Газообразное топливо

Газообразное топливо состоит из механической смеси горючих и негорючих газов с небольшой примесью водяных паров, смолы и пыли. К естественным газам относятся природный и попутный газ, выделяющийся при извлечении нефти на поверхность. Искусственные горючие газы являются топливом местного значения. К ним относятся генераторный, коксовый и доменный газы. Генераторный газ получают путем неполного сжигания твердого топлива. Коксовый и доменный газы являются отходами коксовых и доменных печей.

В промышленных парогенераторах и водогрейных котлах главным образом используются природные и попутные газы. Природные и попутные газы представляют собой смеси углеводородов метанового ряда и балластных негорючих газов. В природных газах значительно больше метана, чем в попутных. Содержание метана в некоторых природных газах доходит до 98 %. Попутные газы содержат меньше метана, но больше высокомолекулярных углеводородов. Углеводороды метанового ряда обычно называют предельными, в них использованы все четыре валентности углерода. Они имеют общую эмпирическую формулу СnН2n+2. Основными представителями предельных углеводородов являются: метан (СН4), этан (С2Н6), пропан (С3Н8), бутан (С4Н8), пентан (C5H12) и т. д. При нормальных условиях (давление 101,08 кПа и температура 0 °С) первые члены ряда до бутана включительно представляют собой газы, не имеющие цвета и запаха, а последующие - жидкости.

Весьма важными свойствами газообразного топлива, влияющими на условия его использования, являются токсичность и взрываемость. Искусственные газы токсичны вследствие содержания в них оксида углерода (СО). Природные и попутные газы нетоксичны, однако высокомолекулярные предельные углеводороды при заметных концентрациях обладают наркотическими свойствами. Так, например, содержание в воздухе 10 % пропана или бутана вызывает при вдыхании головокружение.

В природных газах Среднего Поволжья, Башкирии и некоторых других нередко содержится сероводород (H2S). По своему действию на человека сероводород является сильным ядом, поражающим нервную систему. Он агрессивно действует также на металлы. Допустимая концентрация сероводорода в газе, поступающем в городские сети, не более 2 г на 100 м3.

Газ вместе с воздухом, при определенных концентрациях образует взрывные смеси, т. е. такие, которые способны воспламеняться при зажигании. Взрываемость газовоздушных смесей характеризуют нижним и верхним пределом воспламенения или взрываемости. Нижним пределом взрываемости называется минимальная концентрация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно ее воспламенение. Верхним пределом взрываемости называется максимальная концентрация газа в газовоздушной смеси, при которой возможно ее воспламенение. Таким образом, воспламенение газа возможно только в определенных границах содержания его в воздухе. С точки зрения взрываемости более опасными следует считать те горючие газы, которые имеют самый низкий предел взрываемости или самый широкий диапазон пределов взрываемости. В табл. 2-5 приведены температуры воспламенения и пределы взрываемости отдельных горючих газов.

Газообразное топливо по составу задается в процентах по объему, и все расчеты относятся к кубическому метру сухого газа при нормальных условиях (101,08 кПа и 0 °С). Содержание примесей (водяных паров, смолы, пыли) выражается в г/м3 сухого газа.

Теплота сгорания газообразного топлива принимается по данным калориметрических определений. При отсутствии таких данных теплота сгорания газа при нормальных условиях подсчитывается (МДж/м3) по формуле

где QHS, Qco и т. д. теплота сгорания отдельных газов, входящих в состав газообразного топлива (определяется по данным табл. 2-6).

При содержании в топливе до 3 % непредельных углеводородов вида CnH2n их считают состоящими только из этилена С2Н4.