Характеристики природного газа.

Плотность. Почти все виды газового топлива легче воздуха, поэтому проникший в помещение газ скапливается под верхними перекрытиями. В целях безопасности перед пуском котла проверяют отсутствие газа в вероятных местах его скопления.

Рис.3.6. Пределы воспламенения газовоздушных смесей при 20 °С и Р = 0,1 МПа

Взрываемость. Смесь горючего газа с воздухом в определенных пропорциях при вводе в эту смесь источника огня или даже искры может взорваться, т.е. происходит процесс воспламенения смеси вблизи источника огня и распространение горения в остальной газовоздушной смеси со скоростью перемещения волны давления во фронте горения (т.е. со скоростью распространения звука). Взрывоопасные концентрации горючего газа в воздухе зависят от химического состава и свойств газа. Выделяют нижний предел взрываемости (наименьшая концентрация горючего газа в воздухе) и верхний предел взрываемости (наибольшая концентрация газа в воздухе), между которыми смесь газа с воздухом взрывоопасна (рис. 3.6). При образовании смеси газа с воздухом в зоне постоянного горения происходит равномерное (без взрывов) сгорание готовой смеси, когда концентрация горючего газа будет находиться в диапазоне между верхним и нижним пределами взрываемости.

Токсичность. Под токсичностью понимают способность газового топлива вызывать отравление. Наиболее опасными в этом отношении компонентами являются оксид углерода СО и сероводород H₂S. Предельно допустимая концентрация СО в воздухе составляет 0,0024% (объемн.), или 0,03 мг/л. Опасна для жизни концентрация оксида углерода около 0,4% объемных при воздействии на человека в течение 5…6 мин. Даже незначительное содержание СО в воздухе (0,02% объемн.) вызывает заметное отравление. Сернистые соединения в большинстве природных газов практически отсутствуют. В попутных газах некоторых месторождений содержится заметное количество сероводорода (до 2,5%), который весьма токсичен. Предельно допустимая концентрация сероводорода в воздухе 0,01 мг/л.

В природном газе все его компоненты перемешаны равномерно и если состав газа известен, то концентрацию в воздухе вредных газов можно установить по присутствию в воздухе метана, процентное содержание которого определяют прибором - метаномером.

Почти все природные газы совсем не имеют запаха или имеют весьма слабый запах. Для своевременного обнаружения утечки газа и принятия мер безопасности газовое топливо, не имеющее запаха, до поступления в газовую магистраль одорируют, т.е. придают характерный острый запах введением сернистого соединения - меркаптана.

Размолоспособность топлива.

Основным элементом любой пылесистемы является углеразмольная мельница. В табл. 3.2 приведены некоторые характеристики наиболее распространенных мельниц для размола топлива, различающиеся по принципу измельчения топлива и по частоте вращения подвижной части мельницы. Наиболее широкое распространение получили шаровые барабанные (ШБМ) и молотковые (ММ) мельницы. В этих мельницах размалывается свыше 80% сжигаемых твердых топлив.

Табл. 3.2

Механические (прочностные) свойства различных твердых топлив неодинаковы. Одна и та же мельница при их размоле будет иметь разную производительность по готовой пыли. Для характеристики топлив по их способности к размолу введено понятие о лабораторном относительном коэффициенте размолоспособности k_Л.О.

Значение k_Л.О определяется по результатам размола одинаковой начальной порции дробленого топлива в лабораторной мельнице строго определенное время путем сравнения тонкости полученной пыли с тонкостью аналогичной пыли эталонного очень твердого при размоле топлива. При значениях k_Л.О Ј 1,1 топливо имеет высокую твердость, а при k_Л.О  ≥ 1,5 относятся к мягким топливам, легко разрушающимся при ударе или раздавливании. Остальные являются топливами средней твердости.

После размола топлива в мельнице получается полидисперсный угольный порошок, т.е. смесь частиц различных размеров, примерно от 0,1 до 300…500 мкм, а при грубом размоле бурых углей - до 1000 мкм. Практически в топочных камерах неполнота сгорания в зависимости от выхода летучих веществ определяется частицами размером более 200 мкм, которые относятся к крупным фракциям пыли (грубые фракции).

Тонкость размола пыли.

По рассеву порции полученного порошка на ситах определяют тонкость размола пыли (рис. 3.7). Отобранную порцию пыли просеивают через 4…5 сит с постепенно убывающим размером ячеек сита. Рассев производят на вибрационной машине. Сита нумеруют по размеру отверстия в свету х, выраженному в микрометрах.

Рис.3.7. Производство ситового анализа пыли на комплекте из пяти сит: а - комплект сит с рассевом пыли; б - вид решетки сита; 1…5 - сита с размерами ячейки соответственно 1000, 500, 200, 90, 50 мкм; 6 - поддон; х - размер ячейки сита.

По принятой методике ситового анализа пыли за суммарный остаток на сите заданного размера принимают общее количество частиц с размером больше, чем размер ячейки сита х, мкм, и выражают его в процентах первоначальной массы. Этот остаток обозначают через R_х. Так, R₁₀₀₀ (см. рис. 3.7) представляет долю остатка на сите 1000 мкм, выраженную в процентах от начальной порции пыли, a R₂₀₀ будет составлять общую долю от суммы остатков на ситах 200, 500 и 1000 мкм. Поэтому суммарные остатки на ситах Rх называются интегральными.

По данным рассева строят зерновую характеристику, т.е. зависимость остатков R_х от размера частиц х (рис. 3.8, а), чем круче зерновая характеристика, тем в пыли больше мелких частиц,

Рис. 3.8 Зерновые характеристики угольной пыли: а - интегральная характеристика при размоле топлива в разных мельницах; б - дифференциальная характеристика при разных коэффициентах полидисперсности пыли.

легко сгорающих в топках котлов, и меньше крупных частиц (размером более 200 мкм), ведущих к недогоранию топлива. Вместе с тем на получение тонкой пыли затрачивается больше энергии в процессе размола. Анализ зерновых характеристик размола различных видов топлива показал, что все кривые могут быть описаны уравнением Розина-Раммлера, характеризующим распределение частиц по фракциям

(3.16)

где b и n - постоянные коэффициенты, характеризующие соответственно тонкость измельчения и дисперсность зернового состава; е - основание натуральных логарифмов.

Значение коэффициента b изменяется в пределах 0,0025…0,1; чем тоньше пыль, тем меньше коэффициент b. Коэффициент n характеризует структуру пыли, распределение частиц по размерам и может быть больше или меньше единицы. Значения коэффициентов b и n для данного топлива и системы пылеприготовления зависит от типа сепаратора и мельницы, его определяют путем рассева порции полученной пыли на двух ситах, чаще всего размером ячейки 90 и 200 мкм, т.е. получают два опытных значения R_X.

Структуру пыли по фракциям можно проанализировать, если продифференцировать уравнение (3.16) по х

(3.17)

Тогда ордината у, %/мкм (на графике рис. 3.8, б), характеризует процентное содержание пылинок размером х. При n> 1 кривая имеет максимум в зоне х = 15…25 мкм и пыль характеризуется как более грубая. При n = 1 и n < 1, наоборот, наибольшее количество фракций пыли приходится на очень мелкие фракции. Это пыль более тонкая по размолу.

В эксплуатации для оперативной оценки качества угольной пыли пользуются ситом 90 мкм, дающим четкое представление о характере пыли (тонкая или грубая), т.е. интегральным остатком R₉₀. При известных для данной пылесистемы значениях b и n по полученному R₉₀ можно рассчитать полную зерновую характеристику, а также оценить качество пыли: при значениях R₉₀ < 15% пыль относится к тонкой, при R₉₀ > 40% пыль является грубой, в диапазоне R₉₀ = 15 ё 40% пыль считается среднего размола.

Для каждого сорта топлива, типа пылеприготовительного и топочного устройства имеется наивыгоднейшая, так называемая экономическая, оптимальная тонкость размола R^ОПТ₉₀, соответствующая минимуму суммарных затрат на размол топлива и тепловых потерь при сжигании. Экономическую тонкость размола устанавливают испытаниями в процессе эксплуатации.

Основным фактором, влияющим на экономическую тонкость размола, является выход летучих V^Г_Л: чем выход летучих больше, тем меньше коксовый остаток, легче горит топливо, тем грубее может быть размол. Так, для антрацита R^ОПТ₉₀ = 7…8%, для пыли каменных углей 20…30%, пыли бурых углей 40…55%.

В зависимости от выхода летучих и фракционного состава пыли экономически оправданную тонкость размола можно оценить по формуле

(3.13)