Состав (в % по объему), плотность и теплота сгорания газа основных газовых и газоконденсатных месторождений рф

Месторождение	Плотность газа, кг/м3	СО2	СН4	С2Н6	С3Н8	С4Н12	С5Н12+ высшие	N2	Н2S	Qн, кДж/м3
Уренгойское (верхний мел)	0,728	0,3	98,40	0,1	-	-	-	1,2	-	35290
То же (нижний мел)	0,848	0,21	89,29	4,89	1,6	0,9	2,71	0,39	-	40160
Ямбургское	0,725	0,1	98,6	0,1	-	-	-	1,2	-	35360
Заполярное	0,722	0,2	99,3	0,1	-	-	-	0,4	-	35610
Медвежье	0,735	0,5	97,3	1	0,1	0,1	0,1	0,5	-	35820
Мессояхское	0,735	0,5	97,5	0,11	0,02	0,01	0,02	1,84	-	35030
Оренбургское	0,880	0,87	83,77	4,6	1,64	0,81	1,88	4,94	1,49	38470
Вуктыльское	1,035	0,1	75,1	8,9	3,6	1,5	6,4	4,4	-	46960
Шатлыкское	0,762	1,22	95,16	1,6	0,25	0,1	0,26	1,41	-	35810
Ставропольское	0,724	0,1	98,1	0,4	0,2	-	-	1,3	-	35540
Уртабулакское	0,836	3,6	87,2	1,99	0,32	0,13	0,15	1,11	5,5	34440
Ухтинское	0,870	0,3	88	1,9	0,2	0,3	-	9,3	-	33270

1.2. Состав и основные характеристики газообразного топлива и продуктов его сгорания

Основные теплотехнические характеристики топлива - теплота сгорания, расход воздуха на сжигание, объем про­дуктов сгорания и температура горения. Максимальная температура, развиваемая при полном сгорании топлива в стехиометрическом объеме воздуха при 273К, названная Д.И.Менделеевым жаропроизводительностью, наряду с теплотой сгорания является критерием для определения энергетической ценности топлива. В зависимости от жаропроизводительности топливо подразделяют на две группы: 1) топливо высокой жаропроизводительности (Т_mах > 2300 К) - природный, нефтепромысловый, нефтезаводской, сжиженный, коксовый, водяной газы, все виды жидкого дисциллированного углеводородного топлива, твердое топливо с малым содержанием влаги и умеренной зольностью; 2) топливо пониженной жаропроизводительности (Т_mах < 2300 К) - твердое топли­во с высокой влажностью, газообразное топливо с высо­ким содержанием азота и двуокиси углерода (доменный, генераторный газы).

Газообразное топливо различают по составу горючих компонентов, балласта и вредных примесей. Состав газо­образного топлива (в % по объему) характеризуется нали­чием индивидуальных горючих газов (табл. 1.6).

Углерод и водород - важнейшие элементы, составляю­щие горючую массу топлива. Природный газ содержит в среднем 75% углерода и 25% водорода. Углеводороды, со­держащиеся в газообразном топливе, в основном пред­ставлены предельными углеводородами, описываемыми общей формулой С_nН_2n+2. Они имеют высокую теплоту сгорания: низшая теплота сгорания колеблется в широких пределах 35,8 МДж/м³ (метан) - 146 МДж/м³ (пентан). Ос­новой природных, нефтепромысловых и нефтезаводских газов является метан. Содержание метана в природных га­зах составляет от 80 до 99%, поэтому его свойства опреде­ляют свойства природных газов основных месторождений. Состав газов основных газовых и газоконденсатных ме­сторождений РФ приведен в табл. 1.7.

Одной из важнейших характеристик продуктов сгора­ния топлива является удельная теплоемкость.

Неразбавленные воздухом продукты сгорания состоят из углекислого газа, водяного пара и азота (табл. 1.3). Из этой таблицы видно, что с повышением температуры га­зов увеличивается их теплоемкость и что имеется значи­тельное различие в теплоемкости отдельных компонен­тов, входящих в состав продуктов сгорания. В связи с различием в удельных теплоемкостях газов и резкими изменениями состава продуктов сгорания отдельных ви­дов топлива при определении физической теплоты послед­них обычно подсчитывают средневзвешенные удельные теплоемкости продуктов сгорания. Теплоемкость смеси газов может быть определена по формуле

, (1.1)

где r_i - объемная доля i-го компонента;

Р_Σ - давление суммарное;

Р_i - парциальное давление i-ro компонента.

Изучение удельных теплоемкостей продуктов сгорания углерода в воздухе

С + О₂ + 3,76N₂ = СО₂ + 3,76N₂

и водорода в воздухе

Н₂ + 0,5О₂ + 1,88N₂ = Н₂О + 1,88N₂

показало, что они весьма близки между собой. Это обу­словлено тем, что в продуктах сгорания углерода в возду­хе на один объем СО₂ (с максимальной теплоемкостью) приходится 3,76 объема двухатомного азота (с минималь­ной теплоемкостью), а в продуктах сгорания водорода на 1 м³ водяного пара (с удельной теплоемкостью значитель­но меньшей, чем у СО₂) приходится в 2 раза меньшее ко­личество азота. В связи с этим удельные теплоемкости продуктов сгорания углерода и водорода в воздухе отли­чаются от средней величины менее чем на 2%. Еще мень­шее различие между удельными теплоемкостями продук­тов сгорания различных видов топлива, состоя­щих из углерода и водорода. Следовательно, с точностью, достаточной для выполнения теплотехнических расчетов можно принять, что удельная теплоемкость продуктов сгорания всех видов углеводородного топлива является постоянной (табл. 1.8) [2].

Зависимость теплоемкости продуктов горения газа от ко­эффициента избытка воздуха может быть определена по формуле

, (1.2)

где (V _п.с - суммарный объем продуктов сгорания угле­водородного топлива, м³/м³;

V_п°_с - стехиометрический объем продуктов сгорания, м³/м³;

V^о_в - стехиометрический объем воздуха, м³/м³;

α - коэффициент избытка воздуха;

С_п.с, С_в - соответственно средние удельные тепло­емкости продуктов сгорания, не разбавлен­ные воздухом, и воздуха, (кДж/(м^3,°С)).

Таблица 1.8

Средние удельные теплоемкости, (кДж/(м³ • °С)), продуктов сгорания топлива, не разбавленные воздухом, и воздуха

t,°С	Удельная теплоемкость продуктов сгорания природных, нефтяных и коксовых газов, жидких топлив	Удельная теплоемкость воздуха
0-200	1,38	1,3
201-400	1,42	1,3
401-700	1,46	1,34
701-1000	1,50	1,38
1001-1200	1,55	1,42
1201-1500	1,59	1,46
1501-1800	1,63	1,46
1801-2100	1,67	1,5

При полноте сгорания природного газа и отсутствии в продуктах сгорания СО, Н₂ и СН₄ правильность газового анализа продуктов сгорания можно установить по табл. 1.9.

Таблица 1.9

Состав и теплотехнические характеристики продуктов сгорания природного газа

Содержание, %			Коэффициент разбавления сухих продуктов сгорания	Коэффициент избытка воздуха	Калориметрия, температура горения, °С
CO2	O2	N2	h	α	t кал
11,8	0,0	88,2	1,00	1,00	2010
11,6	0,4	88,0	1,02	1,02	1990
11,4	0,7	87,9	1,03	1,03	I960
11,2	1,1	87,7	1,05	1,05	1940
11,0	1,4	87,6	1,07	1,06	1920
10,8	1,8	87,4	1,09	1,08	1900
10,6	2,1	87,3	1JI	1,10	1880
10,4	2,5	87,1	1,13	1,12	1850
10,2	2,8	87,0	1,15	1,14	1820
10,0	3,2	86,8	1,18	1,16	1800
9,8	3,6	86,6	1,20	1,18	1780
9,6	3,9	86,5	1,23	1,20	1760
9,4	4,2	86,4	1,25	1,22	1730
9,2	4,6	86,2	1,28	1,25	1700
9,0	5,0	86,0	1,31	1,28	1670
8,8	5,3	85,9	1,34	1,30	1650
8,6	5,7	85,7	1,37	1,33	1620
8,4	6,1	85,5	1,40	1,36	1600
8,2	6,4	85,4	1,44	1,40	1570
8,0	6,8	85,2	1,47	1,43	1540
7,8	7,1	85,1	1,51	1,46	1510
7,6	7,5	84,9	1,55	1,50	1470
7,4	7,8	84,8	1,59	1,53	1440
7,2	8,2	84,6	1,64	1,57	1410
7,0	8,5	84,5	1,68	1,61	1380
6,8	8,9	84,3	1,73	1,66	1350
6,6	9,2	84,2	1,79	1,71	1320
6,4	9,6	84,0	1,85	1,76	1290

окончание таблицы 1.9

Содержание, %			Коэффициент разбавления сухих продуктов сгорания		Коэффициент избытка воздуха	Калориметрии, температура горения, °С
CO2	O2	N2	h	α			t кал
6,2	10,0	83,8	1,90		1,82	1260
6,0	10,3	83,7	1,96		1,87	1230
5,8	10,7	83,5	2,03		1,94	1200
5,6	11,0	83,4	2,11		2,00	1170
5,4	11,4	83,2	2,18		2,07	1140
5,2	11,8	83,0	2,26		2,15	1100
5,0	12,1	82,9	2,36		2,22	1070
4,8	12,5	82,7	2,46		2,31	1040
4,6	12,8	82,6	2,56		2,41	1000
4,4	13,2	82,4	2,68		2,51	960
4,2	13,5	82,3	2,81		2,62	930
4,0	13,9	82,1	2,94		2,75	900
3,8	14,2	82,0	3,11		2,90	-
3,6	14,6	81,8	3,28		3,05	-
3,4	15,0	81,6	3,47		3,20	-
3,2	15,3	81,5	3,69		3,40	-
3,0	15,7	81,3	3,94		3,65	-
2,8	16,0	81,2	4,21		3,90	_
2,6	16,4	81,0	4,54		4,20	-
2,4	16,7	80,9	4,92		4,50	-
2,2	17,1	80,7	5,36		4,90	-
2,0	17,4	80,6	5,90		5,40	-
1,8	17,8	80,4	6,55		6,00	-
1,6	18,2	80,2	7,38		6,70	-
1,4	18,5	80,1	8,43		7,70	-
1,2	18,9	79,9	9,83		8,90	-
1,0	19,2	79,8	11,8		10,70	-