ISSN 1995-2732 (Print), 2412-9003 (Online)
УДК 662.951.23
DOI: 10.18503/1995-2732-2025-23-1-178-189
Аннотация
Надежность работы запального устройства горелочного оборудования является важным параметром работы тепловых энергетических установок. Согласно ГОСТ Р 52229-2004 основным видом топлива запальных горелок является природный или сжиженный газ. Однако для металлургических производств актуальным является использование коксового газа в условиях небольшого присоединительного давления. Целью данной работы был процесс адаптации серийного запального устройства, работающего на природном газе и удовлетворяющего ГОСТ Р 52229-2004, к работе на коксовом газе. Высокое объемное содержание водорода в составе коксового газа приводит к существенным отличиям по величинам динамического напора потока и теплотворной способности горючей смеси по сравнению с природным газом, что в условиях небольшого присоединительного давления становится критичным для серийных запальных устройств. В данной работе предложена новая конструкция запального устройства с двумя эквивалентными газовыми трубками. По результатам численного моделирования цифровых двойников запальных горелок с одной и двумя газовыми трубками показано сходство параметров горения и общей структуры факелов на центральной оси при сжигании коксового газа в условиях присоединительного давления 15 кПа и номинальной тепловой мощности устройства 120 кВт. Однако использование конструкции с двумя газовыми трубками позволяет разместить в стволе горелки высоковольтную свечу зажигания без увеличения внешнего диаметра ствола горелки, наличие которой повышает общую надежность работы устройства и металлургической печи в целом. Предложенная конструкция также имеет преимущество по тепловому напряжению стальных элементов оголовка ствола горелки, что продлевает срок эксплуатации устройства.
Ключевые слова
запальное устройство, коксовый газ, численное моделирование, металлургия, горение
Для цитирования
Адаптивность и надежность работы запальных устройств на коксовом газе для металлургических производств / Телешев М.И., Саушин И.И., Гольцман А.Е., Хуснутдинова Э.М., Хамидуллина Г.Р., Фахреева Д.Р. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2025. Т. 23. №1. С. 178-189. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2025-23-1-178-189
1. Baukal Jr C. E. (ed.). The john zink hamworthy combustion handbook: Volume 3-Applications. New York: CRC press, 2012. 454 p.
2. Parker J., Guerra R. Advanced pilot technology: Ignition, flame detection and re‐ignition // Process Safety Progress. 1996, vol. 15, no. 4, pp. 227-229. DOI:10.1002/prs.680150409.
3. ГОСТ Р 52229-2004. Устройства запально-защищенные. Общие технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2004. 15 с.
4. API 537. Flare Details for Petroleum, Petrochemical, and Natural Gas Industries, Third Edition, Includes Addendum Washington: American Petroleum Institute, 2020. 195 p.
5. ISO 25457. Petroleum, petrochemical and natural gas industries – Flare details for general refinery and petrochemical service. Geneva: ISO copyright office, 2008. 128 p.
6. ГОСТ 5542-2022. Газ природный промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия. М.: Российский институт стандартизации, 2022. 18 с.
7. ГОСТ 20448-2018. Газы углеводородные сжиженные топливные для коммунально-бытового потребления. Технические условия. М.: Изд-во стандартов, 2018. 15 с.
8. Aniello A. et al. Hydrogen substitution of natural-gas in premixed burners and implications for blow-off and flashback limits // International Journal of Hydrogen Energy. 2022, vol. 47, no. 77, pp. 33067-33081. DOI:10.1016/j.ijhydene.2022.07.066.
9. Safe Operation of Natural Gas Appliances Fuelled with Hydrogen & Natural Gas Mixtures (Progress Obtained in the Naturalhy-Project) / De Vries H., Florisson O., Tiekstra G.C. // International Conference on Hydrogen Safety. Derby: IGEM House, 2007. Pp. 1-12.
10. Blending hydrogen into natural gas pipeline networks: a review of key issues / Melaina M. W., Antonia O., Penev M. Colorado: National Renewable Energy Laboratory, 2013. 131 c.
11. Impact of hydrogen/natural gas blends on partially premixed combustion equipment: NOx emission and operational performance / Glanville P., Fridlyand A., Sutherland B. et al. // Energies. 2022, vol. 15, no.5, pp. 1706. DOI:10.3390/en15051706.
12. Impact of Hydrogen Admixture on Combustion Processes–Part II: Practice / Schaffert J., Leicher J., Burmeister F. et al. Berlin: THyGA, 2020. 75 p.
13. Implications of Increased Renewable Natural Gas on Appliance Emissions and Stability / McDonell V.G. Zhao Y., Choudhury S. et al. California: Energy Commission, 2020. 101 p.
14. Appliance and equipment performance with hydrogen-enriched natural gases / Suchovsky C.J., Ericksen L., Williams T.A. et al. //Canadian Standards Association, Toronto: ON, 2021. 56 p.
15. Compressed Natural Gas Vehicle Fuel Surv CRC Project No. PC-2-12 / George D.L., Poemer N.W., Ridens B.L. et al. San Antonio: Southwest Research Institute. 2014. 194 p.
16. Engineering ToolBox. URL: https://www.engineeringtoolbox.com (дата обращения: 28.07.2024)
17. Thermodynamic Properties and Gas Mixtures. Thermodynamics, Gas Dynamics, and Combustion / Foust III H.C. Cham: Springer International Publishing, 2021. Pp. 125-148.
18. Idelchik I.E. Flow resistance: a design guide for engineers. New York: Routledge, 2017. 416 p. DOI: 10.1201/9780203755754.
19. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа: учебник для вузов. М.: Дрофа, 2003. 840 с.
20. Bose D., Kumar I., Hens A. Enhancing fuel-air mixing in COG-BOG non-premixed combustion: A CFD analysis with different turbulent models //Journal of the Indian Chemical Society. 2024, vol. 101, no. 9, 101222. DOI: 10.1016/j.jics.2024.101222.