Тема 5. Эксплуатационные свойства и использование газообразного топлива

5.1 Виды газообразного топлива

В современных условиях газообразное топливо широко используется для технологических и бытовых целей. Его применяют и для ДВС.

Преимущества газообразного топлива:

– сгорает в теоретически необходимом количестве воздуха, что обеспечивает высокий тепловой КПД и температуру горения;

– при сгорании не образует нежелательных продуктов сухой перегонки и сернистых соединений, копоти и дыма;

– сравнительно легко подводится к объектам потребления и может хранится централизованно;

– легко воспламеняется в широком диапазоне температур окружающей среды;

– может быть использовано в сжатом или сжиженном состояниях для ДВС;

– обладает высокими противодетонационными свойствами;

– обеспечивает значительно меньший износ деталей двигателя.

Вместе с тем газообразное топливо имеет также определенные недостатки - отравляющее действие, образование взрывчатых смесей при смешивании с воздухом, повышенные утечки через неплотности.

Наиболее широко применяются природный или попутный газ нефтяных или газовых месторождений, а также заводские газы нефтеперерабатывающих и других заводов. Основными составляющими компонентами этих газов являются углеводороды с числом углеродных атомов в молекуле от одного до четырех (метан, этан, пропан, бутан и их производные).

Природные газы практически полностью состоят из метана (82-98%), с небольшой примесью этана (до 6%), пропана (до 1,5%) и бутана (до 1%). В попутных нефтяных газах содержание метана колеблется в пределах 40 - 85%, этана и пропана до 20% (каждого). В горючих газах могут содержаться также другие компоненты, поэтому газ специально отчищают от нежелательных соединений.

Газообразное топливо по теплоте сгорания условно подразделяют на 3 группы:

– высококалорийное, с теплотой сгорания более 20000 кДж/м³ (природные газы, и нефтяные, получаемые из скважин попутно с нефтью и при ее переработке);

– среднекалорийное, с теплотой сгорания 10000-20000 кДж/м³ (коксовый, светильный, светильный газы);

– низкокалорийное, с теплотой сгорания до 10000 кДж/м³ (доменный, генераторный газы).

В зависимости от физических свойств газы могут быть сжатыми и сжиженными. Некоторые газы обладают низкой критической температурой, не переходят в жидкое состояние при обычной температуре даже под действием высокого давления (метан). Газы, которые имеют критическую температуру ниже обычных температур их применения, используют в основном в сжатом виде (при давлении до 20 МПа). Сжиженные - это газы, критическая температура которых выше обычных температур их применения. Такие газы используют при давлении до 1,5 - 2МПа.

5.2 Применение газообразного топлива для двигателей внутреннего сгорания

Для автомобилей используют высоко- и среднекалорийные газы. Выпускают природный, коксовый метанизированный и коксовый обогащенный сжатые газы. Теплота сгорания их составляет соответственно 29000, 27000 и 22000 кДж/м³. Основным горючим компонентом этих газов является метан. Наличие в них сероводорода нежелательно. Октановое число природного газа равное 94ед. и более позволяет форсировать автомобильные двигатели по степени сжатия до 10-11. Высокое содержание водорода обеспечивает более полное сгорание газообразного топлива в цилиндре двигателя. При этом топливо более равномерно распределяется по цилиндрам. При применении газообразного топлива неравномерность распределения составляет до 20%, а жидкого топлива (бензина) в рабочей смеси достигает 35% и более, существенно снижается токсичность отработавших газов.

Наиболее часто на автомобилях устанавливают цилиндрические баллоны, рассчитанные на рабочее давление 20 МПа. В одном баллоне (вместимостью по воде 50л) вмещается 10м³ газа. Установка на автомобиль газовых баллонов вызывает снижение полезной грузоподъемности на 5 - 20%, дальности пробега примерно 200км, мощности двигателя на 15 - 20%.

Для газобаллонных автомобилей используют также сжиженные пропан-бутановые фракции нефтяных и других газов. Теплота сгорания их составляет 46055 кДж/м³ , октановое число не менее 85ед.

При работе двигателя на газообразном топливе значительно меньше загрязняется моторное масло, снижается количество отложений на деталях цилиндропоршневой группы.

По ГОСТ 20448-80 выпускают сжиженные газы трех марок: СПБТЗ – зимняя техническая пропано-бутановая смесь для коммунально-бытового потребления; СПБТЛ - летняя техническая пропано- бутановая смесь для коммунально-бытового потребления и других целей; БТ - технический бутан для коммунально-бытового потребления и других целей.

При работе двигателей на сжиженном газе мощность снижается значительно меньше, чем при работе на сжатом газе. Потери мощности двигателя при работе на сжатом и сжиженном газах можно компенсировать за счет повышения степени сжатия.