58. Газообразные топлива. Особенность их применения. Преимущества и недостатки газообразных топлив при их эксплуатации

Газообразное топливо с каждым годом находит все более широкое применение в различных отраслях народного хозяйства. В сельскохозяйственном производстве газообразное топливо широко используется для технологических (при отоплении теплиц, парников, сушилок, животноводческих и птицеводческих комплексов) и бытовых целей. В последнее время его все больше стали применять для двигателей внутреннего сгорания.

По сравнению с другими видами газообразное топливо обладает следующими преимуществами:

- сгорает в теоретическом количестве воздуха, что обеспечивает высокие тепловой кпд и температуру горения;

- при сгорании не образует нежелательных продуктов сухой перегонки и сернистых соединений, копоти и дыма;

- сравнительно легко подводится по газопроводам к удаленным объектам потребления и может храниться централизованно;

- легко зажигается при любой температуре окружающего воздуха;

- требует сравнительно небольших затрат при добыче, а значит, является по сравнению с другими более дешевым видом топлива;

- может быть использовано в сжатом или сжиженном виде для двигателей внутреннего сгорания;

- обладает высокими противодетонационными свойствами;

- при сгорании не образует конденсата, что обеспечивает значительное уменьшение износа деталей двигателя и т.п.

Вместе с тем газообразное топливо имеет также определенные отрицательные свойства, к которым относятся: отравляющее действие, образование взрывчатых смесей при смешении с воздухом, легкое протекание через неплотности соединений и др. Поэтому при работе с газообразным топливом требуется тщательное соблюдение соответствующих правил техники безопасности.

Применение газообразных видов топлива обусловливается их составом и свойствами углеводородной части. Наиболее широко применяются природный или попутный газ нефтяных или газовых месторождений, а также заводские газы нефтеперерабатывающих и других заводов. Основными составляющими компонентами этих газов являются углеводороды с числом углеродных атомов в молекуле от одного до четырех (метан, этан, пропан, бутан и их производные).

Природные газы из газовых месторождений практически полностью состоят из метана (82 ... 98 %), с небольшой примесью этана (до 6 %), пропана (до 1,5 %) и бутана (до 1 %). В попутных нефтяных газах содержание метана колеблется в более широких пределах (40 ... 85 %), но в них, кроме того, содержится этан и пропан (до 20 % каждый). Заводские газы содержат как парафиновые, так и олефиновые углеводороды, которые чаще всего используются как сырье для синтеза пластических масс и других веществ.

В горючих газах, кроме углеводородов, могут содержаться и другие компоненты, такие, как водород, оксиды углерода, азот, кислород, сероводород, пары воды и др. Входящие в состав газа неуглеводородные компоненты – водород, оксидуглерода (II) и др. – имеют невысокую теплоту сгорания, а некоторые из них (диоксид углерода, азот), не участвуя в сгорании вообще, снижают теплотворную способность топлива. Поэтому в зависимости от назначения газ специально очищают от нежелательных соединений.

Газообразное топливо по теплоте сгорания условно делят на три группы:

высококалорийное – с теплотой сгорания более 20 000 кДж/м3 (природные газы из газовых скважин и нефтяные, получаемые из скважин попутно с нефтью и при переработке ее);

среднекалорийное – с теплотой сгорания 10 000 ... 20 000 кДж/м3 (коксовый, светильный газы и др.);

низкокалорийное – с теплотой сгорания до 10 000 кДж/м3 (доменный, генераторный газы и др.).

В зависимости от физических свойств газы могут быть разделены на сжатые и сжиженные. Некоторые газы, обладающие низкой критической температурой, не переходят в жидкое состояние при обычной температуре даже под действием высокого давления. Так, метан до температуры –82 °С находится в газообразном состоянии. При температуре ниже –82 °С метан под воздействием небольшого избыточного давления превращается в жидкость, а при охлаждении до –161 °С метан сжижается уже в условиях атмосферного давления. Газы, которые имеют критическую температуру ниже обычных температур их применения, используют в основном в сжатом виде (при давлении до 20 МПа), поэтому их называют сжатыми газами. Сжиженные газы – это газы, критическая температура которых выше обычных температур их применения. Такие газы используют в сжиженном виде при повышенном давлении (до 1,5 … 2 МПа).