что такое газообразное топливо

Газообразное топливо

Смотреть что такое «Газообразное топливо» в других словарях:

ГАЗООБРАЗНОЕ ТОПЛИВО — горючие газы, применяемые для отопления. Г. т. делится на естественное и искусственное. Естественный природный газ выделяется из недр земли, состоит из углеводородов (преимущественно метана и этана) с примесью углекислоты, азота и др.… … Технический железнодорожный словарь

газообразное топливо — топливный газ горючий газ — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом Синонимы топливный газгорючий газ EN gas(eous) fuelfuel gas … Справочник технического переводчика

газообразное топливо — dujinis kuras statusas T sritis chemija apibrėžtis Degiosios kurui vartojamos dujos. atitikmenys: angl. fuel gas; gas fuel; gaseous fuel rus. газовое топливо; газообразное топливо; горючий газ; топливный газ … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

газообразное топливо — dujiniai degalai statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. gas fuel vok. gasförmiger Brennstoff, m rus. газовое топливо, n; газообразное топливо, n pranc. combustible gazeux, m … Fizikos terminų žodynas

газообразное топливо — dujinis kuras statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. gaseous fuel vok. gasförmiger Brennstoff, m rus. газообразное топливо, n pranc. combustible gazeux, m … Automatikos terminų žodynas

газообразное топливо — dujinis kuras statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. gas fuel; gaseous fuel vok. gasförmiger Brennstoff, m rus. газообразное топливо, n pranc. combustible gazeux, m … Fizikos terminų žodynas

газообразное топливо — [fuel gas] горючие газы в смеси с негорючими соединениями. Физико химические свойства и теплотехническая характеристика газообразного топлива определяется свойствами отдельных компонентов, входящих в состав данного топлива (N2, H2, H20, СО2, SO2 … Энциклопедический словарь по металлургии

газообразное топливо — газообразное топливо — различные газообразные вещества, окисление которых сопровождается значительным выделением теплоты. Г. т. обладает рядом преимуществ перед жидкими и твёрдыми топливами. При сжигании газов не образуется золы. Основной… … Энциклопедия «Авиация»

газообразное топливо — газообразное топливо — различные газообразные вещества, окисление которых сопровождается значительным выделением теплоты. Г. т. обладает рядом преимуществ перед жидкими и твёрдыми топливами. При сжигании газов не образуется золы. Основной… … Энциклопедия «Авиация»

Объединение ряда компаний США по переработке различных отходов в жидкое и газообразное топливо и химреагенты — Построен завод производительностью 200 т отходов в сутки, в 2004 г. получены гранты в размере 12 млн. долл. США от Министерства энергетики и Агентства по защите окружающей среды США [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.]… … Справочник технического переводчика

Источник

Газовое топливо. Виды газообразных топлив

Газовое топливо – это горючие газы, основное свое применение находят для сжигания в отопительных котлах и установках.

Газообразное топливо находит широкое применение в разных отраслях народного хозяйства, в энергетике для выработки тепловой энергии (сжигается непосредственно в отопительных котлах для нагрева теплоносителя), а также в качестве замены бензина на двигателях внутреннего сгорания. В качестве топлива природный газ используется и для нагревания отходов и мусора в мусороперерабатывающих установках и на мусоросжигательных заводах.

Рис. 1. Детальная классификация и состав двух видов газообразного топлива

Газовое топливо условно можно разделить на естественное (природное) и искусственное.

Естественный газ, называемый природный газ, добывают из недр земли.

Искусственный газ получают путем переработки горючих компонентов, которые имеются в составе угля, торфа, дров, нефти, газов. Например, при перегонке сухой нефти получают нефтяной газ, светильный газ получают путем нагревания каменного угля, древесины или торфа без доступа кислорода, генераторный газ (воздушный и водяной) получают путем термического воздействия на перерабатываемое топливо в генераторе с участием воздуха и/или водяного пара. При воздействии на карбид кальция водой получают – ацетилен. Доменный газ получается при плавке чугуна в доменных печах, он является побочным продуктом доменного производства. Нагревание специальных коксующихся сортов угля без доступа кислорода способствует выработке коксового газа, с протеканием данного процесса в коксовых печах.

Преимущества использования газового топлива:

Недостатки использования газового топлива:

1. Природный газ

Природный газ – это смесь углеводородных соединений и небольших количеств неуглеводородов, существующих в газообразной форме или в растворе с нефтью в природных подземных пластах.

Рис. 2. Горение природного газа

Природный газ является полезным ископаемым. В земных недрах (в пластовых условиях залегания) природный газ в основном находится в газообразном состоянии – в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений. Также природный газ встречается в растворенном состоянии в нефти или воде. При нормальных условиях (101,325 кПа и 20 °C) природный газ находится только в газообразном состоянии. Также природный газ может находиться в кристаллическом состоянии в виде естественных газогидратов.

Природный газ, как и нефть, также стал известен человеку очень давно. В предгорьях Малого Кавказа за 6000 лет до н. э. горели «вечные огни». Данные «вечные огни» образовывались в местах выходов газа на поверхность от случайного воспламенения. Понятно, что происхождение всех этих огней сразу приписывали высшим силам, в том числе и природным явлениям, когда над землей, либо над водой казалось бы из ничего возникало пламя.

Гораздо более зрелищный эффект дают выбросы воспламенившегося газа из грязевых «вулканов» залпом. Об одном из таких выбросов можно судить по наблюдениям наших дней. Так 15 ноября 1958 года во время «извержения» грязевого вулкана банки Макарова-отмели, находящейся в море на расстоянии около 25 км от Баку, высота первоначально вырвавшегося и воспламенившегося столба газа достигала нескольких километров. В последующем горящее пламя имело высоту около 500 м и диаметр около 120 м. Мощное извержение продолжалось около суток.

Глубина залегания природного газа составляет от 1000 метров до нескольких километров. Одной из сверхглубоких скважин считается приток газа с глубины более 6000 метров недалеко от города Новый Уренгой. В недрах газ находится в микроскопических пустотах (порах). Поры соединены между собой микроскопическими каналами – трещинами, по этим каналам газ поступает из пор с высоким давлением в поры с более низким давлением до тех пор, пока не окажется в скважине. Движение газа в пласте подчиняется определенным законам.

Как было сказано ранее в основном газ добывают посредством пробуренных в земле скважин. Эти скважины бурят по возможности более равномерно по всей территории месторождения. Это делается для равномерного падения пластового давления в залежах газа. Если этого не делать, то возможны перетеки газа между областями месторождения, а также преждевременное обводнение залежи. Подъем газа с глубины протекает естественным образом. Он выходит за счет того, что в залежах природный газ находится под давлением, многократно превышающем атмосферное. Таким образом, движущей силой является разность давлений в пласте и системе сбора.

В 2005 году в России объем добычи природного газа составил 548 млрд м³. Внутренним потребителям было поставлено 307 млрд. м³ через 220 региональных газораспределительных организаций. На территории России расположено 24 хранилища природного газа. Протяженность магистральных газопроводов России составляет 155 тыс. км.

В 2009 году США впервые обогнали Россию не только по объему добытого газа (624 млрд м³ против 582,3 млрд м³), но и по объему добычи товарного газа, то есть идущего на продажу контрагентам. Это объясняется ростом добычи сланцевого газа (т. н. сланцевая революция). В 2010 году Россия вернула себе лидер ство в объемах добываемого газа, нарастив добычу до 647 млрд м³. США же, напротив, снизили добычу до 619 млрд м³. В 2011 году, согласно данным ЦДУ ТЭК РФ, добыча газа в России составила 670,5 млрд м³.

В связи с большими масштабами добычи газ в США потребляется преимущественно в качестве топлива. Несмотря на высокий уровень развития нефтехимии, для покрытия всех ее потребностей в сырье достаточно было бы не более 6-7% от общего потребления природного газа. Но около половины необходимого сырья нефтехимия получает в виде нефтезаводского газа и около четверти – в виде жидкого газа. Поэтому в нефтехимии расходуется лишь немногим более 1,5 % от общего потребления природного газа США, а включая расход жидкого газа, – около 3 %.

Природный газ (метан) находит широкое применение для производства метанола, ацетилена, аммиака, цианистого водорода и других важнейших полупродуктов для органического синтеза.

Природный газ является основным сырьем для производства аммиака. Примерно три четверти всего аммиака используется для производства азотных удобрений – основного вида минеральных удобрений. Рост производства азотных удобрений обусловлен интенсивным строительством магистральных газопроводов после окончания второй мировой войны, это позволило расположить производства минеральных удобрений в непосредственной близости к районам их потребления.

В послевоенное время население многих стран испытывало необходимость в увеличении объемов производства продуктов питания. Применение минеральных удобрений в этот период позволило снизить издержки на выращивание многих продуктов сельского хозяйства. Сегодня наиболее эффективным методом капитальных вложений в сельское хозяйство в США считается расширение использования удобрений. Таким образом, развитие газовой промышленности способствовало прогрессу сельскохозяйственного производства.

Цианистый водород, который получают из аммиака, наряду с ацетиленом служит исходным сырьем для производства синтетических волокон. Из ацетилена, например, в США вырабатываются различные пласты-каты, которые широко применяют в быту и промышленности; ацетилен также используется для производства ацетатного шелка. Метанол является важнейшим полуфабрикатом, применяемым для производства пластмасс.

2. Газогенераторный газ

Газогенераторный газ – это газ, производимый путем карбонизации или полной газификации нефтяных продуктов с обогащением или без обогащения.

К таким газам относят все виды газа, производимых предприятиями, основной целью которых является производство промышленного газа. Также к генераторным газам относят и газ, производимый путем крекинга природного газа и путем риформинга и простого смешивания газов. К генераторным газам относят и газы, полученные в газогенераторах и газификаторах, работающих на угле и древесине.

Рис. 3. Цепь реакций при термическом крекинге парафиновых углеводородов (по Тиличееву и Немцову)

3. Коксовый газ

Конденсаты объединяют и отстаиванием выделяют надсмольную воду (аммиачная вода) и каменноугольную смолу. Далее сырой коксовый газ последовательно очищают от аммиака и сероводорода, промывают поглотительным маслом (для улавливания сырого бензола и фенола), серной кислотой (для улавливания пиридиновых оснований). Очищенный коксовый газ (14-15 % от общей массы перерабатываемого угля) используют в качестве топлива для обогрева батареи коксовых печей и для других целей.

Рис. 4. Разделение коксового газа на составляющие

В самом начале использования технологии коксования углей, получаемый при этом побочный продукт – коксовый газ использовался для освещения, приготовления пищи и обогрева. Развитие производства газа шло параллельно с промышленной революцией и урбанизацией, а производство побочных продуктов, каменноугольных смол и аммиака, были важным сырьем для химических красителей и химической промышленности. Все виды искусственных красителей были изготовлены из коксового газа и смолы.

Рис. 5. Использование коксового газа (Авдеевский Коксохимический завод)

В настоящее время коксовый газ применяется как топливо на металлургических заводах, в коммунальном хозяйстве и как химическое сырье. Используют его и как топливо в промышленных печах, газовых двигателях, как сырье в химической промышленности. Из коксового газа выделяют

водород, необходимый для синтеза аммиака методом фракционированной конденсации при низких температурах. Получающаяся при этом этиленовая фракция служит сырьем для различных синтезов.

Примесь сероводорода в коксовом газе нежелательна и в тех случаях, когда газ используют в качестве топлива, и тогда, когда он является химическим сырьем. Поэтому коксовый газ очищают от сероводорода. Для очистки газов применяют различные методы.

Вакуум – содовый метод очистки коксового газа от сероводорода заключается в следующем. Газ подается в скруббер, который орошается 4-5%-ным раствором соды при 30 °С. Сероводород, а вместе с ним углекислота и синильная кислота, присутствующая в газе в небольших количествах (0,5- 1,2 г/м 3 ), абсорбируются, образуя соли.

4. Колошниковый газ

Колошниковый газ – это побочный продукт доменных печей, восстановленный на выходе из печи.

Рис. 6. Колошниковый газ горит

Рис. 7. Колошниковый газ в структурной схеме плавки чугуна

Тонкую очистку газа осуществляют чаще всего по мокрому способу в электрофильтрах или дезинтеграторах и иногда сухим способом в фильтрах из тканей или синтетических материалов.

5. Биогаз

Биогаз – это газ, получаемый водородным или метановым брожением биомассы.

Рис. 8. Заводы производящие биогаз

Человечество научилось использовать биогаз очень давно. В 1 тысячелетии до н. э. на территории современной Германии уже существовали примитивные биогазовые установки. Алеманам, населявшим заболоченные земли бассейна Эльбы, чудились Драконы в корягах на болоте. Они полагали, что горючий газ, скапливающийся в ямах на болотах – это дыхание Дракона. Чтобы задобрить Дракона, в болото бросали жертвоприношения и остатки пищи. Люди верили, что Дракон приходит ночью и его дыхание остается в ямах. Алеманы додумались шить из кожи тенты, накрывать ими болото, отводить газ по кожаным же трубам к своему жилищу и сжигать его для приготовления пищи. Оно и понятно, ведь сухие дрова найти было трудно, а болотный газ (биогаз) отлично решал эту проблему.

Первая задокументированная биогазовая установка была изготовлена и построена в Бомбее (Индия, 1859 год). В 1895 году биогаз активно применяли в Великобритании для уличного освещения. В 1930 году, с развитием микробиологии, были обнаружены бактерии, участвующие в процессе производства биогаза.

Рис. 9. Модель биогазовой установки по сравнению с человеком

В СССР основные исследования начались в 40-х годах прошлого века. В 1948-1954 гг. была разработана и построена первая лабораторная установка. В 1981 году при Госкомитете по науке и технике была создана специализированная секция по программе развития биогазовой отрасли. В рамках чего в Запорожском конструкторско-технологическом институте сельскохозяйственного машиностроения были построены 10 комплектов оборудования. Из современников в области биогаза отметились Andreas Krieg, Torsten Fischer, Walder Schmid. Биогаз используют в качестве топлива для производства: электроэнергии, тепла или пара, или в качестве автомобильного топлива.

Рис. 10. Схема применения биогаза

Биогазовые установки могут устанавливаться как очистные сооружения на фермах, птицефабриках, спиртовых заводах, сахарных заводах, мясокомбинатах. Биогазовая установка может заменить ветеринарно-санитарный завод, т. е. падаль может утилизироваться в биогаз вместо производства мясо-костной муки.

Рис. 11. Схема получения биогаза из навоза

Ведущее место по производству и применению биогаза среди промышленно развитых стран по относительным показателям принадлежит Дании – биогаз занимает почти 18 % в ее общем энергобалансе. По абсолютным показателям по количеству средних и крупных установок ведущее место занимает Германия – 8000 установок. В Западной Европе более половины всех птицеферм отапливаются биогазом.

Источник

Газовое топливо как оно есть

Со второй половины ХХ века доля газообразных углеводородов в топливных балансах большинства стран мира неуклонно возрастает, повышаются и объемы их добычи и сжигания.

Что такое газовое топливо

Газовое топливо, или просто газ, как известно, это разновидность ископаемых энергоносителей, представляющее собой горючие газообразные углеводороды нефтяного происхождения. Газообразные углеводороды, как правило, не имеют цвета и запаха и, несмотря на принадлежность к газам, обладают различным химическим составом, молекулярным весом, дисперсностью (размером) молекул и физическими свойствами. Условно все газовые энергоносители разделяют на три группы: природные газы самостоятельных месторождений, попутные, сопровождающие добываемую нефть газы и заводские (промышленные) газы, или газы нефтепереработки.

Чем привлекателен газ

Любой вид углеводородного топлива, как известно, горит только в парообразном состоянии, то есть в газовой фазе, что требует затрат дополнительного количества тепловой энергии на газификацию элементов исходного топлива. Газообразное топливо составляет исключение, поскольку при атмосферном давлении оно уже пребывает в газовой фазе и затраты, то есть потери дополнительного тепла, на его газификацию отсутствуют.

Сжигание газообразного топлива дает и ощутимые эксплуатационные выгоды. Во-первых, двигатели и котлы, сжигающие газообразное топливо, имеют минимальное время приготовления к работе из холодного состояния в рабочее. Во-вторых, эксплуатация газового хозяйства более простая по сравнению с эксплуатацией, например, жидко- или твердотопливного хозяйства. В-третьих, подача газа к топливосжигающей установке на сжигание требует меньших затрат, чем аналогичные технологические операции для жидкого и твердого топлива. И наконец, загрязнение поверхностей нагрева двигателей и котлов, сжигающих газ, незначительны, поскольку в конечных продуктах его сгорания количество копоти и сажи минимально, а зола и другие твердые отложения вовсе отсутствуют, что значительно увеличивает сроки между чистками наружных поверхностей нагрева.

Следует также отметить, что газ обладает наибольшим по сравнению со всеми другими видами углеводородных горючих коэффициентом полезного использования топлива, который практически соответствует 100 процентам (КПИТгаза = 99,7‑99,8 процента).

Что еще необходимо знать о газе

Использование газа, наряду с достоинствами, имеет и существенные недостатки, которые необходимо учитывать при работе с данным видом углеводородного горючего.

Являясь ископаемым топливом, газы обладают всеми им присущими недостатками. Так, в составе газообразного топлива имеется так называемый негорючий балласт, то есть химические вещества и соединения (например, вода), которые не горят и не выделяют тепловой энергии. Кроме того, составляющие газ углеводороды имеют разную молекулярную структуру и размеры, неодинаковое строение молекул, различные типы углеводородных соединений, что при применяемой технологии подготовки газа к сжиганию не позволяет добиться получения однородной по структуре гомогенной горючей смеси с оптимальным соотношением компонентов по всему объему горения. В связи с этим даже при сжигании газообразного топлива завышается коэффициент избытка воздуха, а в процессе горения выделяется сажа и появляется копоть.

В настоящее время бытует и другое ложное мнение, будто бы из всех используемых сегодня ископаемых энергоносителей газообразное топливо самое экологически чистое. Экологичность, или экологическая чистота, газа, как и любого другого вида углеводородного топлива, проявляется в процессе его использования по прямому назначению, то есть при сжигании, при этом уровень экологической чистоты горючего зависит, в большей степени, от качества организации процесса его горения, нежели от вида сжигаемого топлива. Дымовые газы – продукты сгорания газообразного топлива, как правило, прозрачные и визуально не определяются, именно поэтому создается иллюзия отсутствия загрязнения атмосферы при работе топливосжигающей установки на газе. При сжигании газообразных углеводородов, подготовленных к горению по традиционной технологии, в атмосферу выбрасывается более 83‑85 процентов оксидов азота (NO_Х), что выводит газообразное топливо на первое место среди других углеводородных топлив по выбросу этих наиболее экологически опасных и высокотоксичных соединений, приводящих к формированию в атмосфере кислотных дождей.

Поскольку теплота сгорания природного газа относительно невысокая (QРВ=22800 кДж/кг), то для получения одинакового количества тепловой энергии его требуется сжечь в 1,8 раза больше, чем, например, топочного мазута М-100 с влагосодержанием 2,0 процента (QРН= 40530 кДж/кг). Увеличение расхода газового горючего, в свою очередь, приводит и к повышению выбрасываемого в атмосферу количества продуктов сгорания, которое с учетом завышенных коэффициентов избытка воздуха увеличивается в 2,0‑2,3 раза. Очевидно, что в 2,0‑2,3 раза возрастает и количество выбрасываемых в воздушный бассейн оксидов азота (NO_Х). Кроме того, забранный из атмосферы и не участвующий в реакции горения воздух, называемый избыточным, мгновенно нагревается от температуры атмосферы до 1200˚С и более, проходит транзитом зону горения и горячим сбрасывается назад в атмосферу, вызывая ее тепловое загрязнение. Для мгновенного нагрева избыточного воздуха от температуры окружающей среды до температуры горения требуется, как известно, дополнительное количество газообразного топлива, что приводит к перерасходу газа на 6 процентов и более, а значит, и к увеличению газового и теплового загрязнения атмосферы.

Следует помнить, что на экологическую чистоту газообразного топлива оказывают влияние не только экологически опасные компоненты, содержащиеся как в атмосферном воздухе, так и непосредственно в газе, но и вещества, вводимые в состав газа с целью своевременного определения его утечек. Поскольку у газообразных углеводородов отсутствует запах, то для определения их утечек, как известно, производится одоризация газа, то есть ввод в состав газообразного топлива специальных химических соединений, обладающих специфическим запахом.

Таким образом, при сжигании газообразного топлива образующиеся дымовые или выхлопные газы, незначительно изменяясь качественно, более чем в 2,0 раза увеличиваются количественно, следовательно, экологический эффект от использования газа не такой уж высокий, как его пытаются представить.

Нельзя увлекаться одним газом

После топливного кризиса в 70‑х годах ХХ века доля газа, в основном природного, в мировом топливном балансе неуклонно возрастает и к настоящему времени достигла 22,3 процента. Причем потребление газа различными странами неодинаково. Так, наибольшее количество газа потребляется в России, где его доля в топливно-энергетическом балансе составляет более 50 процентов. Второе место по потреблению голубого топлива занимают страны Европейского Союза – около 30 процентов, третье место – государства СНГ (25 процентов). И наконец, последнее место в использовании газа принадлежит странам Юго-Восточной Азии, в которых основную долю топливного баланса составляет уголь.

Увеличение объема потребления газа в России, странах Европейского Союза и государствах СНГ, по мнению авторов, обусловлено, главным образом, очевидными его преимуществами перед другими видами углеводородных топлив. Увеличению доли газа в топливном балансе способствовали также относительно высокие температуры в зимний период за последние четверть века. Теплые зимы не позволили в полной мере выявить все недостатки, связанные с использованием газа, и оценить их влияние на надежность функционирования топливосжигающих установок в условиях низких температур. К немаловажным причинам увеличения объемов потребления газообразного топлива можно отнести и его сравнительно невысокую стоимость, при этом расчет стоимости газа производится в кубометрах, а не в килограммах, как стоимость других энергоносителей.

Сегодня практически все крупные города России имеют высокий уровень газификации. Так, доля природного газа в топливном балансе Москвы составляет 87‑89 процентов, в Санкт-Петербурге – 83‑85 процентов, а в Казани – 95‑96 процентов. При этом газообразным топливом в России отапливаются даже котлоагрегаты средних и крупных ТЭЦ.

Повсеместный переход на газообразное топливо имеет и свою оборотную сторону. Как правило, при отоплении топливосжигающей установки газом не уделяется должного внимания резервному топливному хозяйству, а в некоторых случаях резервное топливное хозяйство вообще отсутствует. В этом случае обслуживающий персонал теряет навыки эксплуатации резервного топливного хозяйства, что в экстремальных ситуациях, например при резком похолодании или при отключении по каким‑либо причинам газа, может привести к выходу из действия как одного энергообъекта, так и всего энергетического комплекса города или региона. В масштабах одного города или всей страны последствия такой остановки могут иметь катастрофический характер.

Становится очевидным, что приоритетное использование одного вида энергоносителя, например газа, недопустимо, поскольку, в конечном итоге, это может привести к снижению надежности функционирования экономики страны в целом.

Об оптимизации топливного баланса

По убеждению авторов, использование каждого вида углеводородного топлива, включая и газообразное, во всех случаях должно быть экономически выгодно и экологически обосновано, при этом надежность функционирования энергетики и промышленности в реальных условиях, в том числе и экстремальных, должна быть обеспечена на основе дифференцированного подхода к применению того или иного вида топлива. Надежность функционирования каждого энергетического и промышленного объекта будет тем выше, чем большее количество различных видов углеводородного топлива может на них использоваться.

Сегодня уже очевидно, что назрела объективная необходимость дифференцированного подхода к использованию природных энергоносителей, что требует оптимизации их соотношения в топливном балансе как для каждого отдельно взятого региона, так и для страны в целом, в том числе и обладающей своими энергоресурсами. Без оптимизации соотношения различных видов топлива в топливном балансе энергетика – основа экономики и жизнедеятельности любого государства – весьма уязвима, поскольку ее зависимость только от одного энергоносителя, в конечном итоге, может привести к снижению надежности функционирования не только в экстремальных, но и в нормальных условиях. В основу топливного баланса необходимо заложить, наряду с эколого-экономическим обоснованием использования в качестве основного топлива того или иного вида энергоносителя, приоритет углеводородных топлив, заменяющих основное топливо и применяемых в качестве резервного. Экономическая эффективность сжигания того или иного вида топлива определяется, в том числе, и затратами на его транспортировку к потребителю, в связи с этим использование местных энергоносителей всегда дешевле и экономически выгодней, чем сжигание привозных топлив. В то же время экологическая составляющая эффективности использования того или иного вида углеводородного топлива зависит, главным образом, от условий его хранения, уровня технологии топливоподготовки и качества организации процесса сгорания.

Опыт использования различных видов топлива в развитых странах мира показывает, что наибольшая эффективность сжигания газообразного топлива достигается в быту и на автотранспорте, жидкого горючего – в двигателях, установках транспортных средств и резервных аварийных энергокомплексах, а угля – в котлоагрегатах средних и крупных ТЭЦ. При этом для повышения надежности функционирования любого энергетического объекта в его конструкции заложено использование всех видов углеводородных топлив: газообразных, жидких (от бензинов и керосинов до сырых нефтей и нефтесодержащих отходов) топлив и углей. Именно такое использование углеводородных топлив, по убеждению авторов, является сегодня наиболее рациональным и экономически выгодным.

Как сегодня организуется сжигание газа

Традиционно газ и воздух подаются в зону горения раздельно, где смешиваются и образуют горючую смесь. К сожалению, применяемая схема подачи топлива и воздуха не учитывает постоянно изменяющихся значимых факторов (или движущих сил процесса сгорания), оказывающих существенное влияние на качество организации процесса горения, а именно разную структуру и размеры молекул, неодинаковое молекулярное строение, различные типы углеводородных соединений и химические молекулярные связи в газообразном топливе. В связи с этим использование общепринятой сегодня раздельной схемы подачи топлива и воздуха всегда приводит к приготовлению гетерогенной (неоднородной) газовоздушной смеси с нехваткой или излишком в ее отдельных локальных зонах окислителя или горючего. Так, в корне факела наблюдается значительный избыток воздуха, а в хвостовой части – его недостаток. Сжигание газообразного топлива, имеющего различную молекулярную структуру, молекулы разного строения и неоднородные типы углеводородных соединений, всегда требует наличия избыточного воздуха. В конечном итоге избыток воздуха приводит к увеличению разности температур в локальных зонах горения, к химическому и механическому недожогам и, как следствие, к перерасходу топлива. Плохое смешение горючего и окислителя, неравномерное распределение воздуха по объему горения, неравномерность локальных температур горения вызывают интенсивное образование не только оксидов азота (NO_Х) = NO + NO₂ + NO₃) и углерода (СО_X), но и метана (CH₄), сероводорода (H₂S), сажи (C), продуктов пиролиза (C_XH_Y), а также молекулярного кислорода (О₂), которые в составе дымовых газов сбрасываются в воздушный бассейн.

Очевидно, что с момента массового использования газообразного топлива технология его подготовки и организация процесса его сгорания практически не претерпели изменения, а значит, и эффективность использования газа не повышалась.

За счет чего можно повысить эффективность сжигания газа

Известно, что эффективность процесса сжигания любого вида углеводородного топлива, включая и газообразное, определяется, главным образом, качественными и количественными характеристиками приготавливаемой горючей смеси, отражающими однородность топливной структуры, дисперсность углеводородных молекул; равномерность смешения топлива и воздуха, гомогенность подаваемой на горение смеси, оптимальную концентрацию участвующих в реакции горения компонентов и другие. Эти характеристики, в свою очередь, зависят от способа подготовки и схемы подачи горючего и окислителя в зону горения. Исходя из сказанного, одним из реальных направлений повышения эффективности сжигания газообразного топлива является совершенствование процесса приготовления горючей смеси и внедрение новых схем ее подачи в зону горения.

Более эффективное сжигание газообразных углеводородов может быть достигнуто, например, при помощи разработанного авторами струйного распылителя, использование которого позволяет не только устранить недостатки применяемой сегодня раздельной схемы подачи газа и воздуха, но и отвести позитивную роль имеющейся в составе газа воде. Распылитель реализует совместную схему подачи газа и воздуха, при которой смешение горючего и окислителя происходит до зоны горения, а не в ней. В приемной камере распылителя молекулы газообразного топлива подвергаются деструкции (расщеплению), образуя однородные молекулы меньшей массы и углеводородные радикалы, которые, активно соединяясь с водяными молекулами и молекулярным кислородом, образуют мелкодисперсную, однородную воздушно-топливную смесь с заданным соотношением компонентов. Говоря проще, газообразное топливо перед подачей в зону горения насыщается воздухом и молекулами воды (при ее наличии), то есть подвергается аэрации. Для сгорания приготовленной с помощью струйного распылителя воздушно-газовой смеси избытка воздуха не требуется (коэффициент избытка воздуха α=1). Сжигание гомогенной воздушно-газовой смеси с оптимальным соотношением компонентов снижает количество экологически опасных химических соединений, веществ и элементов в продуктах сгорания газообразного топлива до минимально возможного уровня, а также устраняет химический и механический недожоги.

Струйный распылитель прошел комплексные испытания и опытную эксплуатацию на всех используемых сегодня жидких видах топлива (сырой нефти, мазутах, дизельных топливах, в том числе обводненных и некондиционных) в качестве горелки сушильного барабана асфальтобетонного завода марки АБЗ МУАД АК «АЛРОСА» Д-508 в 2009 году в городе Мирном (Якутия). После работы на жидких видах топлива распылитель был проверен также для природного газа и угольной пыли. Опыт практического применения распылителя в реальных условиях показал его работоспособность, многофункциональность и универсальность. Разработанный авторами распылитель без замены и изменения конструкции способен обрабатывать все виды органического топлива непосредственно перед его смешением с воздухом, приготавливать на их основе воздушно-топливную смесь заданного состава, аэрировать топливо и распыливать полученную смесь в зону горения. Экономия топлива при работе струйного распылителя составила около 15 процентов, а количество забранного на горение воздуха из атмосферы снизилось на 40 процентов.

Наряду с явными преимуществами газообразное топливо обладает и существенными недостатками, ограничивающими использование этого вида углеводородного горючего, например, в условиях низких температур.

Использование исключительно газообразного топлива способно значительно снизить надежность функционирования как энергетических объектов, так и экономики государства в целом.Обеспечить высокую надежность функционирования энергетических объектов, работающих на газообразном топливе, а следовательно, и экономики любого государства возможно лишь при условии использования одного или нескольких видов резервных топлив.

Авторами разработана и апробирована практически для всех видов углеводородных топлив технология приготовления воздушно-топливной смеси, реализованная в конструкции универсального многофункционального распылителя топлива.

Источник