Теплота сгорания. Низшая теплота сго­рания сухого газообразного топлива Qf ко­леблется в широких пределах от 4 до 47 МДж/м3 и зависит от его состава — соот­ношения и качества горючих и негорючих

Компонентов. Наименьшее значение Qf у доменного газа, средний состав которого примерно на 30 % состоит из горючих газов (в основном оксида углерода СО) и примерно на 60 % из негорючего азота N2. Наибольшее

Значение Qf у попутных газов, состав кото­рых отличается повышенным содержанием тяжелых углеводородов. Теплота сгорания природных газов колеблется в узком диапазо­не Qf = 35,5…37,5 МДж/м3.

Низшая теплота сгорания отдельных га­зов, входящих в состав газообразных топлив, приведена в табл. 3.2. О методах определения теплоты сгорания газообразного топлива см. раздел 3.

Плотность. Различают абсолютную и от­носительную плотность газов.

Абсолютная плотность газа рг, кг/м3, — это масса газа, приходящаяся на 1 м3 зани­маемого этим газом объема. При подсчете плотности отдельного газа объем его киломо — ля принимают равным 22,41 м3 (как для иде­ального газа).

Относительная плотность газа Ротн пред­ставляет собой отношение абсолютной плот­ности газа при нормальных условиях и анало­гичной плотности воздуха:

Ротн = Рг / Рв = Рг / 1,293, (6.1)

Где рг, рЕ — соответственно абсолютная плот­ность газа и воздуха при нормальных услови­ях, кг/м3. Относительную плотность газов обычно используют для сопоставления раз­личных газов между собой.

Значения абсолютной и относительной плотности простых газов приведены в табл. 6.1.

Плотность газовой смеси pjM, кг/м3, опре­деляется на основе правила аддитивности, согласно которому свойства газов суммиру­ются соответственно их объемной доле в сме­си:

Рем = Е(Ху /Ю0)(рг)у., (6.2)

7=1

Где Xj — объемное содержание 7-го газа в топливе, %; (рг ) ; — плотность j-го газа, вхо­дящего в состав топлива, кг/м3; п— число отдельных газов в топливе.

Значения плотности газообразных топлив приведены в табл. П.5.

Плотность газов р, кг/м3, в зависимости от температуры и давления можно подсчитать по формуле

Piо

Р=Ро^, (6.3)

Где р0 — плотность газа при нормальных ус­ловиях (Т0 = 273 К и р0 = 101,3 кПа), кг/м3; р и Т— соответственно действительное давле­ние, кПа, и абсолютная температура газа, К.

Практически все виды газообразного топ­лива легче воздуха, поэтому при утечке газ скапливается под перекрытиями. В целях безопасности перед пуском котла обязательно проверяют отсутствие газа в наиболее вероят­ных местах его скопления.

Вязкость газов увеличивается с повыше­нием температуры. Значения коэффициента динамической вязкости р, Па-с, можно под­считать по эмпирическому уравнению Сезер — ленда

Tb+cfrf2

, (6-4)

1 V/o

Таблица 6.1

Характеристики компонентов газового топлива (при t — О °С чр = 101,3 кПа)

Где р0— коэффициент динамической вязко­сти газа при нормальных условиях (Г0 = 273 К и р0 — 101,3 кПа), Па-с; Т — абсолютная тем­пература газа, К; С — коэффициент, завися­щий от вида газа, К, принимается по табл. 6.2.

Для смеси газов коэффициент динамиче­ской вязкости приближенно можно опреде­лить по значениям вязкости отдельных ком­понентов:

Р. — , ttejM

М

Где gj— массовая доля j-го газа в топливе, %; Цу— коэффициент динамической вязко­сти j-го компонента, Па-с; п — число отдель­ных газов в топливе.

В практике широко применяется коэффи­циент кинематической вязкости V, м2/с, кото­
рый связан с динамической вязкостью р через плотность р зависимостью

V = р/р. (6.6)

С учетом (6.4) и (6.6) коэффициент кине­матической вязкости v, м2/с, в зависимости от давления и температуры можно подсчитать по формуле

„_ ййіоМ*2, (И)

Р (Т+С){ц)

Где v0— коэффициент кинематической вяз­кости газа при нормальных условиях (Го = 273 К и р0= 101,3 кПа), м2/с; р и Г— соответственно действительное давление, кПа, и абсолютная температура газа, К; С — коэффициент, зависящий от вида газа, К, принимается по табл. 6.2.

Значения коэффициентов кинематической вязкости для газообразных топлив приведены в табл. П.9.

Таблица 6.2

Коэффициенты вязкости и теплопроводности компонентов газового топлива

(при t = 0 °С ир = 101,3 кПа)

Теплопроводность. Молекулярный пере­нос энергии в газах характеризуется коэффи­циентом теплопроводности ‘к, Вт/(м-К). Ко­эффициент теплопроводности обратно про­порционален давлению и увеличивается с по­вышением температуры. Значения коэффици­ента X можно подсчитать по формуле Сезерленда

КТо

Р (Т + С)

Где Х,0 — коэффициент теплопроводности газа при нормальных условиях (Г0 = 273 К и Ро = 101,3 кПа), Вт/(м-К); р и Т— соответст­венно действительное давление, кПа, и абсо­лютная температура газа, К; С — коэффици­ент, зависящий от вида газа, К, принимается по табл. 6.2.

Значения коэффициентов теплопроводно­сти для газообразных топлив приведены в табл. П.9.

Теплоемкость газообразного топлива отнесенная на 1 м3 сухого газа, зависит от его состава и в общем виде определяется как

4Л=0,01(СН2Н2+Ссос0 +

+ ССН4СН4 +сСо2сОг +- + сх. Х;), (6.9) где сН2,сС0,сСщ, сС02,…, сх. — теплоем­кости составляющих компонентов топлива, соответственно водорода, оксида углерода, метана, диоксида углерода и /-го компонента, кДж/(м3-К); Н2, СО, СН4, С02, …, Хг-—

Содержание компонентов в топливе, соответ­ственно водорода, оксида углерода, метана, диоксида углерода и z-ro компонента, %.

Теплоемкости горючих составляющих га­зообразного топлива приведены в табл. П.6, негорючих — в табл. П.7.

Теплоемкость влажного газообразного то­плива

Сггтл, кДж/(м3-К), определяется как

<тл = ctrn + 0,00124cHzq йтля, (6.10) где drTn— влагосодержание газообразного топлива,

Г/м3.

Взрываемость. Смесь горючего газа с воздухом в определенных пропорциях при наличии огня или даже искры может взо­рваться, т. е. происходит процесс его воспла­менения и сгорания со скоростью, близкой к скорости распространения звука. Взрыво­опасные концентрации горючего газа в возду­хе зависят от химического состава и свойств газа. Объемные концентрационные пределы воспламенения для отдельных горючих газов в смеси с воздухом приведены ранее в табл. 6.1. Наиболее широкими пределами воспламенения обладают водород (4.. .74% по объему) и оксид углерода (12,5…74 %). Для природного газа усредненные нижний и верхний пределы воспламенения составляют по объему соответственно 4,5 и 17 %; для коксового — 5,6 и 31 %; для доменного — 35 и 74 %.

Токсичность. Под токсичностью пони­мают способность газа вызывать отравление живых организмов. Степень токсичности за­висит от вида газа и его концентрации. Наи­более опасными в этом отношении компонен­тами газа являются оксид углерода СО и се­роводород H2S.

Токсичность газовых смесей в основном определяется концентрацией наиболее ток­сичного из присутствующих в смеси компо­нентов, при этом его вредное воздействие, как правило, заметно усиливается в присутствии других вредных газов.

Наличие и концентрацию в воздухе вред­ных газов можно определить специальным прибором — газоанализатором.

Почти все природные газы не имеют запа­ха. Для обнаружения утечки газа и принятия мер безопасности природный газ до поступ­ления в магистраль одорируют, т. е. насыща­ют веществом, имеющим резкий запах (на­пример, меркаптанами).

Теплота сгорания различных видов топли­ва колеблется в широких пределах. Для мазу­та, например, она составляет свыше 40 МДж/кг, а для доменного газа и некоторых марок горючего сланца — около 4 МДж/кг. Состав энергетических топлив также изменя­ется в широких пределах. Таким образом, од­ни и те же качественные характеристики в зависимости от вида и марки топлива могут резко отличаться между собой количественно.

Приведенные характеристики топлива. Для сопоставительного анализа в роли харак­теристик, обобщающих качество топлива, ис­пользуют приведенные характеристики топ­лива, %-кг/МДж, которые в общем виде рассчитывают по формуле

Где хг — показатель качества рабочего топ­лива, %; Q[ — удельная теплота сгорания (низшая), МДж/кг.

Так, например, для расчета приведенной

Влажности зольности серы S„p и

Азота N^p (для рабочего состояния топлива)

Формула (7.1) приобретает следующий вид, %-кг/МДж:

TOC o "1-3" h z KP=Kl GT; (7.2)

4ф=л7е[; (7.3)

Snp=S’/ Єї; (7.4)

N^p=N7 Q[. (7.5)

В качестве наглядного примера показа­тельно следующее сопоставление при условии сжигания различных топлив в котлах одина­ковой тепловой мощности. Так, сравнение приведенной влажности подмосковного угля

Марки 2Б (WЈp = 3,72 %-кг/МДж) и назаров-

Ского угля 2Б (W^p = 3,04 %-кг/МДж) показы­вает, что в первом случае количество влаги, внесенной в топку котла с топливом, будет примерно в 1,2 раза больше, чем во втором, несмотря на то, что рабочая влажность у под­московного угля (W[ = 31 %) меньше, чем у

Назаровского угля ( Wf= 39 %).

Условное топливо. В энергетике для сравнения эффективности использования топ­лива в различных котельных установках, для планирования добычи и потребления топлива в экономических расчетах введено понятие условного топлива. В качестве условного топ­лива принято такое топливо, удельная теплота сгорания (низшая) которого в рабочем со­стоянии равна Qy T = 29300 кДж/кг (или

7000 ккал/кг).

Для каждого натурального топлива имеет­ся так называемый безразмерный тепловой эквивалент Э, который может быть больше или меньше единицы: