теплоснабжения Октябрьской железной дороги - филиала ОАО «РЖД», показал, что в основном котельные работают на мазуте, и только некоторая часть - на природном газе.
К преимуществам мазутных котельных относится их полная автономность (возможность использования для объектов удаленных от газовых магистралей) и низкая стоимость топливной составляющей (в сравнении с угольными, дизельными и электрокотельными), к недостаткам - необходимость организации хранилища, обеспечения поставки мазута, контроля качества топлива, проблемы загрязнения окружающей среды. При доставке топлива в больших объемах необходима организация системы разгрузки (разогрев и слив мазута) и подъездных путей, необходимость подогрева хранилищ и мазутопроводов для транспортировки топлива к котлам, дополнительные издержки на чистку теплообменников подогрева и мазутных фильтров.
В связи с предполагаемым резким повышением платы за вредные выбросы в атмосферу в Центральной дирекции по тепловодоснабжению ОАО «РЖД» принято решение о сокращении использования мазутного топлива в котельных железнодорожного транспорта. В Мурманской области, где проходит часть Октябрьской железной дороги, представлен проект, направленный на снижение мазутозависимости городских и районных котельных, включающий вариант перевода их на сжиженный природный газ (СПГ). Предусматривается строительство завода по производству СПГ в Карелии и газовой инфраструктуры на территории Северо-Западного федерального округа.
Уход от мазута позволит повысить эффективность работы котельных Мурманской области на 40%.
СПГ - топливо 21 века
В ближайшее время Россия может стать одним из ведущих производителей и поставщиков на мировой рынок сжиженного природного газа, относительно нового для нашей страны вида альтернативного топлива. Из всего добываемого в мире природного газа более 26% сжижается и транспортируется в жидком виде в специальных танкерах из стран добычи в страны потребителей газа.
Сжиженный природный газ имеет значительные преимущества перед другими энергоносителями. Им можно в короткие сроки обеспечить негазифицированные населенные пункты. Помимо этого, сжиженный природный газ - самый экологически чистый и безопасный из массово используемых видов топлива, а это открывает широкие перспективы его использования в промышленности, на транспорте. Сегодня рассматривается несколько вариантов строительства заводов по сжижению природного газа на территории России и терминалов для его отгрузки на экспорт, один из которых предполагается реализовать в порту Приморск Ленинградской области.
Сжиженный природный газ как альтернативное топливо имеет целый ряд преимуществ. Во-первых, сжижение природного газа увеличивает его плотность в 600 раз, что повышает эффективность и удобство хранения, а также транспортировки. Во-вторых, СПГ - не токсичен и не вызывает коррозии металлов, это криогенная жидкость, которая хранится под небольшим избыточным давлением при температуре около 112 К (-161 ОС) в емкости с теплоизоляцией. В-третьих, он легче воздуха, и в случае аварийного разлива быстро испаряется, в отличие от тяжелого пропана, накапливающегося в естественных и искусственных углублениях и создающего опасность взрыва. В-четвертых, дает возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на значительные расстояния. СПГ сегодня дешевле, чем любое нефтяное топливо, в том числе и дизельное, но по калорийности их превосходит. Котлы, работающие на сжиженном природном газе, имеют больший КПД - до 94%, не требуют расхода топлива на предварительный его подогрев зимой (как мазутные и пропан-бутановые). Низкая температура кипения гарантирует полное испарение СПГ при самых низких температурах окружающего воздуха.
Транспортировка и хранение
Крупные танкеры-газовозы, вагоны-цистерны транспортируют большие партии СПГ на специальные терминалы, где газ подвергается регазификации. Исследования и имеющийся опыт показали, что перевозка СПГ в железнодорожных цистернах весьма выгодна. Вакуумная теплоизоляция цистерн удовлетворяет требованиям железных дорог, в том числе экологическим и техники безопасности, срок бездренажного хранения доведен до 40 сут.
Регазифицированный газ доставляется конечному потребителю по газопроводам. Для уменьшения потерь при газовой транспортировке применяются специальные стальные трубы, рассчитанные на эксплуатацию под высоким давлением, имеющие высокие параметры надежности. Когда сжиженный газ доставляется на терминал, его перекачивают для хранения из газовозов в резервуары. По мере надобности СПГ переводят в газообразный вид - процедура превращения проводится в испарительной системе. Сжиженный природный газ хранится в специальных криоцистернах - в резервуарах двух типов: криогенных и изотермических. Криогенный резервуар-хранилище для СПГ под давлением показан на рис. 1. В изотермических резервуарах хранение СПГ происходит при температуре, обеспечивающей избыточное давление насыщенных паров, близкое к атмосферному давлению (Ризб=4,9-6,8 кПа). Принципиальная схема хранения СПГ с изотермическим резервуаром приведена на рис. 2.
Рис. 2 Применение СПГ в котельной
сжиженный природный газ топливо
На рис. 3 представлен общий вид производственно-отопительной котельной, работающей на СПГ.
Система приема, хранения и регазификации размещается на открытой площадке и функционирует следующим образом: сжиженный природный газ доставляется в криогенных цистернах железнодорожным транспортом и переливается в стационарный резервуар системы хранения по криогенному трубопроводу за счет перепада давления. Из резервуара СПГ подается в атмосферные испарители, где происходит газификация и подогрев природного газа. Температура газа после испарителей на 3-5 ОС ниже температуры окружающей среды. В холодное время года природный газ дополнительно подогревается при помощи электроподогревателей. Температура газа на выходе из подогревателей автоматически поддерживается в диапазоне от -10 до 0 ОС. Подогрев осуществляют как прямым, так и непрямым способом. В первом случае горячий теплоноситель отдает тепло газу, во втором - промежуточный теплоноситель (обогревается горячим источником) нагревает газ. Чаще всего, горячим теплоносителем выступает вода, а промежуточным - газ пропан. Далее газ поступает на газорегуляторный пункт, где в автоматическом режиме редуцируется до рабочего давления горелок. Подготовленный газ по внутренней трубопроводной сети подводится к газопотребляющему оборудованию.
Возможности системы хранения, приема и регазификации позволяют обеспечить длительное хранение и выдачу СПГ потребителю, при этом давление газа в системе хранения поддерживается автоматически. Вся система обеспечена приборами визуального и дистанционного контроля давления и уровня, а также предохранительными устройствами, обеспечивающими ее безопасную эксплуатацию.
Основные показатели котельных при применении различных видов топлива и сравнение эффективности использования СПГ, выполненное для условий Северо-Западного региона, представлены в таблице (цены 2010 г.).
|
Характеристика |
Топливо |
||||
|
СПГ |
Мазут М100 |
Каменный уголь |
Дизельное топливо ДТ-ЕВРО-4 |
||
|
Низшая теплота сгорания, МДж/кг |
48,4 |
41,3 |
25,0 |
42,2 |
|
|
Среднее значение КПД котельных, % |
92 |
80 |
60 |
89 |
|
|
Удельный расход топлива, кг/Гкал |
95 |
132 |
476 |
110 |
|
|
Отпускная цена топлива, руб./т |
15500 |
13500 |
4000 |
24000 |
|
|
Стоимость производства единицы тепловой энергии (топливная составляющая), руб./Гкал |
1465 |
1776 |
1905 |
2649 |
СПГ обладает наивысшей теплотой сгорания, наивысшим значением КПД котельных установок, средней стоимостью и позволяет получать тепловую энергию дешевле, чем при использовании альтернативных энергоносителей, таких как мазут, уголь, дизельное топливо.
С 1996 г на территории ЛПДС «Красный бор» (Ленинградская область) действует первая в России котельная, переведенная на СПГ. В состав системы газификации СПГ котельной входит следующее типовое оборудование: компактная система хранения и выдачи СПГ БСХП-25/0,6; атмосферные испарители ИА-65; газорегуляторный пункт ПШГР Мощность котельной - 4 Гкал. Вместимость резервуара СПГ - до 25 м3 (15000 нм3 ПГ). Давление в хранилище - до 0,6 МПа. Производительность по газу: номинальная - 100 нм3/ч, максимальная - 270 нм3/ч. Расход СПГ при номинальной производительности - 4 м3/сут.
Техника безопасности при использовании СПГ
Важной и особо значимой проблемой в технике безопасности является разлив СПГ, его распространение и испарение. На данный процесс влияет понижение давления и теплообмен. Еще одна проблема - это возгорание СПГ. В свободной атмосфере горение внутри смеси метана с воздухом распространяется теплопроводностью и диффузией свободных радикалов со скоростями в пределах 5-15 м/с в зависимости от состава смеси. Это явление медленной дефлаграции (горение без взрыва) не вызывает существенного повышения давления, другими словами, взрыва не происходит, что произошло бы в закрытом объеме. При возгорании СПГ выделяемая теплота рассеивается тепловым излучением и конвекцией; интенсивность теплового излучения пожара на данном расстоянии определяется этим рассеиванием и атмосферным поглощением.
В случае налива в резервуар СПГ с плотностью, отличающейся от плотности уже хранимого СПГ, может случиться, что обе жидкости не перемешаются, образуя два различных слоя (стратификация СПГ). Это расслоение стабильно, если более плотная жидкость находится на дне. В жидкости образуются две ячейки с независимой циркуляцией. Происходит конвективный обмен, теплота и массы обмениваются на границе двух слоев. Когда плотности жидкости в двух ячейках почти сравниваются, граница раздела исчезает, и жидкости в слоях перемешиваются. Это перемешивание, обычно очень быстрое, сопровождается часто внезапным обильным испарением хранимого СПГ. Чтобы не допустить стратификацию используются устройства перемешивания или выбираются соответствующие способы заполнения резервуара.
Выводы
1. Применение сжиженного природного газа в котельных показало, что СПГ обладает наивысшей теплотой сгорания, наивысшим значением КПД котельных установок, средней стоимостью и позволяет получать тепловую энергию дешевле, чем при использовании альтернативных энергоносителей, таких как мазут.
2. Пути транспортировки газа легко привязываются к котельным, т.к. СПГ можно доставлять (поставлять к котельным) железнодорожным транспортом.
3. СПГ сжигается легче и эффективнее, чем уголь или мазут. Утилизация сбросной теплоты от отходящих газов осуществляется также проще, т.к. топочный газ не загрязнен твердыми частицами или агрессивными соединениями серы. Применение СПГ как топлива сократит вредные выбросы в атмосферу. При проливе топлива он испаряется, а не впитывается в землю.
Литература
1. Киселев И.Г. Теплотехника на подвижном составе железных дорог: Учебное пособие для вузов ж.-д. транспорта. М.: ГОУ «Учебно-методический центр по образованию на железнодорожном транспорте», 2008. 278 с.
2. Бармин И.В., Кунис И.Д. Сжиженный природный газ вчера, сегодня, завтра/под ред. А.М. Архарова. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2009. 256 с.
3. Тимофеев В.А. Энциклопедия газовой промышленности (4-ое издание 1990), ред. пер. К.С. Басниев. М.: Акционерное общество ТВАНТ, 1994. 884 с.
4. Бучнев О.А., Саркисян В.А. Перспективы сжиженного природного газа на энергетических рынках // Газовая промышленность. 2005. № 2.
5. Вешицкий В.А. Изотермическое хранение сжиженных газов. Л.: Недра, 1970. 190 с.
6. Ильинский А.А. Транспорт и хранение промышленных сжиженных газов. М.: Химия, 1976.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
История развития рынка сжиженного природного газа, его современное состояние и перспективы развития. Технология производства и транспортировки сжиженного природного газа, обзор перспективных проектов по созданию заводов по сжижению газа в России.
реферат [2,5 M], добавлен 25.12.2014Исследование областей устойчивости локальных параметров сжиженного природного газа при хранении в резервуарах с учетом неизотермичности и эффекта ролловера. Анализ существующих методов расчета ролловера. Математическое моделирование явления ролловера.
магистерская работа [2,4 M], добавлен 25.06.2015Использование природного газа в доменном производстве, его роль в доменной плавке, резервы снижения расхода кокса. Направления совершенствования технологии использования природного газа. Расчет доменной шихты с предварительным изменением качества сырья.
курсовая работа [705,8 K], добавлен 17.08.2014Оценка способов покрытия пика неравномерности потребления газа. Технологическая схема отбора и закачки газа в хранилище. Емкости для хранения сжиженного газа. Назначение, конструкция, особенности монтажа и требования к размещению мобильного газгольдера.
курсовая работа [788,3 K], добавлен 14.01.2018Основные виды газгольдера — большого резервуара для хранения природного, биогаза или сжиженного нефтяного газа. Рабочее давление в газгольдерах I и II классов. Составные элементы и устройство мокрых газгольдеров, их принцип действия и схема работы.
презентация [315,7 K], добавлен 29.11.2013Сведения об очистке природного газа. Применение пылеуловителей, сепараторов коалесцентных, "газ-жидкость", электростатического осаждения, центробежных и масляных скрубберов. Универсальная схема установки низкотемпературной сепарации природного газа.
реферат [531,8 K], добавлен 27.11.2009Определение тепловых нагрузок и расхода топлива производственно-отопительной котельной; расчет тепловой схемы. Правила подбора котлов, теплообменников, баков, трубопроводов, насосов и дымовых труб. Экономические показатели эффективности установки.
курсовая работа [784,4 K], добавлен 30.01.2014Схема добычи, транспортировки, хранения газа. Технологический процесс закачки, отбора и хранения газа в пластах-коллекторах и выработках-емкостях. Базисные и пиковые режимы работы подземных хранилищ газа. Газоперекачивающие агрегаты и их устройство.
курсовая работа [3,8 M], добавлен 14.06.2015Расчет материального и теплового балансов и оборудования установки адсорбционной осушки природного газа. Физико-химические основы процесса адсорбции. Адсорбенты, типы адсорберов. Технологическая схема установки адсорбционной осушки и отбензинивания газа.
курсовая работа [1,5 M], добавлен 24.05.2019Необходимость замены нефти, угля и газа на биотоплива, их преимущества и недостатки. Поиски альтернативных способов синтеза высокооктановой органики без применения истощающихся ископаемых ресурсов. Сырье для биотоплив: рапс, водоросли, этанол, тростник.
реферат [361,0 K], добавлен 24.05.2009Система термической очистки газовых выбросов при использовании в качестве топлива природного газа. Обоснование и выбор системы очистки с энергосберегающим эффектом. Разработка и расчет традиционной системы каталитической очистки от горючих выбросов.
курсовая работа [852,0 K], добавлен 23.06.2015Общая характеристика предприятия и его метрологического обеспечения производства. Исследование технологического процесса компремирования природного газа. Рекомендации по совершенствованию средств измерений в турбокомпрессорном цехе Комсомольской ГКС.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 29.04.2011Разновидности и основные характеристики жидких котельных топлив. Способы промышленного производства пищевого этилового спирта. Отходы производства этилового спирта и способы их утилизация. Виды котельных топлив. Технический анализ модифицированных топлив.
дипломная работа [1,9 M], добавлен 15.06.2010История и перспективы газовой отрасли в Казахстане. Методы и системы измерений количества и показателей качества природного газа. Использование конденсационного гигрометра для замера влажности газа. Применение приборов на основе изменения импеданса.
дипломная работа [3,6 M], добавлен 26.10.2014Статические и динамические характеристики доменного процесса. Использование природного газа в доменных печах. Методы автоматического контроля давления, их анализ и выбор наиболее рационального. Расчет измерительной схемы автоматического потенциометра.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 20.06.2010Разработка методики расчета работы аппаратов воздушного охлаждения на компрессорных станциях в рамках разработки ПО "Нагнетатель" для оптимизации стационарных режимов транспорта природного газа. Сравнение расчетных температур потока газа на выходе АВО.
курсовая работа [623,5 K], добавлен 27.03.2012Процесс очистки и осушки сырого газа, поступающего на III очередь Оренбургского ГПЗ. Химизм процесса абсорбционной очистки сырого газа от примесей Н2S, СО2. Краткое техническое описание анализатора АМЕТЕК 4650. Установка и подключение системы Trident.
дипломная работа [3,2 M], добавлен 31.12.2015Конструкция методических печей, их классификация. Преимущества камерных печей, особенности работы горелок. Общие принципы выбора рациональных методов сжигания топлива в печах. Работа устройств для сжигания газа (горелок) и жидкого топлива (форсунок).
курсовая работа [60,1 K], добавлен 05.10.2012Физико-химические свойства этаноламинов и их водных растворов. Технология и изучение процесса очистки углеводородного газа на опытной установке ГПЗ Учкыр. Коррозионные свойства алканоаминов. Расчет основных узлов и параметров установок очистки газа.
диссертация [5,3 M], добавлен 24.06.2015Характеристика природного газа, турбинных масел и гидравлических жидкостей. Технологическая схема компрессорной станции. Работа двигателя и нагнетателя газоперекачивающего агрегата. Компримирование, охлаждение, осушка, очистка и регулирование газа.
отчет по практике [191,5 K], добавлен 30.05.2015
