Взаимозаменяемость газов БГ и природного газа

Взаимозаменяемость газов – это возможность устойчивого сжигания их в тепловых установках и приборах 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%. Такая работа горелок допускается при поддержании постоянства теплоты сгорания, скорости распространения пламени и других характеристик сжигаемого газа. Первые два показателя характеризуют тепловой поток в газогорелочном устройстве. Зависимость между теплотой сгорания газа и его плотностью характеризуется числом Воббе Wo.

Число Воббе низшее (Wo _н) или высшее (Wo _в) характеризует тепловую мощность и аэродинамические параметры горелки при постоянном давлении и определяется путем деления теплоты сгорания на корень квадратный из относительной (по воздуху) плотности газа по формуле

Для газов БГ низшее значение числа Воббе, МДж/м³, определится из соотношения

;

высшее число Воббе, МДж/м³,

.

Концентрационные пределы воспламеняемости (взрываемости) газов характеризуют способность смесей горючего газа с окислителем в определенных пропорциях воспламеняться или взрываться. Нижний предел соответствует минимальному, а верхний – максимальному процентному содержанию газа в газовоздушной смеси, при котором Существование пределов воспламеняемости вызвано тепловыми потерями в окружающую среду при горении газа. Если содержание горючего газа в газовоздушной смеси меньше нижнего предела воспламеняемости (бедная газовоздушная смесь), подожженная смесь воспламеняться, гореть и взрываться не может, поскольку выделяющейся вблизи источника зажигания теплоты недостаточно для подогрева смеси до температуры воспламенения. Если содержание газа в смеси превышает верхний предел воспламеняемости (богатая газовоздушная смесь), то количества воздуха в смеси недостаточно для полного сгорания газа и, следовательно, выделяющееся количество теплоты ниже теплового эффекта реакции полного сгорания, так что горение может продолжаться при наличии постоянного источника поджигания, а при удалении его прекращается.

Значения пределов воспламеняемости смеси газов БГ – воздух, % по объему, можно определить из соотношения:

,

где – верхний или нижний предел воспламеняемости газов БГ, %; – верхний или нижний предел воспламеняемости метана в смеси с воздухом, %; х – доля балластных примесей в газах БГ; а – эмпирический коэффициент; для нижнего предела воспламеняемости а = 1,12; для верхнего воспламеняемости а = 0,70.

Воспламенение смеси газов БГ – воздух возможно при содержании метана в БГ не менее 23,5 % по объему.

Изменения в составе газа влияют и на устойчивость горения, которая тесно связана со скоростью распространения пламени. Нормальная скорость распространения пламени – это скорость, отнесенная к холодной, еще не воспламенившейся смеси, с которой пламя перемещается по нормали к ее поверхности. Для БГ скорость распространения пламени, см/с, может быть определена из зависимости

,

где СН₄ – содержание метана в БГ, % об.

Нормальная скорость распространения пламени газов БГ изменяется в диапазоне 19–28 см/с, это влечет за собой уменьшение скорости, при которой происходит отрыв пламени, почти вдвое по сравнению с природным газом. Следовательно, при сжигании биогазов требуется применение надежных методов стабилизации пламени.

Теоретический расход сухого воздуха необходимого для полного сгорания кубометра БГ, м³/м³:

.

Объем влажных продуктов сгорания БГ м³/м³:

.

Каждый студент выполняют расчетную работу по определению основных характеристик и времени образования в кухне взрывоопасной смеси при не закрытом кране на одну из горелок плиты при использовании ПГ и СУГ, БГ Состав газов принимать по табл. 1 и 2 приведенным в Приложении. Номер задания выдает преподаватель.