При сгорании природного газа: Природный газ. Процесс горения. | mlynok – Горение природного газа — Студопедия

alexxlab
17.09.2017
Комментарии: 0

Содержание

Природный газ. Процесс горения. | mlynok

Опубликовано: 01.02.2014 | Автор: Korni (Олександр Корнієнко) | Filed under: Отопление |

Природный газ — это самое распространенное топливо на сегодняшний день. Природный газ так и называется природным, потому что он добывается из самых недр Земли.

Процесс горения газа является химической реакцией, при которой происходит взаимодействия природного газа с кислородом, который содержится в воздухе.

В газообразном топливе присутствует горючая часть и негорючая.

Основным горючим компонентом природного газа является метан — Ch5. Его содержание в природном газе достигает 98 %. Метан не имеет запаха, не имеет вкуса и является нетоксичным. Предел его воспламеняемости находится от 5 до 15 %. Именно эти качества позволили использовать природный газ, как один из основных видов топлива. Опасно для жизни концентрация метана более 10 %, так может наступить удушье, вследствие нехватки кислорода.

Для обнаружения утечки газа, газ подвергают одоризации, иначе говоря добавляют сильнопахнущее вещество (этилмеркаптан). При этом газ можно обнаружить уже при концентрации 1 %.

Кроме метана в природном газе могут присутствовать горючие газы — пропан, бутан и этан.

Для обеспечения качественного горения газа необходимо в достаточном количестве подвести воздух в зону горения и добиться хорошего перемешивания газа с воздухом. Оптимальным считается соотношение 1 : 10. То есть на одну часть газа приходится десять частей воздуха. Кроме этого необходимо создание нужного температурного режима. Чтобы газ воспламенился необходимо его нагреть до температуры его воспламенения и в дальнейшем температура не должна опускаться ниже температуры воспламенения.

Необходимо организовать отвод продуктов сгорания в атмосферу.

Полное горение достигается в том случае, если в продуктах сгорания выходящих в атмосферу отсутствуют горючие вещества. При этом углерод и водород соединяются вместе и образуют углекислый газ и пары воды.

Визуально при полном сгорании пламя светло-голубое или голубовато-фиолетовое.

Полное сгорание газа.

метан + кислород = углекислый газ + вода

СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

Кроме этих газов в атмесферу с горючими газами выходит азот и оставшийся кислород. N₂ + O₂

Если сгорание газа происходит не полностью, то в атмосферу выбрасываются горючие вещества – угарный газ, водород, сажа.

CO + H + C

Неполное сгорание газа происходит вследствие недостаточного количества воздуха. При этом визуально в пламени появляются языки копоти.

Опасность неполного сгорания газа состоит в том, что угарный газ может стать причиной отравления персонала котельной. Содержание СО в воздухе 0,01-0,02% может вызвать легкое отравление. Более высокая концентрация может привести к тяжелому отравлению и смерти.

Образующаяся сажа оседает на стенках котлов ухудшая тем самым передачу тепла теплоносителю снижает эффективность работы котельной. Сажа проводит тепло хуже метана в 200 раз.

Теоретически для сжигания 1м3 газа необходимо 9м3 воздуха. В реальных условиях воздуха требуется больше.

То есть необходимо избыточное количество воздуха. Эта величина обозначаемая альфа показывает во сколько раз воздуха расходуется больше, чем необходимо теоретически.

Коэффициент альфа зависит от типа конкретной горелки и обычно прописывается в паспорте горелки или в соответствие с рекомендациями организации производимой пусконаладочные работы.

С увеличением количества избыточного воздуха выше рекомендуемого, растут потери тепла. При значительном увеличение количества воздуха может произойти отрыв пламени, создав аварийную ситуацию. Если количество воздуха меньше рекомендуемого то горение будет неполным, создавая тем самым угрозу отравления персонала котельной.

Для более точного контроля качества сгорания топлива существуют приборы — газоанализаторы, которые измеряют содержание определенных веществ в составе уходящих газов.

Газоанализаторы могут поступать в комплекте с котлами. В случае если их нет, соответствующие измерения проводит пусконаладочная организация при помощи переносных газоанализаторов. Составляется режимная карта в которой прописываются необходимые контрольные параметры. Придерживаясь их можно обеспечить нормальное полное сгорание топлива.

Основными параметрами регулирования горения топлива являются:

соотношение газа и воздуха подаваемых на горелки.

коэфициент избытка воздуха.

разряжение в топке.

Кэфициент полезного действия котла.

При этом под коэфициентом полезного действия котла подразумевают соотношение полезного тепла к величине всего затраченного тепла.

Состав воздуха

Название газа	Химический элемент	Содержание в воздухе
Азот	N2	78 %
Кислород	O2	21 %
Аргон	Ar	1 %
Углекислый газ	CO2	0.03 %
Гелий	He	менее 0,001 %
Водород	h3	менее 0,001 %
Неон	Ne	менее 0,001 %
Метан	Ch5	менее 0,001 %
Криптон	Kr	менее 0,001 %
Ксенон	Xe	менее 0,001 %

источник

Понравилось это:

Нравится Загрузка…

Похожее

Продукты сгорания газа и контроль процесса горения

11 мая 2016 г.

Продуктами сгорания природного газа являются диоксид углерода, водяные пары, некоторое количество избыточного кислорода и азот. Продуктами неполного сгорания газа могут быть оксид углерода, несгоревшие водород и метан, тяжелые углеводороды, сажа.

Чем больше в продуктах сгорания диоксида углерода СO₂, тем меньше будет в них оксида углерода СО и тем полнее будет сгорание. В практику введено понятие «максимальное содержание СO₂ в продуктах сгорания». Количество диоксида углерода в продуктах сгорания некоторых газов приведено в таблице ниже.

Количество диоксида углерода в продуктах сгорания газа

Газ	Максимальное содержание СO_2mах в продуктах сгорания,%	Газ	Максимальное содержание С0_2mах в продуктах сгорания, %
Сланцевый	16	Природный (саратовский)	11,7
Нефтяной	13,6	Природный (дашавский)	11,8
Коксовый	10,2	Других месторождений	11,6-12

Пользуясь данными таблицы и зная процентное содержание СO₂ в продуктах сгорания, можно легко определить качество сгорания газа и коэффициент избытка воздуха а. Для этого с помощыр газоанализатора следует определить количество СO

2 в продуктах сгорания газа и на полученную величину разделить значение СO_2max, взятое из таблицы. Так, например, если при сжигании газа в продуктах его сгорания содержится 10,2 % диоксида углерода, то коэффициент избытка воздуха в топке

α = CO_2max/CO₂анализа = 11,8/10,2 = 1,15 .

Наиболее совершенный способ контроля поступления воздуха в топку и полноты его сгорания – анализ продуктов сгорания с помощью автоматических газоанализаторов. Газоанализаторы периодически отбирают пробу отходящих газов и определяют содержание в них диоксида углерода, а также сумму оксида углерода и несгоревшего водорода (СО + Н₂) в объемных процентах.

Если показания стрелки газоанализатора по шкале (СO₂ + Н₂) равны нулю, это значит, что горение полное, и в продуктах сгорания нет оксида углерода и несгоревшего водорода. Если стрелка отклонилась от нуля вправо, то в продуктах сгорания имеются оксид углерода и несгоревший водород, то есть происходит неполное сгорание. На другой шкале стрелка газоанализатора должна показывать максимальное содержание СO

2mах в продуктах сгорания. Полное сгорание происходит при максимальном проценте диоксида углерода, когда стрелка указателя шкалы СО + Н₂ находится на нуле.

FAS — Глава 8. Характеристики горения газов

Глава 8. Характеристики горения газов

8.1. РЕАКЦИИ ГОРЕНИЯ

Г о р е н и е — быстропротекающая химическая реакция соединения горючих компонентов с кислородом, сопровождающаяся интенсивным выделением теплоты и резким повышением температуры продуктов сгорания. Реакции горения описываются т.н. стехиометрическими уравнениями, характеризующими качественно и количественно вступающие в реакцию и образующиеся в результате ее вещества (Стехиометрический состав горючей смеси (от греч. stoicheion — основа, элемент и греч. metreo — измеряю) — состав смеси, в которой окислителя ровно столько, сколько необходимо для полного окисления топлива). Общее уравнение реакции горения любого углеводорода

C_mH_n + (m + n/4) O₂ = mCO₂ + (n/2) Н₂O + Q(8.1)

где m, n — число атомов углерода и водорода в молекуле; Q — тепловой эффект реакции, или теплота сгорания.

Реакции горения некоторых газов приведены в табл. 8.1. Эти уравнения являются балансовыми, и по ним нельзя судить ни о скорости реакций, ни о механизме химических превращений.

Таблица 8.1. Реакции горения и теплота сгорания сухих газов (при 0°С и 101,3 кПа)

Газ	Реакция горения	Теплота сгорания
		Молярная, кДж/кмоль		Массовая, кДж/кг		Объемная, кДж/м³
		высшая	низшая	высшая	низшая	высшая	низшая
Водород	H₂ + 0,5O₂ = H₂0	286,06	242,90	141 900	120 080	12 750	10 790
Оксид углерода	CO + 0,5O₂ = CO₂	283,17	283,17	10 090	10 090	12 640	12 640
Метан	CH₄ + 2O₂ = CO₂ + 2H₂O	880,90	800,90	55 546	49 933	39 820	35 880
Этан	C₂H₆ + 0,5O₂ = 2CO₂ + 3H₂O	1560,90	1425,70	52 019	47 415	70 310	64 360
Пропан	C₃H₈ + 5H₂O = 3CO₂ +4H₂O	2221,40	2041,40	50 385	46 302	101 210	93 180
н-бутан	C₄H₁₀ + 6,5O₂ = 4CO₂ + 5H₂O	2880,40	2655,00	51 344	47 327	133 800	123 570
Изобутан	C₄H₁₀ + 6,5O₂ = 4CO₂ + 5H₂O	2873,50	2648,30	51 222	47 208	132 960	122 780
н-Пентан	C₅H₁₂ + 😯₂ = 5CO₂ + 6H₂O	3539,10	3274,40	49 052	45 383	169 270	156 630
Этилен	C₂H₄ + 3O₂ = 2CO₂ + 2H₂O	1412,00	1333,50	50 341	47 540	63 039	59 532
Пропилен	C₃H₆ + 4,5O₂ = 3CO₂ + 3H₂O	2059,50	1937,40	48 944	46 042	91 945	88 493
Бутилен	C₄H₈ + 6O₂ = 4CO₂ + 4H₂O	2720,00	2549,70	48 487	45 450	121 434	113 830

Т е п л о в о й э ф ф е к т (теплота сгорания) Q — количество теплоты, выделяющееся при полном сгорании 1 кмоля, 1 кг или 1 м³ газа при нормальных физических условиях. Различают высшую Q_в и низшую Q_н теплоту сгорания: высшая теплота сгорания включает в себя теплоту конденсации водяных паров в процессе горения (в реальности при сжигании газа водяные пары не конденсируются, а удаляются вместе с другими продуктами сгорания). Обычно технические расчеты обычно ведут по низшей теплоте сгорания, без учета теплоты конденсации водяных паров (≈2400 кДж/кг).

КПД, рассчитанный по низшей теплоте сгорания, формально выше, но теплота конденсации водяных паров достаточно велика, и ее использование более чем целесообразно. Подтверждение этому — активное применение в отопительной технике контактных теплообменников, весьма разнообразных по конструкции.

Для смеси горючих газов высшая (и низшая) теплота сгорания газов определяется по соотношению

Q = r₁Q₁ + r₂Q₂ + … + r_nQ_n(8.2)

где r₁, r₂, …, r_n — объемные (молярные, массовые) доли компонентов, входящих в смесь; Q₁, Q₂, …, Q_n — теплота сгорания компонентов.

Воспользовавшись табл. 8.1, высшую и низшую теплоту сгорания, кДж/м³, сложного газа можно определять по следующим формулам:

Q_в = 127,5 Н₂ + 126,4 СО + 398 СН₄ + 703 С₂Н₆ + 1012 С₈Н₈ + 1338 C₄H₁₀ + 1329 C₄H₁₀ +
+ 1693 С₅Н₁₂ + 630 С₂Н₄ + 919 С₃Н₆ +1214 C₄H₈(8.3)

Q_н = 107,9 H₂ + 126,4 CO + 358,8 CH₄ + 643 C₂H₆ + 931,8 C₈H₈ + 1235 C₄H₁₀ + 1227 C₄H₁₀ +
+ 1566 C₅H₁₂ + 595 C₂H₄ + 884 C₈H₆ + 1138 C₄H₈(8.4)

где H₂, CO, CH₄ и т.д. — содержание отдельных составляющих в газовом топливе, об. %.

Процесс горения протекает гораздо сложнее, чем по формуле (8.1), так как наряду с разветвлением цепей происходит их обрыв за счет образования промежуточных стабильных соединений, которые при высокой температуре претерпевают дальнейшие преобразования. При достаточной концентрации кислорода образуются конечные продукты: водяной пар Н₂О и двуокись углерода СО₂. При недостатке окислителя, а также при охлаждении зоны реакции, промежуточные соединения могут стабилизироваться и попадать в окружающую среду.

Интенсивность тепловыделения и рост температуры приводят к увеличению в реагирующей системе активных частиц. Такая взаимосвязь цепного реагирования и температуры, свойственная практически всем процессам горения, привела к введению понятия цепочечно-теплового взрыва — сами химические реакции горения имеют цепной характер, а их ускорение происходит за счет выделения теплоты и роста температуры в реагирующей системе.

Скорость химической реакции в однородной смеси пропорциональна произведению концентраций реагирующих веществ:

w = kС₁С₂(8.5)

где С₁ и С₂ — концентрации реагирующих компонентов, кмоль/м³; k — константа скорости реакции, зависящая от природы реагирующих веществ и температуры.

При сжигании газа концентрации реагирующих веществ можно условно считать неизменными, так

Характеристика продуктов сгорания выбрасываемых котельными в атмосферу

Материал из РосТепло Энциклопедия теплоснабжении

Содержание раздела

При сжигании органических топлив в топках котлов образуются различные продукты сгорания, такие как оксиды углерода СО_х = СО + СО₂, водяные пары Н₂О, оксиды серы SO_x = SO₂ + SО₃, оксиды азота NO_x = NO + NО₂, полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), фтористые соединения, соединения ванадия V₂O₅, твердые частицы и др. [1, 2] (см. табл. 7.1.1). При неполном сгорании топлива в топках уходящие газы могут также содержать углеводороды СН₄, С₂Н₄ и др. Все продукты неполного сгорания являются вредными, однако при современной технике сжигания топлива их образование можно свести к минимуму [ 1 ].

Таблица 7.1.1. Удельные выбросы при факельном сжигании органических топлив в энергетических котлах [ 3 ]

Выбросы	Природный газ г/(м³ пр. газа)	= Мазут = кг/(т мазута)	Уголь кг/(т угля)
Оксиды серы SO_x (в пересчете на SO₂)	0,006÷0.01	~21S^р	(17÷19)S^р
Оксиды азота NO_x (в пересчете на NO₂)	5÷11	5÷14	4÷14
Монооксид углерода СО	0,002÷0,005	0,005÷0,05	0,1÷0,45
Углеводороды	0,016	0,1	0,45÷1,0
Водяные пары Н₂О	1000	700	230÷360
Диоксид углерода СО₂	2000	~3000	2200÷3000
Летучая зола и шлак	–	10А^р	10 А^р

Условные обозначения: А^р, S^p – соответственно содержание золы и серы на рабочую массу топлива, %.

Критерием санитарной оценки среды является предельно допустимая концентрация (ПДК) вредного вещества в атмосферном воздухе на уровне земли. Под ПДК следует понимать такую концентрацию различных веществ и химических соединений, которая при ежедневном воздействии в течение длительного времени на организм человека не вызывает каких-либо патологических изменений или заболеваний.

Предельно допустимые концентрации (ПДК) вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест приведены в табл. 7.1.2 [ 4 ]. Максимально-разовая концентрация вредных веществ определяется по пробам, отобранным в течение 20 мин, среднесуточная — за сутки.

Таблица 7.1.2. Предельно допустимые концентрации вредных веществ в атмосферном воздухе населенных мест

Загрязняющее вещество	Предельно допустимая концентрация, мг/ м³
Максимально-разовая	Среднесуточная
Пыль нетоксичная	0,5	0,15
Диоксид серы	0,5	0,05
Оксид углерода	3,0	1,0
Монооксид углерода	3,0	1,0
Диоксид азота	0,085	0,04
Оксид азота	0,6	0,06
Сажа (копоть)	0,15	0,05
Сероводород	0,008	0,008
Бенз(а)пирен	–	0,1 мкг/100 м³
Пентаксид ванадия	–	0,002
Фтористые соединения (по фтору)	0,02	0,005
Хлор	0,1	0,03

Расчеты ведутся по каждому вредному веществу в отдельности, с тем чтобы концентрация каждого из них не превышала значений, приведенных в табл. 7.1.2. Для котельных эти условия ужесточены введением дополнительных требований о необходимости суммирования воздействия оксидов серы и азота, которое определяется выражением

\(\frac{{С}_{{\text{SO}}_{2}}}{{\text{ПДК}}_{{\text{SO}}_{2}}}+\frac{{С}_{{\text{NO}}_{2}}}{{\text{ПДК}}_{{\text{NO}}_{2}}}1\),

где \({С}_{{\text{SO}}_{2}}\)и \({С}_{{\text{NO}}_{2}}\)— концентрации соответствующих веществ в уходящих газах, мг/м³, допустимые величины которых даны в табл. 7.1.2.

Основными продуктами полного сгорания органических углеводородных топлив C_mH_n являются диоксид углерода СО₂ и водяные пары Н₂О:

\({С}_{m}{H}_{n}+{O}_{2}\rightarrow \text{.}\text{.}\text{.}\rightarrow {\text{СO}}_{2}+{\text{H}}_{2}O\).

(7.1.1)

В то же время, вследствие локальных недостатков воздуха или неблагоприятных тепловых и аэродинамических условий, в топках и камерах сгорания образуются продукты неполного сгорания, состоящие в основном из монооксида углерода СО (угарного газа), водорода Н₂ и различных углеводородов, которые характеризуют потери тепла в котлоагрегате от химической неполноты сгорания (химический недожог).

Содержание СО в продуктах сгорания паровых и водогрейных котлов обычно не превышает сотых долей процента (0,0005÷0,025%). Концентрация СО₂ в уходящих газах существенно выше и составляет 10÷14% в зависимости от вида сжигаемого топлива.

Кроме этого, в процессе сжигания получается целый ряд химических соединений, образующихся вследствие окисления различных составляющих топлива и азота воздуха N₂. Наиболее существенную их часть составляют оксиды азота NO_x и серы SO_x.

Оксиды азота образуются за счет окисления как молекулярного азота воздуха, так и азота, содержащегося в топливе. Экспериментальные исследования показали, что основная доля образовавшихся в топках котлов NO_х, а именно 96÷100%, приходится на монооксид (оксид) азота NO. Диоксид NO₂ и гемиоксид N₂O азота образуются в значительно меньших количествах, и их доля приблизительно составляет: для NO₂ – до 4%, а для N₂O – сотые доли процента от общего выброса NO_x. При типичных условиях факельного сжигания топлив в котлах концентрации диоксида азота NO₂, как правило, пренебрежительно малы по сравнению с содержанием NO и обычно составляют от 0÷7 ррm до 20÷30 ррm. В то же время быстрое перемешивание горячих и холодных областей в турбулентном пламени может привести к появлению относительно больших концентраций диоксида азота в холодных зонах потока. Кроме этого, частичная эмиссия NO₂ происходит в верхней части топки и в горизонтальном газоходе (при T > 900÷1000 К) и при определенных условиях также может достигать заметных размеров.

Гемиоксид азота N₂O, образующийся при сжигании топлив, является, по всей видимости, кратковременным промежуточным веществом. N₂O практически отсутствует в продуктах сгорания за котлами.

Содержащаяся в топливе сера является источником образования оксидов серы SO_x: сернистого SO₂ (диоксид серы) и серного SO₃ (триоксид серы) ангидридов. Суммарный массовый выброс SO_x зависит только от содержания серы в топливе S^p, а их концентрация в дымовых газах – еще и от коэффициента расхода воздуха α. Как правило, доля SO₂ составляет 97÷99%, а доля SO₃ – 1÷3% от суммарного выхода SO_x. Фактическое содержание SO₂ в уходящих из котлов газах колеблется от 0,08 до 0,6 %, а концентрация SO₃ – от 0,0001 до 0,008 %.

Среди вредных компонентов дымовых газов особое место занимает большая группа полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Многие ПАУ обладают высокой канцерогенной и (или) мутагенной активностью, активизируют фотохимические смоги в городах, что требует строгого контроля и ограничения их эмиссии. В то же время некоторые ПАУ, например, фенантрен, флуорантен, пирен и ряд других, физиологически почти инертны и не являются канцерогенно-опасными.

ПАУ образуются в результате неполного сгорания любых углеводородных топлив. Последнее имеет место из-за торможения реакций окисления углеводородов топлива холодными стенками топочных устройств, а также может быть вызвано неудовлетворительным смешением топлива и воздуха. Это приводит к образованию в топках (камерах сгорания) локальных окислительных зон с пониженной температурой или зон с избытком топлива.

Вследствие большого количества разных ПАУ в дымовых газах и трудности измерения их концентраций принято уровень канцерогенной загрязненности продуктов сгорания и атмосферного воздуха оценивать по концентрации наиболее сильного и стабильного канцерогена – бенз(а)пирена (Б(а)П) C₂₀H₁₂.

Ввиду высокой токсичности, следует особо отметить такие продукты сжигания мазута, как оксиды ванадия. Ванадий содержится в минеральной части мазута и при его сжигании образует оксиды ванадия VO, VO₂. Однако при образовании отложений на конвективных поверхностях оксиды ванадия представлены в основном в виде V₂O₅. Пентаоксид ванадия V₂O₅ является наиболее токсичной формой оксидов ванадия, поэтому учет их выбросов производится в пересчете на V₂O₅.

Таблица 7.1.3. Примерная концентрация вредных веществ в продуктах сгорания при факельном сжигании органических топлив в энергетических котлах

Выбросы =	Концентрация, мг/м³
	Природный газ	Мазут	Уголь
Оксиды азота NO_x (в пересчете на NO₂)	200÷ 1200	300÷ 1000	350 ÷1500
Сернистый ангидрид SO₂	–	2000÷6000	1000÷5000
Серный ангидрид SO₃	–	4÷250	2 ÷100
Угарный газ СО	10÷125	10÷150	15÷150
Бенз(а)пирен С₂₀Н₁₂	(0,1÷1, 0)·10^-3	(0,2÷4,0)· 10^-3	(0,3÷14)· 10^-3
Твердые частицы	–	<100	150÷300

При сжигании мазута и твердого топлива в выбросах также содержатся твердые частицы, состоящие из летучей золы, сажистых частиц, ПАУ и несгоревшего в результате механического недожога топлива.

Диапазоны концентраций вредных веществ в дымовых газах при сжигании различных типов топлив приведены в табл. 7.1.3.

Природные газы. Методы сжигания газов и эффективного использования

Содержание страницы

1. Особенности природных газов

Для качественного обслуживания газового оборудования и выполнения газоопасных работ необходимо знать особенности природных газов, методы их сжигания и эффективного использования.

Природный газ имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива:

стоимость добычи природного газа значительно ниже, а производительность труда значительно выше, чем при добыче угля и нефти;
высокая теплота сгорания делает целесообразным транспортирование газа по магистральным газопроводам на значительные расстояния;
обеспечивается полнота сгорания, и облегчаются условия труда обслуживающего персонала;
отсутствие в природных газах оксида углерода предотвращает возможность отравления при утечках газа, что особенно важно при газоснабжении коммунальных и бытовых потребителей;
газоснабжение городов, населенных пунктов и предприятий значительно улучшает состояние их воздушного бассейна;
обеспечиваются возможность автоматизации процессов горения, достижение высоких КПД;
природный газ – ценное сырье для химической промышленности;
высокая жаропроизводительность (более 2000 °С) позволяет эффективно применять природный газ в качестве энергетического и технологического топлива.

Природный газ как промышленное топливо имеет следующие технологические преимущества:

при сжигании природного газа требуется минимальный избыток воздуха, и достигаются высокие температуры в печах;
природный газ содержит наименьшее количество таких вредных химических примесей, как сероводород;
при сжигании газа можно обеспечить более точную регулировку требуемой температуры, чем при сжигании других видов топлива. Это позволяет экономить топливо, так как из-за более широких колебаний регулирования диапазонов температур;
при сжигании других видов топлива приходится часто вести процесс на верхнем температурном пределе, что влечет за собой перерасход топлива;
использование природного газа позволяет осуществить сравнительно быстрый разогрев тепловых агрегатов и свести к минимуму тепловые потери при остановке этих агрегатов, что также способствует экономии топлива;
при использовании природного газа отсутствуют потери от механического недожога;
форма газового пламени сравнительно легко регулируется и поддается различным видоизменениям, что особенно важно, когда возникает необходимость быстро сосредоточить и развить в определенном пункте высокую степень нагрева;
использование природного газа позволяет применять в промышленности такие прогрессивные и высокоэкономичные виды тепловой обработки, как нагрев с помощью горелок беспламенного сжигания и радиационных трубок, что дает возможность значительно интенсифицировать процесс нагрева.

Вместе с тем газовому топливу присущи и недостатки — отрицательные свойства: природный газ взрыво- и пожароопасен.

Горение газообразного топлива возможно только при наличии воздуха, в котором содержится кислород. Причем процесс горения (взрыва) происходит при определенных соотношениях газа и воздуха. Как показано в табл. 1, пределы воспламеняемости метана составляют 5–15 %. Если выделяемая теплота достаточна для нагревания газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения, то смесь может гореть или взрываться.

Таблица 1. Температура самовоспламенения и пределы воспламеняемости наиболее распространенных горючих газов

Газ	Температура воспламенения, °С	Предел воспламеняемости при содержании газа в смеси с воздухом, %		Газ	Температура воспламенения, °С	Предел воспламеняемости при содержании газа в смеси с воздухом, %
Газ	Температура воспламенения, °С	нижний	верхний	Газ	Температура воспламенения, °С	нижний	верхний
Метан	650	5	15	Пропан	500	2,37	9,5
Ацетилен	305	2,5	80	Этан	510	3,2	12,45
Бутан	429	1,86	8,4	Водород	510	4	74

Резкое возрастание давления и быстрое расширение продуктов горения обусловливает разрушительный эффект от взрыва газовоздушной смеси.

Давление, возникающее при взрыве природного газа в помещениях, достигает 0,8 МПа. При взрывах газовоздушной смеси в трубах с большими диаметром и длиной скорость распространения пламени может превзойти скорость распространения звука и достичь 2000–4000 м/с. В результате быстродвижущегося взрывного воспламенения местное повышение давления составит 8 МПа и выше. Такое взрывное воспламенение называется детонацией.

Детонация объясняется возникновением и действием ударных волн в воспламеняющейся среде. Перемещаясь с большой скоростью, ударная волна резко увеличивает температуру и давление газовоздушной смеси, что вызывает ускорение реакции взрыва и увеличивает разрушительный эффект детонации. Наиболее опасны с точки зрения возможности взрыва газы с наиболее низкими пределами взрываемости.

При близких величинах нижних пределов взрываемости двух газов наиболее опасен газ, у которого шире область взрываемости и ниже температура самовоспламенения. Концентрация (объемная доля газа в воздухе), равная 20 % нижнего предела воспламеняемости, считается опасной.

2. Условия воспламенения и сгорания газового топлива

Горение газообразного топлива представляет собой сочетание следующих физических и химических процессов: смешение горючего газа с воздухом, подогрев смеси, термическое разложение горючих компонентов, воспламенение и химическое соединение горючих элементов с кислородом воздуха.

Устойчивое горение газовоздушной смеси возможно при непрерывном подводе к фронту горения необходимых количеств горючего газа и воздуха, их тщательном перемешивании и нагреве до температуры воспламенения или самовоспламенения (табл. 5).

Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:

нагревом всего объема газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения. Такой способ применяют в двигателях внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают быстрым сжатием до определенного давления;
применением посторонних источников зажигания (запальников и т. д.). В этом случае до температуры воспламенения нагревается не вся газовоздушная смесь, а ее часть. Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов;
существующим факелом непрерывно в процессе горения.

Для начала реакции горения газообразного топлива следует затратить определенное количество энергии, необходимой для разрыва молекулярных связей и создания новых.

Химическая формула сгорания газового топлива с указанием всего механизма реакции, связанного с возникновением и исчезновением большого количества свободных атомов, радикалов и других активных частиц, сложна. Поэтому для упрощения пользуются уравнениями, выражающими начальное и конечное состояния реакций горения газа.

Если углеводородные газы обозначить С_mН_n, то уравнение химической реакции горения этих газов в кислороде примет вид

С_mН_n+ (m + n/4) О₂ = mСО₂ + (n/2) Н₂О, (1)

где m – количество атомов углерода в углеводородном газе; n – количество атомов водорода в газе; (m + n/4) – количество кислорода, необходимое для полного сгорания газа.

В соответствии с формулой выводятся уравнения горения газов: метана СН₄ + 2О₂ = СО₂ + 2Н₂О

этана С₂Н₆ + 3,5О₂ = 2СО₂ + 3Н₂О бутана С₄Н₁₀ + 6,5О₂= 4СО₂+5Н₂О пропана С₃Н₈ + 5О₂ = ЗСО₂ + 4Н₂О.

В практических условиях сжигания газа кислород берется не в чистом виде, а входит в состав воздуха. Так как воздух состоит по объему на 79 % из азота и на 21 % из кислорода, то на каждый объем кислорода требуется 100 : 21 = 4,76 объема воздуха или 79 : 21 = 3,76 объема азота. Тогда реакцию горения метана в воздухе можно записать следующим образом:

СН₄ + 2О₂ + 2·3,76N₂ = СО₂ + 2Н₂О + 7,52N₂.

Из уравнения видно, что для сжигания 1 м³ метана требуется 2 м³ кислорода и 7,52 м³ азота или 2 + 7,52 = 9,52 м³ воздуха.

В результате сгорания 1 м³ метана получается 1 м³ диоксида углерода, 2 м³ водяных паров и 7,52 м³ азота. В табл. 2 приведены эти данные для наиболее распространенных горючих газов.

Для процесса горения газовоздушной смеси необходимо, чтобы количество газа и воздуха в газовоздушной смеси было в определенных пределах. Эти пределы называются пределами воспламеняемости или пределами взрываемости. Различают нижний и верхний пределы воспламеняемости.

Минимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выраженное в объемных процентах, при котором происходит воспламенение, называется нижним пределом воспламеняемости. Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительной теплоты, называется верхним пределом воспламеняемости.

Таблица 2. Количество кислорода и воздуха при сжигании некоторых газов

Газы	Для сжигания 1 м³ газа требуется, м³		При сжигании 1 м³ газа выделяется, м³				Теплота сгорания Q_H, кДж/м³
Газы	кислорода	воздуха	диоксида углерода	водяных паров	азота	всего	Теплота сгорания Q_H, кДж/м³
Водород	0,5	2,38	–	1	1,88	2,88	10 806
Оксид углерода	0,5	2,38	1	–	1,88	2,88	12 637
Метан	2	9,52	1	2	7,52	10,52	35 825
Этан	3,5	16,66	2	3	13,16	18,16	63 797
Пропан	5	23,8	3	4	18,8	15,8	91 310
Бутан	6,5	30,94	4	5	24,44	34,44	118 740

Если в газовоздушной смеси содержится газа меньше нижнего предела воспламеняемости, то она не будет гореть. Если в газовоздушной смеси недостаточно воздуха, то горение протекает не полностью.

Большое влияние на величины пределов взрываемости оказывают инертные примеси в газах. Увеличение содержания в газе балласта (N₂ и СО₂) сужает пределы воспламеняемости, а при повышении содержания балласта выше определенных пределов газовоздушная смесь не воспламеняется при любых соотношениях газа и воздуха (табл. 3).

Наименьшее количество воздуха, необходимое для полного сжигания газа, называется теоретическим расходом воздуха и обозначается L_T, то есть если низшая теплота сгорания газового топлива 33520 кДж/м³, то теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м³ газа

L_T= (33520/4190)/1,1 = 8,8 м³. (2)

Однако действительный расход воздуха всегда превышает теоретический. Объясняется это тем, что очень трудно достигнуть полного сгорания газа при теоретических расходах воздуха. Поэтому любая газовая установка для сжигания газа работает с некоторым избытком воздуха.

Итак, практический расход воздуха

L_n= αL_T, (12)

где L_n– практический расход воздуха; α – коэффициент избытка воздуха; L_T– теоретический расход воздуха.

Коэффициент избытка воздуха всегда больше единицы. Для природного газа он составляет α = 1,05 – 1,2. Коэффициент α показывает, во сколько раз действительный расход воздуха превышает теоретический, принимаемый за единицу. Если α = 1, то газовоздушная смесь называется стехиометрической.

Таблица 3. Количество объемов инертного газа на 1 объем горючего газа, при котором газовоздушная смесь перестает быть взрывоопасной

Горючие газы	Инертные газы		Горючие газы	Инертные газы
Горючие газы	диоксид углерода	азот	Горючие газы	диоксид углерода	азот
Оксид углерода	2,2	4,1	Метан	3,3	6
Водород	10,3	16,5	Этан	7,3	12,8

При α = 1,2 сжигание газа производится с избытком воздуха на 20 %. Как правило, сжигание газов должно проходить с минимальным значением α, так как с уменьшением избытка воздуха снижаются потери теплоты с уходящими газами. Воздух, принимающий участие в горении, бывает первичным и вторичным. Первичным называется воздух, поступающий в горелку для смешения в ней с газом; вторичным – воздух, поступающий в зону горения не в смеси с газом, а отдельно.

3. Продукты сгорания газа и контроль процесса горения

Чем больше в продуктах сгорания диоксида углерода СО₂, тем меньше будет в них оксида углерода СО и тем полнее будет сгорание. В практику введено понятие «максимальное содержание СО₂ в продуктах сгорания». Количество диоксида углерода в продуктах сгорания некоторых газов приведено в табл. 4.

Пользуясь данными табл. 7 и зная процентное содержание СО₂ в продуктах сгорания, можно легко определить качество сгорания газа и коэффициент избытка воздуха α. Для этого с помощью газоанализатора следует определить количество СО₂ в продуктах сгорания газа и на полученную величину разделить значение СО_2max, взятое из табл. 4. Так, например, если при сжигании газа в продуктах его сгорания содержится 10,2 % диоксида углерода, то коэффициент избытка воздуха в топке

α = СО_2mах/СО₂ анализа = 11,8/10,2 = 1,15.

Таблица 4. Количество диоксида углерода в продуктах сгорания газа

Газ	Максимальное содержание СО_2max в продуктах сгорания, %	Газ	Максимальное содержание СО_2max в продуктах сгорания, %
Сланцевый	16	Природный (саратовский)	11,7
Нефтяной	13,6	Природный (дашавский)	11,8
Коксовый	10,2	Других месторождений	11,6–12

Если показания стрелки газоанализатора по шкале (СО₂ + Н₂) равны нулю, это значит, что горение полное, и в продуктах сгорания нет оксида углерода и несгоревшего водорода. Если стрелка отклонилась от нуля вправо, то в продуктах сгорания имеются оксид углерода и несгоревший водород, то есть происходит неполное сгорание. На другой шкале стрелка газоанализатора должна показывать максимальное содержание СО_2mах в продуктах сгорания. Полное сгорание происходит при максимальном проценте диоксида углерода, когда стрелка указателя шкалы СО + Н₂ находится на нуле.

4. Методы сжигания газа

В зависимости от способа образования газовоздушной смеси методы сжигания газа подразделяются (рис. 1) на:

диффузионные;
смешанные;
кинетические.

При диффузионном методе сжигания к фронту горения газ поступает под давлением, а необходимый для горения воздух – из окружающего пространства за счет молекулярной или турбулентной диффузии. Смесеобразование здесь протекает одновременно с процессом горения, поэтому скорость процесса горения в основном определяется скоростью смесеобразования.

Рис. 1. Методы сжигания газа: а – диффузионный; б – смешанный; в – кинетический; 1 – внутренний конус; 2 – зона первичного горения; 3 – зона основного горения; 4 – продукты сгорания; 5 – первичный воздух; 6 – вторичный воздух

Процесс горения начинается после контакта между газом и воздухом и образования газовоздушной смеси необходимого состава. К струе газа (рис. 1, а) диффундирует воздух, а из струи газа в воздух – газ. Таким образом, вблизи струи газа создается газовоздушная смесь, в результате горения которой образуется зона первичного горения газа 2. Горение основной части газа происходит в зоне 3, а в зоне 4 движутся продукты сгорания.

Выделяемые продукты сгорания осложняют взаимную диффузию газа и воздуха, в результате чего горение протекает медленно, с образованием частиц сажи. Этим и объясняется, что диффузионное горение характеризуется значительной длиной и светимостью пламени.

Достоинством диффузионного метода сжигания газа является возможность регулирования процесса горения в широком диапазоне. Процесс смесеобразования легко управляем при применении различных регулировочных элементов. Площадь и длину факела можно регулировать дроблением струи газа на отдельные факелы, изменением диаметра сопла горелки, регулированием давления газа и т. д.

К преимуществам диффузионного метода сжигания относятся:

высокая устойчивость пламени при изменении тепловых нагрузок,
отсутствие проскока пламени,
равномерность температуры по длине пламени.

Недостатками этого метода являются:

вероятность термического распада углеводородов,
низкая интенсивность горения,
вероятность неполного сгорания газа.

При смешанном методе сжигания (рис. 1, б) горелка обеспечивает предварительное смешение газа только с частью воздуха, необходимого для полного сгорания газа, остальной воздух поступает из окружающей среды непосредственно к факелу. В этом случае сначала выгорает лишь часть газа, смешанная с первичным воздухом, а оставшаяся часть газа, разбавленная продуктами сгорания, выгорает после присоединения кислорода вторичного воздуха. В результате факел получается более коротким и менее светящимся, чем при диффузионном горении.

При кинетическом методе сжигания (рис. 1, в) к месту горения подается газовоздушная смесь, полностью подготовленная внутри горелки. Газовоздушная смесь сгорает в коротком факеле.

Достоинство этого метода сжигания – малая вероятность химического недожога, небольшая длина пламени, высокая теплопроизводительность горелок.

Недостаток – необходимость стабилизации газового пламени.

5. Повышение эффективности использования газового топлива

Эффективность использования газового топлива во многом зависит от его состава. Так, для высокотемпературных процессов целесообразно использовать газ с малым содержанием балласта и высокой жаропроизводительностью. В этом случае обеспечивается повышение производительности газовых установок и благодаря уменьшению продолжительности процесса сгорания газа и снижению потерь топлива в окружающую среду снижается удельный расход топлива на единицу выпускаемой продукции.

Во многих технологических процессах, связанных с процессами сушки воздухом, применяется промежуточный теплоноситель – водяной пар. Получение водяного пара требует дополнительных источников теплоты, а между тем для сушки с успехом можно применять продукты сгорания газа: тогда отпадает необходимость специальных котельных установок и калориферов для нагрева воздуха паром.

Известно, что при сжигании одного кубического метра газа выделяется два кубических метра водяного пара, уходящего с продуктами сгорания. Если теплоту конденсации этих водяных паров использовать для нагрева питательной воды, можно повысить КПД котельных установок.

Другой резерв повышения эффективности использования топлива – сжигание газа в горелочных устройствах при больших тепловых напряжениях, что позволяет получать большее количество энергии в малом объеме.

Многие технологические процессы протекают при высокой температуре уходящих газов. Эффективность использования газа в этом случае повышается, если использовать теплоту уходящих газов для производства пара, нагрева воды или воздуха. Каждая калория, вносимая в печь с подогретым воздухом, экономит более одной калории теплоты сжигаемого газа.

Наиболее прогрессивен метод ступенчатого использования теплоты продуктов сгорания, основанный на сочетании работы низкотемпературных, среднетемпературных и высокотемпературных установок.

Теплоту уходящих газов, отводимых от котлов и печей, можно использовать для отопления сушильных установок, а теплоту конденсации водяного пара, содержащегося в продуктах сгорания газа, отводимых из котлов или сушилок, – для нагрева воды в контактных экономайзерах. Таким образом, продукты сгорания, отводимые из высокотемпературных установок, используют в низкотемпературных процессах для отопления этих установок; КПД ступенчатых установок может быть доведен до 95 %.

Продукты сгорания газа можно с успехом использовать в качестве источника диоксида углерода и инертных газов. Большой интерес представляет применение диоксида углерода для ускорения развития растений и повышения урожая. Известно, что органическая масса растений образуется путем фотосинтеза из СО₂ и Н₂О.

В атмосфере воздуха содержится по объему около 0,03 % СО₂ и 21 % О₂. Повышение концентрации диоксида углерода в теплицах с доведением его содержания в воздухе теплиц до 0,3 % позволяет увеличить на 20 % урожай огурцов и других овощей, на 50 % – число цветов и ускорять их развитие, примерно на 100 % повысить зеленую массу табака, чая, герани и других культур.

Обогащение воздуха теплиц диоксидом углерода имеет важное значение, так как с ростом количества теплиц и применением гидропоники, при которой отсутствует выделение СО₂ из почвы, потребность в диоксиде углерода значительно возрастает.

Чистые продукты сгорания природного газа можно использовать для хранения в течение длительного срока фруктов и других пищевых продуктов.

Продукты полного сгорания газа можно применять также в качестве инертных газов для изоляции огнеопасных материалов от контакта с воздухом, продувки взрывоопасной аппаратуры, газовых коммуникаций.

6. Рациональное сжигание газа и защита воздушного бассейна

Защита воздушного бассейна от загрязнений – одна из важнейших проблем современности. Промышленность и транспорт приводят к загрязнению атмосферы газом, дымом, диоксидом углерода, парами хлора, пылью металлургических и других промышленных предприятий. Выхлопные газы автомобилей выделяют в атмосферу свинец и оксид углерода. Так, в одном литре этилированного бензина содержится 200–500 мг свинца.

Перевод в крупных городах автомобилей на сжиженный газ во многом способствует очищению воздушного бассейна.

Другой источник загрязнения воздушного бассейна – все возрастающие темпы потребления различного топлива. С ростом его потребления увеличивается количество выбрасываемых в атмосферу токсичных и канцерогенных веществ. Известно, что при сжигании топлива образуются вредные для здоровья человека вещества: сажа, зола, оксид углерода, оксиды азота и др.

Токсичным веществом является оксид азота NO, один из наиболее опасных загрязнителей воздушного бассейна. Оксид азота образуется в пламени, в зоне высоких температур, путем соединения азота с кислородом. При температурах 1500–1800 °С наблюдается наибольшая концентрация NO. Выбрасываемые в атмосферу горячие газы охлаждаются, и оксид азота превращается в диоксид азота NO₂. Они, попадая в организм человека, поглощаются кровью и оказывают вредное действие на органы дыхания. В нашей стране установлены предельно допустимые нормы концентрации оксидов азота в атмосфере населенных пунктов (0,085 мг/м³). Продукты сгорания должны удаляться через дымовые трубы.

При сжигании твердого и жидкого топлива могут образоваться канцерогенные вещества, которые способствуют возникновению раковых заболеваний. Особенно опасна тонкая пыль, адсорбирующая химические вещества воздуха и переносящая их в легкие человека.

Сажа, образующаяся в процессе горения и несущая мельчайшие частицы угля, может быть носителем ароматических веществ, вызывающих различные тяжелые заболевания. В связи с этим перед человечеством стоит важнейшая проблема борьбы с загрязнением воздушного бассейна.

Одно из наиболее эффективных средств борьбы – замена твердого и жидкого топлива природным газом. С каждым годом тысячи промышленных и коммунальных предприятий переводят на газовое топливо.

С целью сокращения выбросов вредных веществ в окружающую среду и улучшения очистки отходящих газов от вредных примесей повсеместно совершенствуют технологические процессы и транспортные средства, увеличивают выпуск высокоэффективных газопылеулавливающих аппаратов, водоочистного оборудования, а также приборов и автоматических станций контроля состояния окружающей среды.

Охрана окружающей среды должна стать одной из важнейших задач любого предприятия. Отечественная и зарубежная практика охраны окружающей среды показывает, что основным направлением этой деятельности является не только контроль, но и предотвращение нанесения вреда и загрязнения природы в процессе производственной деятельности.

В должностную инструкцию ответственного за газовое хозяйство предприятия (или другого ответственного лица) должны включаться материалы по природоохранительной деятельности, в том числе:

мониторинг и регулирование выбросов продуктов сгорания газа;
соблюдение установленных нормативов воздействия на окружающую среду, лимитов использования газа, нормативов качества окружающей среды в зоне влияния предприятия;
повышение эффективности использования газового топлива;
предупреждение экологических аварий и аварийных ситуаций;
экологическая информация и профессиональное обучение персонала.

Эти и другие мероприятия должны отражаться в отчете предприятия об охране атмосферного воздуха (форма № 2-ти воздух).

7. Автоматизация процессов сжигания газа

Автоматическое регулирование процесса горения повышает надежность и безопасность эксплуатации газоиспользующих агрегатов и обеспечивает их работу в соответствии с наиболее оптимальным режимом.

В существующих газоиспользующих установках применяют системы частичной или комплексной автоматизации.

Современная комплексная газовая автоматика состоит из следующих основных систем:

автоматики регулирования,
автоматики безопасности,
аварийной сигнализации,
теплотехнического контроля.

Автоматика регулирования промышленного газового оборудования и агрегатов предназначена для управления и регулирования процесса горения газа таким образом, чтобы оборудование и агрегаты работали в заданном режиме и обеспечивали оптимальный режим горения газа.

Автоматика безопасности прекращает подачу газа к горелкам газоиспользующих установок при нарушениях режима работы. При этом контролируются наиболее важные параметры:

наличие пламени в топке. При отсутствии пламени в топке подача газа на горелку немедленно прекращается;
давление газа на подводящем газопроводе. При изменении давления газа против установленного минимального и максимального значений подача газа прекращается;
разрежение в топке. При понижении разрежения в топке до минимально допустимого подача газа прекращается;
давление воздуха (при наличии соответствующих горелок). При падении давления воздуха до минимально допустимого подача газа прекращается;
температура воды в котле. Если температура воды превышает допустимую норму, то подача газа прекращается;
давление пара в котле. При повышении давления пара сверх установленного подача газа прекращается.

Для выполнения перечисленных функций используются приборы блокировки, контроля и сигнализации. Под блокировкой понимается устройство, обеспечивающее невозможность пуска газа или включения агрегата при нарушении персоналом требований безопасности. Под сигнализацией понимается устройство, обеспечивающее подачу звукового или светового сигнала при достижении предупредительного значения контролируемого параметра.

При отключении агрегатов подаются звуковой и световой сигналы. Контролируют также загазованность помещений, где установлены газовые приборы и агрегаты. Приборы контроля и сигнализации дают возможность устанавливать дистанционное управление газоиспользующими установками.

Приборы теплотехнического контроля помогают обслуживающему персоналу вести технологический процесс в оптимальном режиме.

Степень автоматизации газоиспользующего агрегата зависит от конкретных условий его эксплуатации.

Процесс горения газа

Категория: Газоснабжение

Процесс горения газа

Основным условием для горения газа является наличие кислорода (а следовательно, воздуха). Без присутствия воздуха горение газа невозможно. В процессе горения газа происходит химическая реакция соединения кислорода воздуха с углеродом и водородом топлива. Реакция происходит с выделением тепла, света, а также углекислого газа и водяных паров.

В зависимости от количества воздуха, участвующего в процессе горения газа, происходит полное или неполное его сгорание.

При достаточном поступлении воздуха происходит полное сгорание газа, в результате которого продукты его горения содержат негорючие газы: углекислый газ С02, азот N2, водяные пары Н20. Больше всего (по объему) в продуктах горения азота — 69,3—74%.

Для полного сгорания газа также необходимо, чтобы он смешивался с воздухом в определенных (для каждого газа) количествах. Чем выше калорийность газа, тем требуется большее количество воздуха. Так, для сжигания 1 м3 природного газа требуется около 10 м3 воздуха, искусственного — около 5 м3, смешанного — около 8,5 м3.

При недостаточном поступлении воздуха происходит неполное сгорание газа или химический недожог горючих составных частей; в продуктах сгорания появляются горючие газы—окись углерода СО, метан СН4 и водород Н2

При неполном сгорании газа наблюдается длинный, коптящий, светящийся, непрозрачный, желтого цвета факел.

Таким образом, недостаток воздуха приводит к неполному сгоранию газа, а избыток — к чрезмерному охлаждению температуры пламени. Температура воспламенения природного газа 530 °С, коксового — 640 °С, смешанного — 600 °С. Кроме того, при значительном избытке воздуха также происходит неполное сгорание газа. При этом наблюдается конец факела желтоватого цвета, не вполне прозрачный, с расплывчатым голубовато-зеленым ядром; пламя неустойчиво и отрывается от горелки.

Рис. 1. Пламя газа я — без предварительного смешения газа с воздухом; б —с частичным пред. верительным смешением газа с воздухом; в — с предварительным полным смешением газа с воздухом; 1 — внутренняя темная зона; 2 — коптящий светящийся конус; 3 — горящий слой; 4 — продукты сгорания

В первом случае (рис. 1,а) факел имеет большую длину и состоит из трех зон. В атмосферном воздухе горит чистый газ. В первой внутренней темной зоне газ не горит: он не смешан с кислородом воздуха и не нагрет до температуры воспламенения. Во вторую зону воздух поступает в недостаточном количестве: его задерживает горящий слой, и поэтому он не может хорошо смешаться с газом. Об этом свидетельствует ярко светящийся, светло-желтый коптящий цвет пламени. В третью зону воздух поступает в достаточном количестве, кислород которого хорошо смешивается с газом, газ горит голубоватым цветом.

При этом способе газ и воздух подаются в топку раздельно. В топке происходит не только сжигание газовоздушной смеси, но и процесс приготовления смеси. Такой метод сжигания газа широко применяют в промышленных установках.

Во втором случае (рис. 1,6) сжигание газа происходит значительно лучше. В результате частичного предварительного смешивания газа с воздухом в зону горения поступает приготовленная газовоздушная смесь. Пламя становится короче, несветящимся, имеет две зоны — внутреннюю и наружную.

Газовоздушная смесь во внутренней зоне не горит, так как она не нагревалась до температуры воспламенения. В наружной зоне сгорает газовоздушная смесь, при этом в верхней части зоны резко повышается температура.

При частичном смешении газа с воздухом в этом случае полное сгорание газа происходит только при дополнительном подводе воздуха к факелу. В процессе горения газа воздух подводят дважды: первый раз — до поступления в топку (первичный воздух), второй раз — непосредственно в топку (вторичный воздух). Этот метод сжигания газа положен в основу устройства газовых горелок для бытовых приборов и отопительных котельных.

В третьем случае факел значительно укорачивается и газ сгорает полнее, так как газовоздушная смесь была предварительно приготовлена. О полноте сгорания газа свидетельствует короткий прозрачный факел голубого цвета (беспламенное горение), которое применяют в приборах инфракрасного излучения при газовом отоплении.

Газоснабжение – Процесс горения газа

Условия воспламенения и сгорания газового топлива

11 мая 2016 г.

Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:

нагревом всего объема газовоздушной смеси до температуры самовоспламенения. Такой способ применяют в двигателях внутреннего сгорания, где газовоздушную смесь нагревают быстрым сжатием до определенного давления;
применением посторонних источников зажигания (запальников и т. д.). В этом случае до температуры воспламенения нагревается не вся газовоздушная смесь, а ее часть. Данный способ применяется при сжигании газов в горелках газовых приборов;
существующим факелом непрерывно в процессе горения.

C_mH_n + (m + n/4)O₂ = mCO₂ + (n/2)H₂O ,

В соответствии с формулой выводятся уравнения горения газов:

метана СН₄ + 2O₂ = СO₂ + 2Н₂O
этана С₂Н₆ + 3,5O₂ = 2СO₂ + ЗН₂O
бутана С₄Н₁₀ + 6,5O₂= 4СO₂+ 5Н₂0
пропана C₃H₈ + 5O₃ = ЗСO₂ + 4Н₂O.

В практических условиях сжигания газа кислород берется не в чистом виде, а входит в состав воздуха. Так как воздух состоит по объему на 79 % из азота и на 21 % из кислорода, то на каждый объем кислорода требуется 100: 21 = 4,76 объема воздуха или 79: 21 = = 3,76 объема азота. Тогда реакцию горения метана в воздухе можно записать следующим образом:

СН₄ + 2O₂ + 2*3,76N₂ = CO₂ + 2H₂O + 7,52N₂ .

Из уравнения видно, что для сжигания 1 м³ метана требуется 1 м³ кислорода и 7,52 м³ азота или 2 + 7,52 = 9,52 м³ воздуха.

В результате сгорания 1 м³ метана получается 1 м³ диоксида углерода, 2 м³ водяных паров и 7,52 м³ азота. В таблице ниже приведены эти данные для наиболее распространенных горючих газов.

Для процесса горения газовоздушной смеси необходимо, чтобы количество газа и воздуха в газовоздушной смеси было в определенных пределах. Эти пределы называются пределами воспламеняемости или пределами взрываемости. Различают нижний и верхний пределы воспламеняемости. Минимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выраженное в объемных процентах, при котором происходит воспламенение, называется нижним пределом воспламеняемости. Максимальное содержание газа в газовоздушной смеси, выше которого смесь не воспламеняется без подвода дополнительной теплоты, называется верхним пределом воспламеняемости.

Количество кислорода и воздуха при сжигании некоторых газов

Газы	Для сжигания 1 м³ газа требуется, м³		При сжигании 1 м³ газа выделяется, м³				Теплота сгорания Он,кДж/м³
Газы	кислорода	воздуха	диоксида углерода	водяных паров	азота	всего	Теплота сгорания Он,кДж/м³
Водород	0,5	2,38	–	1	1,88	2,88	10 806
Оксид углерода	0,5	2,38	1	–	1,88	2,88	12 637
Метан	2	9,52	1	2	7,52	10,52	35 825
Этан	3,5	16,66	2	3	13,16	18,16	63 797
Пропан	5	23,8	3	4	18,8	15,8	91310
Бутан	6,5	30,94	4	5	24,44	34,44	118 740

Большое влияние на величины пределов взрываемости оказывают инертные примеси в газах. Увеличение содержания в газе балласта (N₂ и СO₂) сужает пределы воспламеняемости, а при повышении содержания балласта выше определенных пределов газовоздушная смесь не воспламеняется при любых соотношениях газа и воздуха (таблица ниже).

Количество объемов инертного газа на 1 объем горючего газа, при котором газовоздушная смесь перестает быть взрывоопасной

Горючие газы	Инертные газы		Горючие газы	Инертные газы
Горючие газы	диоксид углерода	азот	Горючие газы	диоксид углерода	азот
Оксид углерода	2,2	4,1	Метан	3,3	6
Водород	10,3	16,5	Этан	7,3	12,8

Наименьшее количество воздуха, необходимое для полного сжигания газа, называется теоретическим расходом воздуха и обозначается Lt, то есть если низшая теплота сгорания газового топлива 33520 кДж/м³, то теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1 м³ газа

L_T= (33 520/4190)/1,1 = 8,8 м³.

Итак, практический расход воздуха

L_n = αL_T,

где L_n – практический расход воздуха; α – коэффициент избытка воздуха; L_T – теоретический расход воздуха.

При α = 1,2 сжигание газа производится с избытком воздуха на 20 %. Как правило, сжигание газов должно проходить с минимальным значением а, так как с уменьшением избытка воздуха снижаются потери теплоты с уходящими газами. Воздух, принимающий участие в горении, бывает первичным и вторичным. Первичным называется воздух, поступающий в горелку для смешения в ней с газом; вторичным — воздух, поступающий в зону горения не в смеси с газом, а отдельно.

»Природный газ и окружающая среда NaturalGas.org

Природный газ и окружающая среда

Природный газ является чрезвычайно важным источником энергии для уменьшения загрязнения и поддержания чистой и здоровой окружающей среды. Помимо того, что природный газ является изобильным и безопасным источником энергии, использование природного газа также дает ряд экологических преимуществ по сравнению с другими источниками энергии, в частности другими ископаемыми видами топлива. В этом разделе будет обсуждаться воздействие природного газа на окружающую среду с точки зрения выбросов, а также воздействие на окружающую среду самой газовой промышленности.Прокрутите вниз или щелкните по ссылкам ниже, чтобы перейти вперед.

Эмиссии от сжигания природного газа

Природный газ является самым чистым из всех ископаемых видов топлива, о чем свидетельствует сравнительный анализ данных Агентства по охране окружающей среды, представленный в приведенной ниже таблице, которая по-прежнему актуальна по состоянию на 2010 год. Состоит в основном из метана, основными продуктами сгорания природного газа являются углекислый газ и водяной пар, те же самые соединения, которые мы выдыхаем, когда дышим. Уголь и нефть состоят из гораздо более сложных молекул, с более высоким отношением углерода и более высоким содержанием азота и серы.Это означает, что при сжигании уголь и нефть выделяют более высокие уровни вредных выбросов, включая более высокое соотношение выбросов углерода, оксидов азота (NOx) и диоксида серы (SO2). Уголь и мазут также выделяют частицы золы в окружающую среду, вещества, которые не горят, а попадают в атмосферу и способствуют загрязнению. Сгорание природного газа, с другой стороны, выделяет очень небольшие количества диоксида серы и оксидов азота, практически без золы или твердых частиц, а также более низкие уровни диоксида углерода, оксида углерода и других химически активных углеводородов.

Уровни выбросов ископаемого топлива – фунтов на млрд. БТЕ энергии, потребляемой
Pollutant	природный газ	Oil	Coal
Углекислый газ	117,000	164,000	208,000
Окись углерода	40	33	208
Оксиды азота	92	448	457
диоксид серы	1	1,122	2,591
Particulates	7	84	2,744
Mercury	0.000	0.007	0.016
Источник: EIA – Проблемы и тенденции природного газа 1998

Природный газ, как самое чистое из ископаемых видов топлива, может использоваться многими способами для снижения выбросов загрязняющих веществ в атмосферу. При сжигании природного газа вместо других ископаемых видов топлива выделяется меньше вредных загрязняющих веществ, а повышенная зависимость от природного газа может потенциально снизить выбросы многих из этих наиболее вредных загрязнителей.

Загрязняющие вещества, выбрасываемые в Соединенных Штатах, в частности в результате сжигания ископаемого топлива, привели к возникновению многих насущных экологических проблем.Природный газ, выделяющий в атмосферу меньше вредных химических веществ, чем другие виды ископаемого топлива, может помочь смягчить некоторые из этих экологических проблем. Эти проблемы включают в себя:

Эмиссия парниковых газов

Источник: Межправительственная группа экспертов по изменению климата-2007

Глобальное потепление или «парниковый эффект» – это экологическая проблема, которая связана с возможностью глобального изменения климата в связи с повышением уровня атмосферных «парниковых газов».0 и 11,5 градусов по Фаренгейту. Ожидается, что МГЭИК выпустит пятый доклад об оценке в период с 2013 по 2015 гг.

Электростанции способствуют выбросам парниковых газов

Источник: API

Основные парниковые газы включают водяной пар, диоксид углерода, метан, оксиды азота и некоторые химические вещества, такие как хлорфторуглероды. В то время как большинство этих газов встречаются в атмосфере естественным образом, их уровни увеличиваются из-за широко распространенного сжигания ископаемого топлива растущим населением.Сокращение выбросов парниковых газов стало основным направлением экологических программ в странах мира.

Одним из основных парниковых газов является углекислый газ. Хотя углекислый газ не улавливает тепло так же эффективно, как другие парниковые газы (что делает его менее мощным парниковым газом), сам объем выбросов углекислого газа в атмосферу очень высок, особенно при сжигании ископаемого топлива. Фактически, согласно Управлению энергетической информации в его докладе за декабрь 2009 года «Выбросы парниковых газов» в Соединенных Штатах, 81.В исследовании сделан вывод о том, что сокращение выбросов в результате увеличения использования природного газа значительно перевешивает пагубные последствия увеличения выбросов метана. Совсем недавно, в 2011 году, исследователи из Университета Карнеги-Меллона выпустили «Отчет о выбросах парниковых газов Марцелла в течение жизненного цикла», в котором сравниваются выбросы парниковых газов в регионе Марцелл-Сланец с выбросами от угля, используемого для выработки электроэнергии. Авторы обнаружили, что скважины в регионе Марцелл выделяют на 20-50% меньше парниковых газов, чем уголь, используемый для производства электроэнергии.

В 1993 году газовая промышленность объединилась с EPA для запуска программы STAR Natural Gas по сокращению выбросов метана. В программе STAR зафиксировано значительное сокращение выбросов метана с тех пор:

Данные

EPA STAR показывают сокращение выбросов метана каждый год в течение последних 16 лет
Более 904 миллиардов кубических футов (Bcf) выбросов метана были устранены в рамках программы STAR на 1993-2009 годы; and

Только в 2009 году программа сократила выбросы метана на 86 млрд. Куб.Только 0,14% ушло на использование в качестве топлива для транспортных средств. Изображение Geology.com с использованием данных Управления энергетической информации США.

Природный газ: топливо и сырье

Природный газ используется поразительным количеством способов. Хотя в большинстве домашних хозяйств США он широко используется в качестве топлива для приготовления пищи и отопления, природный газ используется во многих других областях, связанных с использованием энергии и сырья, что является неожиданностью для большинства людей, которые узнают о нем.

В Соединенных Штатах большая часть природного газа сжигается в качестве топлива.В 2012 году около 30% энергии потребленный по всей стране был получен из природного газа [1]. Он был использован для выработки электроэнергии, обогревайте здания, заправляйте транспортные средства, нагревайте воду, выпекайте пищу, приводите в действие промышленные печи и даже запускайте кондиционеры!

Потребление природного газа бытовыми и коммерческими потребителями: Потребление природного и бытового газа в природном газе является самым высоким зимой, когда люди сжигают газ для отопления своих домов и предприятий.Поскольку летом мало кто охлаждает свой дом или бизнес с кондиционерами, работающими на природном газе, спрос летом значительно ниже. Изображение предоставлено Управлением энергетической информации США.

22 триллионов кубических футов

В 2009 году Соединенные Штаты потребили около 22,8 триллионов кубических футов природного газа. Этого достаточно для газа заполнить комнату следом размером с Пенсильванию и ростом около 18 футов. Большая часть этого газа была доставлена почти 70 миллион домов и предприятий через более миллиона миль газопроводов [2].

Использования природного газа в домах США

Более половины домов в Соединенных Штатах снабжаются природным газом. Около 21% природного газа, потребленного в Соединенных Штатах в течение 2013 года, приходилось на дома [1]. Этот газ доставляется в дома по трубопроводам или в резервуарах в виде КПГ (сжатого природного газа). Большая часть природного газа, потребляемого в домах, используется для отопления помещений и нагрева воды. Он также используется в печах, духовках, сушилках для одежды, осветительных приборах и других приборах.

Удивительное использование природного газа: Природный газ используется для производства широкого спектра продуктов. Удобрение, распространяемое на верхнем левом изображении, возможно, было сделано с аммиаком, полученным из природного газа; Пластиковые части разбрасывателя и одежда оператора, скорее всего, были произведены с помощью природного газа в качестве ингредиента или в качестве топлива на заводе. Большинство кирпичей и цемента производятся с использованием природного газа в качестве источника тепла. Многие фармацевтические препараты и пластиковые бутылки производятся с использованием природного газа в качестве ингредиента.Около 34% потребление природного газа было использовано для производства электроэнергии.

Из трех ископаемых видов топлива, используемых для производства электроэнергии (уголь, нефть, природный газ), природный газ выделяет наименьшее количество углекислого газа на единицу произведенной энергии. Он выделяет на 30% меньше углекислого газа, чем при сжигании нефти, и на 45% меньше углекислого газа, чем при сжигании угля. При сжигании природного газа также выделяется меньшее количество оксидов азота, диоксида серы, твердых частиц и ртути по сравнению с углем и нефтью [3].

Поскольку Соединенные Штаты все больше озабочены изменением климата, выбросами углекислого газа и качеством воздуха, ожидается, что использование природного газа для производства электроэнергии увеличится.

Натуральный график цен на природный газ: Цены на природный газ меняются со временем Цены на устье скважины определяются спросом, предложением и общими экономическими условиями. Цены для потребителей определяются аналогичными факторами. Изображение предоставлено Управлением энергетической информации США.

Промышленное использование природного газа

Природный газ используется в самых разных производственных процессах.Исторически люди вдоль восточного побережья платили одни из самых высоких цен. Это может измениться по мере разработки новых нетрадиционных ресурсов, таких как сланцы Марцелла, и увеличения количества СПГ от производителей с низкой себестоимостью. Изображение Geology.com с использованием данных о ценах на природный газ за 2008 календарный год от Управления энергетической информации США.

Применение в нефтегазовой и трубопроводной промышленности

Компании, производящие и транспортирующие природный газ, также являются потребителями.Однако за последние несколько лет цены на заправочных станциях упали до нескольких сотен долларов, и они могут быть размещены в резиденциях, где автомобили могут быть заправлены в течение ночи или между поездками.

Поскольку примерно половина всех резиденций в Соединенных Штатах снабжаются природным газом, потенциал увеличить количество транспортных средств, работающих на природном газе, очень велико. Кроме того, открытие природного газа в сланцевых залежах по всей стране увеличил доступность газ и цена снизилась.

Природный газ имеет значительные преимущества перед бензином и дизельным топливом. Транспортные средства на природном газе На 60-90% меньше загрязняющих веществ, производящих смог, и на 30-40% меньше выбросов парниковых газов. Это также стоит меньше на милю, чтобы управлять транспортным средством на природном газе по сравнению с бензиновым или дизельным транспортным средством [4]. А также, природный газ добывается на месте, а не импортируется.

Исследования природного газового парка: Правительство США провело много совместных исследований с предприятиями, местными органами власти и государственными учреждениями, связанных с использованием природного газа в качестве топлива для транспортных средств парка.

Вулканы: Статьи о вулканах, вулканических опасностях и извержениях прошлого и настоящего.

Жемчужины: Красочные изображения и статьи о бриллиантах и цветных камнях.

Общая геология: Статьи о гейзерах, маарах, дельтах, трещинах, соляных куполах, воде и многом другом!

Магазин геологии: Молотки, полевые сумки, ручные линзы, карты, книги, твердомеры, золотые сковороды.

»Транспортировка природного газа NaturalGas.org

Транспорт природного газа

Действенное и эффективное перемещение природного газа из добывающих регионов в регионы потребления требует обширной и продуманной транспортной системы. Во многих случаях природный газ, добываемый из конкретной скважины, должен пройти большое расстояние, чтобы достичь своей цели использования. Система транспортировки природного газа состоит из сложной сети трубопроводов, предназначенных для быстрой и эффективной транспортировки природного газа из его источника в районы с высоким спросом на природный газ.Транспортировка природного газа тесно связана с его хранением: если транспортируемый природный газ не требуется немедленно, его можно поместить в хранилище, когда это необходимо.

На маршруте транспортировки имеются три основных типа трубопроводов: система сбора, система межгосударственных трубопроводов и система распределения. Система сбора состоит из трубопроводов низкого давления и малого диаметра, которые транспортируют неочищенный природный газ от устья скважины к перерабатывающему заводу.Если природный газ из конкретной скважины имеет высокое содержание серы и двуокиси углерода (кислый газ), необходимо установить специальную трубу для сбора кислого газа. Кислый газ вызывает коррозию, поэтому его транспортировку от устья скважины к подслащивающей установке необходимо проводить осторожно. Обзор обработки и переработки природного газа.

Трубопроводы

можно охарактеризовать как межгосударственные или внутригосударственные. Межгосударственные трубопроводы аналогичны межгосударственным системам автомобильных дорог: они транспортируют природный газ через государственные границы, в некоторых случаях по всей стране.С другой стороны, внутригосударственные трубопроводы транспортируют природный газ в определенном состоянии. В этом разделе будут рассмотрены только основы межгосударственных газопроводов, однако обсуждаемые технические и эксплуатационные детали практически одинаковы для внутригосударственных газопроводов.

Межгосударственные газопроводы

Государственные газопроводы

Источник: Национальная лаборатория энергетических технологий, DOE

Транспортная сеть межгосударственных газопроводов транспортирует переработанный природный газ с перерабатывающих предприятий в добывающих регионах в те районы с высокими потребностями в природном газе, особенно в больших населенных городских районах.Как видно, трубопроводная сеть простирается по всей стране.
Межгосударственные трубопроводы являются «магистралями» транспортировки природного газа. Природный газ, который транспортируется по межгосударственным трубопроводам, перемещается в трубопроводе под высоким давлением при давлении от 200 до 1500 фунтов на квадратный дюйм (фунтов на квадратный дюйм). Это уменьшает объем транспортируемого природного газа (до 600 раз), а также приводит в движение природный газ по трубопроводу.

Этот раздел будет посвящен компонентам межгосударственной трубопроводной системы, строительству трубопроводов, а также проверке и безопасности трубопроводов.Для получения дополнительной информации о межгосударственных трубопроводах в целом, нажмите здесь, чтобы посетить веб-сайт Межгосударственной ассоциации природного газа Америки.

Трубопроводные компоненты

Межгосударственные трубопроводы состоят из ряда компонентов, которые обеспечивают эффективность и надежность системы, которая поставляет такой важный источник энергии круглый год, двадцать четыре часа в сутки, и включает в себя ряд различных компонентов.

Трансмиссионные трубы

Трубы в пути

Источник: Duke Energy Gas Transmission Канада

Трансмиссионные трубы могут иметь диаметр от 6 до 48 дюймов в зависимости от их функции.Некоторые секции труб компонентов могут даже состоять из труб небольшого диаметра, всего 0,5 дюйма в диаметре. Однако эта труба небольшого диаметра обычно используется только в системах сбора и распределения. Магистральные магистральные трубопроводы, основной трубопровод в данной системе, обычно имеют диаметр от 16 до 48 дюймов. Боковые трубопроводы, которые доставляют природный газ к магистрали или от нее, обычно имеют диаметр от 6 до 16 дюймов. Большинство основных межгосударственных трубопроводов имеют диаметр от 24 до 36 дюймов.

Труба

Line также покрыта специальным покрытием, чтобы гарантировать, что она не подвергается коррозии, будучи помещенной в землю. Целью покрытия является защита трубы от влаги, которая вызывает коррозию и ржавчину. Существует ряд различных технологий нанесения покрытий. В прошлом трубопроводы покрывали специальной эмалью каменноугольной смолы. Сегодня трубы часто защищены эпоксидной смолой, которая придает трубе заметный светло-синий цвет. Кроме того, катодная защита часто используется; Это метод пропуска электрического тока через трубу для защиты от коррозии и ржавчины.

A Компрессорная станция

Источник: Duke Energy Gas Transmission Канада

Турбинные компрессоры получают энергию, расходуя небольшую долю природного газа, который они сжимают. Сама турбина служит для работы центробежного компрессора, который содержит вентилятор, который сжимает и прокачивает природный газ по трубопроводу. Некоторые компрессорные станции работают с использованием электродвигателя для вращения центробежного компрессора того же типа.Этот тип сжатия не требует использования какого-либо природного газа из трубы, однако он требует надежного источника электричества поблизости. Поршневые двигатели на природном газе также используются для питания некоторых компрессорных станций. Эти двигатели напоминают очень большой автомобильный двигатель и приводятся в действие природным газом из трубопровода. Сгорание природного газа приводит в действие поршни снаружи двигателя, которые служат для сжатия природного газа.

В дополнение к сжатию природного газа компрессорные станции также обычно содержат какой-либо тип сепаратора жидкости, очень похожий на те, которые используются для обезвоживания природного газа во время его обработки.

»Природный газ в транспортном секторе NaturalGas.org

Природный газ в транспортном секторе

A Автомобиль с природным газом 1930-х гг.

Природный газ уже давно считается альтернативным топливом для транспортного сектора. Фактически, природный газ используется для заправки автомобилей с 1930-х годов!

Согласно Коалиции транспортных средств, работающих на природном газе, в настоящее время в Соединенных Штатах в настоящее время действует 150 000 транспортных средств, работающих на природном газе (NGV), и более 5 миллионов NGV по всему миру.На самом деле на транспортный сектор приходится 3 процента всего природного газа, используемого в Соединенных Штатах. В последние годы совершенствовались технологии, позволяющие распространять автомобили, работающие на природном газе, особенно для парков с большим количеством топлива, таких как такси и общественные автобусы. Тем не менее, практически все виды транспортных средств на природном газе либо в настоящее время производятся для продажи населению, либо в разработке, начиная с легковых автомобилей, грузовиков, автобусов, микроавтобусов и даже тяжелых грузовых автомобилей. Несмотря на эти достижения, ряд недостатков СПГ препятствует их массовому производству.Ограниченный радиус действия, пространство в багажнике, более высокая начальная стоимость и отсутствие инфраструктуры для дозаправки создают препятствия для будущего распространения транспортных средств, работающих на природном газе.

Большинство автомобилей, работающих на природном газе, работают на сжатом природном газе (СПГ). Этот сжатый газ хранится аналогично автомобильному бензиновому резервуару, прикрепленному к задней части, верхней части или ходовой части транспортного средства в резервуаре в форме трубки. Емкость для СПГ может быть заполнена аналогичным образом и за такое же количество времени, что и цистерна для бензина.

Заправка NGV

Источник: EREN – DOE

Этот природный газ питает двигатель внутреннего сгорания, аналогичный двигателям, работающим на других источниках.Однако в NGV некоторые компоненты требуют модификации, чтобы двигатель мог эффективно работать на природном газе. В дополнение к использованию КПГ некоторые транспортные средства, работающие на природном газе, работают на сжиженном природном газе (СПГ). Некоторые транспортные средства, работающие на природном газе, которые существуют сегодня, являются двухтопливными, что означает, что они могут использовать бензин или природный газ, что обеспечивает большую гибкость в выборе топлива. Многие из этих транспортных средств, которые первоначально были только бензиновыми, были переоборудованы, чтобы позволить транспортному средству работать на любом топливе. Это преобразование является дорогостоящим и обычно приводит к менее эффективному использованию природного газа.

Почему транспортные средства на природном газе?

Есть много причин, по которым NGV растет в изобилии и популярности. Новые, строгие федеральные законы и законы штата о выбросах требуют улучшения выбросов автомобилей в обозримом будущем. Например, в штате Калифорния действуют одни из самых строгих экологических стандартов, многие из которых в настоящее время недостижимы для автомобилей на обычном топливе. Природный газ, являясь самым чистым альтернативным топливом для транспорта, доступным на сегодняшний день, дает возможность соответствовать этим строгим стандартам выбросов в окружающую среду.

Кроме того, природный газ очень безопасен. Будучи легче воздуха, в случае аварии природный газ просто рассеивается в воздухе, а не образует опасный легковоспламеняющийся бассейн на земле, как другие жидкие топлива. Это также предотвращает загрязнение грунтовых вод в случае разлива. Резервуары для хранения топлива на природном газе на существующих NGV более прочные и прочные, чем бензобаки.

Природный газ также является экономической альтернативой бензину и другому транспортному топливу. Традиционно заправка автомобилей, работающих на природном газе, обходилась примерно на 30 процентов дешевле, чем бензиновых, и во многих случаях затраты на техническое обслуживание газомоторных автомобилей ниже, чем у традиционных бензиновых.По оценкам, в Соединенных Штатах на дорожные транспортные средства приходится 60 процентов загрязнения угарным газом, 29 процентов выбросов углеводородов и 31 процент выбросов оксидов азота (NOx). Все эти выбросы в атмосферу способствуют загрязнению смога и повышают уровень опасного озона на уровне земли. Транспортные средства также составляют выбросы более половины всех опасных загрязнителей воздуха и около 30 процентов общих выбросов углерода в США, что способствует присутствию «парниковых газов» в атмосфере.Воздействие NGV на окружающую среду гораздо менее вредно, чем на традиционных автомобилях. Более подробную информацию об экологических стандартах можно получить в Агентстве по охране окружающей среды (EPA) .

Природные газовые транспортные средства, предназначенные для работы только на природном газе, являются одними из самых чистых транспортных средств в мире. На самом деле, Honda Civic GX, выпущенная в 1997 году, имеет самый чистый двигатель внутреннего сгорания, когда-либо выпускавшийся в продаже. Этот автомобиль, работающий на природном газе, выделяет так мало загрязняющих веществ, что в некоторых крупных городах выбросы из автомобиля чище, чем окружающий его воздух! Калифорния, с некоторыми из самых жестких стандартов чистого воздуха в Соединенных Штатах, признала некоторые транспортные средства, работающие на природном газе, соответствующими и превосходящими свои самые строгие стандарты, включая автомобиль с низким уровнем выбросов (LEV), автомобиль с низким уровнем выбросов (ULEV) и Стандарты автомобилей со сверхнизким уровнем выбросов (SULEV).

Honda Civic GX – Super Clean NGV

Источник: AFDC – DOE

Природные газовые транспортные средства горят намного чище, чем традиционные топливные транспортные средства из-за химического состава природного газа. Хотя природный газ – это в основном метан, бензин и дизельное топливо содержат множество других вредных соединений, которые выделяются в окружающую среду через выхлопные газы автомобилей. Хотя природный газ может выделять небольшое количество этана, пропана и бутана при использовании его в качестве автомобильного топлива, он не выделяет многих других, более вредных веществ, выделяемых при сгорании бензина или дизельного топлива.

Кто использует природный газ?

Природные газовые транспортные средства в том виде, в каком они существуют сегодня, лучше всего подходят для больших парков транспортных средств, которые проезжают много миль в день. Такси, транзитные и школьные автобусы, шаттлы в аэропортах, строительные машины, мусоровозы, машины для доставки и общественные транспортные средства – все это хорошо подходит для заправки природным газом. Поскольку эти транспортные средства обслуживаются централизованно и заправляются, переход на природный газ экономичен и выгоден.

Натуральный газовый общественный транспорт

Источник: NGSA

Основными препятствиями на пути общественного распространения NGV являются высокая первоначальная стоимость, ограниченная заправочная инфраструктура и характеристики автомобиля.Автомобили NGV, несмотря на то, что их дешевле заправлять и обслуживать, изначально дороже, чем их бензиновые аналоги. Однако по мере того, как технология становится более совершенной, стоимость производства этих транспортных средств должна упасть, что затем может быть передано потребителям.

Что касается заправочной инфраструктуры, то в настоящее время в США имеется около 1500 заправочных станций, работающих на природном газе, более половины из которых открыты для общественности. Хотя это небольшая доля от количества заправочных станций в стране, так как экологические стандарты и государственные стимулы для NGV растут, поставки природного газа в качестве автомобильного топлива станут все более распространенными.

»Фон NaturalGas.org

Background

Источник: NGSA

Природный газ является жизненно важным компонентом мировых поставок энергии. Это один из самых чистых, безопасных и полезных из всех источников энергии. Несмотря на его важность, однако, есть много неправильных представлений о природном газе. Например, само слово «газ» имеет множество различных применений и значений. Когда мы заправляем нашу машину, мы добавляем в нее «газ». Тем не менее, бензин, который попадает в ваш автомобиль, хотя и само ископаемое топливо, очень отличается от природного газа.Совершенно неинтересно – за исключением того, что природный газ является горючим, его в изобилии в Соединенных Штатах, и при сжигании он выделяет много энергии с меньшими выбросами, чем многие другие источники. По сравнению с другими ископаемыми видами топлива природный газ обеспечивает более чистое горение и выделяет в воздух меньшее количество потенциально вредных побочных продуктов. Нам требуется постоянно увеличивающийся запас энергии для отопления наших домов, приготовления пищи и выработки электроэнергии. Именно эта потребность в энергии подняла природный газ до такого уровня важности в нашем обществе и в нашей жизни.

Природный газ – горючая смесь углеводородных газов. Хотя природный газ состоит в основном из метана, он также может включать этан, пропан, бутан и пентан. Состав природного газа может варьироваться в широких пределах, но ниже приведена диаграмма с описанием типичного состава природного газа до его очистки.

Типичный состав природного газа
Methane	CH₄	70-90%
Ethane	C₂H₆	0-20%
Propane	C₃H₈
Butane	C₄H₁₀
Углекислый газ	CO₂	0-8%
Oxygen	O₂	0-0.2%
Nitrogen	N₂	0-5%
Сульфид водорода	H₂S	0-5%
Редкие газы	A, He, Ne, Xe	trace

В чистом виде, например, природный газ, который доставляется в ваш дом, это почти чистый метан. Метан представляет собой молекулу, состоящую из одного атома углерода и четырех атомов водорода, и называется Ch5. Отличительный запах «тухлого яйца», который мы часто связываем с природным газом, на самом деле является запахом меркаптана, который добавляется в газ перед его доставкой конечному потребителю.Когда присутствуют другие углеводороды, природный газ является «влажным».

Природный газ имеет много применений в жилых, коммерческих и промышленных целях; Узнайте больше о многократном использовании природного газа здесь.

Природный газ, обнаруженный в резервуарах под землей, часто связан с залежами нефти. Производственные компании ищут свидетельства этих резервуаров, используя сложную технологию, которая помогает найти местоположение природного газа, и бурить скважины в земле, где это может быть найдено.Из этих трубопроводов природный газ доставляется к месту его использования. Для получения дополнительной информации о том, как природный газ попадает из-под земли в конечный пункт назначения, нажмите здесь.

Природный газ может быть измерен различными способами. Как газ, его можно измерить по объему, который он занимает при нормальных температурах и давлениях, обычно выражаемых в кубических футах. Производственные и распределительные компании обычно измеряют природный газ в тысячах кубических футов (Mcf), миллионах кубических футов (MMcf) или триллионах кубических футов (Tcf).Хотя измерение по объему полезно, природный газ также может быть измерен по потенциальной выходной энергии. Как и другие виды энергии, природный газ обычно измеряется и выражается в британских тепловых единицах (БТЕ). Один Btu – это количество природного газа, которое будет производить достаточно энергии, чтобы нагреть один фунт воды на один градус при нормальном давлении. Чтобы дать представление, один кубический фут природного газа содержит около 1027 Btus. Когда природный газ доставляется в дом, он измеряется газовой утилитой в «термах» для выставления счетов.

»Переработка природного газа NaturalGas.org

Обработка природного газа

Источник: Duke Energy Gas Transmission Канада

Природный газ в том виде, в каком он используется потребителями, сильно отличается от природного газа, который доставляется из подполья до устья скважины. Хотя обработка природного газа во многих отношениях менее сложна, чем обработка и переработка сырой нефти, она в равной степени необходима перед его использованием конечными пользователями.

Природный газ, используемый потребителями, почти полностью состоит из метана.Тем не менее, природный газ, найденный в устье скважины, хотя по-прежнему состоит в основном из метана, ни в коем случае не является таким чистым. Сырой природный газ поступает из трех типов скважин: нефтяных, газовых и конденсатных. Природный газ, который поступает из нефтяных скважин, обычно называют «попутным газом». Этот газ может существовать отдельно от нефти в пласте (свободный газ) или растворяться в сырой нефти (растворенный газ). Природный газ из газовых и конденсатных скважин, в которых почти нет сырой нефти, называют «неассоциированным газом».

Переработка природного газа состоит из отделения всех различных углеводородов и жидкостей от чистого природного газа с целью получения так называемого сухого природного газа с «качеством трубопровода». Основные транспортные трубопроводы обычно накладывают ограничения на подпитку природного газа, который допускается в трубопровод. Это означает, что перед транспортировкой природного газа его необходимо очистить. Хотя этан, пропан, бутан и пентаны должны быть удалены из природного газа, это не означает, что все они являются «отходами».

На самом деле, попутные углеводороды, известные как «газоконденсатные жидкости» (NGL), могут быть очень ценными побочными продуктами переработки природного газа. НГЛ включают этан, пропан, бутан, изобутан и природный бензин. Эти NGL продаются отдельно и имеют множество различных применений; включая повышение нефтеотдачи в нефтяных скважинах, обеспечение сырьем для нефтеперерабатывающих или нефтехимических заводов, а также в качестве источников энергии.

A Завод по переработке природного газа

Источник: Duke Energy Gas Transmission Канада

. Хотя некоторая необходимая обработка может быть выполнена на устье скважины или вблизи него (полевая обработка), полная обработка природного газа происходит на обогатительной фабрике, обычно расположенной в области добычи природного газа.Добытый природный газ транспортируется на эти перерабатывающие заводы через сеть сборных трубопроводов, которые представляют собой трубы низкого давления малого диаметра. Сложная система сбора может состоять из тысяч миль труб, соединяющих перерабатывающий завод с более чем 100 скважинами в этом районе. Согласно «Газовым фактам» Американской газовой ассоциации за 2000 год, в 1999 году в США было проведено около 36 100 миль сборочных трубопроводов.

В дополнение к обработке, выполняемой на устье скважины и на централизованных перерабатывающих предприятиях, некоторая окончательная обработка также иногда выполняется на «установках извлечения ствола».Эти заводы расположены на основных системах трубопроводов. Хотя природный газ, который поступает на эти экстракционные установки, уже имеет качество трубопровода, в некоторых случаях все еще существуют небольшие количества СПГ, которые добываются на базовых установках.

Фактическая практика обработки природного газа до уровня качества сухого газа в трубопроводе может быть довольно сложной, но обычно включает в себя четыре основных процесса удаления различных примесей:

Прокрутите вниз или нажмите на ссылку выше, чтобы перейти к определенному разделу.

В дополнение к четырем вышеуказанным процессам, нагреватели и скрубберы устанавливаются, как правило, на или около устья скважины. Скрубберы служат главным образом для удаления песка и других крупных частиц. Нагреватели гарантируют, что температура газа не будет слишком низкой. При использовании природного газа, который содержит даже небольшое количество воды, гидраты природного газа имеют тенденцию образовываться при понижении температуры. Эти гидраты представляют собой твердые или полутвердые соединения, напоминающие ледяные кристаллы. Если эти гидраты накапливаются, они могут препятствовать прохождению природного газа через клапаны и системы сбора.

При сгорании природного газа: Природный газ. Процесс горения. | mlynok – Горение природного газа — Студопедия

Природный газ. Процесс горения. | mlynok

Понравилось это:

Похожее

Количество диоксида углерода в продуктах сгорания газа

FAS — Глава 8. Характеристики горения газов

Глава 8. Характеристики горения газов

8.1. РЕАКЦИИ ГОРЕНИЯ

1. Особенности природных газов

2. Условия воспламенения и сгорания газового топлива

3. Продукты сгорания газа и контроль процесса горения

4. Методы сжигания газа

5. Повышение эффективности использования газового топлива

6. Рациональное сжигание газа и защита воздушного бассейна

7. Автоматизация процессов сжигания газа

Процесс горения газа

Процесс горения газа

Воспламенение газовоздушной смеси может быть осуществлено:

Количество кислорода и воздуха при сжигании некоторых газов

Количество объемов инертного газа на 1 объем горючего газа, при котором газовоздушная смесь перестает быть взрывоопасной

»Природный газ и окружающая среда NaturalGas.org

Природный газ и окружающая среда

Природный газ: топливо и сырье

22 триллионов кубических футов

Использования природного газа в домах США

Промышленное использование природного газа

Применение в нефтегазовой и трубопроводной промышленности

»Транспортировка природного газа NaturalGas.org

Транспорт природного газа

»Природный газ в транспортном секторе NaturalGas.org

Природный газ в транспортном секторе

»Фон NaturalGas.org

Background

»Переработка природного газа NaturalGas.org

Обработка природного газа

Добавить комментарий Отменить ответ