USD 99.4215

0

EUR 106.304

0

Brent 71.12

0

Природный газ 3.076

0

24024

Водородсодержащий газ

Переход на сжигание водородсодержащих газов (ВСГ, HCG) - один из способов снижения выбросов CO2 в атмосферу.

Водородсодержащий газ

Водородсодержащий газ (Hydrogen containing gas) - это газ с высоким содержанием водорода (10% и выше), который образуется в техпроцессах:
При стабильно невысоком уровне метана (CH4) содержание водорода в таком газе изменчиво.
Некоторые характеристики процесса горения значительно изменяются в зависимости от состава водородсодержащего газа.

Переход на сжигание водородсодержащих газов (ВСГ, HCG) - один из способов снижения выбросов углекислого газа в атмосферу.

Технология химического метанирования водорода:
  • возможна в промышленном масштабе;
  • не требует особых условий;
  • при постоянном применении технологии в природный газ можно добавлять до 10% водорода.
  • технические проблемы:
    • необходимая совместимость компонентов газовой сети с водородом,
    • пригодность подземных хранилищ газа (ПХГ) и распределение водорода в сети,
    • взрывозащита.
Исследователи отмечают следующие эффекты, связанные с сжиганием водорода:
  • цвет пламени меняется по мере увеличения концентрации водорода в топливном газе. Цвет меняется с синего на бесцветный при переключении с 90% на 100% водорода;
  • скорость сгорания водорода выше, чем у природного газа. Скорость распространения ламинарного пламени водорода в 10 раз выше, чем у природного газа;
  • пределы взрывоопасной концентрации водорода выше, чем у природного газа;
  • у водорода более низкая энергия активации пламени;
  • плотность водорода значительно ниже, чем у природного газа;
  • индекс Воббе водорода существенно не отличается от показателя природного газа.
Основные характеристики метана и водорода
Характеристики Метан

СН4

Водород

Н2

Объемная наименьшая теплота сгорания при нормальных условиях, МДж/нм3 35,9 10,8
Объемная максимальная теплота сгорания при нормальных условиях, МДж/нм3 40,0 12,8
Плотность при нормальных условиях, кг/нм3 0,717 0,09
Относительная плотность 0,55 0,07
Массовая наименьшая теплота сгорания, МДж/кг 50 120
Объемный наименьший индекс Воббе при нормальных условиях (WI), МДж/нм3 48,2 40,7

Сравнение с природным газом:
  • объемная теплота сгорания водорода в 3,4 раза меньше;
  • плотность водорода в 8,3 раза меньше;
  • массовая теплота сгорания водорода в 2,4 раза превышает;
  • объемная максимальная теплота сгорания метана на 11,42% выше;
  • объемная максимальная теплота сгорания водорода на 18,5% выше;
  • объемный индекс Воббе водорода на 18% ниже, чем объемный индекс Воббе природного газа.
Смешивание водорода с природным газом приведет к снижению индекса Воббе топливного водородсодержащего газа.

Индекс Воббе (WI):
  • основной, международно признанный критерий взаимозаменяемости газообразного топлива;
  • число Воббе (WI) определяется как отношение объемной теплоты сгорания топливного газа к квадратному корню из относительной плотности газа при нормальных условиях;
  • число Воббе характеризует тепловую мощность и аэродинамические параметры горелочного устройства при постоянном давлении;
  • этот критерий был сформулирован в 1927 г. итальянским инженером А. Воббе;
  • WI учитывает изменение теплоты сгорания газа и плотности при изменении состава газа, который сгорает в атмосферных условиях, т.е. близких к нормальным (0°C) или стандартным условиям, поэтому это является критерием взаимозаменяемости газообразного топлива для устройств, работающих при давлениях и температуры, близкие к атмосферным.
  • если в устройство, предназначенное для сжигания природного газа, подается другой химический состав, который имеет тот же индекс Воббе, то процесс горения, а также концентрация оксидов азота в топливных газах не должны меняться;
  • малое отличие индекса Воббе водородсодержащих газов и чистого водорода от значений индекса Воббе для природного газа семфорит о возможности использования горелочные устройства, предназначенные для сжигания природного газа, могут быть использованы для сжигания водородсодержащих газов. Допустимая доля водорода в водородсодержащих газах будет зависеть от конкретной конструкции горелочного устройства.
Модернизация существующих котлов для сжигания водородсодержащих газов
горелочное устройство потребует замены или модернизации при сжигании водородсодержащих газов с высокой концентрацией водорода.
  • горелочное устройство, приспособленное для сжигания водорода, должно быть оснащено :
    • системой обнаружения обратного пламени,
    • защитой от распространения пламени вверх по потоку;
  • система подготовки водородсодержащих газов должна иметь специальную систему контроля состояния оборудования и газопроводов;
  • газопроводы и запорная и регулирующая арматура должны быть изготовлены из материалов, исключающих водородное охрупчивание;
  • перепроектировать систему подготовки топливного газа - разработать устройство для смешивания водорода и природного газа;
  • разработать автоматизированную систему продувки газопровода;
  • модернизация АСУ котлом;
  • поперечные сечения газопроводов и оборудования системы подготовки топливного газа (фильтры, запорная и регулирующая арматура, теплообменники) должны быть увеличены по отношению к поперечному сечению газопроводов, предназначенных для работа на природном газе. это вызвано тем, что теплота сгорания водорода значительно ниже, чем объемная теплота сгорания природного газа.

Сжигание ВСГ в ГТУ


В отличие от котельных, которые сжигают газ при низком давлении, в ГТУ газ сжигается при повышенных значениях давления и температуры на входе в КС.
В современных газотурбинных двигателях температура топливного газа на входе в камеру сгорания достигает 250°С, давление составляет 6 МПа.
Плотность газа на входе в камеру сгорания пропорциональна плотности газа при нормальных условиях, давлению газа перед КС и обратно пропорциональна температуре газа.
Для каждой газотурбинной установки (ГТУ) существует допустимый диапазон изменений теплоты сгорания и числа Воббе топливного газа. Например, для ГТД SGT5-2000E:
  • максимальное значение массовой теплоты сгорания топливного газа составляет 50 МДж/кг±5%;
  • массовая теплота сгорания VSG выше, чем у природного газа (49 МДж / кг), и смешивание водорода с природным газом увеличит массовую теплоту сгорания топливного газа. При максимальной массовой теплотворной способности 52,5 МДж/кг максимально допустимая объемная концентрация водорода в топливном газе составит 0,27 (27 %);
  • число Воббе топливного газа будет уменьшаться при смешивании водорода с природным газом, поскольку значения объемного числа Воббе ниже, чем у природного газа (48,1 МДж/м3);
  • минимальное значение объемного наименьшего числа Воббе водородсодержащего газа для ГТД SGT5-2000E составляет 37,5 МДж/м3.
  • зависимость числа Воббе от концентрации водорода имеет минимум, когда значение концентрации водорода в ВСГ составляет 0,84. Минимальное значение числа Воббе составляет 38,44 МДж/м3, что превышает минимально допустимое значение для водородсодержащего газа.
  • вывод: для SGT5-2000E GTU объемное число Воббе ВСГ не является ограничивающим фактором. Ограничивающим фактором для него является значение максимальной массовой теплоты сгорания ВСГ.
С увеличением объемной теплоты сгорания и числа Воббе топливного газа при прочих равных условиях (подвод тепловой энергии, давление и температура подаваемого газа) динамическое давление газовых струй уменьшается, что приводит к изменению аэродинамики топливного газа в газовых форсунках КС. Это вызывает изменение интенсивности и равномерности смешивания топливного газа и воздуха в камере сгорания ГТД.
Поэтому, при использовании газа с числом Воббе, которое отличается от исходного, можно сохранить значение динамического напора газовых струй в КС путем изменения уровня давления или температуры газа перед ним, чтобы фактическое число Воббе оставалось постоянным.
В случае поступления в ГТУ газа с объемной теплотворной способностью, превышающей объемную теплотворную способность трубопроводного природного газа, необходимо:
  • снизить давление газа перед КС;
  • повысить температуру газа перед КС;
  • снизить давление газа и повысить температуру газа перед КС одновременно.
В случае поступления менее калорийного газа в ГТУ необходимо:
  • увеличить давление газа перед КС;
  • снизить температуру газа перед КС;
  • увеличить давление газа и снизить температуру газа перед КС. одновременно.

Новости СМИ2




Подпишитесь на общую рассылку

лучших материалов Neftegaz.RU

* Неверный адрес электронной почты

Нажимая кнопку «Подписаться» я принимаю «Соглашение об обработке персональных данных»