Газообразное топливо обладает рядом важных преимуществ перед другими видами топлива. При сжигании газа не образуется золы. Газ можно сжечь без образования дыма, сажи и других продуктов неполного сгорания. Газ сравнительно легко можно очистить от сернистых соединений и обеспечить квалифицированных потребителей бессернистым топливом, при сжигании ко­торого не образуется Э02 и ЭО 3. Городской и внутризаводской транспорт газа значительно удобнее и дешевле, чем твердого и жидкого топлива. Газ с малым содержанием балласта легко зажигается. При работе на газе значительно об­легчается запуск и обслуживание топливоиспользующих установок.

Впервые горючий (искусственный) газ начали производить из твердого топлива преимущественно из каменных углей. Искусственный газ обходится значительно дороже исходного твердого топлива. К тому же производство га­за связано со значительными капиталовложениями. Поэтому искусственный газ использовался в сравнительно ограниченных пределах в качестве топлива для бытовых потребителей и технологических печей.

Значительное применение в промышленности, преимущественно металлур­гической, нашли искусственные газы, получаемые в качестве побочного про­дукта при производстве кокса (коксовый газ) и чугуна (доменный газ).

Доля газа в топливном балансе коренным образом изменилась с открытием крупных месторождений природного газа и развитием нефтяной промышлен­ности, обусловившим появление углеводородных газов: природного, попут­ного нефтепромыслового, нефтезаводских, сжиженных и других.

В 1900 г. доля естественного, т. е. природного, и попутного нефтепромысло­вого газов в мировом топливном балансе составляла менее 1%, в 1913 г.,

Предшествовавшем первой мировой войне, —менее 1,5%, в 1938 г., перед второй мировой войной, — 4,8%, а за последние тридцать лет она возросла более чем в три с половиной раза и достигла 17%.

Прогнозируется, что к 1985 г. доля природного газа в мировом топливно — энергетическом балансе составит 25%.

В настоящее время в СССР и ряде зарубежных стран газ широко исполь­зуется в промышленности и является одним из основных видов топлива.

Важно отметить, что наряду с достоинствами газообразное топливо обладает также рядом существенных недостатков.

1. Природный и большинство искусственных газов сгорают с образова­нием малосветящегося факела. Поэтому передача тепла излучением от факела горящего газа оказывается незначительной, гораздо меньшей, чем от факела жидкого или твердого топлива.

2. Неполноту сгорания газа визуально трудно установить. Поэтому при отсутствии должного контроля сжигание газа может сопровождаться боль­шими потерями тепла вследствие химической неполноты сгорания.

3. Хранение газа в стальных газгольдерах требует весьма крупных ме — талловложений, и поэтому такие хранилища строятся с расчетом обеспечи­вать покрытия лишь суточной неравномерности в потреблении газа. Это обу­словливает необходимость в применении резервного топлива и переводе ча­сти промышленных потребителей в зимние месяцы, когда потребность в тепле возрастает, с газообразного топлива на жидкое и твердое.

4. Некоторые виды газообразного топлива содержат значительное коли­чество токсичной окиси углерода. В случае утечки такого газа в результате неплотности коммуникаций или погасания горелок возможны тяжелые от­равления людей.

5. Газовоздушные смеси весьма взрывоопасны. Проникновение газа в не­работающие топки и утечка газа из газопроводов могут привести к серьезным авариям.

Прогрессивные методы использования газа, разработанные и широко внед­ренные в технику, позволяют ликвидировать или уменьшить влияние пере­численных недостатков газообразного топлива и значительно повысить эффек­тивность его использования.

1. Малая светимость факела газа перекрывается излучением раскален­ных огнеупоров при сжигании газа по методам беспламенного горения.

На рис. 24 показана излучающая беспламенная горелка, сконструирован­ная и испытанная в Энергетическом институте им. Г. М. Кржижановского.

Газ поступает в горелку по трубе 1, а воздух по трубе 2 в смеситель 3. Из смесителя Разовоздушная смесь поступает в камеру 4 и распределяется по тун­нелям камеры огнеупорного блока 5 со скоростью, превышающей скорость воспламенения, после чего поступает в каналы между огнеупорными Насад­ками 6. Процесс горения осуществляется вблизи от поверхности огнеупор­ных насадок 6 и вставок 7. Длина рабочей части горелки 360 мм, ширина 100 мм, площадь 0,036 м2. Тепловое напряжение поверхности нагрева состав­ляет около 2 300 000 ккал/м2 ■ час. Горелка работает нормально при размещении над ней на расстоянии около 100 мм охлаждаемого водой экрана.

На рис. 25 изображена беспламенная панельная горелка конструкции Гипронефтемаш.

Газ поступает в горелку по трубе.7 через сопло 2с, о скоростью 200—400 м/сек и инжектирует воздух из атмосферы. При пуске установки количество под­сасываемого воздуха регулируют заслонкой И. Образующаяся газовоздушная смесь поступает по инжектору 4 в металлическую распределительную каме­ру 5, проходит затем по ниппелям 6 диаметром 4-—8 мм и поступает в керами­ческие ТуННелИ 7 Диаметром 20 мм, в которых осущсстпляется сжигание га-

Зовоздушной смеси. Металлическая распределительная камера 5 теплоизо­лирована слоем диатомовой крошки S от керамических призм У, образующих огнеупорные туннели 7.

Размеры излучающей поверхности горелок 500 500 или 605 605 мм.

Толщина горелки 230 мм. Число туннелей в одной горелке от 100 до 365.

На рис. 26 показана трубчатая печь со стенами, смонтированными из бес­пламенных панельных горелок. Печь предназначена для нефтеперерабатыва­ющей и химической промышленности. Теплопроизводнтельность печи 12 млн. ккал/час. На расстоянии от 600 до 1200 мм от излучающих стен ■! размещены тепловоспринимающие трубы экрана двухсветного облучения 2, по которым

Движется нагреваемый нефтепродукт.

Тепловой баланс налаженных должным образом трубчатых печей беспла­менного горения характеризуется следующими показателями (в %):

TOC o "1-5" h z Тепло, использованное в установке 84

Потери тепла с уходящими газами 14

Потери тепла вследствие неполноты сгорания 0

Потери тецла в окружающую среду…………………………………………..

Л і_ т 7

Разрез Ш~1¥ V Ш

Ф <!>—<!> <з> ф «з> ф-

Рис. 25. Беспламенная панельная горелка Гинронефтемаша а — внешний вид;

Б — схематически разрез;

1 — труба для подачи газа;

2 — сопло;

3 — заслонка;

4

— инжектор;

5 — распределительная камера;

6 — ниппель;

7 — туннель;

8 — теплоизоляция;

9 — керамические призмы

Рис. 26. Трубчатая печь

Со стенами, смонтированными

Из панельных беспламенных горелок

1 — топка печи;

2 ~ радиационные трубы;

3 — излучаюшая стена из па­

Нельных беспламенных горелок;

4 — газовый коллектор к ря­

Ду горелок;

5 — центральный газовый

Коллектор;

— пароперегреватель котдци утилизатора;

7 — котел-утилизатор;

8 — дымовая труба;

9 — конвективный пучок пе­

Чи;

10 Потолочный экран топки

Из 84% тепла, использованного в печи, около 72% передается путем излу­чения от раскаленных стен и 12 % путем конвекции.

2. Полнота сгорания газа обеспечивается путем применения автоматики, поддерживающей заданное соотношение газа и воздуха.

Постоянство соотношения газа и воздуха достигается при использовании горелок полного предварительного смешения, обладающих авторегулировкой, т. е. сохраняющих оптимальное соотношение газа и воздуха при изменении в определенных пределах нагрузки горелок.

Для контроля полноты сгорания газа созданы хроматографические при­боры, позволяющие точно фиксировать содержание в продуктах сгорания горючих компонентов.

3. Неравномерность в потреблении газа компенсируется созданием мощ­ных подземных газохранилищ, позволяющих обеспечить круглогодичное ■снабжение газом потребителей, перевод которых на резервное топливо явля­ется затруднительным.

Сооружение подземных газохранилищ и кольцевание газопроводов обес­печивают бесперебойное питание газом городов и ряда промышленных пред­приятий и позволяют широко применять в промышленности прогрессивные типы газовых топок и печей, не осложняя конструкцию оборудования требо­ваниями, связанными с возможностью работы на резервных видах топлива.

4. Опасность отравления при использовании газообразного топлива резко уменьшилась благодаря тому, что природные и другие углеводородные газы, доминирующие в современном газовом балансе страны, не содержат токсич­ной окиси углерода.

5. Для предотвращения взрывов при использовании газа отработаны пра­вила безопасного пуска, останова и эксплуатации топок и печей и созданы приборы, сигнализирующие о проникновении газа в помещение.

Отдельные виды газообразного топлива сильно различаются по своим свойствам и теплотехническим характеристикам. Так, теплота сгорания 1 нм3 нефтепромыслового газа превосходит примерно в 15 раз теплоту сгорания до­менного газа. Водяной, генераторный и доменный газы в отличие от природ­ного газа характеризуются крайней токсичностью. Нормальная скорость рас­пространения пламени коксового газа в несколько раз выше, чем природного.

Различия в физико-химических и теплотехнических характеристиках га­зообразного топлива обусловлены:

1) неодинаковым составом горючих компонентов;

2) наличием в газе негорючих балластирующих газ компонентов;

3) содержанием в газе вредных примесей.