14.2.2. Газоподібне паливо

Газоподібне паливо – це суміш горючих та негорючих газів. Горюча частина газоподібного палива складається із насичених та ненасичених вуглеводнів, водню, оксиду вуглецю та сірководню. В склад негорючої частини входять азот, вуглекислий газ та кисень. Кількість водяної пари в газі позначається символом (d) та задається зазвичай в кг/м³. Склад природного та штучного газоподібного палив різні. Природний газ власне газових родовищ характеризується високим вмістом вуглеводнів, в основному метану CH₄ (до 98%). В склад природного газу в невеликих кількостях входять інші вуглеводи: етан C₂H₆, пропан С₃Н₈, бутан С₄Н₁₀, етилен C₂Н₄ та пропілен С₃Н₆. Вміст баласту О₂ та N₂, зазвичай в природному газі невеликий. В так званому попутному газі, який добувають на нафтогазових родовищах, спостерігається дещо підвищений вміст вищих вуглеводнів: етану, пропану, бутану, пентану, етилену. В природних газах вміст горючих складових (переважно водню та оксиду вуглецю) досягає 25-45 %. В баласті переважають азот та вуглекислота (75-35 %).

Склад газоподібного палива задається в об’ємних частках, оскільки кількісний вміст та хімічні формули компонентів визначаються достатньо точно з допомогою хімічного чи хроматографічного аналізів

. . (14.8)

Для вологого газу об’ємний склад визначають за формулою

, (14.9)

де К^В – об’ємний вміст компоненту вологого газу, К^С – об’ємний вміст компоненту в сухому газі, 0,805 – густина водяної пари за нормальних умов, кг/м³ , d – вологовміст газу, кг/м³.

Технологічні розрахунки проводять, зазвичай, для сухого складу палива.

14.2.3. Технічні характеристики палива

Найважливішими технічними характеристиками палива є теплота згоряння, вихід летких речовин та властивості коксу.

Теплотою згоряння палива називається кількість теплоти, що виділяється за умови повного згоряння 1 кг маси твердого або рідкого палива або 1 м³ газового палива за нормальних фізичних умов.

Розрізняють вищу на нижчу теплоти згоряння. Вищою теплотою згоряння Q_В^Р називають кількість теплоти, яка виділяється в процесі згоряння палива з врахуванням теплоти конденсації водяної пари, яка утворюється в процесі згоряння водню Н^Р та випаровування вологи палива W^P. Нижчою теплотою згоряння Q_Н^Р називається теплота згоряння палива за умови, що волога, яка утворюється в процесі згоряння водню палива 9Н^Р та волога палива W^P, знаходяться в пароподібному стані.

Зв’язок між вищою та нижчою теплотою згоряння палива виражається формулою

, (14.10)

де коефіцієнт 0,025 – теплота пароутворення води, МДж/кг; величина 9Н^Р відповідає кількості води, що утворюється в процесі згоряння Н^Р палива, за стехіометричним рівнянням

. (14.11)

Вища теплота згоряння твердого та рідкого палива визначається лабораторним шляхом методом колориметрування. Точне аналітичне визначення теплоти згоряння твердого і рідкого палив за їх елементним складом неможливе, оскільки останній не відображає структуру органічних сполук, що утворюють горючу масу.

Нижча теплота згоряння палива може бути розрахована за емпіричними формулами, найточніша з них для рідкого палива має наступний вигляд

. (14.12)

В формулі (14.12) коефіцієнти підібрані експериментально і дещо відрізняються від теплот згоряння окремих елементів.

Нижча теплота згоряння сухого газоподібного палива (МДж/м³) може бути визначена за формулою

(14.13)

Для порівняння енергетичної цінності різних видів палива вводиться поняття умовного палива, теплота згоряння якого прийнята рівною Q_умов=24,33 МДж/кг.

Відношення Q_Н^Р даного палива до Q_умов називають паливним еквівалентом, який позначається буквою Е. Тоді для розрахунку витрати умовного палива (В_у.п.) достатньо величину витрати натурального палива (В_Н) перемножити на еквівалент Е, тобто

.

Якщо тверде паливо нагріти без доступу повітря, то воно розділяється на дві частини: кокс та леткі речовини. Об’єм летких речовин на робочу масу палива позначається v⁰, на горючу масу v^Г. Вміст летких в паливі спричиняє великий вплив на процес загоряння палива та повноту його згоряння і враховується в процесі конструювання пристроїв для його спалювання і впливає на їх експлуатаційні характеристики. Найбільший об’єм летких міститься в дровах та іншому "молодому" паливі. У міру збільшення геологічного віку палива вміст летких речовин в ньому зменшується. Для антрацитів вихід летких становить 4 %.

До складу твердої частини – коксового залишку – входять частини вуглецю палива та шлак. Вугілля із сплавленим нелетким залишком є найціннішим технологічним паливом і використовується в першу чергу для виробництва коксу. За своїм хімічним складом кокс містить в собі майже чистий вуглець ( 97 %). Значення виходу летких та характеристика коксового залишку покладені в основу класифікації кам’яного вугілля.