Газообразное топливо

<1 2 345 6 7 >

Наилучшим видом топлива для использования в печах является газообразное, обладающее в сравнении с твердыми и жидкими видами топлив следующими преимуществами:

· простота регулирования процесса горения при малом коэффициенте избытка воздуха;

· возможность подогрева топлива и воздуха перед сгоранием до высоких температур;

· исключение застывания топлива в подводящих коммуникациях и др.

Чаще всего в качестве топлива используется природный газ, состоящий главным образом из метана. В некоторых случаях в печах используются отходящие газы конкретных технологических процессов (например, сухие газы нефтепереработки). Состав этих газов существенно зависит от вида конкретного технологического процесса. Сжиженные газы (пропан, бутан) используются существенно реже и только в экономически обоснованных случаях.

Основные формулы, используемые при расчете процесса горения газообразного топлива, а также теплотехнические характеристики некоторых газов [1] приведены в табл. 3 ¸7.

Табл. 3

Основные расчетные формулы, применяемые при расчете процесса горения газообразного топлива

Определяемая величина	Формулы (номер формулы) (расшифровка входящих величин)
Теплота сгорания сухого газа, высшая, кДж/м³	(3.1)
Теплота сгорания сухого газа, низшая, кДж/м³	(3.2)
Соотношения между высшей и низшей теплотами сгорания	(3.3)
Здесь:	, , и т. д. – объемные доли компонентов, входящих в смесь газов, %
Теплота сгорания влажного газа низшая при давлении и температуре, отличных от нормальных, кДж/м³	(3.4)
Здесь:	– теплота сгорания низшая, кДж/м³; – давление насыщенного пара, Па; – относительная влажность; – абсолютная температура, равная 273 К
Количество воздуха теоретически необходимого для сгорания, м³/м³	(3.5)
Объем продуктов сгорания газа при теоретическом количестве воздуха, м³/м³	(3.6)
Здесь:	; ; – объемы отдельных компонентов в продуктах сгорания 1 м³ горючего газа, м³
Объем углекислого газа в продуктах сгорания газа, м³/м³	(3.7)
Объем водяных паров в продуктах сгорания газа, м³/м³	(3.8)
Здесь:	и - влажность горючего газа и воздуха, г/м³
Объем азота в продуктах сгорания газа, м³/м³	(3.9)
Средняя объемная теплоемкость смеси газов, кДж/(м³ ^оС)	(3.10)
Здесь:	, , … – содержание отдельных горючих компонентов газовой смеси, объемн. %; , , … – средняя объемная теплоемкость отдельных компонентов смеси, кДж/(м³ ^оС
Пределы воспламенения смеси газов, верхний и нижний (приближенно, при незначительном содержании балластных примесей), объемн.% газовоздушной смеси	(3.11)
Здесь:	, … – содержание отдельных горючих компонентов газовой смеси, объемн. %; , … – содержание отдельных горючих компонентов газовой смеси соответственно при верхнем или нижнем пределах воспламенения, объемн. %
Максимальная скорость распространения пламени горючей газовой смеси, м/с	(3.12)
Здесь:	– содержание горючего газа в смеси, дающей максимальную скорость распространения пламени, объемн. %; , , – максимальная скорость распространения пламени отдельных газов, м/с; , … – содержание отдельных газов в смеси, дающее .

Табл. 4

Составы и теплотехнические характеристики природных газов некоторых месторождений

Наименование месторождения	Состав сухого газа*, объемн. %	Q_Н, кДж/м³	Плотность, кг/м³
N₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₄H₁₀	C_mH_n	CO₂

Газовые месторождения
Аргединское	3,10	95,50	1,00	0,20	0,10	-	0,10	35 164	0,78
Газлинское	0,13	98,07	1,60	0,03	0,05	0,05	0,12	36 182	0,73
Дашавское	1,03	98,03	0,30	0,12	0,15	0,15	0,10	35 659	0,73
Елшанское	3,3	94,00	1,20	0,70	0,40	0,20	0,20	35 550	0,73
Ставропольское	0,7	98,7	0,30	0,12	0,06	0,06	0,12	35 550	0,73
Песчано-Уметское	3,0	94,10	0,60	0,30	0,20	0,70	1,10	35 621	0,78
Соколово-Горскоге	3,0	90,60	1,30	0,70	0,50	1,10	2,80	36 153	0,82
Саушинское	1,50	97,80	0,40	0,15	0,15	0,15	0,15	35 471	0,73
Линевское	3,1	91,80	3,0	1,00	0,40	0,50	0,20	36 940	0,79
Шебелинское	0,80	93,40	3,50	0,90	0,61	0,70	0,09	43 258

Продолжение табл. 4

Нефтяные месторождения
Азнефтедобычи	-	85,0	2,80	-	1,20	-	11,0	33 662	0,89
Грознефти	3,0	49,00	11,00	17,00	15,00	4,00	1,0	63 681	1,41
Дагестаннефти	4,00	75,00	6,80	6,00	6,00	0,20	2,0	44 254	1,00
Прикамнефти	30,00	51,00	6,00	8,00	4,00	0,30	0,7	34 562	1,11
Бугурусланнефти	12,0	71,70	7,00	4,00	3,00	1,50	0,8	40 026	0,98
Мухановского	5,2	42,7	20,0	19,5	9,5	-	0,2	61 325	1,29
Печной газ** (от фосфорных печей)	5,15	-	-	-	-	-	-	11 920	1,2
* Газы не содержат Н₂, СО и О₂. ** Газ содержит: Н₂ – 1,03% и СО – 92,7%

Табл. 5

Характеристика основных реакций, протекающих при горении газообразного топлива

Газ	Реакция	Тепловой эффект реак-ции при 0 ^оС, кДж/м³
Q_B	Q_Н
Водород	H₂+0,5O₂=H₂O	12 760	10 810
Окись углерода	CO+0,5O₂=CO₂	12 680	12 680
Метан	CH₄+2O₂=CO₂+2H₂O	39 792	35 741
Ацетилен	C₂H₂+2,5O₂=2CO₂+H₂O	58 052	58 052
Этилен	C₂H₄+3O₂=2CO₂+2H₂O	63 047	59 108
Этан	C₂H₆+3,5O₂=2CO₂+3H₂O	69 713	63 797
Пропан	C₃H₈+5O₂=3CO₂+4H₂O	99 219	91 321
Бутан	C₄H₁₀+6,5O₂=4CO₂+5H₂O	128 608	118 736
Сероводород	H₂S+1,5O₂=SO₂+H₂O	25 425	23 401

Табл. 6

Основные теплотехнические характеристики природных газов некоторых газовых и нефтяных месторождений

Газ	Теоретический расход воздуха для сжигания 1 м³ газа, м³/м³	Теоретический объем продуктов сгорания 1 м³ газа, м³/м³	Температура сгорания без учета влаги воздуха, ⁰С	Максимальное содержание СО₂ в сухих продуктах сгорания, объемн. %
Газовые месторождения:
Ставропольское	9,450	10,591		11,8
Елшанское	9,520	10,714		11,8
Дашавское	0,460	10,617		11,8
Газлинское	9,601	10,775		11,8
Шебелинское	11,430	12,773		11,8
Саушинское	9,420	10,365		11,8
Линевское	9,810	11,005		11,8
Нефтяные месторождения:
Туймазинское	12,300	13,895		13,2
Мухановское	16,100	17,600		13,2
Ромашкинское	15,600	17,100		13,2
Шугуровское	9,350	10,779		12,6
Печной газ	2,26	2,852		-

Табл. 7

Температура воспламенения и пределы взрываемости смесей различных газов с воздухом

Газ	Температура воспламенения, ⁰С	Предел взрываемости смесей при стандартных физических условиях, объемн. %	Предел взрываемости смесей при стандартных физических условиях, объемн. %	Присадка балластного газа, исключающая зажигание смеси, объемн. %
азота	углекислого газа
нижний	нижний	в газе	в воздухе	в газе	в воздухе
Водород	530 -590	4,0	4,0	94,3	75,0	91,1	61,0
Окись углерода	610 - 658	12,5	12,5	80,0	68,0	68,0	53,0
Метан	654 - 690	5,0	5,0	86,0	38,0	77,0	24,0
Этан	530 - 594	3,2	3,2	93,0	46,0	88,0	33,0
Пропан	530 - 588	2,4	2,4	93,7	43,0	89,0	30,0
Бутан	490 - 569	1,9	1,9	94,5	41,0	90,3	28,0
Этилен	540 - 550	2,8	2,8	94,0	50,0	90,5	41,0
Природный		4,5	4,5	-	-	-	-
Доменный		35,0	35,0	-	-	-	-
Коксовый	300 - 500	7,0	7,0	-	-	-	-
Сланцевый		6,1	6,1	-	-	-	-