природный газ

Обзор

Природный газ — это ископаемое топливо, состоящее преимущественно из метана (CH₄) с меньшими количествами более тяжелых углеводородов, диоксида углерода, азота и следовых соединений серы. Он широко используется для отопления, выработки электроэнергии и в промышленных процессах благодаря своей высокой удельной энергоемкости и относительно чистому сжиганию по сравнению с углем или нефтью.

Природный газ магистрального качества обычно содержит 85–98 % метана по объему и имеет удельную плотность 0,58–0,72 относительно сухого воздуха. Его низшая теплота сгорания (LHV) колеблется примерно от 34 до 40 МДж/м³ в зависимости от состава и условий измерения.

Исходный объем глоссария

Исходная страница имеет заголовок Глоссарий природного газа и описывает природный газ как топливо, широко используемое в бытовых, коммерческих и промышленных приложениях. Она в первую очередь функционирует как страница глоссария/поиска и направляет читателей к внешнему глоссарию природного газа от Американской газовой ассоциации. Разделы инженерных ссылок ниже сохраняют этот исходный объем, добавляя расчетный контекст, необходимый для проектирования и работы по сжиганию.

Сохранен исходный текст: "Engineering ToolBox — Ресурсы, инструменты и основная информация для инженерных расчетов и проектирования технических приложений!" Сохранен исходный абзац глоссария: "Глоссарий природного газа с поисковыми терминами." Сохранена ссылка на внешний глоссарий: Глоссарий природного газа Американской газовой ассоциации.

Основные формулы

Скорость тепловыделения

$Q = \dot{m} \cdot LHV$

Где $\dot{m}$ — массовый расход топлива, а LHV — низшая теплота сгорания в пересчете на массу.

Объемное тепловыделение

$Q_v = \dot{V} \cdot HI_v$

Где $\dot{V}$ — объемный расход, а $HI_v$ — интенсивность нагрева на единицу объема при стандартных условиях.

Стехиометрическое соотношение воздух-топливо

$AF_{stoich} = \frac{m_{air}}{m_{fuel}}$

Для чистого метана стехиометрическое соотношение воздух-топливо по массе составляет приблизительно 17,2:1.

Избыточный воздух по кислороду в дымовых газах

$EA = \frac{O_{2,\,flue}}{21 - O_{2,\,flue}} \times 100\%$

Распространенный полевой метод оценки избыточного воздуха по измерению кислорода в сухих дымовых газах.

Индекс Воббе

$WI = \frac{HI_v}{\sqrt{SG}}$

Газы с одинаковыми индексами Воббе могут быть взаимозаменяемы в горелке без изменения тепловой мощности.

Переменные

Типичный состав

Свойства горения ключевых компонентов

Калькулятор тепловыделения

Конвертер единиц

Восстановленные исходные таблицы

Следующие таблицы восстановлены с исходной страницы-источника для сохранения полных справочных данных.

Кэшированная исходная страница содержала таблицу поиска/навигации, поскольку источник в основном является глоссарием/поисковой записью. Инженерное содержание этой таблицы — это ссылка на внешний глоссарий Американской газовой ассоциации и описание "Глоссарий природного газа с поисковыми терминами", оба сохранены в разделе "Объем исходного глоссария" выше. Неинженерные элементы управления поиском записаны ниже.

Инженерные заметки

• Значение калорийности имеет значение. HHV включает скрытую теплоту водяного пара в продуктах сгорания; LHV исключает её. Расчеты КПД котлов в Северной Америке часто используют HHV, тогда как в европейской практике обычно используют LHV. Смешение приводит к значениям КПД выше 100 % для конденсационных котлов.
• Влажность и высота над уровнем моря. Заявленные теплотворные значения указаны для сухого газа при стандартных условиях (обычно 15 °C или 20 °C, 1 атм). Реальная подача варьируется в зависимости от содержания водяного пара, барометрического давления и температуры окружающей среды.
• Относительная плотность и измерение. Диафрагменные и турбинные счетчики чувствительны к плотности газа. Некорректированные показания могут отклоняться на 5–10 %, если фактическая относительная плотность отличается от предполагаемого значения.
• Контроль избытка воздуха. Горелки на природном газе обычно настроены на 3–15 % избытка воздуха (1–3 % O₂ в дымовых газах). Слишком малый избыток воздуха увеличивает риск неполного сгорания и образования CO; слишком большой снижает КПД и увеличивает выбросы NOₓ.
• Допуск по числу Воббе. Многие спецификации горелок допускают вариацию числа Воббе ±5 % без перенастройки. Операторы трубопроводов контролируют этот параметр для обеспечения совместимости приборов при разных источниках подачи.
• Смешение с водородом. Добавление до 10–20 % водорода по объему в трубопроводы природного газа находится в стадии активного изучения. Более низкая объемная теплотворность и более широкий диапазон воспламеняемости водорода требуют тщательной оценки горелок и безопасности.
• Сверхсжимаемость (Z-фактор). При давлениях выше примерно 10 бар идеальный газ дает ошибки в несколько процентов. Z-фактор корректирует на межмолекулярные силы; он рассчитывается из уравнений состояния, таких как AGA 8 или GERG-2008.

Ссылки

• Engineering ToolBox — Природный газ
• NFPA 54 / ANSI Z223.1, Национальный кодекс по газотопливному оборудованию
• ISO 6976, Теплотворные способность, плотность, относительная плотность и число Воббе