УДК 62

ВЗАИМОЗАМЕНЯЕМОСТЬ ПРИРОДНОГО ГАЗА И БИОГАЗА

Жигалов Дмитрий Алексеевич
Пермский национальный исследовательский политехнический университет
студент 4 курса

Аннотация
В данной статье затрагивается вопрос о возможности сжигания биогаза в горелках, предназначенных для работы на природном газе. Произведен расчет числа Воббе.

Ключевые слова: , , , , ,


Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Жигалов Д.А. Взаимозаменяемость природного газа и биогаза // Современные научные исследования и инновации. 2019. № 5 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2019/05/89233 (дата обращения: 07.05.2019).

Биогаз в отличие от природного газа относят к возобновляемым источникам энергии, что является важным аспектом, при дальнейшем его производстве и использовании, в качестве топлива для выработки тепловой, электрической и механической энергии. Биогаз не добывают из недр Земли, как в случае с природным газом, а получают при анаэробном разложении органической биомассы. Его особенностью является пониженное (55–75%) содержание метана (в природном газе 90–99% CH4), что связано с наличием значительного количества (25–45%) диоксида углерода [1]. Содержание метана в биогазе зависит от исходного вида сырья (см. таблицу 1) [2].

Таблица 1. – Содержание метана в биогазе при использовании различных видов сырья

Тип сырья
Содержание метана, %
Навоз КРС
65
Свиной навоз
65-70
Картофельная ботва
60-75
Cточные воды
70

Главной составляющей большинства газовых приборов является горелка, в которой и происходит сжигание топлива. В свою очередь, основным компонентом биогаза, как и природного газа, является метан, поэтому возникает вопрос, возможно ли для сжигания биогаза использовать стандартное газогорелочное оборудование.

Взаимозаменяемость газов – это возможность устойчивого сжигания их в тепловых установках без изменения конструкции газогорелочных устройств, при сохранении номинальной тепловой мощности. Устойчивая работа газогорелочных устройств характеризуется работой горелок без отрыва и проскока пламени при полноте сгорания газа, близкой к 100 %. Для определения взаимозаменяемости газов рассчитывают число Воббе, которое характеризует постоянство теплового потока при постоянном давлении в процессе сжигания газа. Стандарты допускают отклонение числа Воббе у взаимозаменяемых газов не более чем на 5% [1].

Число Воббе газообразного топлива (низшее или высшее) – это отношение объемной (соответственно, низшей или высшей) теплоты сгорания к корню квадратному из относительной плотности газообразного топлива (то есть из отношения его плотности к плотности воздуха при нормальных условиях) [3].

Произведем расчет числа Воббе для биогаза и природного газа.

Принимаем процентный состав биогаза по объему [1]:

CH4 = 66,12%, CO2 = 32,72%, N2 = 0,55%, H2S = 0,03%, O2 =0,46%, H2 =0,12%.

Низшая теплота сгорания топлива Qн, ккал/м3 (кДж/м3), по [3]:

Qн = 0,01·(QН2SH2S+QCOCO+QH2H2+∑(QCmHnCmHn)),

где QН2S, QCO и т. д. – теплота сгорания отдельных газов, входящих в состав газообразного топлива, ккал/м3 (кДж/м3).

Qн = 0,01·(5585·0,03+2579·0,12+8555·66,12) = 5661,3 ккал/м3= 23697,4 кДж/м3.

Определим плотность газообразного топлива с, кг/м3:

с = 0,01·∑(сi·vi)

где с– плотность отдельных газов, входящих в состав газообразного топлива, кг/м.

с=0,01·(0,716·66,12+1,964·32,72+1,428·0,46+1,251·0,55+0,090·0,12 +0,090·0,12+1,520·0,03) = 1,130 кг/м3

Определим число Воббе:

Wн = , МДж/м3

где св – плотность воздуха при нормальных условиях, кг/м3.

Wнб == 25,35 МДж/м3

Природный газ месторождения Медвежье имеет следующий характеристики [4]:

Процентный состав газа по объему: CH4 = 99 %, C2H6 = 0,1%, C3H8 = 0,005 %, СO2 = 0,095 %, N2+редкие газы = 0,8 %;

Низшая теплота сгорания Qн= 35128 кДж/м3;

Плотность с= 0,723 кг/м3.

Число Воббе для природного газа:

Wнп == 46,98 Мдж/м3

В результате расчетов получилось расхождение между двумя значениями числа Воббе Wнб = 25,35 Мдж/ми Wнп = 46,98 Мдж/мна 46%. Максимальное расхождение у взаимозаменяемых газов 5 %. Это свидетельствуют о том, что биогаз нельзя сжигать с помощью горелки, предназначенной для работы на природном газе.

Заключение

Если стоит вопрос о переводе газового прибора с природного газа на биогаз, то его газогорелочное устройство требует конструктивных изменений. Для устойчивой работы газогорелочного устройства нужно обеспечить правильную пропорцию газовоздушной смеси, а также скорость потока газа. Скорость потока газа задается давлением газа на входе и диаметром отверстия форсунки для подачи газа[5]. Значительное содержание (25 – 40%) CO2 в биогазе влияет на количество требуемого воздуха для полного сгорания топлива. Для сгорания 1м3 биогаза в среднем требуется в 1,5 раза меньше воздуха, чем для сгорания 1м3 природного газа [6]. Теплотворная способность биогаза меньше, чем у природного газа в несколько раз. Это сказывается на расходе подаваемого топлива. Следует учитывать, что характеристики биогаза напрямую зависят от вида исходного субстрата, поэтому конструкция и настройка горелок для работы на биогазе должны определяться экспериментально для каждого индивидуального случая.

Поделиться в соц. сетях

0

Библиографический список
  1. Сигал И.Я. Особенности использования биогаза, получаемого на очистных сооружениях, в качестве топлива для котлов / И.Я. Сигал, А.В. Марасин, А.В. Смихула, А.И. Сигал, В.А. Колчев // Экология и промышленность. – 2014. – №2 (39). – С. 17 – 21.
  2. Выход газа и содержание метана в биогазе [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://rosbiogas.ru/literatura/rukovodstvo-po-biogazovim-texnologiyam/vixod-gaza-i-soderzhanie-metana-v-biogaze.html – Загл. с экрана.
  3. ГОСТ 31369-2008. Газ природный. Вычисление теплоты сгорания, плотности, относительной плотности и числа Воббе на основе компонентного состава. – Введ. 01.01.2010. – М.: Стандартинформ, –2009. – 54 с.
  4. Ионин А.А. Газоснабжение: Учеб. для вузов. – 4–е изд., перераб. и доп. – М.: Стройиздат, –1989. – 439 с., ил.
  5. Павел Северилов – Переделка бытовых газовых плит под биогаз [Электронный ресурс] – Режим доступа: https://www.libfox.ru/399209-pavel-severilov-peredelka-bytovyh-gazovyh-plit-pod-biogaz.html – Загл. с экрана.
  6. Рамазанов Р.С. Определение объема кислорода и воздуха для сжигания биогаза / Р.С. Рамазанов, Д.Ю. Суслов // Молодежь и научно-технический прогресс: cб. докл. VII межд. науч.–практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых. В 3-х томах. – 2014. – С. 375-378 .


Количество просмотров публикации: Please wait

Все статьи автора «Жигалов Дмитрий Алексеевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться:
  • Регистрация