Природный газ. Основные теплотехнические характеристики
Все самое важное здесь!
ПОДПИСКА PRO ПБ
Мобильное приложение "Пожарная безопасность"
youtube dzen youtube vk instagram rutube
Пожарный календарь

Природный газ. Основные теплотехнические характеристики

Дата актуализации статьи: 06.04.2022 16:21:00 06.04.2022
прослушать текст

Ранее мы уже рассказывали нашим читателям о составе природного газа, теперь пришло время поговорить о его основных теплотехнических характеристиках. Эти знания нам также будут весьма полезны для дальнейшего понимания взрывопожароопасности природного газа и о способах ее снижения.

Свойства природного газа зависят от его компонентного состава, который различается от месторождения к месторождению. По этой причине существует широкий разброс основных параметров газообразного топлива, добываемого в разных залежах.

Теплота сгорания природного газа

Основной теплотехнической характеристикой, интересующей потребителя топлива, является теплота сгорания. Это количество теплоты, выделяющееся при сжигании 1 кг твердого топлива или 1 м3 горючего газа. Для газообразного топлива измеряется в мегаджоулях на кубический метр (МДж/м3). На практике часто применяется другая единица измерения — килокалория на кубический метр (ккал/м3). Возможно определение теплоты сгорания горючих газов в мегаджоулях на килограмм (МДж/кг), что необходимо для сопоставления различных видов топлива: твердого, жидкого и газообразного.

   

Рис. 1. Низшая и высшая теплота сгорания природного газа

Источник: https://eco-kotly.ru/wp-content/uploads/b/2/6/b265ef32d6a26b09c862ddaceaf637f5.jpeg. 

Высшая и низшая теплота сгорания природного газа

При сжигании всех видов топлива, в составе компонентов которого содержится водород, в продуктах сгорания образуются пары воды. Если эти пары уйдут в атмосферу, они унесут часть тепла. Если вода сконденсируется в оборудовании, она отдаст это тепло.

Низшая теплота сгорания QН не учитывает теплоту конденсации водяных паров из продуктов сгорания. В качестве примера рассмотрим использование тепла в водонагревательном оборудовании (рис. 1 а). Коэффициент полезного действия современных не конденсационных газовых котлов, определенный по низшей теплоте сгорания, составляет около 91 %. Из выделившейся при горении газового топлива 100%-й теплоты 91 % переходит в полезное тепло, то есть поступает потребителю в виде нагретой воды. Потери тепла из-за излучения наружных поверхностей котла составляют 3 %, потери с дымовыми газами — 6 %. Химического недожога современные газогорелочные устройства не допускают. Если из 100 % тепла, полученных при сгорании газа, вычесть потери (3 + 6 = 9 %), то получается КПД, равный 91 %.

Высшая теплота сгорания QВ учитывает всю теплоту, выделяющуюся при сгорании топлива. У конденсационных котлов коэффициент полезного действия, если его определять по низшей теплоте сгорания, может достигать 107 %. Для человека, не прогуливавшего в школе физику, такое невозможно. Вечного двигателя не существует.

Но здесь надо разобраться в расчетах. Получение тепла при сгорании и конденсации паров воды в продуктах сгорания составляет 111 %, опять же по низшей теплоте сгорания. Это 100 %, полученных при горении, и 11 %, полученных при конденсации (рис.1 б). Потери на излучение в окружающую среду — 1 %, потери с дымовыми газами — 3 %. Уменьшение потерь на излучение достигается за счет лучшей тепловой изоляции котла. Уменьшение потерь с отходящими дымовыми газами — результат более низкой их температуры. Если из 111 % вычесть потери (1 + 3 = 4 %), то получается КПД, равный 107 %. КПД конденсационных котлов, рассчитанный по высшей теплоте сгорания, превышает 98 %.

Исторически сложилось так, что в России для практических расчетов используется низшая теплота сгорания. В некоторых странах (США, Великобритания) теплотехнические расчеты выполняют с учетом высшей теплоты сгорания.

Теплота сгорания углеводородных компонентов природного газа приведена в таблице 1.

Таблица 1

Компонент

Теплота сгорания, МДж/м3

Высшая

Низшая

Метан

39,82

35,88

Этан

70,31

64,36

Пропан

101,21

93,18

н-Бутан

133,80

123,57

u-Бутан

132,96

122,78

 Необходимо отметить, что наличие негорючих компонентов уменьшает теплотворную способность газового топлива. Например, в уренгойском газе содержится более 1 % азота и иных примесей, поэтому его низшая теплота сгорания — 34,95 МДж/м3. Особенно велико содержание негорючих компонентов в попутных нефтяных газах, где оно может составлять более четверти от общего объема. В соответствии с ГОСТ 5542-2014 «Газы горючие природные промышленного и коммунально-бытового назначения. Технические условия» низшая теплота сгорания природного газа при стандартных условиях должна быть не менее 31,8 МДж/м3.

Немного про конденсационные котлы

Создание энергосберегающих аппаратов является приоритетным направлением развития техники. Конденсационные котлы имеют более сложный теплообменник, позволяющий отобрать у продуктов сгорания больше тепла (рис. 2). В нем больше поверхностей теплообмена, расположенных в камере, где дымовые газы остывают до температуры точки росы. В конденсационных котлах используются горелки с принудительной подачей воздуха. Такие особенности приводят к усложнению конструкции и удорожанию аппарата.

Несмотря на высокий КПД, конденсационные котлы в России не находят широкого применения. Тому есть несколько причин. Во-первых, высокая стоимость, в разы превышающая цену обычных аппаратов. Конечно, увеличение коэффициента полезного действия позволяет экономить газ. Но стоимость газа в нашей стране невелика. Полученная экономия не позволяет в обозримом времени окупить приобретение газового аппарата. Вторая причина — относительно низкая температура теплоносителя на выходе котла, около 60 °С. При использовании конденсационных котлов требуются специальные отопительные системы. Приходится увеличивать количество отопительных приборов (радиаторов) либо применять более дорогие радиаторы с увеличенной площадью поверхности. Другое решение — система отопления типа «теплый пол».


Рис. 2. Принцип работы конденсационного котла

Источникhttps://prostroymaterialy.com/wp-content/uploads/2021/06/img_16226812587093-1.jpg.

Кроме того, при работе конденсационного котла образуется конденсат, который необходимо утилизировать. В котлах малой и средней мощности в час образуется 4–7 л конденсата с растворенными продуктами сгорания. Эта жидкость является опасным отходом: в канализацию ее можно сливать в случае, если она соотносится с общим объемом канализационного стока в отношении 1 к 25.

Число Воббе природного газа

Взаимозаменяемость горючих газов характеризуется числом Воббе — это отношение объемной теплоты сгорания газообразного топлива к корню квадратному из его относительной плотности. В свою очередь, относительная плотность — отношение плотности газа к плотности воздуха при стандартных условиях. Физический смысл этого показателя: при одинаковом давлении газы с одинаковым числом Воббе дадут равное количество теплоты. Число Воббе одновременно учитывает изменение состава газа и перепад давления на горелочном устройстве. Это позволяет использовать одни и те же горелки при переходе с одного газа на другой, не изменяя давление газа.

Измеряется число Воббе так же, как и теплота сгорания — в мегаджоулях на кубический метр (МДж/м3). В соответствии с ГОСТ 5542-2014 область значений числа Воббе для природного газа при стандартных условиях — от 41,20 до 54,50 МДж/м3.

Температура самовоспламенения природного газа

Подготовительным этапом горения газового топлива является воспламенение, когда идет медленное окисление без видимого пламени. В результате накопления теплоты происходит воспламенение других объемов газовоздушной смеси. В свою очередь, дальнейшее повышение температуры приводит к ускорению реакции и интенсивному горению. При самовоспламенении газовоздушная смесь равномерно нагревается до такой температуры, при которой весь объем самостоятельно, без введения источника теплоты, воспламеняется. Иной характер реакции происходит при зажигании: холодная смесь воспламеняется в одной точке источником с высокой температурой (нагретое тело, искра, пламя), затем горение распространяется по всему объему.

Температура самовоспламенения — это температура топливовоздушной смеси, при которой смесь начинает гореть без источника воспламенения. Для метана она составляет 537 °С. Именно такую цифру дает ГОСТ 5542-2014. Температура самовоспламенения зависит от состава природного газа. С увеличением доли более тяжелых углеводородов (этана, пропана, бутана) она понижается.

Жаропроизводительность

Жаропроизводительность — это максимальная температура, которая может быть достигнута при полном сгорании газа, если количество воздуха, необходимого для горения, точно отвечает формуле горения, а начальная температура воздуха и газа равны нулю. Для метана она составляет 2043 °С. Интересно, что наибольшей жаропроизводительностью среди горючих газов обладает ацетилен — 2620 °С.




Читать все статьи с меткой:


  • Комментарии
  • Задать вопрос специалисту
В разделе:
Читай также
В данной статье мы расскажем о взрывопожароопасности природного газа и его удушающем действии.
По запасам природного газа в традиционных месторождениях Российская Федерация занимает первое место в мире — около 50 трлн м3. В топливно-энергетическом балансе нашей страны он занимает ведущее место, обеспечивая более 55 % от общей потребности в энергоресурсах. В данной статье подробно расскажем о том, где именно находятся указанные месторождения.

Стабилизация пламени в газовых горелках очень важна, поскольку ее нарушение может привести к пожару. В данной статье мы рассказываем, какими способами достигается стабилизация пламени, а также как предотвратить ее отрыв и проскок. 

S-2098 (А018)
просмотры10743
Мы используем cookie (файлы с данными о прошлых посещениях сайта) для персонализации и удобства пользователей. Так как мы серьезно относимся к защите персональных данных пожалуйста ознакомьтесь с условиями и правилами их обработки. Вы можете запретить сохранение cookie в настройках своего браузера.
×
Вход на сайт