Газ для вашей электростанции: МЧ, калорийность и индекс Воббе – что это значит?

Газопоршневые установки (ГПУ) — эффективное решение для комбинированного производства электроэнергии и тепла. Выбор оптимального топлива для ГПУ играет ключевую роль в обеспечении их надежной и экономичной работы. При использовании природного газа необходимо учитывать ряд параметров, среди которых метановое число (МЧ), калорийность и индекс Воббе, каждый из которых вносит свой вклад в эффективность и безопасность работы ГПУ.

Метановое число (МЧ)

Представьте двигатель внутреннего сгорания как машину, которая сжимает газ и заставляет его гореть, чтобы получить энергию. МЧ – это, грубо говоря, показатель "детонационной стойкости" газа. Высокое МЧ означает стойкость газа к неконтролируемому взрывному сгоранию. Это как с бензином: разные виды бензина имеют разную "октановую" характеристику, и МЧ – аналог этого для газа.

Для определения метанового числа газа проводят компонентный анализ, включающий измерение содержания метана, азота и углекислого газа. Анализ обычно выполняется с помощью газового хроматографа, который определяет процентное содержание каждого компонента.

Существуют различные методики расчета МЧ на основе состава газа, например, методика ГОСТ Р 57251-2016. Упрощенная формула для приблизительной оценки МЧ:

МЧ ≈ (% метана + 0,6 x % пропана + 0,4 x % бутана) / (% азота + % метана + % углекислого газа)

Для использования газа в двигателях внутреннего сгорания (ДВС) минимальное допустимое МЧ принято на уровне 85. Однако для ГПУ и ГТУ рекомендуется использовать газ с МЧ не ниже 90-95 для достижения оптимальной эффективности и снижения износа оборудования.

Вместо МЧ, в международной практике для оценки детонационной стойкости природного газа чаще используется индекс Воббе, а также стандарты, определяющие состав газа (например, ISO 6976:2016), что косвенно влияет на детонационные свойства.

Калорийность

Этот параметр показывает количество тепла (теплотворную спосоюность), выделяющегося при полном сгорании единицы объема газа. Чем выше калорийность, тем больше энергии можно получить из данного объёма топлива. Калорийность напрямую влияет на мощность, которую может выдать ГПУ.

Снижение калорийности приводит к пропорциональному снижению производительности установки. Расчеты потребления газа для ГПУ и ГТУ обычно приводятся для природного газа с определенной теплотой сгорания (например, 8000 ккал/м³ или 33,5 МДж/м³). Изменение калорийности требует корректировки подачи топлива для поддержания номинальной мощности.

Индекс Воббе (Iw)

Этот показатель характеризует взаимозаменяемость различных газов. Он рассчитывается как отношение высшей теплоты сгорания газа к квадратному корню из его относительной плотности. Газы с одинаковым индексом Воббе обеспечат одинаковую мощность на выходе горелки при неизменном давлении, что позволяет использовать различные виды топлива без существенной перенастройки газогорелочного оборудования. Стабильный индекс Воббе крайне важен для бесперебойной работы ГПУ и ГТУ, предотвращения колебаний выходной мощности.

Постоянство числа Воббе является необходимым, но недостаточным условием для взаимозаменяемости газов.

Упрощенная формула для расчета индекса Воббе: Iw ≈ Hs / √ρ

где Hs – высшая теплота сгорания газа (ккал/м³ или МДж/м³), ρ – относительная плотность газа по воздуху.

Как это работает вместе?

Несмотря на то, что параметры взаимосвязаны, прямой линейной зависимости между ними нет. Высокое содержание метана в газе, как правило, повышает и МЧ, и калорийность. Однако присутствие других компонентов (например, пропана или бутана) может увеличить калорийность, но снизить МЧ. Азот и углекислый газ снижают и калорийность, и МЧ.

Почему это важно для вас?

При выборе газа для ГПУ или ГТУ необходимо учитывать все три параметра комплексно, а также требования производителя оборудования. Оптимальное топливо должно обладать:

• Достаточным МЧ для предотвращения детонации.
• Высокой калорийностью для обеспечения требуемой мощности.
• Индексом Воббе, соответствующим настройкам горелочного устройства.

Регулярный контроль качества газа и соответствие его характеристик требованиям производителя – залог эффективной, безопасной и долгосрочной работы установки. Отклонения от заданных параметров могут привести к снижению производительности, повышенному износу оборудования и даже авариям.