Теплофизические характеристики и свойства газов

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)

Хими­ческая

Молярная масса М,

Плотность

Объемные концентра­

Наименование газа

Абсолютная

Относительная

Ционные пределы воспламенения газа в смеси с воздухом, %

Формула

Кг/кмоль

Рг, кг/м3

Рота

Горючие газы

Метан

СНІ

16,043

0,717

0,555

5,3…14,0

Этан

C2H6

30,070

1,355

1,048

3,2… 12,5

Пропан

С3н8

44,096

2,011

1,555

2,4…9,5

Бутан

С4н10

58,123

2,708

2,094

1,9…8,4

Пентан

С5Н12

72,150

3,454

2,671

1,4…7,8

Гексан

С6Н,4

86,176

3,848

2,976

Гептан

С7Н16

100,203

4,474

3,460

Этилен

С2Н4

28,054

1,261

0,975

3,0…29,0

Пропилен

СзН^

42,080

1,913

1,480

2,0…11,1

Бутилен

С4Н8

56,108

2,597

2,008

1,7…9,0

Бензол

СсНй

78,110

3,485

2,695

Водород

Н2

2,016

0,089

0,069

4,1…74,2

Оксид углерода

Со

28,010

1,250

0,967

12,5. ..74,2

Сероводород

H2S

34,082

1,536

1,188

4,0…45,0

Негорючие газы

Диоксид углерода

Со2

44,011

1,977

1,529

Диоксид серы

So2

64,066

2,926

2,262

Азот

N2

28,013

1,250

0,967

Кислород

О2

32,000

1,429

1,105

Воздух атмосфери.

28,960

1,293

1,000

Г —

Водяной пар

Н20

18,020

0,833

0,644

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)

Наименование газа

Коэффициент вязкости

Коэффициент теплопроводности ЫО3, Вт/(м-К)

Коэффициент Сезерленда С, К

Динамический р-106, Па-с

Кинематический v-106, м2/с

Горючие газы

Метан

10,55

14,71

30,4

198

Этан

8,77

6,45

18,8

287

Пропан

7,65

3,82

15,2

324

Бутан

6,97

2,55

13,3

349

Пропилен

7,82

4,11

14,0

322

Бутилен

7,78

3,12

329

Водород

8,35

93,8

169

83

Оксид углерода

16,93

13,55

23,3

102

Сероводород

11,82

7,68

331

Негорючие газы

Диоксид углерода

14,09

7,10

14,7

255

Азот

16,93

13,55

23,9

107

Кислород

19,58

13,73

24,4

138

Воздух атмосферный

17,53

13,56

24,2

122

Водяной пар при 100 °С

8,70

14,80

23,72

673

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:

Комментирование и размещение ссылок запрещено.

Комментарии закрыты.


gazogenerator.com