Дипломная (вкр): Использование сжиженных газов в качестве резервного топлива на объектах газоснабжения

- снижается эффективность при переходе с основного вида топлива (газ) на резервный (нефтепродукты);

- низкий уровень автоматизации процесса горения, особенно у отечественного оборудования.

При выборе резервного топлива для газоснабжения энергетических объектов необходимо ломать стереотипы и в качестве резервного топлива применять современные виды топлива, близкие по своим свойствам к природному газу. Газообразное резервное топливо имеет много положительных качеств, заключающихся в потребительских свойствах, экономической эффективности и экологической чистоте.

В качестве газообразного резервного топлива предлагается использовать сжиженные газы:

·   сжиженный углеводородный газ (СУГ), известный всем как бытовой газ для населения (пропан-бутан);

·   сжиженный природный газ (СПГ) - это сжиженный метан, применение которого в качестве резервного топлива ограничено из-за криогенных температур его хранения (минус 161°С).

СУГ, в отличие от СПГ, транспортируется и длительно хранится при температуре окружающей среды, поэтому хорошо подходит для целей резервирования. Кроме того, рынок СУГ достаточно развит и стабилен, так как в большей степени привязан к ценам рынка традиционных моторных топлив и мало зависит от динамики цен на природный газ.

При сжигании паров пропан-бутана замена горелки для природного газа не требуется, достаточно ее простой регулировки. Это обусловлено тем, что теплота сгорания 1 м³ паровой фазы пропан-бутана в 2,8 раза выше, чем у метана, и если для сжигания 1 м³ метана требуется 9,5 м³ воздуха, то для сжигания 1 м³ пропан-бутановой смеси необходимо 25,9 м³ воздуха.

Экологическая чистота газообразного топлива по сравнению с нефтяными топливами очевидна. Прежде всего, отсутствуют загрязнения окружающей среды при транспортировке и сливо-наливных операциях, а также существенно меньше выбросы вредных веществ при сжигании газообразного топлива в котельных.

Сколько стоит решение данного вопроса для конкретного предприятия рассчитать несложно. Например, для котельной мощностью в 1 МВт:

- максимальный часовой расход - 39 м³/ч;

- 2 резервуара по 8 м³ каждый - 16 м³;

- испарители и регуляторы давления газа;

- запас резервного топлива - на 3,5 суток;

- суммарная стоимость - около $30 тыс.

Экономическую эффективность вложений в установки резервирования по топливу можно оценить исходя из убытков и упущенной выгоды, возникающих при отключениях природного газа. Опыт показывает, что в среднем затраты на строительство резервного топливного хозяйства для предприятий, использующих тепловую энергию или непосредственно топливо на технологические нужды, сопоставимы с убытками от 3-5 дней простоя без поставок природного газа. Срок службы резервного топливного хозяйства составляет не один десяток лет и за это время правильно принятое техническое решение по резервированию топлива окупится не один раз.

3.2 Предложения по составу оборудования и техническим
характеристикам установок для получения газовоздушных смесей

Выбор конфигурации оборудования установки для получения
газовоздушных смесей в каждом конкретном случае определяется совокупностью факторов, среди которых ключевыми являются следующие:

·   марка СУГ, используемая для приготовления газовоздушной смеси;

·   производительность смесительной установки - объем газовоздушной смеси, получаемый в единицу времени;

·   давление газа в трубопроводе потребителя (для получения высоких давлений используются смесительные установки, работающие на сжатом воздухе);

·   предполагаемый режим функционирования системы (режим резервного газоснабжения, покрытие «пиковых» нагрузок, использование пропан-бутана в качестве «стартового» топлива);

·   «масштабируемость» системы (проектирование системы с учетом возможного наращивания мощности в перспективе).

Наибольшей гибкостью в этом отношении обладают системы, построенные на базе установок модульного типа.

Большинство производителей газового оборудования предлагают комбинированные варианты (vaporizer-mixer), объединяющие в себе функции испарителя жидкой фазы СУГ и смесительной установки.

Установка для получения газовоздушных смесей подключается к резервуару СУГ и состоит из следующих составных частей:

·   устройство для регазификации (испарения) СУГ;

·   воздухонагнетательное устройство;

·   смеситель газа с воздухом;

·   средства контроля и автоматики.

Подача воздуха, необходимого для приготовления газовоздушной смеси, может осуществляться либо с помощью воздухонагнетательных устройств (компрессоров, вентиляторов), либо за счет использования энергии давления паров СУГ (инжекционный метод).

Для приготовления газовоздушных смесей низкого давления наиболее эффективны инжекционные установки, в которых подача необходимого количества воздуха и приготовление газовоздушной смеси осуществляется за счет энергии вытекающей из сопла струи газа. Нагнетатели воздуха в таких установках отсутствуют и не возникает дополнительных энергозатрат на сжатие воздуха. Инжекционные смесители имеют простую конструкцию и надежны в эксплуатации.

Установка для получения газовоздушных смесей должна иметь надежную систему автоматического регулирования производительности и поддержания постоянных состава и давления газовоздушной смеси при любых режимах ее потребления.

Максимальное содержание воздуха в составе газовоздушной смеси ограничивается требованиями безопасности: пары СУГ в смеси должны превышать верхний предел воспламенения не менее чем в 2 раза [35, 37].

Существует три основных метода регулирования производительности инжекционной газосмесительной установки:

1)   количественное регулирование (изменение коэффициента инжекции) путем изменения площади выходного сечения сопла инжектора с помощью регулирующей иглы;

2)   двухпозиционное регулирование с помощью буферной емкости переменного объема после инжектора;

3)   качественное регулирование - изменение давления газа перед соплом инжектора с помощью регулятора давления (корректировка коэффициента инжекции после инжектора осуществляется с помощью клапана-корректора).

Ресурсесберегающая технология приготовления газовоздушных смесей, реализованная в виде смесительных установок паров пропан-бутана с воздухом давно применяется в США и странах Западной Европы. В России отсутствует широкий опыт проектирования и эксплуатации газовоздухосмесительных установок, поэтому значительный интерес представляет рассмотрение зарубежных конструкций этих установок.

Анализ имеющихся установок по приготовлению пропан-бутановоздушных смесей, показал, что большинство из них предназначено для размещения у конечного потребителя на газопроводах низкого давления и они эффективно снижают его затраты на топливо, замещая в составе газовоздушной смеси до 40% паров пропан-бутана воздухом.

Производительность и рабочее давление установок по приготовлению газовоздушных смесей зависит от их предназначения:

· для резервного (аварийного) газоснабжения;

· для покрытия «пиковых» нагрузок;

· для автономной газификации объектов.

Установки для резервного (аварийного) газоснабжения являются
дополнительным источником газа, позволяющим обеспечить бесперебойное газоснабжение потребителей при проведении аварийно-восстановительных и ремонтных работ на газопроводах и т.д. В качестве объектов газоснабжения могут быть котельные промышленных и сельскохозяйственных предприятий. Зарубежным аналогом является установка XPM Компании «Algas SDI» (США). Производительность установки должна соответствовать производительности по основному виду топлива в диапазоне от 30 до 300 м³/ч. Рабочее давление - среднее давление (свыше 0,005 МПа до 0,3 МПа включительно). Диапазон рабочих температур от минус 40 до +50°C.

Установки для покрытия «пиковых» нагрузок на газораспределительную сеть должны обеспечивать работу объектов газоснабжения в периоды резких похолоданий. Применение установок СУГ позволяет оперативно замещать недостающие объемы природного газа пропан-бутановоздушными смесями и сглаживать «пики» неравномерности газопотребления. Продолжительность работы подобных установок варьируется от двух недель до одного месяца. Зарубежным аналогом является установка XPM Компании «Algas SDI» (США). Производительность установки должна соответствовать производительности по основному виду топлива в диапазоне от 30 до 300 м³/ч. Рабочее давление - среднее давление (свыше 0,005 МПа до 0,3 МПа включительно). Диапазон рабочих температур от минус 40 до +50°C.

Установки для автономной газификации позволяют использовать пропан-бутан в качестве «стартового» топлива для последующего подключения объекта газоснабжения к сетевому природному газу. Зарубежным аналогом данной установки является смесительная установка FAS 4000 компании «Flussiggas-Anlagen GmbH» (Германия). Производительность установки должна соответствовать производительности газоиспользующего оборудования, установленного на объекте автономного газоснабжения, в диапазоне от 5 до 200 м³/ч. Рабочее давление - низкое давление (до 0,005 МПа). Диапазон рабочих температур от минус 40 до +50°C.

3.3 Расчет экономической эффективности