2. Расчеты горения газового топлива

Горение топлива - это процесс быстрого высокотемпера­турного окисления, сочетающий физические и химические явления, в результате которых концентрация топлива и окис­лителя резко падает, а концентрация продуктов сгорания возрастает. Процесс горения газообразного топлива отно­сится к гомогенным химическим реакциям, т.к. реагирующие вещества находятся в одной газовой фазе. Устойчивое горе­ние газа протекает при определенных условиях. Во-первых, необходимо качественное смешение топлива с окислителем (как правило с воздухом); во-вторых, необходимо соблюде­ние четкого соотношения газ-воздух в пределах концентра­ционных границ воспламеняемости; в-третьих, должен быть источник воспламенения и стабилизации пламени; в-чет­вертых, должна быть обеспечена своевременная эвакуация продуктов сгорания из зоны горения.

2.1. Теплота сгорания природного газа

Одной из основных характеристик горючих газов явля­ется их теплота сгорания, т.е. количество теплоты, выде­ляющееся при полном сгорании газа.

Теплоту сгорания природного газа, как и других видов топлива, определяют в калориметрах. При отсутствии кало­риметров теплоту сгорания подсчитывают по составу газа.

Различают высшую теплоту сгорания Q_В, подсчитывае­мую с учетом образования при сгорании газа СО₂ и воды, и низшую теплоту сгорания, определяемую с учетом образования при сгорании газа СО₂ и водяного пара. Составление те­пловых балансов газоиспользующих установок и подсчет ко­эффициента использования топлива (КИТ) и коэффициента полезного действия (КПД) производят обычно с учетом в продуктах сгорания не воды, а водяного пара, т.е. исходя из низшей теплоты сгорания природного газа.

Высшая теплота сгорания природного газа превышает низшую примерно на 8-12 %.

Низшую теплоту сгорания (кДж/м³) можно подсчитать по формуле (2.1), а высшую по формуле (2.2):

(2.1)

где СН₄, С₂Н₆, C₃H₈, С₄Н₁₀, С₅Н₁₂ - содержание в природном газе метана, этана, пропана, бутана и пентана в процентах по объему, а 358, 640, 930 и т.д. - низшая теплота; сгорания метана, этана и т.д., пересчитанная на 1% горючего компонента, содержащегося в природном газе. Высшую теплоту сгорания определяют по формуле

(2.2)

Подсчет теплоты сгорания I м³ газа можно вести по отношению к нормальным условиям, т.е. при температуре газ 0°С и давлении 101 кПа, а также по отношению к стандартным условиям при температуре 20°С и давлении 101 кПа.

В се расчеты теплоты сгорания природного газа даны для 1 м³ в нормальных условиях. Для перехода на стандартные условия необходимо выполнить пересчет:

В табл. 2.1 приведены значения высшей и низшей теплоты сгорания простых газов.

Таблица 2.1

Теплота сгорания газов

Газ	Теплота сгорания
	Высшая Qв		Низшая Qн
	ккал/м3	кДж/м3	ккал/м3	кДж/м3
Водород	3045	12750	2575	10780
Окись углерода	3015	12620	3015	12620
Метан	8558	39830	9500	35820
Этан	16638	70380	15231	64440
Пропан	23680	100900	21800	92910
Бутан	30690	I3I800	28345	121700
Пентан	37715	157905	34900	146120