Газообразные топлива. 
Общая энергетика. 
Основное оборудование

Газообразное топливо по сравнению с другими видами топлив имеет ряд существенных преимуществ. Газообразное топливо сгорает при небольшом избытке воздуха, образуя продукты полного горения без дыма и копоти, не дает твердых остатков; удобно для транспортировки по газопроводам на большие расстояния и позволяет простейшими средствами осуществлять сжигание в установках самых различных конструкций и мощностей. Газообразное топливо делится на естественное и искусственное. Естественное, в свою очередь, делится на природное и нефтепромысловое.

Природный газ получают из чисто газовых месторождений, где он выбрасывается из недр земли под давлением, доходящим иногда до 100 ат и более. Основным его компонентом является метан СН₄, кроме того, в газе разных месторождений содержатся небольшие количества водорода Н₂, азота N₂, высших углеводородов СН_т, оксида СО и диоксида С0₂ углерода. В процессе добычи природного газа его обычно очищают от сернистых соединений, но часть их (в основном сероводород) может оставаться. Кроме того, в бытовой газ для обнаружения утечек добавляют так называемые одоризаторы, придающие газу специфический запах; они тоже содержат соединения серы. Принято считать, что концентрация водяного пара в природном газе соответствует состоянию насыщения при температуре газа в трубопроводе.

Нефтепромысловые газы выделяются в большом количестве в районах месторождений нефти и, особенно, в районах эксплуатации нефтяных скважин.

При добыче нефти выделяется так называемый попутный газ, содержащий меньше метана, чем природный, но больше высших углеводородов и поэтому выделяющий при сгорании больше теплоты. Проблема полного его использования сейчас весьма актуальна.

В промышленности и, особенно, в быту находит широкое распространение сжиженный газ, получаемый при первичной переработке нефти и попутных нефтяных газов. По ГОСТ 20 448–75 выпускают технический пропан (не хменее 93% С₃Н₈ + С₃Н₆), технический бутан (не менее 93% СД. + с ₄H_g) и их смеси. Температура конденсации пропана при атмосферном давлении равна — 44,5°С, а бутана — +5°С; соответственно при 20 °C давление паров пропана составляет около 0,8 МПа, а бутана — около 0,2 МПа. Поэтому эти газы транспортируют в жидком виде в баллонах под небольшим давлением (менее 2 МПа). В зависимости от назначения и условий использования смеси содержание в ней пропановой и бутановой фракций должно быть разным. Например, зимой цистерны без подогрева, размещаемые на улице, должны заполняться пропаном, ибо бутан при отрицательных температурах испаряться не будет. Наоборот, небольшие баллоны, устанавливаемые в помещении, заполняют смесью, состоящей примерно поровну из пропана и бутана, в результате чего давление в баллоне обычно не превышает 0,6 МПа.

К искусственным газам относят также доменный газ, являющийся продуктом при выплавке чугуна на металлургических заводах; коксовый, образующийся при получении кокса в коксовых батареях; светильный, получаемый при сухой перегонке угля; генераторный, получаемый в газогенераторах, который для сжигания в топках котлов не применяют.

Коксовый и доменный газ используют, главным образом, на месте в доменном и других цехах металлургического завода.

К основным свойствам газообразных горючих относятся плотность, токсичность, взрываемость, влажность, запыленность и др. Плотность газообразных горючих составляет 0,7−0,8 кг/м³, сжиженных газов — до 2,3 кг/м³ и производных — от 0,7 до 1,4 кг/м³. Опасность отравления газами (токсичность) зависит от содержания в горючем газе окиси углерода СО, сероводорода H₂S и др. Пребывание в атмосфере, содержащей 1% этих газов, в течение 1−3 мин может привести к смерти. Взрывоопасность определяется содержанием Н₂ и СО, которые образуют взрывчатые смеси с воздухом. Эти смеси взрывоопасны при содержании Н₂ от 4 до

74% и СО от 12,5 до 74%. Температуры самовоспламенения газообразных горючих не являются строгими константами, а зависят от состава и условий нагревания газа и заметно расходятся по данным различных авторов. Повышенная влажность горючих газов уменьшает их теплоту сгорания, вызывает коррозию оборудования и т. п. Запыленность, особенно высокая у попутных газов (например, доменных), вызывает сильный эрозионный износ оборудования.

Газы обладают многими достоинствами: как горючее для ДВС — высокими антидетонационными свойствами, широкими пределами воспламенения (по избытку воздуха), хорошими условиями смесеобразования, приводят к меньшему, чем в ДВС на жидком горючем, износу, снижают требования к качеству смазочных материалов и т. п. Однако все горючие газы имеют высокую температуру самовоспламенения и поэтому нуждаются в постороннем источнике зажигания.

В табл. 1.6 представлены состав и теплота сгорания некоторых горючих газов.