что такое газовое топливо

Виды газового топлива для автомобилей: преимущества и недостатки каждого из них.

Для многих автомобилистов бензин – слишком дорогое удовольствие. Приходится экономить и отказывать себе в возможности использовать личный транспорт без ограничений. Переход на газовое топливо является хорошей альтернативой бензину, позволяет ощутимо экономить на заправках автомобиля. Рассмотрим, какие еще преимущества дает водителю работающий на газу двигатель.

Виды газ-топлива

Двигатели современных автомобилей могут функционировать на двух разновидностях газа:

Существует мнение, что двигатель, работающий на газовом топливе, быстрее портится и выходит из строя, но мнение это ошибочное и ничем не подтверждается. Напротив, специалисты-инженеры утверждают, что мотор автомобиля на газовом топливе работает без капитального ремонта в среднем в 1,5 – 2 раза дольше, чем на бензине. Это обусловлено тем, что газ – более однородная смесь, чем бензин, при работе двигателя происходит его полное сгорание. Кроме того, газ следующим образом влияет на работу мотора:

Цена газа значительно ниже, чем бензина, но расход на 10-20% больше за счет различной температуры сгорания топлива.

Преимущества и недостатки пропан-бутана

Жидкий газ имеет ряд преимуществ по сравнению с бензином:

К минусам можно отнести лишь то, что расход газа выше, чем бензина на 10 %. Особенность функционирования: двигатель прогревается на бензине, потом переключается на газ.

Свойства, достоинства и минусы метана

К числу плюсов природного газа относят:

Источник

Рынок моторного топлива при кажущейся стабильности таковым сегодня не является. Перераспределение потребления углеводородов и популяризация альтернативных видов топлива вносят свои изменения в привычный баланс. Бензин и дизель по-прежнему удерживают лидер ство, однако, в перспективе, природный газ может составить им достойную конкуренцию. Портал «Колеса.ру» решил выяснить, как сегодня развивается рынок газомоторного топлива.

Ликбез

Н ачнем с простых истин, которые должен знать каждый автовладелец. Природный газ, состоящий в основном из метана, на сегодняшний день является самым экономичным, экологичным, а главное – безопасным видом топлива. Его хранят в газообразном виде в баллонах и реализуют в кубических метрах. Средняя стоимость 1 м³ газа в России составляет 13 руб., что обеспечивает экономичность при превосходящих характеристиках по сравнению с бензином.

В природном газе нет примесей тяжелых металлов, серы и прочих веществ, поэтому при сгорании он не образует отложений в двигателе. Его вообще сложно с чем-либо перемешать ввиду газообразного состояния. Из этого следует, что риск заправиться некачественным топливом при использовании природного газа отсутствует.

Из всего этого становится понятно, почему природному газу отдают главную роль в странах по всему миру. В этом же направлении работают сегодня США, Евросоюз, Канада и другие государства. В качестве автомобильного топлива природный газ наиболее широко используется в Иране, Китае, Пакистане, Аргентине, Индии, Бразилии, Италии, Колумбии – там сформированы самые большие газомоторные автопарки. При этом природный газ применяется на всех видах транспорта – от частного до коммерческого, включая легковые и грузовые автомобили, а также пассажирский и спецтранспорт.

Сценарий развития рынка газомоторного топлива практически во всех странах похожий – чтобы внедрить на высококонкурентном топливном рынке природный газ, необходимо создать развитую инфраструктуру, наладить производство газовых автомобилей и сформировать стимулы для автовладельцев. Как обстоят дела у нас с этим в России?

Инфраструктура

Сегодня в России более 270 автомобильных газонаполнительных компрессорных станций (АГНКС). Это немного, учитывая масштабы нашей страны, однако, если посмотреть на карту АГНКС, то можно увидеть, что станции есть практически во всех крупных городах и административных центрах.

Основная доля станций принадлежит «Газпрому», что вполне объясняет, почему газовый монополист является ключевым игроком на рынке. Согласно опубликованному в марте докладу Минэнерго, в 2016 году планируется открыть 52 новые АГНКС, 35 из которых строит «Газпром газомоторное топливо».

С прошлого года компания «Газпром газомоторное топливо» открыла семь новых станций: три в Ставропольском крае, три в Республике Татарстан, одну в Великом Новгороде. Еще две АГНКС, расположенные в Уфе, были введены в эксплуатацию после реконструкции. На данный момент к открытию готовятся станции в Новокузнецке, Томске, Южно-Сахалинске.

В перспективе природным газом можно будет заправиться и на традиционных АЗС. Модули компримирования природного газа могут появиться на станциях «Газпром нефть», «Газпром газэнергосеть» и «Лукойл». Эксперты рынка полагают, что это позволит ускорить темп развития рынка газомоторного топлива.

Автомобили на природном газе

Если говорить об автомобилях, использующих природный газ в качестве топлива, то тут возможны два подхода: переоборудовать имеющийся или купить готовый газовый транспорт. Согласно статистике, сегодня гораздо чаще устанавливают газобаллонное оборудование на автомобили, чем покупают готовые заводские версии. В 2015 году рост российского парка газобаллонной техники составил порядка 8 000 автомобилей, из них большая доля – 5 000 транспортных средств – была переоборудована.

Если выбирать «готовое решение», то на российском рынке доступна заводская техника как отечественного производства, так и зарубежных автопроизводителей – европейских и азиатских:

Сегодня количество моделей, использующих природный газ, достаточно обширно. В сегменте легкого коммерческого и пассажирского транспорта, а также спецтехники лидируют российские производители – Группа «ГАЗ» и «КАМАЗ». Компании создали нишевые продукты на природном газе, которые уже сегодня доступны для приобретения.

Азиатские автопроизводители нацелены на внедрение газомоторных моделей на российском рынке пассажирских перевозок и спецтранспорта. А вот газомоторная стратегия «европейцев» в России направлена на магистральный сегмент, и здесь наиболее активны – Scania, Iveco и Volvo.

Однозначно наблюдается перекос в сторону «тяжелой» техники – на российском рынке до сих пор не представлено ни одной заводской легковой модели на природном газе. Возможно, серийное производство Lada Vesta CNG и выход на рынок других автопроизводителей смогут удовлетворить растущий спрос на легковой газовый транспорт.

Мы обратились за комментариями по данной ситуации к автопроизводителям.

руководитель пресс-центра «АВТОВАЗа»

«В настоящее время у нас отработаны технологии CNG для Весты, Ларгуса и 4х4. Массовое производство этих автомобилей зависит от темпов строительства необходимой заправочной инфраструктуры и запросов со стороны потребителей. Сейчас мы применяем самое современное газовое оборудование, которое достаточно дорого. Мы внимательно изучаем рынок таких автомобилей и ищем пути снижения их стоимости. Кроме того, АВТОВАЗ был бы заинтересован в том, чтобы его модели CNG были включены в список транспорта на газомоторном топливе, покупка которого субсидируется со стороны государства».

Пока автопроизводители сетуют на отсутствие развернутой инфраструктуры, коммерческие потребители успешно эксплуатируют газовый транспорт. Примером служат «ХАВИ Логистикс» (ООО «РУЛОГ»), обеспечивающие доставку продуктов питания для сети ресторанов «Макдоналдс», «Подолький хлебокомбинат» и другие. В сегменте легкового транспорта, работающего на природном газе, особый спрос со стороны служб такси. Экологичные автопарки на природном газе уже работают в Москве, Краснодаре, Калининграде, Казани, Тольятти, Саратове, Астрахани и ряде других городов России.

В действительности, проблема дефицита заводских автомобилей на природном газе намного шире – за 2015 год в России было продано лишь 3 172 единицы техники на метане, и это – самый высокий показатель за последние годы. По данным «Газпрома», их сеть станций загружена лишь на 26%, а для того, чтобы загрузить действующую и строящуюся инфраструктуру, по подсчетам специалистов, необходимо производить не менее 15–20 тыс. автомобилей в год.

Ответ на наш вопрос открывается при изучении статистики продаж отечественной газомоторной техники: в 2012 году продано 536 единиц, в 2013 – 1 187, в 2014 – 2 156, в 2015 – 3 044. Рост продаж газомоторной техники в 2013 году обусловлен тем, что Правительство подписало распоряжение, согласно которому к 2020 году от 10 до 50 процентов общественного и коммунального транспорта в городах с населением более 100 тыс. человек должны работать на природном газе. В 2014 году стартовала программа государственного субсидирования закупки газомоторной техники отечественного производства. По результатам двух лет регионами было приобретено порядка 2 200 единиц транспорта.

Свою лепту в стимулирование отечественных автопроизводителей внес и «Газпром» – за эти два года компания закупила порядка 2 858 единиц газовой техники, основными поставщиками которой стали «КАМАЗ» и Группа «ГАЗ».

Таким образом, из 5 200 единиц российской техники, проданной в 2014–2015 гг., большая часть была приобретена с помощью государственных субсидий и «Газпрома».

Стратегия победителя

Хочется привести в пример европейский рынок, который лучше сбалансирован и ориентирован на массового потребителя: в Европе продают 23 модели легковых битопливных (бензин/природный газ) автомобилей, 14 моделей легких коммерческих автомобилей, 8 моделей грузовых автомобилей и 12 моделей автобусов (источник: Европейская ассоциация транспорта на природном газе).

Стратегию ориентированности на интересы потребителя европейские компании принесли и в Россию, этим обусловлена политика Scania, Iveco, Volvo, которые предлагают газовые версии своих моделей в грузовом сегменте, составляющие львиную долю автомобильного рынка России. Компании оценивают перспективы данного вида топлива прежде всего с точки зрения их пользы для потребителя и глобальной мировой конъюнктуры рынка, ведь они – не участники программы субсидирования, а залог их успеха – сильная стратегия и высокое качество производимой продукции и сервиса.

коммерческий директор ООО «Скания-Русь»

«Мы давно зафиксировали на российском рынке рост заинтересованности в инновационности модельного ряда двигателей. Одним из ключевых преимуществ газовой техники является экономия топлива. Так, мы провели мониторинг работы первого газового автомобиля и зафиксировали, что при пробеге 190 000 км была достигнута экономия топлива, составившая без малого 900 000 рублей. Однако, переход на газовое топливо связан не только с экономической выгодой, но и с глобально растущим запросом на замену дизельного топлива природным газом и биогазом, позволяющим значительно снизить выброс углекислого газа».

Но это совсем не означает, что данному топливу не нужна государственная поддержка.

директор по экологии VolvoTrucks

«Метан — это уникальный продукт, который в долгосрочной перспективе станет равноценной заменой дизельному топливу. А различные исполнительные органы должны создать правила и условия для развития и популяризации данного вида топлива».

Мировая практика показывает, что государственная стратегия поддержки данного вида топлива должна быть направлена прежде всего на автовладельцев – на увеличение их выгоды от приобретения экологичной техники. Снижение налоговых ставок на газомоторные автомобили, субсидирование автовладельцев, преференции для экологичной техники на парковках и другие подобные меры – это и есть эффективная общепризнанная практика стимулирования спроса на газомоторные автомобили.

Источник

Виды газомоторного топлива, их преимущества и недостатки

Одна из многочисленных причин медлительности в газификации транспорта в том, что номенклатура газомоторного топлива довольно-таки обширна:

Главные преимущества газомоторного топлива в его цене, цене и еще раз цене. Пока эти преимущества перевешивают многочисленные и разносторонние недостатки.

Сжиженный нефтяной газ (СНГ)

Этот газ представляет собой смесь пропана С3Н8 и бутана С4Н10, извлекаемую их попутных нефтяных газов, из конденсатных фракций природного газа, из газов процессов стабилизации нефти и конденсата, из нефтезаводских газов, получаемых с установок переработки нефти. Помимо пропана и бутана нефтяной газ содержит по массе порядка 6% других углеводородов – этана, этилена, пропилена, бутилена и их изомеров, то есть состав СНГ неоднороден и непостоянен. Для контроля утечек в состав СНГ вводят зловонные вещества – меркаптаны. Меркаптаны легко идентифицировать носом, когда на улице мимо вас проезжает газобаллонная «ГАЗель».

Главное преимущество пропана и бутана в высокой критической температуре. Критической называют температуру, при которой плотность жидкости и ее насыщенного пара становятся равными и граница раздела между ними исчезает.

У пропана критическая температура 96,8 °C, у бутана 152,0 °C, что позволяет легко сжижать эти газы и хранить в жидком состоянии при относительно невысоком давлении до 1,6 МПа. Это также означает, что сосуд для хранения СНГ будет сравнительно легким, а храниться в сжиженном состоянии газ может сколь угодно долго при условии полной герметизации сосуда. Вместе с тем баллон для СНГ – это сосуд под давлением, и ему невозможно придать любую форму, как, например, бензобаку. Это обстоятельство порождает проблемы с размещением газового баллона на машине.

Для заправки автотранспорта используют две марки СНГ: летнюю и зимнюю. Летняя марка, или пропан-бутан автомобильный (ПБА), содержит 50±10% пропана по массе. Зимняя, или пропан автомобильный (ПА), содержит 85±10% пропана по массе. Таким образом, регулируя содержание легкого пропана, обеспечивают круглогодичную эксплуатацию газобаллонных автомобилей.

Применение СНГ огра­ничено бензиновыми двигателями, то есть двигателями с низкой степенью сжатия и исковым зажиганием. Это легковые автомобили, мало- и среднетоннажные грузовики и энергетические установки. Расход СНГ на 10–15% выше, чем бензина, из-за меньшей объемной теплотворности: 1 л бензина будет эквивалентен 1,1–1,15 м 3 СНГ, а в реальных условиях из-за падения мощности двигателя – 1,15–1,3 м 3 СНГ. При низкой температуре двигатель пускают на бензине, после прогрева водитель может переключиться на газ прямо из кабины. Переходить с одного вида топлива на другой можно на ходу.

Пропан-бутан тяжелее воздуха в 1,5–2 раза и при утечке скапливается у земли, создавая взрывоопасную и вредную для здоровья атмосферу. Поэтому газобаллонные автомобили хранят на открытых стоянках, а ремонтные зоны оснащают хорошей вентиляцией. Длительное вдыхание пропан-бутана не только малоприятно по причине меркаптанов, но и ведет к плохому самочувствию, вплоть до отравления.

Октановое число СНГ около 105, и, как утверждают, ни в одном режиме работы двигателя не возникает детонация. Это утверждение не должно служить поводом для самоуспокоения, при определенной пытливости ума детонации можно добиться.

С учетом затрат на оборудование газовой аппаратурой, ее массы и меньшего запаса хода на одной заправке перевод автомобиля на СНГ остается выгодным благодаря цене. Локомотивом продвижения СНГ в массы были и остаются легковые автомобили и малотоннажные грузовички. Сжиженные нефтяные газы вырабатывают те же компании как побочный продукт производства жидкого топлива, что сказывается на количестве газовых заправок – компании заинтересованы в сбыте собственного продукта.

Что касается дизельных двигателей, то здесь пропан-бутан не имеет перспектив из-за нестабильности горения при высокой степени сжатия. Это основная причина, почему СНГ не прижились на дизелях. Но потенциал СНГ полностью еще не раскрыт.

Общая справка о метане

Метан – газ без запаха, характерный аромат («При запахе газа звонить 09») ему придают меркаптаны, которые впрыскивают в газ перед закачкой в ГТС (16 г на 1000 м 3 ). Этот метод придумали для обнаружения утечек из ГТС, протяженность которой насчитывает тысячи километров. При утечке меркаптановая отдушка привлекает ворон, скопища которых легко обнаружить во время облета трубопровода на вертолете.

Компримированные природные газы (КПГ)

Высокое давление КПГ требует очень прочных, толстостенных, тяжелых баллонов. Но это еще не всё. На КПГ можно проехать в 3,5 раза меньшее расстояние, чем на СНГ при равных объемах газовых баллонов. Либо обвешиваться баллонами, либо часто заправляться – в этом основной недостаток КПГ, определяющий сферу его применения: вблизи заправки, а также типы двигателей, на них работающих.

Ввиду того, что нужно значительное пространство дляразмещения баллонов для КПГ, этот вид топлива представляет интерес для средне- и крупнотоннажных автомобилей и тракторной техники. Наибольший интерес сегодня представляют двухтопливные двигатели – газодизели, работающие на дизельном топливе и КПГ, именно из-за скудной инфраструктуры КПГ, чтобы было на чем доехать до заправки. Под второй вид топлива дизельный двигатель переделывается сравнительно просто и быстро, впрыск дизельного топлива в камеру сгорания служит для воспламенения горючей смеси. Производители газовой аппаратуры достигли соотношения расхода дизельного топлива и метана 20:80 на магистральных тягачах с топливной системой Common Rail и 30:70 на тракторной технике с ТНВД. Перевод машины на КПГ в 3–4 раза дороже, чем аналогичная операция с СНГ, тем не менее затраты окупаются примерно в течение года благодаря разнице в цене на газ и дизельное топливо.

Машиностроение предлагает и однотопливные двигатели на КПГ с пониженной степенью сжатия и искровым зажиганием. Надо понимать, что такие машины буквально цепью прикованы к заправке.

Сжиженный природный газ (СПГ)

Заключение

Когда возникают дискуссии о газомоторном топливе и его медленном распространении, всегда поднимается вопрос о том, что первично: парк газобаллонных автомобилей или сеть газовых заправок. Абсолютно понятно, что первична заправочная сеть. Отсюда вытекает извечный вопрос: кто виноват? Собственники заправочных сетей. Собственникам не интересно то, что интересно стране, ибо не видят они в том прибыли. Собственники и далее будут продолжать саботаж газификации транспорта.

Что делать? Единственным действенным средством борьбы с естественными монополиями и стимулирования экономики в целом остается национализация в первую очередь ПАО «Газпром», всех его дочерних предприятий и всех газораспределительных сетей. Негоже предприятиям, решающим экономические и социальные задачи в масштабах Российской Федерации, субъектов и частей субъектов Федерации, служить для удовлетворения амбиций узкого круга физических лиц. Регулирование тарифов на данном направлении не более чем паллиатив.

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