Formel for forbrenning av metangass. Fullstendig og ufullstendig forbrenning av gass

Forbrenning er en reaksjon som omdanner den kjemiske energien til et drivstoff til varme.

Forbrenningen kan være fullstendig eller ufullstendig. Fullstendig forbrenning skjer når det er nok oksygen. Dens mangel forårsaker ufullstendig forbrenning, hvor mindre varme frigjøres enn under fullstendig forbrenning, og karbonmonoksid (CO), som har en giftig effekt på driftspersonell, dannes sot, legger seg på varmeoverflaten til kjelen og øker varmetapet, som fører til overdreven drivstofforbruk og en reduksjon i kjeleeffektivitet, luftforurensning.

For å brenne 1 m 3 metan trenger du 10 m 3 luft, som inneholder 2 m 3 oksygen. For å sikre fullstendig forbrenning av naturgass, tilføres luft til ovnen med et lite overskudd. Forholdet mellom det faktisk forbrukte luftvolumet V d og den teoretisk nødvendige V t kalles overskuddskoeffisienten = V d / V t. Denne indikatoren avhenger av utformingen av gassbrenneren og ovnen: jo mer perfekte de er, jo mindre. . Det er nødvendig å sikre at overskuddskoeffisienten ikke er mindre enn 1, da dette fører til ufullstendig forbrenning av gassen. En økning i overskuddsluftforholdet reduserer effektiviteten til kjeleenheten.

Fullstendigheten av drivstoffforbrenning kan bestemmes ved hjelp av en gassanalysator og visuelt - av fargen og naturen til flammen:

gjennomsiktig blåaktig - fullstendig forbrenning;

rød eller gul - forbrenningen er ufullstendig.

Forbrenningen reguleres ved å øke lufttilførselen til kjeleovnen eller redusere gasstilførselen. Denne prosessen bruker primær (blandet med gass i brenneren - før forbrenning) og sekundær (kombinert med gass eller gass-luftblanding i kjeleovnen under forbrenning) luft.

I kjeler utstyrt med diffusjonsbrennere (uten tvungen lufttilførsel), kommer sekundærluft, under påvirkning av vakuum, inn i ovnen gjennom utblåsningsdørene.

I kjeler utstyrt med injeksjonsbrennere: primærluft kommer inn i brenneren på grunn av injeksjon og reguleres av en justeringsskive, og sekundærluft kommer inn gjennom spyledørene.

I kjeler med blandebrennere tilføres primær- og sekundærluft til brenneren av en vifte og styres av luftventiler.

Brudd på forholdet mellom hastigheten til gass-luftblandingen ved utløpet av brenneren og hastigheten på flammeutbredelsen fører til separasjon eller hopping av flammen på brennerne.

Hvis hastigheten til gass-luftblandingen ved brennerutløpet er større enn hastigheten på flammeutbredelsen, er det separasjon, og hvis den er mindre, er det gjennombrudd.

Dersom flammen bryter ut og bryter gjennom, skal vedlikeholdspersonellet slukke kjelen, ventilere brannkammer og røykrør og tenne kjelen på nytt.

Gassformig brensel brukes i økende grad i ulike bransjer hvert år nasjonal økonomi. I landbruksproduksjon er gassformig drivstoff mye brukt til teknologiske (for oppvarming av drivhus, drivhus, tørketromler, husdyr- og fjørfekomplekser) og husholdningsformål. I det siste har det blitt stadig mer brukt til motorer. intern forbrenning.

Sammenlignet med andre typer har gassformig drivstoff følgende fordeler:

brenner inn en teoretisk mengde luft, noe som sikrer høy termisk effektivitet og forbrenningstemperatur;

ved forbrenning, danner ikke uønskede tørre destillasjonsprodukter og svovelforbindelser, sot og røyk;

den leveres relativt enkelt gjennom gassrørledninger til fjernforbruksanlegg og kan lagres sentralt;

antennes lett ved enhver omgivelsestemperatur;

krever relativt lave produksjonskostnader, noe som betyr at det er en billigere type drivstoff sammenlignet med andre typer;

kan brukes i komprimert eller flytende form for forbrenningsmotorer;

har høye anti-bankegenskaper;

danner ikke kondensat under forbrenning, noe som sikrer en betydelig reduksjon i slitasje på motordeler osv.

Samtidig har gassformig brensel også visse negative egenskaper, som inkluderer: en giftig effekt, dannelse av eksplosive blandinger når de blandes med luft, lett strømning gjennom lekkasjer i koblinger, etc. Derfor, når du arbeider med gassformig drivstoff, nøye overholdelse av relevante sikkerhetsforskrifter er påkrevd.

Bruken av gassformig brensel bestemmes av deres sammensetning og egenskaper til hydrokarbondelen. De mest brukte er naturgass eller assosiert gass fra olje- eller gassfelt, samt industrigasser fra oljeraffinerier og andre anlegg. Hovedkomponentene i disse gassene er hydrokarboner med antall karbonatomer i et molekyl fra ett til fire (metan, etan, propan, butan og deres derivater).

Naturgasser fra gassfelt består nesten utelukkende av metan (82...98%), med lite bruk av gassformig drivstoff til forbrenningsmotorer. Den stadig økende bilparken krever mer og mer drivstoff. Det er mulig å løse de viktigste nasjonale økonomiske problemene med stabil forsyning av bilmotorer med effektive energibærere og redusere forbruket av flytende drivstoff av petroleumsopprinnelse gjennom bruk av gassformig brensel - flytende petroleum og naturgasser.

For biler brukes kun høy- eller middels kalorigasser. Når du kjører på lavkalorigass, utvikler ikke motoren den nødvendige kraften, og kjøretøyets rekkevidde reduseres også, noe som er økonomisk ulønnsomt. Pa). Utgivelse følgende typer komprimerte gasser: naturlig, mekanisert koks og anriket koks

Den viktigste brennbare komponenten i disse gassene er metan. Som med flytende drivstoff er tilstedeværelsen av hydrogensulfid i gassformig drivstoff uønsket på grunn av dets korrosive effekt på gassutstyr og motordeler. Oktantallet på gasser lar deg øke bilmotorer når det gjelder kompresjonsforhold (opptil 10...12).

Tilstedeværelsen av cyanogen CN i gass for biler er ekstremt uønsket. Ved å kombinere med vann dannes det blåsyre, under påvirkning av hvilke små sprekker dannes i sylindrenes vegger. Tilstedeværelsen av harpiksholdige stoffer og mekaniske urenheter i gass fører til dannelse av avleiringer og forurensninger på gassutstyr og motordeler.

Generell informasjon. En annen viktig kilde til intern forurensning, en sterk sensibiliserende faktor for mennesker, er naturgass og dens forbrenningsprodukter. Gass er et flerkomponentsystem som består av dusinvis ulike forbindelser, inkludert de som er spesielt lagt til (tabell.

Det er direkte bevis for at bruk av apparater som brenner naturgass (gassovner og kjeler) har en negativ effekt på menneskers helse. I tillegg reagerer personer med økt følsomhet for miljøfaktorer utilstrekkelig på komponentene i naturgass og dens forbrenningsprodukter.

Naturgass i huset - en kilde til mange forskjellige forurensninger. Dette inkluderer forbindelser som er direkte tilstede i gassen (luktstoffer, gassformige hydrokarboner, giftige organometalliske komplekser og radioaktiv gass radon), produkter som ikke fullstendig forbrenning(karbonmonoksid, nitrogendioksid, partikkelformede organiske partikler, polysykliske aromatiske hydrokarboner og små mengder flyktige organiske forbindelser). Alle disse komponentene kan påvirke menneskekroppen enten alene eller i kombinasjon med hverandre (synergieffekt).

Tabell 12.3

Sammensetning av gassformig drivstoff

Luktstoffer. Luktstoffer er svovelholdige organiske aromatiske forbindelser (merkaptaner, tioetere og tioaromatiske forbindelser). Tilsatt naturgass for å oppdage lekkasjer. Selv om disse forbindelsene er til stede i svært små, underterskelkonsentrasjoner som ikke anses som giftige for de fleste individer, kan lukten deres forårsake kvalme og hodepine hos friske mennesker.

Klinisk erfaring og epidemiologiske data indikerer at kjemisk sensitive mennesker reagerer upassende på kjemiske forbindelser som er tilstede selv ved underterskelkonsentrasjoner. Personer med astma identifiserer ofte lukt som en pådriver (trigger) av astmatiske angrep.

Luktstoffer inkluderer for eksempel metantiol. Metantiol, også kjent som metylmerkaptan (merkaptometan, tiometylalkohol), er en gassformig forbindelse som ofte brukes som et aromatisk tilsetningsstoff til naturgass. Den ubehagelige lukten oppleves av de fleste ved en konsentrasjon på 1 del av 140 ppm, men denne forbindelsen kan oppdages i betydelig lavere konsentrasjoner av svært sensitive individer. Toksikologiske studier på dyr har vist at 0,16 % metantiol, 3,3 % etantiol eller 9,6 % dimetylsulfid er i stand til å indusere koma hos 50 % av rottene som er utsatt for disse forbindelsene i 15 minutter.

Et annet merkaptan, også brukt som et aromatisk tilsetningsstoff til naturgass, er merkaptoetanol (C2H6OS) også kjent som 2-tioetanol, etylmerkaptan. Sterk irriterende for øyne og hud, i stand til å forårsake giftige effekter gjennom huden. Det er brannfarlig og brytes ned når det varmes opp for å danne svært giftige SOx-damper.

Merkaptaner, som er innendørs luftforurensninger, inneholder svovel og er i stand til å fange opp elementært kvikksølv. I høye konsentrasjoner kan merkaptaner forårsake nedsatt perifer sirkulasjon og økt hjertefrekvens, og kan stimulere bevissthetstap, utvikling av cyanose eller til og med død.

Aerosoler. Forbrenning av naturgass produserer små organiske partikler (aerosoler), inkludert kreftfremkallende aromatiske hydrokarboner, samt noen flyktige organiske forbindelser. DOS er mistenkte sensibiliserende midler som sammen med andre komponenter kan indusere «sykebygning»-syndromet, samt multippel kjemisk sensitivitet (MCS).

DOS inkluderer også formaldehyd, som dannes i små mengder når du brenner gass. Bruk gassapparater i et hjem hvor sensitive individer bor, øker eksponeringen for disse irritantene, og øker deretter symptomene på sykdom og fremmer også ytterligere sensibilisering.

Aerosoler som genereres under forbrenning av naturgass kan bli adsorpsjonssteder for en rekke kjemiske forbindelser som finnes i luften. Dermed kan luftforurensninger konsentrere seg i mikrovolumer og reagere med hverandre, spesielt når metaller fungerer som reaksjonskatalysatorer. Jo mindre partikkel, jo høyere konsentrasjonsaktivitet av denne prosessen.

Dessuten er vanndamp som genereres under forbrenning av naturgass et transportledd for aerosolpartikler og forurensninger under overføringen til lungealveolene.

Forbrenning av naturgass produserer også aerosoler som inneholder polysykliske aromatiske hydrokarboner. De har negative effekter på luftveiene og er kjente kreftfremkallende stoffer. I tillegg kan hydrokarboner føre til kronisk forgiftning hos mottakelige personer.

Dannelsen av benzen, toluen, etylbenzen og xylen under forbrenning av naturgass er også ugunstig for menneskers helse. Benzen er kjent for å være kreftfremkallende ved doser godt under terskelverdiene. Eksponering for benzen er korrelert med økt risiko for kreft, spesielt leukemi. De sensibiliserende effektene av benzen er ikke kjent.

Organometalliske forbindelser. Noen komponenter av naturgass kan inneholde høye konsentrasjoner av giftige tungmetaller, inkludert bly, kobber, kvikksølv, sølv og arsen. Etter all sannsynlighet er disse metallene tilstede i naturgass i form av organometalliske komplekser som trimetylarsenitt (CH3)3As. Assosiasjonen med den organiske matrisen til disse giftige metallene gjør dem lipidløselige. Dette fører til høye nivåer av absorpsjon og en tendens til å bioakkumulere i menneskelig fettvev. Den høye toksisiteten til tetrametylplumbitt (CH3)4Pb og dimetylkvikksølv (CH3)2Hg antyder en innvirkning på menneskers helse, siden de metylerte forbindelsene av disse metallene er mer giftige enn metallene i seg selv. Disse forbindelsene utgjør en spesiell fare under amming hos kvinner, siden lipider i dette tilfellet migrerer fra kroppens fettdepoter.

Dimetylkvikksølv (CH3)2Hg er en spesielt farlig metallorganisk forbindelse på grunn av sin høye lipofilisitet. Metylkvikksølv kan inkorporeres i kroppen gjennom innånding og også gjennom huden. Absorpsjonen av denne forbindelsen i mage-tarmkanalen er nesten 100%. Kvikksølv har en uttalt nevrotoksisk effekt og evnen til å påvirke menneskelig reproduksjonsfunksjon. Toksikologi har ikke data om sikre nivåer av kvikksølv for levende organismer.

Organiske arsenforbindelser er også svært giftige, spesielt når de ødelegges metabolsk (metabolsk aktivering), noe som resulterer i dannelsen av svært giftige uorganiske former.

Forbrenningsprodukter for naturgass. Nitrogendioksid kan virke på lungesystemet, noe som letter utviklingen av allergiske reaksjoner mot andre stoffer, reduserer lungefunksjonen, mottakelighet for smittsomme lungesykdommer, potenserer bronkial astma og andre luftveissykdommer. Dette er spesielt uttalt hos barn.

Det er bevis på at NO2 produsert ved å brenne naturgass kan indusere:

• betennelse i lungesystemet og redusert vital funksjon av lungene;
• økt risiko for astma-lignende symptomer, inkludert hvesing, kortpustethet og angrep. Dette er spesielt vanlig hos kvinner som lager mat på gasskomfyrer, så vel som hos barn;
• reduksjon i motstand mot bakterielle sykdommer lunger på grunn av en reduksjon i de immunologiske mekanismene for lungeforsvar;
• forårsaker uønskede effekter generelt på immunsystemet til mennesker og dyr;
• påvirkning som adjuvans på utviklingen av allergiske reaksjoner på andre komponenter;
• økt følsomhet og økt allergisk respons på skadelige allergener.

Naturgassforbrenningsprodukter inneholder en ganske høy konsentrasjon av hydrogensulfid (H2S), som forurenser miljø. Det er giftig i konsentrasjoner lavere enn 50.ppm, og i konsentrasjoner på 0,1-0,2 % er det dødelig selv ved kort eksponering. Siden kroppen har en mekanisme for å avgifte denne forbindelsen, er toksisiteten til hydrogensulfid mer knyttet til eksponeringskonsentrasjonen enn varigheten av eksponeringen.

Selv om hydrogensulfid har en sterk lukt, fører kontinuerlig lavkonsentrasjonseksponering til tap av luktesansen. Dette gjør det mulig for toksiske effekter å oppstå hos personer som kan være ubevisst eksponert. farlige nivåer denne gassen. Mindre konsentrasjoner av det i luften i boliglokaler fører til irritasjon av øyne og nasopharynx. Moderate nivåer forårsaker hodepine, svimmelhet, samt hoste og pustevansker. Høye nivåer fører til sjokk, kramper, koma, som ender med døden. Overlevende av akutt hydrogensulfidtoksisitet opplever nevrologisk dysfunksjon som hukommelsestap, skjelvinger, ubalanse og noen ganger mer alvorlig hjerneskade.

Den akutte toksisiteten til relativt høye konsentrasjoner av hydrogensulfid er velkjent, men dessverre er lite informasjon tilgjengelig om kronisk LAVDOSER eksponering for denne komponenten.

Radon. Radon (222Rn) finnes også i naturgass og kan føres gjennom rørledninger til gassovner, som blir kilder til forurensning. Siden radon forfaller til bly (210Pb har en halveringstid på 3,8 dager), danner det et tynt lag med radioaktivt bly (gjennomsnittlig 0,01 cm tykt) som dekker indre overflater rør og utstyr. Dannelsen av et lag med radioaktivt bly øker bakgrunnsverdien av radioaktivitet med flere tusen henfall per minutt (over et område på 100 cm2). Å fjerne det er svært vanskelig og krever utskifting av rørene.

Det bør huskes at det å slå av gassutstyret ikke er nok til å fjerne de giftige effektene og gi lindring til kjemisk sensitive pasienter. Gassutstyr må fjernes helt fra lokalene, siden selv ikke fungerer gasskomfyr fortsetter å frigjøre aromatiske forbindelser den har absorbert over år med bruk.

De kumulative effektene av naturgass, påvirkningen av aromatiske forbindelser og forbrenningsprodukter på menneskers helse er ikke nøyaktig kjent. Det antas at effekter fra flere forbindelser kan multipliseres, og responsen fra eksponering for flere forurensninger kan være større enn summen av de individuelle effektene.

Oppsummert er egenskapene til naturgass som forårsaker bekymring for menneskers og dyrs helse:

• brannfarlig og eksplosiv natur;
• kvelende egenskaper;
• forurensning fra forbrenningsprodukter luftmiljø lokaler;
• tilstedeværelse av radioaktive elementer (radon);
• innhold av svært giftige forbindelser i forbrenningsprodukter;
• tilstedeværelsen av spormengder av giftige metaller;
• giftige aromatiske forbindelser lagt til naturgass (spesielt for personer med flere kjemiske følsomheter);
• gasskomponenters evne til å sensibilisere.

Forbrenning er en reaksjon der den kjemiske energien til et drivstoff omdannes til varme.

Forbrenningen kan være fullstendig eller ufullstendig. Fullstendig forbrenning skjer når det er nok oksygen. Dens mangel forårsaker ufullstendig forbrenning, hvor mindre varme frigjøres enn under fullstendig forbrenning, og karbonmonoksid (CO), som har en giftig effekt på driftspersonell, dannes sot, legger seg på varmeoverflaten til kjelen og øker varmetapet, noe som fører til for høyt drivstofforbruk og redusert effektivitet kjele, luftforurensning.

For å brenne 1 m 3 metan trenger du 10 m 3 luft, som inneholder 2 m 3 oksygen. For å sikre fullstendig forbrenning av naturgass, tilføres luft til ovnen med et lite overskudd. Forholdet mellom det faktisk forbrukte volumet av luft V d og den teoretisk nødvendige V t kalles overskuddskoeffisienten a = V d / V t. Denne indikatoren avhenger av utformingen av gassbrenneren og ovnen: jo mer perfekte de er. jo mindre a. Det er nødvendig å sikre at overskuddskoeffisienten ikke er mindre enn 1, da dette fører til ufullstendig forbrenning av gassen. Å øke overskuddsluftforholdet reduserer effektiviteten. kjeleenhet.

Fullstendigheten av drivstoffforbrenning kan bestemmes ved hjelp av en gassanalysator og visuelt - av fargen og naturen til flammen: gjennomsiktig blåaktig - fullstendig forbrenning;

rød eller gul – forbrenningen er ufullstendig.

Hastigheten som forbrenningssonen beveger seg med i en retning vinkelrett på selve sonen kalles flammeutbredelseshastigheten. Flammeutbredelseshastigheten karakteriserer hastigheten for oppvarming av gass-luftblandingen til antennelsestemperaturen. Den høyeste forplantningshastigheten er for flammen av hydrogen og vanngass (3 m/sek), den laveste er for flammen av naturgass og propan-butanblanding. En høy flammeutbredelseshastighet har en gunstig effekt på fullstendigheten av gassforbrenning, mens en lav hastighet tvert imot er en av årsakene til ufullstendig forbrenning av gass. Hastigheten på flammeutbredelsen øker ved bruk av en oksygen-gassblanding i stedet for en luft-gassblanding.

Forbrenningen reguleres ved å øke lufttilførselen til kjeleovnen eller redusere gasstilførselen. Denne prosessen bruker primær (blandet med gass i brenneren - før forbrenning) og sekundær (kombinert med gass eller gass-luftblanding i kjeleovnen under forbrenning) luft.

I kjeler utstyrt med diffusjonsbrennere (uten tvungen lufttilførsel), kommer sekundærluft, under påvirkning av vakuum, inn i ovnen gjennom utblåsningsdørene.

I kjeler utstyrt med injeksjonsbrennere: primærluft kommer inn i brenneren på grunn av injeksjon og reguleres av en justeringsskive, og sekundærluft kommer inn gjennom spyledørene.

I kjeler med blandebrennere tilføres primær- og sekundærluft til brenneren av en vifte og styres av luftventiler.

Brudd på forholdet mellom hastigheten til gass-luftblandingen ved utløpet av brenneren og hastigheten på flammeutbredelsen fører til separasjon eller hopping av flammen på brennerne.

Hvis hastigheten til gass-luftblandingen ved brennerutløpet er større enn hastigheten på flammeutbredelsen, er det separasjon, og hvis den er mindre, er det gjennombrudd.

Dersom flammen bryter ut og bryter gjennom, skal vedlikeholdspersonellet slukke kjelen, ventilere brannkammer og røykrør og tenne kjelen på nytt.

Fysisk-kjemiske egenskaper til naturgass

Naturgass er fargeløs, luktfri, smakløs og ikke giftig.

Gasstetthet ved t = 0°C, P = 760 mm Hg. Art.: metan - 0,72 kg/m 3, luft -1,29 kg/m 3.

Selvantennelsestemperaturen til metan er 545 – 650°C. Dette betyr at enhver blanding av naturgass og luft oppvarmet til denne temperaturen vil antennes uten en tennkilde og brenne.

Metan forbrenningstemperatur er 2100°C i ovner 1800°C.

Forbrenningsvarme av metan: Qn = 8500 kcal/m3, Qv = 9500 kcal/m3.

Eksplosivitet. Det er:

– den nedre eksplosjonsgrensen er det laveste gassinnholdet i luften der en eksplosjon oppstår for metan;

Med lavere gassinnhold i luften vil det ikke være noen eksplosjon på grunn av mangel på gass. Når en tredjeparts energikilde introduseres, er det en poppende lyd.

– øvre eksplosjonsgrense er det høyeste gassinnholdet i luften der en eksplosjon oppstår for metan, er det 15 %.

Med høyere gassinnhold i luften vil det ikke være noen eksplosjon på grunn av mangel på luft. Når en tredjeparts energikilde introduseres, oppstår brann.

For en gasseksplosjon, i tillegg til å holde den i luften innenfor grensene for dens eksplosivitet, kreves en tredjeparts energikilde (gnist, flamme, etc.).

Når en gass eksploderer i et lukket volum (rom, ovn, tank, etc.), er det mer ødeleggelse enn i friluft.

Når gass brennes med underbrenning, dvs. med mangel på oksygen, dannes karbonmonoksid (CO) eller karbonmonoksid, som er en svært giftig gass, i forbrenningsproduktene.

Flammeutbredelseshastigheten er hastigheten som flammefronten beveger seg med i forhold til den ferske blandingsstrømmen.

Den omtrentlige hastigheten på metanflammeutbredelsen er 0,67 m/s. Det avhenger av blandingens sammensetning, temperatur, trykk, forholdet mellom gass og luft i blandingen, diameteren på flammefronten, arten av blandingens bevegelse (laminær eller turbulent) og bestemmer forbrenningsstabiliteten.

Gass lukt– Dette er tilsetning av et sterkt luktende stoff (odorant) til gass for å gi gassen en lukt før levering til forbrukere.

Krav til luktstoffer:

– skarp spesifikk lukt;

– må ikke forstyrre forbrenningen;

– må ikke løses opp i vann;

– skal være ufarlig for mennesker og utstyr.

Etylmerkaptan (C 2 H 5 SH) brukes som luktstoff, det tilsettes metan - 16 g per 1000 m 3, hastigheten dobles om vinteren.

En person bør lukte lukten i luften når gassinnholdet i luften er 20 % av nedre grense eksplosivitet for metan – 1 volumprosent.

Dette kjemisk prosess kombinasjoner av brennbare komponenter (hydrogen og karbon) med oksygen i luften. Oppstår med frigjøring av varme og lys.

Ved forbrenning av karbon dannes det karbondioksid (C0 2), og hydrogen produserer vanndamp (H 2 0).

Stadier av forbrenning: tilførsel av gass og luft, dannelse av en gass-luftblanding, antennelse av blandingen, forbrenning, fjerning av forbrenningsprodukter.

Teoretisk, når all gassen er brent og alt nødvendig mengde luft deltar i forbrenning, forbrenningsreaksjon av 1 m 3 gass:

CH 4 + 20 2 = CO 2 + 2H 2 O + 8500 kcal/m 3.

For å brenne 1 m 3 metan kreves det 9,52 m 3 luft.

Nesten all tilført forbrenningsluft vil delta i forbrenningen.

Derfor, i forbrenningsprodukter, i tillegg til karbondioksid(C0 2) og vanndamp (H 2 0) vises:

– karbonmonoksid, eller karbonmonoksid (CO), hvis det slippes ut i rommet, kan forårsake forgiftning av driftspersonell;

– atomært karbon, eller sot (C), avsatt i røykkanaler og ovner, svekker trekk og varmeoverføring på varmeoverflater.

– uforbrent gass og hydrogen samler seg i brannkasser og røykkanaler og danner en eksplosiv blanding.

Når det er mangel på luft, oppstår ufullstendig forbrenning av drivstoffet - forbrenningsprosessen skjer med underbrenning. Underbrenning oppstår også når gassen er dårlig blandet med luft og temperaturen i forbrenningssonen er lav.

For fullstendig forbrenning av gass tilføres forbrenningsluft i tilstrekkelig mengde, luft og gass må blandes godt, og det kreves høy temperatur i forbrenningssonen.

For fullstendig forbrenning av gass tilføres luft til flere enn teoretisk kreves, dvs. i overkant, vil ikke all luften delta i forbrenningen. Noe av varmen vil bli brukt til å varme opp denne overflødige luften og slippes ut i atmosfæren.

Overskuddskoeffisient α er et tall som viser hvor mange ganger den faktiske forbrenningsstrømningshastigheten er større enn det teoretisk er nødvendig:

α = V d / V t

hvor Vd er den faktiske luftstrømmen, m 3;

V t - teoretisk nødvendig luft, m 3.

α = 1,05 – 1,2.

Gassforbrenningsmetoder

Forbrenningsluft kan være:

– primær – mates inn i brenneren, blandet med gass, og gass-luftblandingen brukes til forbrenning;

– sekundær – går inn i forbrenningssonen.

Gassforbrenningsmetoder:

1. Diffusjonsmetode - gass og forbrenningsluft tilføres separat og blandes i forbrenningssonen, all luft er sekundær. Flammen er lang og krever stor forbrenningsplass.

2. Blandet metode - en del av luften tilføres inne i brenneren, blandet med gass (primærluft), en del av luften tilføres forbrenningssonen (sekundær). Flammen er kortere enn ved diffusjonsmetoden.

3. Kinetisk metode - all luft blandes med gass inne i brenneren, dvs. all luft er primær. Flammen er kort og det kreves liten forbrenningsplass.

Gassbrenner enheter

Gassbrennere er enheter som tilfører gass og luft til forbrenningsfronten, danner en gass-luftblanding, stabiliserer forbrenningsfronten og sikrer den nødvendige intensiteten i forbrenningsprosessen.

En brenner utstyrt med en ekstra enhet (tunnel, luftfordelingsenhet, etc.) kalles en gassbrennerenhet.

Brennerkrav:

1) må være fabrikklaget og bestå statlige tester;

2) skal sikre fullstendig forbrenning av gass under alle driftsforhold med minimalt overskuddsluft og minimale utslipp skadelige stoffer inn i atmosfæren;

3) kunne bruke automatiske kontroll- og sikkerhetssystemer, samt måle gass- og luftparametere foran brenneren;

4) må ha enkel design, være tilgjengelig for reparasjoner og revisjoner;

5) må fungere stabilt innenfor driftsregulativets grenser, om nødvendig ha stabilisatorer for å hindre flammeseparasjon og gjennombrudd;

6) for drift av brennere bør støynivået ikke overstige 85 dB, og overflatetemperaturen bør ikke overstige 45 ° C.

Alternativer gassbrennere

1) termisk kraft brennere N g - mengden varme som frigjøres under gassforbrenning på 1 time;

2) den laveste grensen for stabil drift av brenneren N n. .p. . – laveste effekt som brenneren fungerer stabilt med uten flammeseparasjon eller overslag;

3) minimumseffekt N min – effekt av laveste grense, økt med 10 %;

4) øvre grense for stabil drift av brenneren N in. .p. . - høyeste makt, hvor brenneren fungerer stabilt uten flammeseparasjon eller gjennombrudd;

5) maksimal effekt N max – øvre grenseeffekt, redusert med 10 %;

6) merkeeffekt N nom – den høyeste effekten brenneren fungerer med lang tid med høyeste effektivitet;

7) driftsreguleringsområde - effektverdier fra N min til N nom;

8) driftsreguleringskoeffisient - forholdet mellom merkeeffekt og minimum.

Klassifisering av gassbrennere:

1) i henhold til metoden for tilførsel av forbrenningsluft:

– blåsefri – luft kommer inn i ovnen på grunn av sjeldne forhold i den;

– injeksjon – luft suges inn i brenneren på grunn av energien til gasstrømmen;

– blåsing – luft tilføres brenneren eller ovnen ved hjelp av en vifte;

2) i henhold til graden av tilberedning av den brennbare blandingen:

– uten foreløpig blanding av gass med luft;

– med fullstendig forblanding;

– med ufullstendig eller delvis forblanding;

3) av hastigheten på forbrenningsproduktstrømmen (lav – opptil 20 m/s, middels – 20-70 m/s, høy – ​​mer enn 70 m/s);

4) ved gasstrykk foran brennerne:

– lavt opptil 0,005 MPa (opptil 500 mm vannsøyle);

– gjennomsnitt fra 0,005 MPa til 0,3 MPa (fra 500 mm vannsøyle til 3 kgf/cm 2);

– høy mer enn 0,3 MPa (mer enn 3 kgf/cm 2);

5) i henhold til graden av automatisering av brennerkontroll - med manuell kontroll, halvautomatisk, automatisk.

I henhold til metoden for lufttilførsel kan brennere være:

1) Diffusjon. All luft kommer inn i fakkelen fra det omkringliggende rommet. Gass tilføres brenneren uten primærluft og, forlater manifolden, blandes med luft utenfor den.

Den enkleste brenneren i design er vanligvis et rør med hull boret i en eller to rader.

En variant er en ildstedsbrenner. Består av en gassmanifold laget av stålrør, plugget i den ene enden. Hull bores i røret i to rader. Samleren er installert i sporene, laget av ildfaste murstein som hviler på risten. Gass kommer ut gjennom hull i manifolden inn i sporet. Luft kommer inn i samme spalte gjennom risten på grunn av vakuum i brennkammeret eller ved hjelp av en vifte. Under drift varmes den ildfaste foringen av sporet opp, noe som sikrer stabilisering av flammen i alle driftsmoduser.

Fordeler med brenneren: enkel design, pålitelig drift (flammelekkasje er umulig), lydløshet, god regulering.

Feil: lav effekt, uøkonomisk, høy flamme.

2) Injeksjonsbrennere:

EN) lavt trykk eller atmosfærisk (se brennere med delvis forblanding). En gassstråle kommer ut av dysen med høy hastighet og, på grunn av sin energi, fanger luft inn i confuseren, og trekker den inn i brenneren. Blandingen av gass med luft skjer i en blander som består av en hals, en diffusor og en branndyse. Vakuumet som skapes av injektoren øker med økende gasstrykk, og mengden primærluft som suges inn endres. Mengden primærluft kan endres ved hjelp av en justeringsskive. Ved å endre avstanden mellom vaskemaskinen og confuseren justeres lufttilførselen.

For å sikre fullstendig forbrenning av drivstoffet, tilføres en del av luften på grunn av sjeldneri i brennkammeret (sekundærluft). Strømningshastigheten reguleres ved å endre vakuumet.

De har egenskapen til selvregulering: med økende belastning øker gasstrykket, noe som injiserer en økt mengde luft inn i brenneren. Når belastningen avtar, reduseres luftmengden.

Brennere brukes i begrenset grad på utstyr med høy kapasitet (mer enn 100 kW). Dette skyldes at brennermanifolden er plassert direkte i brennkammeret. Under drift varmes den opp til høye temperaturer og svikter raskt. De har et høyt overskuddsluftforhold, noe som fører til uøkonomisk gassforbrenning.

b) Middels trykk. Ved å øke gasstrykket injiseres all luft som kreves for fullstendig forbrenning av gassen. All luft er primær. De opererer ved gasstrykk fra 0,005 MPa til 0,3 MPa. Se brennere for fullstendig forhåndsblanding av gass med luft. Som et resultat av god blanding av gass og luft, opererer de med lavt luftoverskuddsforhold (1,05-1,1). Kazantsev brenner. Består av en primær luftregulator, dyse, mikser, dyse og platestabilisator. Når gassen kommer ut av dysen, har den nok energi til å injisere all luften som trengs for forbrenning. I blanderen er gass og luft fullstendig blandet. Den primære luftregulatoren demper samtidig støyen som oppstår på grunn av den høye hastigheten til gass-luftblandingen. Fordeler:

- enkel design;

– stabil drift når belastningen endres;

– mangel på lufttilførsel under trykk (ingen vifte, elektrisk motor, luftkanaler);

– mulighet for selvregulering (opprettholde et konstant gass-luftforhold).

Feil:

– store dimensjoner av brennere langs lengden, spesielt brennere med økt produktivitet;

– høyt nivå støy.

3) Brennere med tvungen lufttilførsel. Dannelsen av gass-luftblandingen begynner i brenneren og ender i ovnen. Luft tilføres av en vifte. Gass og luft tilføres gjennom separate rør. De opererer på gass med lavt og middels trykk. For bedre blanding ledes gasstrømmen gjennom hullene i en vinkel til luftstrømmen.

For å forbedre blandingen gis luftstrømmen en rotasjonsbevegelse ved hjelp av virvler med konstant eller justerbar bladvinkel.

Gassvirvelbrenner (GGV) - gass fra distribusjonsmanifolden kommer ut gjennom hull boret i en rad og i en vinkel på 90 0 kommer inn i luftstrømmen virvlet ved hjelp av en bladvirvel. Bladene er sveiset i en vinkel på 45 0 til den ytre overflaten av gassmanifolden. Inne i gassmanifolden er det et rør for å overvåke forbrenningsprosessen. Når du arbeider med fyringsolje, er en dampmekanisk dyse installert i den.

Brennere designet for å brenne flere typer drivstoff kalles kombinerte brennere.

Fordeler med brennere: høy termisk effekt, bredt spekter av driftsregulering, evnen til å regulere overskuddsluftforholdet, evnen til å forvarme gass og luft.

Ulemper med brennere: tilstrekkelig kompleksitet av design; flammeseparasjon og gjennombrudd er mulig, noe som gjør det nødvendig å bruke forbrenningsstabilisatorer (keramisk tunnel, pilotbrenner, etc.).

Brennerulykker

Mengden luft i gass-luftblandingen er den viktigste faktoren som påvirker hastigheten på flammeutbredelsen. I blandinger der gassinnholdet overstiger den øvre grensen for antennelse, sprer flammen seg ikke i det hele tatt. Med en økning i mengden luft i blandingen, øker hastigheten på flammeutbredelsen, og når sin høyeste verdi når luftinnholdet er omtrent 90 % av den teoretiske mengden som kreves for fullstendig forbrenning av gassen. Når luftstrømmen til brenneren øker, dannes det en gassslankere blanding som kan brenne raskere og føre til at flammen lekker inn i brenneren. Derfor, hvis det er nødvendig å øke belastningen, øk først gasstilførselen og deretter luften. Hvis det er nødvendig å redusere belastningen, gjør det motsatte - reduser først lufttilførselen, og deretter gassen. I det øyeblikket brennerne startes, skal ingen luft komme inn i dem og gassen antennes i en diffusjonsmodus på grunn av luften som kommer inn i brenneren, etterfulgt av overgangen til lufttilførsel til brenneren

1. Flammeseparasjon - bevegelse av brennersonen fra brenneruttakene i retning av drivstoffforbrenning. Oppstår når hastigheten til gass-luftblandingen blir større enn hastigheten på flammeutbredelsen. Flammen blir ustabil og kan slukke. Gass fortsetter å strømme gjennom den slukkede brenneren, noe som fører til at det dannes en eksplosiv blanding i brannboksen.

Separasjon oppstår når: en økning i gasstrykket over det tillatte nivået, en kraftig økning i tilførselen av primærluft, en økning i vakuum i ovnen, drift av brenneren i ekstreme moduser i forhold til de som er angitt i passet.

2. Flammegjennombrudd - bevegelse av brennersonen mot den brennbare blandingen. Skjer kun i brennere med forblanding av gass og luft. Oppstår når hastigheten til gass-luftblandingen blir mindre enn hastigheten på flammeutbredelsen. Flammen hopper inne i brenneren, hvor den fortsetter å brenne, noe som forårsaker deformasjon av brenneren på grunn av overoppheting. Hvis det er et gjennombrudd, kan det være en liten pop, flammen vil slukke, og brennkammeret og gasskanalene vil bli gasset gjennom den uvirksomme brenneren.

Overspenning oppstår når: gasstrykket foran brenneren synker under det tillatte nivået; tenning av brenneren ved tilførsel av primærluft; stor gasstilførsel ved lavt lufttrykk, reduksjon i brennerens produktivitet ved å forhåndsblande gass og luft under verdiene spesifisert i passet. Ikke mulig med diffusjonsmetoden for gassforbrenning.

Handlinger fra personell i tilfelle en brennerulykke:

– slå av brenneren,

– ventiler brennkammeret,

– finne ut årsak til ulykken,

- lage en journalpost,

Innhold i seksjonen

Når organisk brensel brennes i kjeleovner, dannes det ulike forbrenningsprodukter, som karbonoksider CO x = CO + CO 2, vanndamp H 2 O, svoveloksider SO x = SO 2 + SO 3, nitrogenoksider NO x = NO + NO 2, polysykliske aromatiske hydrokarboner (PAH), fluorforbindelser, vanadiumforbindelser V 2 O 5, faste partikler osv. (se tabell 7.1.1). Ved ufullstendig forbrenning av brensel i ovner kan avgassene også inneholde hydrokarboner CH 4, C 2 H 4 osv. Alle produkter av ufullstendig forbrenning er skadelige, men moderne teknologi Ved å brenne drivstoff kan dannelsen av dem minimeres [1].

Tabell 7.1.1. Spesifikke utslipp fra fakling av organisk brensel i energikjeler [ 3 ]

Tegnforklaring: A p, S p – henholdsvis innhold av aske og svovel per arbeidsmasse drivstoff, %.

Kriteriet for sanitær vurdering av miljøet er maksimalt tillatt konsentrasjon (MPC) av et skadelig stoff i atmosfærisk luft på bakkenivå. MAC skal forstås som en konsentrasjon av ulike stoffer og kjemiske forbindelser som, når de eksponeres for menneskekroppen daglig i lang tid, ikke forårsaker noen patologiske endringer eller sykdommer.

Maksimalt tillatte konsentrasjoner (MPC) av skadelige stoffer i den atmosfæriske luften i befolkede områder er gitt i tabell. 7.1.2 [4]. Den maksimale enkeltkonsentrasjonen av skadelige stoffer bestemmes av prøver tatt innen 20 minutter, gjennomsnittlig daglig konsentrasjon - per dag.

Tabell 7.1.2. Maksimalt tillatte konsentrasjoner av skadelige stoffer i den atmosfæriske luften i befolkede områder

Beregninger utføres for hvert skadelig stoff separat, slik at konsentrasjonen av hver av dem ikke overstiger verdiene gitt i tabellen. 7.1.2. For fyrhus er disse vilkårene skjerpet ved å innføre tilleggskrav om behovet for å summere effektene av svovel- og nitrogenoksider, som bestemmes av uttrykket

Samtidig, pga lokale mangler luft eller ugunstige termiske og aerodynamiske forhold, i ovnene og forbrenningskamrene dannes produkter av ufullstendig forbrenning, hovedsakelig bestående av karbonmonoksid CO (karbonmonoksid), hydrogen H 2 og ulike hydrokarboner, som karakteriserer varmetap i kjeleenheten fra kjemisk ufullstendig forbrenning (kjemisk underforbrenning).

I tillegg produserer forbrenningsprosessen en rekke kjemiske forbindelser dannet på grunn av oksidasjon av ulike komponenter i drivstoffet og luftnitrogen N2. Den viktigste delen av dem består av nitrogenoksider NO x og svoveloksider SO x .

Nitrogenoksider dannes på grunn av oksidasjon av både molekylært nitrogen i luften og nitrogen som finnes i drivstoffet. Eksperimentelle studier har vist at hovedandelen av NO x dannet i kjeleovner, nemlig 96÷100 %, er nitrogenmonoksid (oksid) NO. NO 2-dioksid og nitrogenhemioksid N 2 O dannes i betydelig mindre mengder, og deres andel er omtrentlig: for NO 2 - opptil 4 %, og for N 2 O - hundredeler av en prosent av det totale NO x-utslippet. Under typiske forhold for fakling av drivstoff i kjeler, er konsentrasjonene av nitrogendioksid NO 2 vanligvis ubetydelige sammenlignet med NO-innholdet og varierer vanligvis fra 0÷7 ppm opptil 20÷30 ppm. Samtidig kan rask blanding av varme og kalde områder i en turbulent flamme føre til at det oppstår relativt store konsentrasjoner av nitrogendioksid i strømmens kalde soner. I tillegg skjer delvis utslipp av NO 2 i den øvre delen av ovnen og i den horisontale røykkanalen (med T> 900÷1000 K) og kan under visse forhold også nå merkbare størrelser.

Nitrogenhemioksid N 2 O, dannet under forbrenning av drivstoff, er tilsynelatende et kortvarig mellomstoff. N 2 O er praktisk talt fraværende i forbrenningsprodukter bak kjeler.

Svovelet som finnes i drivstoffet er en kilde til dannelse av svoveloksider SO x: svoveldioksid SO 2 (svoveldioksid) og svovel SO 3 (svoveltrioksid) anhydrider. Det totale masseutslippet av SO x avhenger kun av svovelinnholdet i brenselet Sp, og deres konsentrasjon i røykgassene avhenger også av luftstrømskoeffisienten α. Som regel er andelen SO 2 97÷99 %, og andelen SO 3 er 1÷3 % av totalutbyttet av SO x. Det faktiske SO 2-innholdet i gassene som forlater kjelene varierer fra 0,08 til 0,6 %, og SO 3-konsentrasjonen varierer fra 0,0001 til 0,008 %.

Blant de skadelige komponentene røykgasser inntar en spesiell plass stor gruppe polysyklisk aromatiske hydrokarboner(PAH). Mange PAH-er har høy kreftfremkallende og (eller) mutagen aktivitet og aktiverer fotokjemisk smog i byer, noe som krever streng kontroll og begrensning av deres utslipp. Samtidig er noen PAH, for eksempel fenantren, fluoranten, pyren og en rekke andre, fysiologisk nærmest inerte og ikke kreftfremkallende.

PAH dannes som et resultat av ufullstendig forbrenning av eventuelt hydrokarbondrivstoff. Sistnevnte oppstår på grunn av inhibering av oksidasjonsreaksjoner av drivstoffhydrokarboner av de kalde veggene til forbrenningsanordninger, og kan også være forårsaket av utilfredsstillende blanding av drivstoff og luft. Dette fører til dannelse i ovnene (forbrenningskamrene) av lokale oksidative soner med lave temperaturer eller soner med overskudd av brensel.

Pga stor mengde forskjellige PAH-er i røykgasser og vanskelighetene med å måle konsentrasjonene deres, nivået av kreftfremkallende forurensning av forbrenningsprodukter og atmosfærisk luft vurderes ved konsentrasjonen av det kraftigste og mest stabile karsinogenet - benzo(a)pyren (B(a)P) C 20 H 12.

På grunn av deres høye toksisitet, bør det spesielt nevnes brennoljeforbrenningsprodukter som vanadiumoksider. Vanadium finnes i den mineralske delen av brennolje og danner vanadiumoksider VO, VO 2 når det brennes. Men når innskudd dannes på konvektive overflater Vanadiumoksider presenteres hovedsakelig i form av V 2 O 5. Vanadiumpentoksid V 2 O 5 er den giftigste formen av vanadiumoksider, derfor er utslippene deres beregnet i form av V 2 O 5 .

Tabell 7.1.3. Omtrentlig konsentrasjon av skadelige stoffer i forbrenningsprodukter under fakling av organisk brensel i kraftkjeler

Ved forbrenning av fyringsolje og fast brensel inneholder utslipp også faste partikler bestående av flyveaske, sotpartikler, PAH og uforbrent drivstoff som følge av mekanisk underbrenning.

Konsentrasjonsområdene av skadelige stoffer i røykgasser ved forbrenning av ulike typer drivstoff er gitt i tabell. 7.1.3.