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; 

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.