Газообразное топливо
Газообразное топливо
Общая характеристика газообразного топлива
Основным компонентом природного газового топлива является метан — СН4, содержание которого в отечественном природном газе может дос¬тигать 98-99% (по объему). Для метана QH составляет 8 500 ккал/м3, а Qв - 9500 ккал/м3.
Кроме метана в составе газового топлива, в общем случае, могут содержаться: тяжелые углеводороды этан С2Н6, пропан С3Н8, бутан С4Н10, пентан С5Н12, сероводород H2S, углекислый газ (диоксид углерода) СО2, азот N2. Азот и углекислый газ образуют негорючую часть газового топлива (балласт). При сгорании газа азот в продуктах сгорания может содержаться как в сво¬бодном виде, так и в виде оксидов NOX, которые относятся к вредным состав¬ляющим продуктов сгорания. Сероводород, хотя и является горючим ком¬понентом, но его присутствие снижает качество топлива, так как при его го-рении образуется сернистый газ, который вредно действует на живые орга¬низмы и растительность, кроме того, соединяясь с водой сернистый газ образует кислоту, разрушающую металл поверхностей нагрева котлов.
Поскольку природные газы, как уже отмечено выше, состоят в основном из метана, то его свойства являются определяющими для свойств природного газа.
Рассмотрим основные свойства метана:
• метан не имеет цвета, вкуса, запаха, нетоксичен, оказывает удушающее
действие на организм человека ;
• плотность метана составляет 0,72-0,75 кг/м3 (т. е. меньше плотности воз¬духа, которая равна 1,29 кг/м3);
Рекомендуемые материалы
• температура воспламенения — составляет около 600 °С и зависит от со¬отношения количества газа и воздуха в газовоздушной смеси, давления, под которым находится смесь, и других факторов;
• максимальная температура горения метана составляет 2000-2100 °С;
• пределы воспламенения — минимальная или максимальная объемная концентрация метана в неподвижной смеси с воздухом (кислородом), доста¬точная для воспламенения ее от источника зажигания — составляют: ниж¬ний предел 5% по объему, верхний — 15%.
По физико-химическим показателям природные горючие газы должны соответствовать требованиям и нормам ГОСТ 5542-87 «Газы горючие при¬родные для промышленного и коммунально-бытового назначения».
Одоризация газов. Необходимым условием безопасного использования газового топлива является возможность обнаружения наличия его в возду¬хе при утечках. Для этого могут использоваться специальные приборы — газоиндикаторы или газосигнализаторы. Однако наиболее простым спосо¬бом является обнаружение газа в воздухе по запаху. Поскольку природные газы запаха не имеют, в газовое топливо вводят вещество с сильным харак¬терным запахом, называемое одорантом.
По сравнению с другими видами топлива газовое топливо имеет преиму¬щества:
• является наиболее благоприятным для смешения с воздухом, необходи¬мым для горения, так как и топливо, и воздух находятся в одинаковом (газо¬образном) агрегатном состоянии;
• для доставки природного газа к потребителю не нужен транспорт, а так¬же не требуется склад в пределах города для хранения газа;
• поскольку при сжигании газа не образуется шлак, то не нужен транс¬порт для его вывоза;
• условия труда обслуживающего персонала при использовании в котель¬ных газа улучшаются; чище становятся территории вокруг котельных и воз¬душный бассейн в городах;
• газовое топливо не требует подготовки перед сжиганием, как твердое (дробление, сортировка) или жидкое (подогрев, перекачка к месту горения), и позволяет наилучшим образом организовать процесс горения и автомати¬зировать регулирование расхода газа;
• при сжигании газа уменьшаются потери от химического недожога и от¬сутствуют потери от физической неполноты сгорания (вынос тепла со шла¬ком). По этой причине кэффициент полезного действия (КПД) котла на газообразном топливе, по сравнению с котлом на твердом топливе при прочих равных условиях, оказывается выше. Основными недостатками газового топлива являются:
• повышенная взрывоопасность и пожароопасность газовоздушных смесей;
• природные газы оказывают удушающее действие на организм человека, а при неполном сгорания газа в продуктах сгорания образуется угарный газ (СО), который оказывает отравляющее действие на организм человека;
• газовое топливо обладает свойствами, которые определяют особые требования к конструкциям газового оборудования, устройству и установке го¬релок, правилам обслуживания газоиспользующих установок.
Продуктами полного сгорания любых горючих газов являются всегда водя¬ные пары Н2О и углекислый газ СО2. Продуктами неполного сгорания газов могут быть — оксид углерода СО, несгоревший метан, тяжелые углеводороды и твердый углерод в виде частичек сажи.
Однако учитывая, что при горении топлива часть кислорода воздуха ус¬певает пройти через топку, не принимая участия в горении, а азот, содержа¬щийся в воздухе и топливе, вообще не горит, то в состав продуктов сгорания топлива всегда входят еще азот N2 и так называемый свободный, избыточ¬ный кислород О2, не участвующий в горении топлива.
Вышеуказанные продукты сгорания топлива образуют сильно нагретые газы, которые, выйдя из топки, проходят по дымоходам котла или печи, от¬дают на их нагрев часть своего тепла и уходят в дымовую трубу. Горение газового топлива
Объем воздуха, необходимого для горения газа, определяется химически¬ми реакциями с учетом того, что 1 м3 кислорода содержится в 4,76 м3 воздуха.
Реакция горения метана имеет вид: СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2О, следователь¬но, для полного сгорания 1 м3 метана требуется 2 м3 кислорода.
Рекомендация для Вас - 9 Многокритериальные задачи.
Теоретическое (стехиометрическое) количество воздуха, необходимое для полного сгорания газового топлива, определяется количеством кислорода в соответствии с реакцией горения его отдельных горючих компонентов (метан, этан, пропан, бутан и т. д.). В соответствии с реакцией горения, для сгорания 1 м3 СН4 требуется 9,52 м3(2 • 4,76) воздуха, в которых содержится 2 м3 кислорода
Если известен состав газового топлива, то для сжигания 1 м3 его теорети¬чески необходимое количество воздуха определяют исходя из процентного содержания отдельных горючих компонентов и расхода воздуха для сжига¬ния каждого из них (за вычетом кислорода, содержащегося в самом топливе).
При горении газового топлива его горючие составные части входят в хими¬ческое взаимодействие с кислородом воздуха. Следовательно, основной зада¬чей при сжигании газа является правильный подвод к нему воздуха в доста¬точном количестве. При достаточном количестве воздуха в топке метан сгора¬ет, образуя водяные пары и углекислый газ. Такое горение метана будет пол¬ным горением, так как полученные продукты горения дальше гореть не могут.
Основными причинами неполного сгорания газа являются:
1) плохое пере¬мешивание газа с воздухом;
2) снижение температуры газового факела в от¬дельных его зонах ниже температуры воспламенения.
