ОБОБЩЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ВОДОРОДА КАК ТОПЛИВА Текст научной статьи по специальности «Энергетика»

Научная статья на тему 'ОБОБЩЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ВОДОРОДА КАК ТОПЛИВА' по специальности 'Энергетика' Читать статью 0
0 2
Quote цитировать Review рецензии
Авторы
Коды

ГРНТИ: 44 — Энергетика

показать все коды

Аннотация
научной статьи
по энергетике, автор научной работы — Ильин Альберт Константинович, Курганова Елена Анатольевна, Ильин Роман Альбертович

Выполнена термодинамическая и техническая оценка эффективности ряда действующих солнечных водонагревательных установок по срокам их окупаемости. Этот метод анализа имеет определенные преимущества в современных условиях. Библиогр. 5. Ил. 1.

Annotation
of scientific paper
2006 year, VAK speciality — 05.14.00, author — Ilin Albert Konstantinovich, Kurganova Elena Anatolievna, Ilin Roman Albertovich

The basic generalized and dimensionless characteristics of a great quantity of natural burning gases are given. The comparison with hydrogen is executed.

Научная статья по специальности "Энергетика" из научного журнала "ВЕСТНИК АСТРАХАНСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА", Ильин Альберт Константинович, Курганова Елена Анатольевна, Ильин Роман Альбертович

 
close Похожие темы научных работ
Рецензии [0]

Похожие темы
научных работ
по энергетике , автор научной работы — Ильин Альберт Константинович, Курганова Елена Анатольевна, Ильин Роман Альбертович

Текст
научной работы
на тему "ОБОБЩЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ВОДОРОДА КАК ТОПЛИВА". Научная статья по специальности "Энергетика"

УДК 620.9:621.311
А. К. Ильин, Е. А. Курганова, Р. А. Ильин Астраханский государственный технический университет
ОБОБЩЕННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИРОДНЫХ ГАЗОВ И ВОДОРОДА КАК ТОПЛИВА
Определению и использованию в расчетах обобщенных характеристик топлива, и в частности максимальной температуры горения органических топлив, посвящено достаточно много работ [1-7]. В данной работе приводятся основные обобщенные характеристики природных горючих газов и водорода как топлива.
Теплофизические особенности водорода как топлива:
- удельная низшая теплота сгорания QP 10 786 кДж/нм3 (119 830 кДж/кг) значительно выше, чем у органических топлив;
- продукты сгорания экологически чистые, с повышенным содержанием водяного пара;
- удельная теплоемкость продуктов сгорания несущественно отличается от таковой других топлив.
Перспективность водорода в качестве «универсального» топлива связана:
- с высокой теплотой сгорания и повышенной температурой горения;
- высоким качеством сгорания при простых конструкциях горелоч-ных устройств;
- возможностью эффективного использования практически во всех теплоэнергетических объектах - от трактора и автомобиля до котлов, самолетов и др.
Важной теплофизической характеристикой органических топлив является «жаропроизводительность» ^макс, т. е. максимальная температура горения при начальной температуре газа и воздуха 0 °С, при стехиометрическом сжигании, при условии затрат теплоты сгорания топлива только на нагревание образующихся продуктов сгорания и без учета затрат энергии на диссоциацию продуктов сгорания. На основе обобщения данных по 60 природным газам величина ^макс уточнена: ^макс = 2 040 °С (рис. 1). Уточнена эта величина также для водорода: ^макс = 2 237 °С.
2 050 2 000 1 950
Водород - 2 237 °С
^макс, С ^ ^
%.«ТГ .!/%•• «I* •
I V Природные газы
б/, кДж/нм3
35 000 40 000 45 000
Рис. 1. Жаропроизводительность топлива /макс для 60 природных газов различных месторождений с различной теплотой сгорания (учтены совпадения точек) и водорода
Расчеты максимальной температуры горения с учетом потерь энергии на диссоциацию продуктов сгорания ґмакс. д по обычным методикам показали существенное влияние диссоциации на эту характеристику (рис. 2). Однако необходимо учесть, что методики дают максимальную величину снижения температуры продуктов сгорания.
Рис. 2. Максимальная температура горения с учетом потерь энергии на диссоциацию продуктов сгорания при различной жаропроизводительности топлива: 1 - /макс; 2 - 4^. д;
3 - область для природных газов; для водорода 4жс = 2 237 °С, 4жс. д = 2 077 °С
Важные для практики расчетные результаты представлены на рис. 3-6.. Для природных газов имеют значение (для упрощения расчетов процесса горения, например, в топках котлов) величины Уо (теоретический объем воздуха для горения) и Vп.с (теоретический объем продуктов сгорания). На рис. 4 эти величины приведены по результатам расчетов для большого количества газов и хорошо обобщают имеющиеся литературные данные. Для водорода Уо = 2,38 нм3/нм3, Уи.с = 2,88 нм3/нм3.
Рис. 3. Увеличение максимальной теоретической температуры горения газов при увеличении температуры подаваемого воздуха (4) от 0 до 500 °С:
1 - природные газы; 2 - водород
12
V), Vп с, нм3/нм3
V"-
V' * £
кп.с ^ Н2 , Природнга К
/( газы
Я
*иК° ^ Н2 Qнр, кДж/нм3
10 000 20 000 30 000 40 000
Рис. 4. Теоретические объемы воздуха и продуктов сгорания природных газов и водорода
8
4
0
Рис. 5. Доля объема водяного пара в объеме продуктов сгорания водорода и метана (35 830 кДж/нм3) при различных избытках воздуха при горении
0,3
0,2
0,1
IV / V Водород ^ 0,347
Г ^Н2О / 'п.с
Природные газы
•• •• •• «I •• • • ••
Qнр, кДж/нм3
35 000 40 000 45 000
Рис. 6. Доля объема водяных паров в объеме продуктов сгорания
36 природных газов (учтено совпадение точек) и водорода (при стехиометрическом сжигании)
Таким образом, рис. 1-6 показывают, что температура горения водорода существенно выше, чем природных газов как при теоретических расчетах, так и в реальных условиях. Удельный объем продуктов сгорания водорода ниже, чем у природных газов, а содержание водяного пара в продуктах сгорания значительно выше. Эти особенности оказывают вполне определенное влияние на технические характеристики камер сгорания.
В качестве исходных расчетных данных могут быть приняты следующие обобщенные характеристики для водорода: отношение удельной низшей теплоты сгорания ко всему объему продуктов полного сгорания при а = 1 составляет 894 кДж/нм3 газа; отношение той же теплоты сгорания к объему сухих продуктов полного сгорания при а =1 составляет 1 370 кДж/нм3, отношение объема сухих продуктов полного сгорания к общему объему продуктов полного сгорания - 0,653; отношение объема водяного пара в продуктах сгорания к общему объему продуктов полного сгорания - 0,347.
Приведенные выше характеристики природных газов и водорода как энергетических топлив в основном показывают предельные возможности использования топлив в теплоэнергетических установках. Наиболее важна в этом случае характеристика «жаропроизводительность», которая непосредственно используется при оценке термодинамической эффективности установок различных видов.
СПИСОК ЛИТЕРА ТУРЫ
1. Аминов Р. З. Современные аспекты совершенствования топливно-энергетического комплекса // Проблемы совершенствования топливно-энергетического комплекса. Вып. 1. Общенаучные вопросы. - Саратов: СГУ, 2001. - С. 3-7.
2. Ильин А. К. К расчету процесса горения топлива по обобщенным характеристикам // Энергетика России в 21 веке: развитие, функционирование, управление: Материалы Всерос. конф. - Иркутск: Ин-т систем энергетики, 2005. - С. D. 1.4.1 - D. 1.4.4.
3. Иссерлин А. С. Основы сжигания газового топлива: Справ. пособие. Изд-е 2-е. -Л.: Недра, 1987. - 336 с.
4. Пеккер Я. Л. Теплотехнические расчеты по приведенным характеристикам топлива. - М.: Энергия, 1977. - 256 с.
5. РавичМ. Б. Топливо и эффективность его использования. - М.: Наука, 1971. - 358 с.
6. Тарараева Е. М. Состояние работ по водородной энергетике в России // Альтернативная энергетика и экология. - 2005. - № 1 (21). - С. 66-68.
7. Тепловой расчет котлов. Нормативный метод. - СПб.: Изд-во НПО ЦКТИ, 1998. - 256 с.
Статья поступила в редакцию 24.03.06
THE GENERALIZED CHARACTERISTICS OF NATURAL GASES AND HYDROGEN AS FUEL
A. K. Ilyin, E. A. Kurganova, R. A. Ilyin
The basic generalized and dimensionless characteristics of a great quantity of natural burning gases are given. The comparison with hydrogen is executed.

в избранное
цитировать
читать
наверх