Характеристика газообразных топлив и их свойства
Основными видами газообразного топлива, используемого для газоснабжения городов и населенных пунктов, являются горючие газы с низшей теплотой сгорания не менее 12,57 мДж/м3.
Все виды газового топлива по способу получения подразделяются на природные и искусственные: к первой группе относятся газы природных месторождений и попутные газы газонефтяных месторождений, ко второй — коксовый, сланцевый и другие газы, получаемые путем термической переработки твердых топлив, а также газы, получаемые при переработке нефти.
Газовое топливо представляет собой смесь горючих и негорючих газов. Горючими являются метан, пропан, бутан, этан, водород и окись углерода; негорючими — азот, углекислый газ и кислород, а также некоторое количество примесей как горючих, так и негорючих веществ, количество которых лимитируется ГОСТ 5542—78.
Природные газы чисто газовых месторождений состоят в основном из метана (СН4), относятся к категории сухих (тощих) газов и характеризуются относительным постоянством состава, в то время как состав газов газонефтяных месторождений непостоянен и зависит от природы нефти, величины газового фактора и условий разделения нефтегазовых смесей.
Попутные газы из газовых шапок нефтяной залежи, как правило, содержат меньше тяжелых углеводородных газов, чем газы, получаемые из месторождений нефти, в которой они были растворены.
В народном хозяйстве широко применяются сжиженные углеводородные газы, которые находят применение в сельской местности и населенных пунктах, удаленных на значительные расстояния от магистральных газопроводов.
К сжиженным углеводородным газам относятся такие углеводороды, которые при нормальных условиях находятся в газообразном состоянии, а при относительно небольшом повышении давления (без снижения температуры) переходят в жидкое состояние.
При снижении давления эти углеводородные жидкости испаряются и переходят в паровую фазу. Это позволяет перевозить и хранить сжиженные углеводороды, как жидкости, а контролировать, регулировать и сжигать газообразные углеводороды, как газы.
Особенностями газообразных углеводородов являются: высокая плотность, значительно превышающая плотность воздуха; медленная диффузия в атмосферу, низкие температуры воспламенения, низкие пределы взрываемости в воздухе, высокий объемный коэффициент расширения жидкой фазы и другие факторы, которые повышают требования при нх использовании.
Скважинная добыча нефти и газа. Добыча нефти и газа
... утечке нефти и газа из природных резервуаров. Наиболее благоприятные условия для образования месторождений нефти и газа возникают ... вот хранить нефть и газ сложнее, чем уголь и руду. Для хранения нефти и получаемых из нее ... нефти и газа делают химические продукты, которые превращают потом в синтетические материалы. Нефть и газ добывать проще и дешевле , чем уголь. Главная машина для добычи нефти и газа ...
Из углеводородных сжиженных газов в качестве топлива главным образом используются пропан, бутан и их смеси. Соотношение пропана и бутана в смеси этих газов устанавливается по соглашению между потребителем и поставщиком газа.
Технический пропан является универсальным сжиженным газом, так как он может применяться при естественном и искусственном испарении жидкости в пределах изменения температур от +45 до —35 °С. Это позволяет в любое время года устанавливать баллоны и резервуары с жидким пропаном в отапливаемых и неотапливаемых помещениях, снаружи здания и в грунте.
Достоинством пропана является и то, что образующиеся в начале и в конце опорожнения емкостей пары при любом методе испарения почти однородны по своему составу.
Газ, подаваемый в города и населенные пункты, согласно ГОСТ 5542—78 должен удовлетворять следующим требованиям: содержание в нем вредных примесей на 100 м3 газа не должно превышать (г):
сероводорода 2 смолы и пыли 0,1
аммиака 2 нафталина летом 10
цианистых соединений нафталина зимой 5
в пересчете на HCN. . 5
Содержание кислорода не должно быть более 1 % по объему.
Запах нетоксичных газов должен ощущаться при содержании их в воздухе в количестве не более 1/5 от нижнего предела воспламеняемости, а запах токсичных газов — при содержании их в воздухе и в количествах, допускаемых санитарными нормами, для чего газ должен одорироваться, если он не обладает достаточно сильным и характерным запахом.
ПРИРОДНЫЕ И ИСКУССТВЕННЫЕ ГАЗЫ
Все виды газового топлива подразделяют на природные и искусственные.
К природным относят газы природных месторождений и попутные газы газонефтяных месторождений — метан, пропан, бутан.
Газовое топливо представляет собой смесь горючих (метан, этан, пропан, бутан, этилен, водород, оксид углерода и др.) и негорючих (азот, углекислый газ, кислород) газов. В некоторых видах топлива содержится горючая, но вредная примесь — сероводород.
К природным относят газы природных месторождений и попутные газы газонефтяных месторождений — метан, пропан, бутан, 5542—87):
- низшая теплота сгорания при 20 °С — не менее 31,8 МДж/м3;
- массовая концентрация сероводорода — не более 0,02 г/м3;
- объемная доля кислорода — не более 1 %;
- масса механических примесей — не более 0,001 г/м3;
- интенсивность запаха при объемной доле в воздухе 1 % — не менее 3 баллов;
- наличие в газе жидкой фазы воды не допускается;
- пределы воспламеняемости (по метану) в смеси с воздухом в объемных процентах (об. %): нижний — 5, верхний — 15.
Для коммунально-бытового потребления используют газы углеводородные сжиженные топливные марок СПБТЗ (смесь пропанбутановая техническая зимняя); СПБТЛ (смесь пропанобутановая летняя); БТ (бутан технический).
В соответствии с требованиями ГОСТ 20448—80* к сжиженным газам предъявляются следующие требования:
- суммарное объемное количество в газе пропана и бутана — не менее 75 %;
- давление насыщенных паров при 45 СС — не более 1,6 МПа, при — 20 °С — не менее 0,16 МПа;
- содержание сероводорода и меркаптановой серы — не более 0,015%;
- содержание свободной воды и щелочи не допускается;
- пределы воспламеняемости в смеси с воздухом при температуре 15…20°С, об.
%: нижний — 1,8, верхний — 9,5;
Теплоемкость газов и их смесей
... теплоемкостей компонентов. При нагреве смеси на 1 °C каждый компонент также нагревается ... обойтись при расчетах без справочных таблиц. На теплоемкость реальных газов влияет не только температура, но и давление. Для определения теплоемкости смеси газов необходимо знать ее состав и значения ...
- низшая теплота сгорания (для пропана — 93,1 МДж/м3, для бутана — 122 МДж/м3).
По сравнению с природным газом сжиженный обладает рядом специфических свойств, требующих сложного оборудования для его хранения, транспортировки и использования. Основная особенность сжиженного газа в том, что он хранится и транспортируется в жидком виде, а используется в газообразном.
При незначительном понижении температуры и повышении давления этот газ превращается в жидкость, а при температуре —40…40°С и атмосферном давлении переходит в газообразное состояние.
Основу природного газа составляет метан (СН4); сжиженного— пропан (С3Н8) и бутан (С4Н10).
К искусственным относят коксовый, сланцевый, доменный и другие газы, получаемые путем переработки твердых топлив, нефти, а также выделяющиеся при технологических процессах на химических, металлургических и других предприятиях.
Особенности сжигания газообразного топлива
В котельных установках в качестве газообразного могут быть использованы следующие газы:
1) природный газ;
2) доменный газ – отход металлургического производства;
3) коксовый газ – для отопления котлов используется очень редко (идет на металлургических заводах чаще всего на мартены).
Все газы, кроме природного, занимают незначительную долю в газообразном топливе электростанций.
Доменный газ имеет теплотворную способность около 3500-4000 кДж/м.
Состоит в основном из смеси С02, N2 и СО. Газ плохо воспламеняется ввиду большого содержания балласта. Зачастую воздух, а иногда и газ, подогревают.
Коксовый газ, как говорилось выше, очень редко сжигается в котлах.
Наиболее ценным топливом является природный газ. Его теплотворная способность (низшая) – 35000-35500 кДж/нм. Россия располагает богатейшими разведанными запасами природного газа.
Газообразное топливо обладает рядом преимуществ перед твердым:
1) широкое использование газообразного топлива оздоровляет воздушный бассейн городов (отсутствие летучей золы);
2) несмотря на высокий КПД современных котлов, работающих на пыли, перевод на газ дает возможность увеличить КПД котельных на 4-6 % (qn = 0, ос = 1,1) и уменьшить расход энергии на собственные нужды на 25-30 %;
3) уменьшаются затраты на строительство ввиду отсутствия дорогостоящих систем пылеприготовления, складов топлива;
4) уменьшаются размеры зданий.
Так, сравнение котлов ТГМ-84 (Д = 420 т/ч) и ТП-80 на ту же производительность показывает, что удельная кубатура (на тонну пара) у котла ТГМ – 84 на 60 % меньше;
5) Котел , работающий на газе, легко может быть автоматизирован.
В котельных установках, специально запроектированных для работы на газе, преимущества использования газообразного топлива можно реализовать гораздо полнее. Поэтому мощные котлы не унифицируют по топливу, а проектируют для сжигания газа и мазута, например, котлы ТГМ-84 и ТГМ-94.
Сам процесс сжигания топлива протекает как гомогенный, поэтому в нем отсутствуют фазы, характерные для твердого топлива: отсутствуют фазы выделения летучих, газификации кокса, шлакообразования. Газ не требует какой-либо подготовки перед сжиганием.
Процесс сжигания газообразного топлива слагается из трех стадий: смесеобразование, подогрев и горение. Если газ смешивается с воздухом до выхода из горелки, такой способ смесеобразования называется кинетическим (в этом случае скорость горения зависит только от скорости химической реакции).
Если же смешение газа и воздуха происходит в топке, то такой способ смесеобразования называется диффузионным (при этом скорость горения определяется скоростью подвода окислителя к молекулам горючего).
При сжигании газа горелки могут быть построены как по одному, так и по другому принципу.
| <== предыдущая лекция | | | следующая лекция ==> |
| | |
