probenerИзвестия высших учебных заведений. ПРОБЛЕМЫ ЭНЕРГЕТИКИPower engineering: research, equipment, technology1998-99032658-5456Kazan State Power Engineering University10.30724/1998-9903-2019-21-3-109-116probener-1062Research ArticleЭНЕРГЕТИКАPOWER ENGINEERINGОсобенности применения метано-водородной фракции в качестве топлива для котлов ТЭСFeatures of application of the methane-hydrogen fraction as fuel for thermal power plant boilerТаймаровМ. А.TaymarovM. A.

Mikhail A. Taymarov 

Kazan

ИльинВ. К.IlyinV. K.

Vladimir K. Ilyin 

Kazan

ЧикляевЕ. Г.ChiklyaevE. G.

Evgeniy G. Chiklyaev

Kazan

СунгатуллинР. Г.SungatullinR. G.

Rais G. Sungatullin

Kazan

Казанский Государственный Энергетический УниверситетРоссияKazan State Power Engineering UniversityRussian Federation201929112019213109116Copyright © Таймаров М.А., Ильин В.К., Чикляев Е.Г., Сунгатуллин Р.Г., 20192019Таймаров М.А., Ильин В.К., Чикляев Е.Г., Сунгатуллин Р.Г.Taymarov M.A., Ilyin V.K., Chiklyaev E.G., Sungatullin R.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.energyret.ru/jour/article/view/1062

Метано-водородная фракция является побочным газообразным углеводородным продуктом при переработке нефти с получением конечных нефтепродуктов. До последнего времени метано-водородной фракция использовалась как печное топливо на НПЗ во внутренних технологических процессах. Некоторая часть низкокалорийной метано-водородной фракции сжигалась в факелах. В связи с перспективной использования метано-водородной фракции как топлива альтернативного природному газу для сжигания в энергетических котлах тепловых электростанций возникла необходимость изучения процессов горения метано-водородной фракции в больших объемах. Перевод печей ОН- 1000/1 и ОН-1000/2 с сжигания метано-водородной фракции с теплотой сгорания 25,45 МДж/м3 на сжигание состава с теплотой сгорания 18,8 МДж/м3 приводит к снижению температуры в ядре факела в среднем на 100 °С. Интенсивность излучения факела на радиантные трубы уменьшается. Поэтому эксплуатация печей при сжигании метано-водородной фракции с низкой теплотой сгорания на установке гидроочистки газойля проводится только при свежем катализаторе, допускающем более низкие температуры факела в топке.

Полученные авторами результаты экспериментов по определению концентрации оксидов азота NOx и скорости горения w метано-водородной фракции в печи ОН-1000/1 и природного газа в котле ТГМ-84А в зависимости от теплоты сгорания Qнр показали, что увеличение содержания водорода Н2 с 10,05 % (по массе) до 18,36 % приводит к росту скорости горения w на 45 %. Скорость горения природного газа с содержанием метана СН4 98,89 % в котле ТГМ-84А составляет 0,84 м/с, то есть в 2,5 раза ниже скорости горения метано-водородной фракции с содержанием Н2 10,05 %. Распределение тепловых потоков от факела qф по высоте топки h в котле ТГМ-84А при сжигании природного газа в сравнении с расчетными данными при сжигании метано-водородной фракции при содержании водорода 10,05 % и метана 28,27 % показывает, что сжигание метано- водородной фракции вызывает рост падающих тепловых потоков qф на выходе из топки.

The methane-hydrogen fraction is a gaseous hydrocarbon by-product during oil processing for obtaining petroleum products. Until recently, the methane-hydrogen fraction was used as furnace oil in internal technological processes at a refinery. Some of the low-calorie methane-hydrogen fraction was burned in flares. Driven by the prospect of the methane-hydrogen fraction use as a fuel alternative to natural gas for burning in thermal power plants boilers, it became necessary to study the methane-hydrogen fraction combustion processes in large volumes. The conversion of ON-1000/1 and ON-1000/2 furnaces from the combustion of the methane- hydrogen fraction with combustion heat of 25.45 MJ/m3 to the combustion of the composition with combustion heat of 18.8 MJ/m3 leads to a decrease in temperature in the flame core for 100 °C as an average. The intensity of flame radiation on the radiant tubes decreases. Therefore, the operation of furnaces during combustion of methane-hydrogen fraction with a low heat of combustion at the gas oil hydro-treating unit is carried out only with a fresh catalyst, which allows lower flame temperatures in the burner.

The experiments to determine the concentration of nitrogen oxides NOx and the burning rate w of the methane-hydrogen fraction in the ON-1000/1 furnace and natural gas in the TGM-84A boiler, depending upon the heat of combustion Qnr were carried out. The obtained results showed that the increase in the hydrogen content Н2 from 10.05 % to 18.36% (by mass) results in an increase in the burning rate w by 45%. The burning rate of natural gas with methane CH4 content of 98.89% in the TGM-84A boiler is 0.84 m/s, i.e. it is 2.5 times lower than the burning rate of the methane- hydrogen fraction with H2 content of 10.05%. The distributions of heat flux from the flame qf over the burner height h in the TGM-84A boiler were obtained in case of natural gas burning and calculation of burning of the methane-hydrogen fraction with a hydrogen content of 10.05% and methane of 28.27%. The comparison of the obtained data shows that burning of methane- hydrogen fraction causes an increase in the incident heat flux qf at the outlet of the burner.

тепловые электрические станцииметано-водородная фракциясжиганиегорениепечное топливовакуумный газойльэнергетические котлыскорость горениятемператураприродный газтеплотафакелгорелкикотелthermal power plantsmethane-hydrogen fractionburningcombustionheating oilvacuum gas oilpower boilersburning ratetemperaturenatural gasheatflameburnersboilerReferencesТаймаров М.А., Кувшинов Н.Е., Степанова Т.О. Оптимизация работы печей П-101 и П-101А на установке Л-24-600 //Вестник Казанского технологического университета. 2015. №.22(18).С.50–53.Tajmarov MA., Kuvshinov NE., Stepanova TO. Optimizaciya raboty pechej P-101 i P-101A na ustanovke L-24-600. Vestnik Kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta.2015.18 (22):50–53 (In Russ).Танатаров М.А., Ахметшина М.Н., Фасхутдинов Р.А. Технологические расчеты установок переработки нефти. М: Химия,1987. 352 с.Tanatarov MA., Ahmetshina MN., Faskhutdinov RA. Tekhnologicheskie raschety ustanovok pererabotki nefti. M: Himiya, 1987. (In Russ).Сарданашвили А.Г., ЛьвоваА.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М: Химия, 1980. 256 с.Sardanashvili AG., L'vova AI. Primery i zadachi po tekhnologii pererabotki nefti i gaza. M: Himiya, 1980. 256. (In Russ).Мановян А.К. Технология первичной переработки нефти и природного газа .М: Химия, 2001. 568 с.Manovyan AK. Tekhnologiya pervichnoj pererabotki nefti i prirodnogo gaza .M: Himiya, 2001. 568. (In Russ).Таймаров М.А., Додов И.Р. Установка для производства синтетического моторного топлива.// Вестник казанского технологического университета.2015. № 8(18). С.162–166.Tajmarov MA., Dodov IR. Ustanovka dlya proizvodstva sinteticheskogo motornogo topliva.. Vestnik kazanskogo tekhnologicheskogo universiteta. 2015; 18(8):162–166.Трембовля В.И., Фингер Е.Д., Авдеева А.А. Теплотехнические испытания котельных установок. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1977, 297с.Trembovlya VI., Finger ED., Avdeeva AA. Teplotekhnicheskie ispytaniya kotel'nyh ustanovok.2 nd ed. Moscow: Energiya 1977. (In Russ).Таймаров М.А., Ахметова Р.В., Лавирко Ю.В. Сунгатуллин Р.Г., Желтухина Е.С. Снижение вредных выбросов в атмосферу оксидов азота котлами ТЭС. // Известия КГАСУ. 2017. №1(39). С.180–188.Tajmarov MA., Ahmetova RV., Lavirko YuV. Sungatullin RG., Zheltuhina ES. Snizhenie vrednyh vybrosov v atmosferu oksidov azota kotlami TES. Izvestiya KGASU 2017.39(1):180–188. (In Russ).Зельдович Я.Б., Садовников П.Я., Франк- Каменецкий Д.А. Окисление азота при горении. М.-Л.: Издательство АНСССР, 1947. 147 с.Zel'dovich YaB., Sadovnikov PYa., Frank- Kameneckij DA. Okislenie azota pri gorenii. M.-L: ANSSSR 1947 (In Russ).Кнорре Г.Ф., Арефьев К.М., Блох А.Г., Нахапетян Е.А., Палеев И.И., Штейнберг В.Б. Теория топочных процессов. М.-Л.: Энергия, 1966. 492 с.Knorre GF., Aref'ev KM., Bloh AG., Nahapetyan EA., Paleev II., Shtejnberg VB. Teoriya topochnyh processov. M.-L.: Energiya 1966. (In Russ).Блох А.Г. Теплообмен в топках паровых котлов. Л.: Энергоатомиздат, 1984. 240 с.Bloh AG. Teploobmen v topkah parovyh kotlov. L.: Energoatomizdat 1984. (In Russ).Аксютин О., Ишков А., Романов К., у ал. Новая технология метано-водородного топлива и ее потенциальное применение в газовой промышленности. Развитие и инновации в фокусе для СПГ 18. Доклад Международного газового союза, апрель-сентябрь 2016 г.С. 74–76.Aksyutin O., Ishkov A., Romanov K., et al. New Methane-Hydrogen Fuel Technology and its Potential Application in the Gas Industry. Development and Innovation in Focus All Eyes Turn to Perth for LNG 18. Report of the International Gas Union, April–September 2016, P. 74–76.Kim J.J. Adsorption equilibria and kinetics of propane and propylene on zeolite 13x pellets. Microporous and mesoporous materials. 2019. Vol. 274. Р. 286-298.Kim JJ. Adsorption equilibria and kinetics of propane and propylene on zeolite 13x pellets. Microporous and mesoporous materials. 2019; 274: 286-298.Mirel I., Pentia D., Florescu C., Ionescu D. Water treatment from swimming pool, piscine and swimming basins/ Scientific Bulletin of Politechnica University of Timisoara. 2015. Vol. 60, № 2.pp 79- 83.Mirel I., Pentia D., Florescu C., et al.. Water treatment from swimming pool, piscine and swimming basins. Scientific Bulletin of Politechnica University of Timisoara. 2015; 60(2):79-83.World Energy Outlook / International Energy Agency. 2018 pp 146.World Energy Outlook / International Energy Agency 2018:46.Steadier Boom for the Oil Sands // Petroleum Economist. 2016. June. Pp. 8–10.Steadier Boom for the Oil Sands // Petroleum Economist. 2016. June. P. 8–10.Short-term Canadian Natural Gas Deliverability 2015–2018. P. 63.Short-term Canadian Natural Gas Deliverability 2015–2018. P. 6

The authors declare that there are no conflicts of interest present.