Численное моделирование стабилизации теплопроизводительности парового котла при сжигании попутного нефтяного газа

Состав газообразного топлива может меняться в широких пределах, в зависимости от источника, времени и стадии разработки конкретного месторождения. Изменение состава приводит к изменению теплофизических характеристик топлива, что влияет на стабильность работы котельных агрегатов. В данной статье представлены результаты численного  моделирования стабилизации теплопроизводительности и полноты сгорания попутного нефтяного газа (ПНГ) в случае длительного непрерывного изменения его состава. Моделирование проводилось по разработанному ранее алгоритму оптимизации процесса горения углеводородного топлива (УВТ) переменного состава. Результаты моделирования показали, что при медленном непрерывном изменении удельной теплоты сгорания (УТС) топлива с относительной скоростью изменения 1 % за время тепловой инерции, стабилизация работы котла по предложенному алгоритму позволяет поддерживать температуру теплоносителя на  выходе  из  котла  в  пределах  10  %  от требуемой.

1. Указ Президента Российской Федерации "Об утверждении приоритетных направлений развития науки, технологий и техники в Российской Федерации и перечня критических технологий Российской Федерации" от 7 июля 2011 г № 899 // Собрание законодательства Российской Федерации.

2. Акт правительства Российской Федерации "Энергетическая стратегия России на период до 2030 года" от 13 ноября 2009 г. № 1715-р // Собрание законодательства Российской Федерации.

3. A.I. Gur’yanov, O.A. Evdokimov, Sh.A. Piralishvili, S.V. Veretennikov, R.E. Kirichenko, D.G. Ievlev Analysis of the Gas Turbine Engine Combustion Chamber Conversion to Associated Petroleum Gas and Oil // Russian Aeronautics (Iz.VUZ). 2015. №58. С. 205–209.

4. О мерах по стимулированию сокращения загрязнения атмосферного воздуха продуктами сжигания попутного нефтяного газа на факельных установках: Постановление Правительства РФ №7 от 8 января 2009 года.

5. U.S. Environmental Protection Agency, Standards of Performance for Petroleum Refineries, 40 CFR 60, Subpart J, Section 60.101(d), U.S. Government Printing Office, Washington, DC, Electronic Code of Federal Regulations, current as of June 12, 2008.

6. Kayadelen H.K. Effect of natural gas components on its flame temperature, equilibrium combustion products and thermodynamic properties, Journal of Natural Gas Science and Engineering 45 (2017) 456-473.

7. Sayad P. Operational stability of lean premixed combustion in gas turbines. An experimental study on gaseous alternative fuels, Doctoral Dissertation (2016), Lund University.

8. Saifullin E.R. Optimization of burning process of hydrocarbon fuels with varying specific heat of combustion / E.R. Saifullin, Yu.V. Vankov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. V. 86. 2015. № 012006.

9. Saifullin E.R. Thermal effect of hydrocarbon fuels combustion after a sudden change in the specific calorific value / E.R. Saifullin, V.M. Larionov, A.V. Busarov, V.V. Busarov // Journal of Physics: Conference Series. V. 669. 2016. № 012043.

10. Saifullin E.R. Optimization of hydrocarbon fuels combustion variable composition in thermal power plants / E.R. Saifullin, V.M. Larionov, A.V. Busarov, V.V. Busarov // Journal of Physics: Conference Series. V. 669. 2016. № 012037.

11. Saifullin E.R. The heat effect of combustion process depending on fuel composition fluctuations / E.R. Saifullin, S.A. Nazarychev, A.O. Malahov, V.M. Larionov, O.V. Iovleva // Journal o f Physics: Conference Series. V. 789. 2017. № 012045.

12. Ларионов В.М., Сайфуллин Э.Р., Назарычев С.А., Малахов А.О., Ваньков Ю.В. Алгоритм оптимизации процесса сжигания попутного нефтяного газа в тепловых энергетических установках с учетом непостоянства его состава // Известия высших учебных заведений. Проблемы энергетики. 2017. №19. С. 3–9.

13. Пат. 2647940 Рос. Федерация: МПК F23C 1/02, F23C 1/08. Способ автоматической оптимизации процесса сжигания топлива переменного состава / В.М. Ларионов, Ю.В. Ваньков, Э.Р. Сайфуллин, С.А. Назарычев, А.О. Малахов; Заявитель и патентообладатель: ФГАОУ ВО КФУ, RU. – № 2017116036/06; заявл. 04.05.2017; опубл. 21.03.2018; бюл. №9. 6 c.

14. Тепловой расчет котельных агрегатов (нормативный метод). Изд-е 3-е, перераб. и доп. СПб: НПО ЦКТИ, 1998. 256 с.