Сжигание ископаемых топлив, таких как сжиженный углеводородный газ (СУГ) (LPG), в промышленных горелках является одним из важнейших процессов производства энергии в различных отраслях. Сжиженный углеводородный газ — это смесь пропана и бутана, которая благодаря своим характеристикам, таким как удобство транспортировки и хранения, используется во многих промышленных горелках в качестве основного или альтернативного топлива. Сжигание этого типа топлива, особенно в условиях принудительной подачи воздуха для горения, имеет высокую эффективность и, как правило, вызывает меньше загрязнений по сравнению с жидкими топливами.
В данной статье рассматривается процесс сжигания сжиженного углеводородного газа в промышленных горелках с принудительной подачей воздуха и факторы, влияющие на качество и эффективность этого сжигания.
Что такое сжиженный углеводородный газ (LPG)?
Сжиженный углеводородный газ (Liquefied Petroleum Gas, LPG) представляет собой смесь двух углеводородных газов — бутана и пропана, которые при определенном давлении переходят в жидкое состояние. В некоторых случаях в этой смеси присутствует небольшое количество других газов, таких как пропилен и бутилен. Соотношение этих газов изменяется в зависимости от температуры окружающей среды: например, летом в смеси содержится больше бутана, а зимой, из-за более легкого испарения при низких температурах, увеличивается доля пропана.
Сжиженный углеводородный газ (LPG) используется в основном для отопления и как топливо для транспортных средств. Также он находит применение в различных отраслях, таких как производство аэрозолей и в качестве хладагента в холодильных установках.
Физико-химические свойства LPG
Сжиженный углеводородный газ (СУГ) LPG производится как побочный продукт процесса переработки природного газа и нефти. Этот газ представляет собой смесь пропана и метана, и его индекс Воббе (Wobbe Index) находится в пределах 72-87 МДж/м³. Сжиженный углеводородный газ обладает высокой теплотворной способностью (приблизительно 46 МДж/кг), что превышает теплотворную способность бензина и мазута, при этом, имея одинаковую массу, сжиженный углеводородный газ (LPG) производит больше энергии. Однако из-за меньшей плотности LPG в одном объеме производит меньше энергии, чем бензин.
При температуре 15°C один литр сжиженного газа весит от 500 до 560 граммов. Этот газ в момент производства не имеет цвета, запаха и вкуса, но для повышения безопасности в него добавляются серосодержащие вещества, чтобы придать ему запах. Давление внутри резервуаров с LPG может достигать 8 бар.
Сравнение LPG с другими распространенными топливами
В таблице ниже представлены характеристики LPG в сравнении с бензином и дизельным топливом.
Сжигание LPG по сравнению с жидкими и твердыми топливами производит меньше углекислого газа, но, в свою очередь, больше, чем природный газ. На следующем рисунке показано количество CO2, выбрасываемого при сжигании различных топлив на каждый киловатт-час произведенной энергии. В общем, выброс CO2 при сжигании LPG составляет 90% от выброса при сжигании дизельного топлива и 70% от выброса при сжигании угля. Однако, по сравнению с природным газом, сжиженный углеводородный газ (LPG) производит больше углекислого газа.
Советы по использованию сжиженного углеводородного газа (LPG)
Использование сжиженного углеводородного газа (LPG) в промышленных горелках требует соблюдения особых технических и безопасных норм, обусловленных характеристиками этого топлива. Сжиженный углеводородный газ (LPG) обычно хранится и транспортируется в сферических или баллонных резервуарах. Такой выбор резервуаров обусловлен высоким давлением хранения этого газа, что в случае утечки или отсутствия контроля может представлять опасность. В этих резервуарах газ хранится в жидком состоянии под высоким давлением, однако при поступлении в горелку он превращается в газ и сжигается. Для испарения LPG и его преобразования из жидкого в газообразное состояние требуется дополнительная энергия.
Кроме того, скорость испарения должна соответствовать скорости потребления топлива в горелке. Испарение LPG в резервуаре происходит частично естественным образом. Естественная скорость испарения зависит от температуры окружающей среды и площади поверхности резервуара (Wetted Area). В системах с низкой мощностью, как правило, естественная скорость испарения является достаточной, однако в промышленных системах с высокой мощностью полагаться только на естественное испарение нельзя. В таких системах для обеспечения стабильного потока и давления сжиженного газа используется специальное оборудование, называемое испарителем. Использование испарителя также предотвращает замерзание и образование инея на оборудовании.
Испарители (vaporizers)
В испарителе LPG поступает в систему и с помощью получаемого тепла испаряется, чтобы быть готовым к использованию в горелке. Испарители обеспечивают стабильную и непрерывную подачу газа, гарантируя, что сжиженный газ будет поступать в горелку в подходящем виде и предотвращая замерзание оборудования. Использование этих устройств обеспечивает стабильность в процессе сжигания и оптимальную работу промышленных горелок. Испарители сжиженного газа (LPG) делятся на три основные категории.
Электрические испарители: В этих устройствах электрический ток проходит через нагревательный элемент, расположенный в резервуаре, что вызывает его нагревание. Это тепло способствует испарению сжиженного газа.
Испарители с прямым пламенем: В этих испарителях сжигается небольшое количество LPG, а образовавшееся тепло используется для испарения требуемого объема сжиженного газа. Они получили свое название из-за того, что пламя непосредственно нагревает сжиженный углеводородный газ (LPG), превращая его в пар. Эти устройства чаще всего используются в промышленности для сжигания сжиженного газа.
Испарители с источником тепла в виде пара или горячей воды: В этом случае используется теплообменник для передачи тепла от пара или горячей воды к сжиженному газу. Сжиженный углеводородный газ (LPG) поступает с одной стороны теплообменника, а с другой стороны протекает пар или горячая вода. Энергия пара или горячей воды вызывает испарение сжиженного газа.
Каждый из этих типов испарителей имеет свое применение в зависимости от потребностей и мощности потребления сжиженного газа.
Регулятор давления
Для работы резервуара и испарителя сжиженного углеводородного газа (LPG) необходимо использовать два регулятора давления. Для получения более подробной информации о регуляторах давления газа можно ознакомиться с статьей «Типы регуляторов газа и лучшие бренды».
Первичный регулятор: Этот регулятор, также известный как регулятор высокого давления, снижает давление газа с 8 бар (давление в резервуаре) до 1 бар. Он должен быть установлен после испарителя и рядом с ним, чтобы снизить давление газа после испарения до нужного уровня.
Вторичный регулятор: Этот регулятор, также известный как регулятор низкого давления, снижает давление газа с 1 бар до рабочего давления горелки. Он должен быть установлен вблизи горелки, чтобы газ поступал в горелку с нужным давлением.
Промышленные насосы LPG
Если расстояние между резервуаром, испарителем и горелкой значительно, необходимо использовать электропомпу с защитой от искр. Этот насос необходим для преодоления падения давления и обеспечения постоянного потока газа в горелку.
Установка резервуара, испарителя и других компонентов системы LPG должна выполняться в соответствии с национальным стандартом 841, что помогает обеспечить безопасность и эффективность работы систем сжиженного газа.
На Рис. 6 показана схема трубопроводов между испарителем и резервуаром хранения, которая должна быть тщательно спроектирована и выполнена, чтобы избежать утечек и чрезмерных падений давления, а также эффективно управлять потоком газа.
Стандарты загрязнения, регулирующие сгорание жидкого топлива
Сгорание жидкого топлива, особенно в промышленности и на электростанциях, может привести к образованию различных загрязняющих веществ, которые оказывают негативное воздействие на здоровье человека и окружающую среду. Именно поэтому были разработаны экологические стандарты для контроля и сокращения этих выбросов. Одним из важнейших национальных стандартов для горелок на сжиженном нефтяном газе (LPG) является стандарт EN-676, который носит название «Газовые горелки с принудительной подачей воздуха, характеристики и методы испытаний». Этот стандарт устанавливает требования к проектированию, испытаниям и ограничениям по выбросам загрязняющих веществ для промышленных горелок, работающих на газовых топливах, таких как природный и сжиженный газ.
Для более подробного ознакомления с национальными и международными стандартами, связанными с горелками, рекомендуется ознакомиться с статьей «Национальные и международные стандарты промышленных горелок«.
Уровень выбросов оксидов азота (NOx)
Температура адиабатического пламени метана с 20% избыточного воздуха составляет примерно 1800°C, а сжиженный углеводородный газ LPG — около 1850°C при тех же условиях. Из-за более высокой температуры пламени сжиженный газ производит больше оксидов азота (NOx) по сравнению с природным газом. Этот загрязнитель может способствовать загрязнению воздуха, образованию кислотных дождей и вызывать проблемы с дыханием. В соответствии с европейским стандартом EN-676, горелки на сжиженном газе классифицируются по уровню выбросов NOx в соответствии с приведенной таблицей.
Уровень выбросов угарного газа (CO)
В соответствии с европейским стандартом EN-676, выбросы угарного газа (CO) не должны превышать 100 мг /кВт-ч.
Проблемы и решения при сгорании сжиженного газа Сгорание сжиженного газа (LPG) в промышленных горелках с принудительной подачей воздуха является ключевым процессом в производстве энергии и обогреве. Этот вид топлива, представляющий собой смесь пропана и бутана, обладает высокой теплотворной способностью и производит меньше загрязняющих веществ по сравнению с жидким топливом, таким как дизельное топливо и мазут.
Оптимизация условий сгорания и использование таких устройств, как испарители, необходимы для обеспечения безопасной и эффективной работы систем, работающих на сжиженном газе. Также соблюдение стандартов, таких как национальный стандарт 7595 и европейский стандарт EN-676, помогает контролировать уровень выбросов опасных загрязняющих веществ и защищать общественное здоровье.
В группе Raаdman производятся различные горелки, работающие на сжиженном газе (пропан и бутан) в разных мощностях и классах NOx 2 и 3, которые предоставляются клиентам. Газовые котлы конденсационного типа на сжиженный углеводородный газ LPG также являются продукцией компании Paсkman и могут производиться с мощностью до 10 миллионов килокалорий в час, доступной для поставки клиентам.
Сжиженный углеводородный газ : эффективное топливо для промышленности
Сжиженный углеводородный газ (LPG) является одним из лучших вариантов для использования в промышленных горелках благодаря таким характеристикам, как высокая теплотворная способность, низкие выбросы и удобство хранения и транспортировки. Сжиженный углеводородный газ не только вырабатывает значительное количество энергии, но и наносит меньший вред окружающей среде по сравнению с жидким топливом, таким как дизель или мазут.
Для оптимального и безопасного использования сжиженного газа в промышленных горелках необходимо соблюдать стандарты безопасности, использовать подходящее оборудование, такое как испарители и регуляторы, а также точно проектировать связанные системы. Эти меры способствуют повышению эффективности, снижению рисков и контролю за выбросами загрязняющих веществ.
Группа Rаadman предлагает продвинутые горелки, соответствующие международным стандартам, которые обеспечивают высокую эффективность и способствуют сокращению загрязнения воздуха и защите окружающей среды. Использование сжиженного газа как чистого и эффективного топлива является разумным выбором для промышленных предприятий, способствующим улучшению производительности и устойчивости.
