Наиболее распространенным газообразным топливом, применяемым в цементной промышленности, является природный газ. Основные компоненты природного газа —метан СН4 и этап СгНб. Тяжелые углеводороды, например пропан, бутан,. пентан и гексан, присутствуют в природном газе в незначительных количествах. Если в природном газе содержатся пентан и гексан, то он называется влажным. Эти фракции (иногда без. пропана) часто удаляются при сжижении природного газа.

Неразветвленные углеводороды называют нормальными и обозначают буквой п, например n-бутан, в то время как остальные обозначают путем прибавления приставки «изо», например изобутан. Если в природном газе присутствует сера, то она выступает в форме сероводорода H2S. Иногда в природном газе-содержится до 10% инертных газов, например диоксид углерода С02, азот N2 и гелий Не. Теплота сгорания природного-газа равна 8000—10000 ккал/м3 при 16,5° С и 756 мм вод. ст. (стандартные условия США для природного газа).

Из-за повышенного расхода газа на отопление жилых зданий в зимнее время в США природный газ отпускается промышленным потребителям непостоянно. Это заставляет для эксплуатации печей в зимнее время использовать другой вид топлива—мазут или уголь. В табл. 19.9 приведены результаты анализа газа некоторых американских газовых месторождений.

Природный газ из южнофранцузского месторождения, на котором работает ряд цементных заводов, имеет следующий состав, %:СН4 95—97,5; CnHm 5—2,5; N2<1. Теплота сгорания #17=8840 ккал/м3. Этот газ сжигается на цементных заводах в виде смеси, состоящей из 30—40% угольной пыли и 60—70% газа.

19.3.1. Теплота сгорания. Теплота сгорания топливной смеси равна сумме значений теплоты сгорания отдельных компонентов. Если топливо представляет собой химическое соединение, то теплота сгорания равна сумме теплот сгорания отдельных элементов, уменьшенной на тепловую энергию, расходуемую на диссоциацию молекул этого соединения.

Поэтому получаем: 234000—20900=213100 кал, т. е. почти то же значение, которое получено в калориметре при сгорании метана. Теплота расщепления составляет

Хотя теплота расщепления учитывается при определении теплоты сгорания калориметрическим методом, Вальберг [174а]
утверждает, что расход тепла на расщепление молекул является причиной того, что температура факела природного газа примерно на 70—150° С ниже, чем температура пылеугольного факела. Сам по себе этот факт хорошо известен из опыта эксплуатации вращающихся печей. Поэтому при использовании природного газа следует поддерживать как можно более высокую температуру вторичного воздуха и максимально снижать избыток воздуха, необходимого для горения.

Поскольку газоанализатор измеряет газ, насыщенный водяным паром, для учета наличия водяного пара при расчете теплоты сгорания необходимо уменьшить объем газов на 1,73%; в рассматриваемом случае получаем

Объем продуктов сгорания (с 10%-ным избытком воздуха), выделяющихся при сжигании угля, жидкого топлива и природного газа, в расчете на 1000 ккал составляет, м3: для угля — 1,24; для мазута— 1,31; для природного газа— 1,47.

Таким образом, жидкое топливо выделяет примерно на 6%, а природный газ —на 18,5% больше продуктов сгорания, чем уголь. Эти данные следует учитывать при расчете печей.

Повышенный объем продуктов горения жидкого топлива и природного газа позволяет объяснить рост расхода тепла при использовании жидкого топлива и особенно природного газа по сравнению с углем. Очевидно, что при сжигании угля требуется меньше воздуха, чем при сжигании жидкого топлива и особенно природного газа в расчете на 1000 ккал. Повышенный расход воздуха, необходимого для горения, приводит к следующим результатам:

снижение температуры факела жидкого топлива и природного газа по сравнению с углем;

увеличение количества отходящих газов и соответственно рост потерь тепла;

повышение скорости газов во вращающейся печи и связанное с этим ухудшение теплообмена между газом и обжигаемым материалом;

снижение производительности печи и связанное с этим повышение удельных потерь тепла во внешнюю среду.