книги из ГПНТБ / Чепель В.М. Сжигание газов в топках котлов и печей и обслуживание газового хозяйства предприятий

ность получать топливо в виде газа из недр земли наиболее де­ шевым способом, без применения труда шахтеров. Подземная газификация была осуществлена впервые в СССР в 1938 г. В на­ стоящее время в Донбассе и в Подмосковном бассейне уже име­

родские газовые сети.

Состав и теплотворная способность горючих газов .

Все горючие газы представляют собой механические смеси различных газов, как горючих, так и негорючих.

В г о р ю ч у ю ч а с т ь г а з о о б р а з н ы х т о п л и в

в х о д я т :

Водород Н 2 — газ без цвета, вкуса и запаха, самый легкий газ в природе. Низшая теплотворная способность его составляет

2579 ккал/нм3, или 28 667 ккал/кг.

Метан (болотный газ) СШ — газ без цвета, вкуса и запаха. Представляет собой химическое соединение углерода с водородом. Является основнойгорючей частью природных газов. Низшая теплотворная способность его 8555 ккал/нм3, или 11 953 ккал/кг.

Окись углерода (угарный газ) СО — газ без цвета, вкуса и запаха. Представляет собой химическое соединение углерода с кислородом. Получается при неполном сгорании любого топлива. Очень ядовит. Низшая теплотворная способность — 3018 ккал/нм3,

или 2415 ккал/кг.

Тяжелые углеводороды CnIim — этим названием и формулой обозначается целый ряд горючих газов — этан, пропан, бутан и др., представляющие собой различные химические соединения углерода п водорода с большим количеством этих веществ;

вмолекуле. При большом содержании тяжелых углеводородов

ввоздухе помещения (до 10%) они могут вызвать удушье. Низ­

В н е г о р ю ч у ю ч а с т ь г а з о о б р а з н ы х т о п л и в

вх о д я т :

Углекислый газ СОг — газ без цвета, запаха и со слабым кис­ ловатым вкусом. Получается при полном сгорании углерода топлива, но сам не горит. Наличие углекислого газа свыше 10% в воздухе помещения может вызвать смерть от удушья.

Кислород Ог — газ без цвета, вкуса и запаха. Сам не горит, но поддерживает горение. Медленно соединяясь химически с то­ пливом, вызывает его гниение, при быстром соединении дает го­ рение, при мгновенном соединении — взрыв. Содержится в воз­ духе в количестве около 21% его объема.

Азот Ns — газ без цвета, вкуса и запаха; не горит и горения не поддерживает. Является основной частью воздуха, составляя около 79% его объема.

Негорючую часть горючих газов принято называть балла­ стом. Попятно, что качество горючих газов будет тем ниже, чем больше будет содержаться в них балласта.

Горючие газы, в зависимости от их состава, выделяют при сгорании определенное количество тепла. Количество тепла,

и давлении в 760 мм рт. ст.).

Теплотворная способность газообразных топлив может быть

керса, КЛГ-1, КАП-1 и других. Принцип работы калориметров основаи на том, что в них производится сжигание точно замерен­ ных объемов газа, выделяющееся тепло которых передается про­ текающей воде. Замеряя количество воды й повышение ее темпе-

ратуры, определяют количество выделенного тепла и теплотвор­ ную способность газа.

Различают высшую и низшую теплотворную способность, топлива. Дело в том, что одним из продуктов полного сгорания любого топлива являются водяные пары. Если мы будем сжигать, газ в закрытых сосудах, например, в калориметрах, при помощи которых определяется теплотворная способность горючих газов,

на 1 кг паров). В этом случае топливо выделит количество тепла,, соответствующее его высшей теплотворной способности. На прак­ тике при сжигании топлива в топках количество тепла, получеиноеот него, будет меньше на количество тепла, имеющееся в водя­ ных парах, которые, уходя в дымовую трубу обычно при темпе­

плива различна и зависит от состава и величины их горючей it негорючей частей.

Состав и теплотворная способность горючих газов, а также их удельный вес и предел взрываемости, о которых будет сказано, ниже, приводятся в табл. 1.

Удельный вес горючих газов

Удельным весом горючих газов принято называть вес одногокубического метра газа в килограммах, взятого при температуре- 0° и давлении в 760 мм рт. ст. (нм31кг). Из таблицы следует, чторазличные газообразные топлива имеют и различный вес. Так, например, 1 нм3коксового газа весит 0,5 кг, а 1 нм3генераторногопаровоздушного газа — 1,2 кг. Это объясняется не только тем, что различные газообразные топлива отличаются дрз^г от друга, своим составом, но и различным весом составляющих их газов. Водород, например, является самым легким газом, азот тяжелееего в 7 раз, кислород и метан в 8 раз, окись углерода в 14 раз,,

рого весит 1,29 кг. Отсюда следует, что в помещении, в которое проник горючий газ, он будет стремиться вверх, так как плот­ ность его будет меньше плотности воздуха. Указанный выше, удельный вес газа называют иногда а б с о л ю т н ы м удельным^ весом, в отличие от о т н о с и т е л ь н о г о удельного веса!

34 Глава II

чем больше диапазон пределов взрываемости газов и чем меньше его нижний предел, тем вероятнее возможность образования ус­ ловий для его взрыва.

Смесь горючих газов с воздухом, не опасная в отношении взрыва, может оказаться опасной в отношении отравления, если в газе имеется окись углерода СО. Отсюда следует, что, обслужи­ вая газовую установку, нужно постоянно следить за плотностью газопроводов и их арматуры и не допускать таких действий, которые могли бы привести к образованию взрывоопасных сме­ сей в топках и дымоходах котлов н печей и в помещении установок. Как видно нз табл. 1, для образования взрывоопасных смесей в большинстве случаев достаточна примесь газа к воздуху в ко­ личестве всего от 4 до 6%. Взрывоопасные смеси принято назы­ вать г р е м у ч и м п.

Токсичность горючих газов

Токсичностью газов называется их способность при воздей­ ствии на организм человека или животных вызывать отравление, которое в некоторых случаях может привести к тяжелому заболе* вагшю и смерти.

Наибольшей токсичностью обладают искусственные горючие газы, получаемые из твердого топлива путем сухой перегонки и газификации, так как они содержат значительное количество окиси углерода (угарного газа), являющегося сильным ядом, вызывающим кислородное голодание. Содержание окиси угле­ рода в воздухе помещений в количестве 1 % способно привести к смерти через 1—2 минуты.

По санитарным нормам наибольшее количество окиси угле­ рода в воздухе рабочей зоны допускается в размере 0,03 мг/л (миллиграмма на литр), а в воздухе помещений коммунально-быто­ вого потребления газа — 0,002 мг/л, т. е. в 15 раз меньше (кухни, парикмахерские и т. п.).

Кроме окиси углерода, являющейся составной частью искус­ ственных газов, токсичность газообразных топлив зависит еще от содержания в них вредных примесей, какими являются серо­ водород, аммиак, цианистый водород и сероуглерод. Ввиду осо­ бой вредности этих примесей газообразные топлива, подаваемые в городские газовые сети, должны быть от них очищены.

Сероводород содержится в большинстве искусственных и в не­ которых природных горючих газах. Он бесцветен и имеет резкий запах, напоминающий запах тухлого яйца. Сероводород тяже­ лее воздуха, его удельный вес равен 1,5 кг/нм3; при его сгорании образуются вода и сернистый газ, тоже являющийся ядовитым газом. Сероводород очень сильный яд, поражающий нервную систе­ му и быстро приводящий к остановке дыхания или параличу

36 Глава I I

подаваемое в городские газовые сеты, должно удовлетворять следующим основным требованиям.

1. Облагать постоянством состава н теплотворной способ­ ностью, которая должна быть не менее 3000—4000 ктл/н.и3(выс­ шая). Использование газов с низкой теплотворной способностью требует больших затрат на сооружение газовых сетей, а сжигание нх является менее выгодным и эффективным.

2. Содержать возможно меньшее количество вредных приме­ сей как ядовитых, о которых было сказано выше, так и неядо­ витых, состоящих из смол, нафталина, водяных паров. Смолы, пыль и особенно нафталин могут образовывать в газопроводе скопления и пробки, образующиеся обычно в поворотах, перехо­ дах труб с одного диаметра на другой, тройниках, крестовинах, местах соединения труб и установок арматуры.

3. Иметь содержание кислорода не более 1%. Кислород спо­ собен очень активно разъедать металлы газопроводов и их обору­ дования, особенно в присутствии влаги. Наличие повышенного количества кислорода в горючем газе может оказаться причиной

Очистка от взвешенных частиц влаги и песка производится на промысловых пунктах очистки и замера газа при помощи центро­ бежных сепараторов, пз которых он поступает в сборный коллек­ тор головных сооружений промысла.

Из коллектора газ поступает в комбинированную абсорбцион­ ную установку, в которой он очищается от сероводорода и углекислого газа, а также от влаги, которая еще может быть в газе в виде взвешенных частиц и паров.

Особенно хорошо должен быть осушен газ, поступающий в ма­

нормальную работу. Гидратные пробки способны оставаться твер­ дыми даже при температуре в -{-30°, если находятся под высоким давлением газа.

Очистка искусственных газов. Очистка искусственных горю­ чих газов от примесей производится на газовых заводах сразу по выходе из камер печей. Очистка начинается с охлаждения газов при помощи воды в сборных коллекторах (барильетах) и затем

в холодильниках до 25—30° С. При этом происходит выделение смолы, а также и конденсированной влаги. Содержание смолы и пыли в очищенном газе должно быть ничтожно — следы. Из холодильников газ нагнетается в очистительные башни — скруб­ беры, где происходит удаление из газа аммиака путем промывки его водой, стекающей вниз по специальной деревянной насадке.

Очищенный от аммиака газ поступает далее в нафталиновые скрубберы, в которых из газа улавливается нафталин при помощи минерального масла, поглощающего его.

Еще более эффективна очистка газа от нафталина при помощи холодильных установок (вымораживание нафталина). Иногда газ после освобождения от нафталина направляется в электрофильтры, где при помощи создаваемого электрического поля улавливаются остатки смолы и масла. Содержание нафталина в очищенном газе допускается зимой до 5 г, а летом до 10 г на 100 м 3. После электро­ фильтров газ поступает на сероочистку, где происходит улавли­ вание сероводорода путем промывки его в скрубберах мышья­ ковисто-содовым раствором и пропусканием газа через слой бо­ лотной руды в башпях очистки. Цианистый водород и сероуглерод также улавливаются в процессе сероочистки и очистки газов от аммиака.

В последнее время применяется также очистка горючих газов от углекислого газа, являющегося, как сказано было ранее, бал­ ластной частью топлива. Углекислый газ обладает способностью хорошо растворяться в воде, особенно при высоком давлении и низкой температуре. На этом п основано удаление углекислоты. После очистки газа от углекислоты или после сероочистки (если очистка от углекислоты на производится) горючие газы подвер­ гаются осушке, так как они содержат еще много влаги в виде па­ ров, капель и туманообразной воды.

Одоризация горючих газов

Все горючие газы бесцветны (т. е. невидимы) и большей частью не имеют собственного запаха или имеют очень слабый запах. Следовательно, в случае проникновения их из газопроводов в по­ мещение через возникшие неплотности или от неправильных действий обслуживающего газовую установку персонала в поме­ щении может образоваться газовоздушная взрывная смесь, кото­ рая останется незамеченной до тех пор, пока не произойдет отравление людей или взрыв газа.

Для того чтобы проникновение газа в помещение было свое­ временно обнаружено и принятыми мерами безопасности угроза отравления или взрыва предотвращена, горючие газы, направляе­ мые в городские газовые сети, подвергают о д о р и з а ц и и ,

т. е. им придают резкий специфический запах, по которому легко обнаружить их присутствие в воздухе помещения.

Одоризация газов производится после их очистки и осушки перед поступлением в магистральный газопровод или городскую газовую сеть в специальных одорпзацноиных установках при помощи одорантов, т. е. жидкостей, обладающих сильным особым запахом, пары которых, растворяясь в горючих газах, придают им необходимый запах. Наиболее распространенным одорантом является жидкость этилмеркаптан, представляющая собой эти­ ловый спирт, в котором атом кислорода заменен атомом серы

C2H5SI-].

. Одоризация нетоксичных газов считается эффективной, если наличие горючего газа в воздухе может быть обнаружено при концентрации его, равной одной пятой от нижнего предела взры­ ваемости газа. Это значит, что одоризация, например, природного газа, имеющего нижний предел взрываемости, равный 5%, будет достаточной, если запах его будет хорошо ощутим в воздухе помещения при концентрации газа в нем в 1 %. Для токсичных газов запах должен в результате одоризации легко распознаваться.

Согласно правилам Государственной газовой технической инс­ пекции МНП СССР, утв. 12/IX 1951 г., количество этилмеркаптана, добавленного к горючим газам, должно быть 16 г на 1000 им3 природного газа.

Горючие газы как топливо

Ценность каждого топлива определяется его теплотворной способностью, или калорийностью. Сравнивая теплотворную спо­ собность газообразных топлив с другими видами топлива, мы видим, что преимущество иа стороне газообразных топлив. Так, папример, дрова и торф имеют низшую теплотворную способ­ ность до 3200 ккал. Лучшие каменные угли — до 7300 ккал/кг, а нефть — 10 000 ккал/кг. Коксовый же газ дает тепла 4300 ккал

с 1 кг 10 600 ккал. Таким образом, калорийность этого газа выше калорийности нефти. «Попутные» природные газы нефтяных ме­ сторождений имеют еще большую теплотворную способность, до­ ходящую до 15 000 ккал/нм3. Следовательно, газообразное топливо