Продукти згоряння газу та контроль процесу горіння. Повне та неповне горіння газу

Природний газ – це найпоширеніше паливо на сьогоднішній день. Природний газ так і називається природним, тому що він видобувається з надр Землі.

Процес горіння газу є хімічною реакцією, за якої відбувається взаємодія природного газуз киснем, що міститься у повітрі.

У газоподібному паливі є горюча частина і негорюча.

Основним горючим компонентом газу є метан — CH4. Його вміст у природному газі досягає 98%. Метан не має запаху, не має смаку та є нетоксичним. Межа його займистості знаходиться від 5 до 15%. Саме ці якості дозволили використати природний газ як один з основних видів палива. Небезпечна для життя концентрація метану більше 10%, так може настати ядуху, внаслідок нестачі кисню.

Для виявлення витоку газу, газ піддають одоризації, інакше кажучи додають сильно пахнучу речовину (етилмеркаптан). При цьому газ можна виявити вже за концентрації 1 %.

Крім метану в природному газі можуть бути горючі гази - пропан, бутан і етан.

Для забезпечення якісного горіння газу необхідно в достатній кількості підвести повітря в зону горіння та досягти хорошого перемішування газу з повітрям. Оптимальним вважається співвідношення 1:10. Тобто одну частину газу припадає десять частин повітря. Крім цього необхідно створення потрібного температурного режиму. Щоб газ спалахнув необхідно його нагріти до температури його запалення і надалі температура не повинна опускатися нижче за температуру займання.

Необхідно організувати відведення продуктів згоряння в атмосферу.

Повне горіння досягається у разі, якщо у продуктах згоряння які у атмосферу відсутні горючі речовини. При цьому вуглець і водень з'єднуються разом та утворюють вуглекислий газ та пари води.

Візуально при повному згорянні полум'я світло-блакитне або блакитно-фіолетове.

Повне згоряння газу.

метан + кисень = вуглекислий газ + вода

СН 4 + 2О 2 = СО 2 + 2Н 2 О

Крім цих газів в атмесферу з горючими газами виходить азот і кисень, що залишився. N 2 + O 2

Якщо згоряння газу відбувається в повному обсязі, то атмосферу викидаються горючі речовини – чадний газ, водень, сажа.

Неповне згоряння газу відбувається через недостатню кількість повітря. При цьому візуально в полум'ї з'являються мови кіптяви.

Небезпека неповного згоряння газу полягає в тому, що чадний газ може спричинити отруєння персоналу котельні. Зміст СО повітря 0,01-0,02% може викликати легке отруєння. Більш висока концентрація може призвести до тяжкого отруєння та смерті.

Сажа, що утворюється, осідає на стінках котлів, погіршуючи тим самим передачу тепла теплоносія, знижує ефективність роботи котельні. Сажа проводить тепло гірше за метан у 200 разів.

Теоретично для спалювання 1м3 газу необхідно 9м3 повітря. В реальних умовах повітря потрібно більше.

Тобто потрібна надмірна кількість повітря. Ця величина позначається альфа показує скільки разів повітря витрачається більше, ніж необхідно теоретично.

Коефіцієнт альфа залежить від типу конкретного пальника і зазвичай прописується в паспорті пальника або у відповідність до рекомендацій організації пусконалагоджувальної роботи.

Зі збільшенням кількості надлишкового повітрявище рекомендованого, зростають втрати тепла. За значного збільшення кількості повітря може статися відрив полум'я, створивши аварійну ситуацію. Якщо кількість повітря менша за рекомендоване, то горіння буде неповним, створюючи тим самим загрозу отруєння персоналу котельні.

Для більш точного контролю якості згоряння палива існують прилади — газоаналізатори, які вимірюють вміст певних речовин у складі газів.

Газоаналізатори можуть надходити у комплекті з котлами. Якщо їх немає, відповідні вимірювання проводить пусконалагоджувальна організація за допомогою переносних газоаналізаторів. Складається режимна карта, в якій прописуються необхідні контрольні параметри. Дотримуючись їх, можна забезпечити нормальне повне згоряння палива.

Основними параметрами регулювання горіння палива є:

• співвідношення газу і повітря, що подаються на пальники.

• коефіцієнт надлишку повітря.

• розрядження у топці.

• Коефіцієнт корисної дії казана.

У цьому під коефіцієнтом корисної дії котла мають на увазі співвідношення корисного тепла до величини всього витраченого тепла.

Склад повітря

Назва газу	Хімічний елемент	Зміст у повітрі
Азот	N2	78 %
Кисень	O2	21 %
Аргон	Ar	1 %
Вуглекислий газ	CO2	0.03 %
Гелій	He	менше 0,001%
Водень	H2	менше 0,001%
Неон	Ne	менше 0,001%
Метан	CH4	менше 0,001%
Криптон	Kr	менше 0,001%
Ксенон	Xe	менше 0,001%

Антропотоксини;

Продукти деструкції полімерних матеріалів;

Речовини, що надходять у приміщення із забрудненим атмосферним повітрям;

Хімічні речовини, що виділяються з полімерних матеріалів навіть у невеликих кількостях, можуть спричинити суттєві порушення у стані живого організму, наприклад, у разі алергічного впливу полімерних матеріалів.

Інтенсивність виділення летких речовин залежить від умов експлуатації полімерних матеріалів – температури, вологості, кратності повітрообміну, часу експлуатації.

Встановлено пряму залежність рівня хімічного забруднення повітряного середовища від загальної насиченості приміщень полімерними матеріалами.

Найбільш чутливий до впливу летючих компонентів з полімерних матеріалів зростаючий організм. Встановлено також підвищену чутливість хворих до дії хімічних речовин, що виділяються із пластиків, у порівнянні зі здоровими. Дослідження показали, що в приміщеннях з великою насиченістю полімерами схильність населення до алергічних, простудних захворювань, неврастенії, вегетодистонії, гіпертонії виявилася вищою, ніж у приміщеннях, де полімерні матеріали використовувалися в меншій кількості.

Для забезпечення безпеки застосування полімерних матеріалів прийнято, що концентрації летючих речовин, що виділяються з полімерів, в житлових і громадських будівлях не повинні перевищувати їх ГДК, встановлені для атмосферного повітря, а сумарний показник відносин виявлених концентрацій декількох речовин до їх ГДК повинен бути не вище одиниці. З метою попереджувального санітарного наглядуза полімерними матеріалами та виробами з них запропоновано лімітувати виділення ними шкідливих речовинв навколишнє середовищеабо на стадії виготовлення, або незабаром після їхнього випуску заводами-виробниками. В даний час обґрунтовано допустимі рівні близько 100 хімічних речовин, що виділяються з полімерних матеріалів.

В сучасне будівництвовсе виразніше проявляється тенденція до хімізації технологічних процесівта використання в якості сумішей різних речовин, насамперед бетону та залізобетону. З гігієнічної точки зору важливо враховувати несприятливий вплив хімічних добавок на будівельні матеріали через виділення токсичних речовин.

Не менш потужним внутрішнім джерелом забруднення середовища приміщень служать і продукти життєдіяльності людини -антропотоксини. Встановлено, що у процесі життєдіяльності людина виділяє приблизно 400 хімічних сполук.

Дослідження показали, що повітряне середовище невентильованих приміщень погіршується пропорційно числу осіб та часу їх перебування у приміщенні. Хімічний аналіз повітря приміщень дозволив ідентифікувати в них ряд токсичних речовин, розподіл яких за класами небезпеки представляється так: диметиламін, сірководень, двоокис азоту, окис етилену, бензол (другий клас небезпеки - високонебезпечні речовини); оцтова кислота, фенол, метилстирол, толуол, метанол, вінілацетат (третій клас небезпеки - малонебезпечні речовини). П'ята частина виявлених антропотоксинів належить до високонебезпечних речовин. При цьому виявлено, що в приміщенні, що не вентилюється, концентрації диметиламіну і сірководню перевищували ГДК для атмосферного повітря. Перевищували ГДК або перебували на їх рівні та концентрації таких речовин, як двоокис та окис вуглецю, аміак. Інші речовини, хоч і становили десяті та менші частки ГДК, разом узяті свідчили про неблагополуччя повітряного середовища, оскільки навіть дво-чотиригодинне перебування в цих умовах негативно позначалося на розумовій працездатності досліджуваних.

Вивчення повітряного середовища газифікованих приміщень показало, що при годинному горінні газу в повітрі приміщень концентрація речовин становила (мг/м 3): окису вуглецю – в середньому 15, формальдегіду – 0,037, окису азоту – 0,62, двоокису азоту – 0,4 бензолу – 0,07. Температура повітря у приміщенні під час горіння газу підвищувалася на 3-6 ° С, вологість збільшувалася на 10-15%. Причому високі концентрації хімічних сполук спостерігалися у кухні, а й у житлових приміщеннях квартири. Після вимкнення газових приладів вміст у повітрі окису вуглецю та інших хімічних речовин знижувалося, але до вихідних величин іноді не поверталося і через 1,5-2,5 год.

Вивчення впливу продуктів горіння побутового газу на зовнішнє дихання людини виявило збільшення навантаження на систему дихання та зміну функціонального стану центральної нервової системи.

Одним із найпоширеніших джерел забруднення повітряного середовища закритих приміщень є куріння.При спектрометричному аналізі повітря, забрудненого тютюновим димом, виявлено 186 хімічних сполук. У приміщеннях, що недостатньо провітрюються, забруднення повітряного середовища продуктами куріння може досягати 60-90%.

При вивченні впливу компонентів тютюнового димуна некурців (пасивне куріння) у піддослідних спостерігалося подразнення слизових оболонок очей, збільшення вмісту в крові карбоксигемоглобіну, почастішання пульсу, підвищення рівня артеріального тиску. Таким чином, основні джерела забрудненняповітряного середовища приміщення умовно можна поділити на чотири групи:

Значимість внутрішніх джерел забруднення у різних типах будинків неоднакова. В адміністративних будівляхрівень сумарного забруднення найбільш тісно корелює з насиченістю приміщень полімерними матеріалами (R = 0,75), у критих спортивних спорудах рівень хімічного забруднення найбільше добре корелює з чисельністю людей у ​​них (R = 0,75). Для житлових будівельтіснота кореляційного зв'язку рівня хімічного забруднення як із насиченістю приміщень полімерними матеріалами, і з кількістю людей у ​​приміщенні приблизно однакова.

Хімічне забруднення повітряного середовища житлових та громадських будівель за певних умов (поганої вентиляції, надмірної насиченості приміщень полімерними матеріалами, великому скупченні людей та ін.) може досягати рівня, що надає негативний впливзагальний стан організму людини.

В останні роки, За даними ВООЗ, значно зросла кількість повідомлень про так званий синдром хворих будівель. Описані симптоми погіршення здоров'я людей, які проживають або працюють у таких будинках, відрізняються великою різноманітністю, однак мають і ряд загальних рис, а саме: головний біль, розумова перевтома, підвищена частота повітряно-краплинних інфекцій та простудних захворювань, подразнення слизових оболонок очей, носа, глотки, відчуття сухості слизових оболонок та шкіри, нудота, запаморочення

Перша категорія - тимчасово "хворі" будівлі- включає недавно збудовані або недавно реконструйовані будівлі, в яких інтенсивність прояву зазначених симптомів з часом слабшає і в більшості випадків приблизно через півроку вони зникають зовсім. Зменшення гостроти прояву симптомів, можливо, пов'язане із закономірностями емісії летких компонентів, що містяться в будматеріалах, фарбах тощо.

У будинках другої категорії - постійно "хворих"Ці симптоми спостерігаються протягом багатьох років, і навіть широкомасштабні оздоровчі заходи можуть не дати ефекту. Пояснення такої ситуації, як правило, знайти важко, незважаючи на ретельне вивчення складу повітря, роботи вентиляційної системита особливостей конструкції будівлі.

Слід зазначити, що не вдається виявити пряму залежність між станом повітряного середовища приміщення та станом здоров'я населення.

Проте забезпечення оптимального повітряного середовища житлових та громадських будівель – важлива гігієнічна та інженерно-технічна проблема. Провідною ланкою у вирішенні цієї проблеми є повітрообмін приміщень, що забезпечує необхідні параметри повітряного середовища. При проектуванні систем кондиціонування повітря в житлових і громадських будинках необхідна норма подачі повітря розраховується в обсязі, достатньому для асиміляції тепло-і вологовиділення людини, видихається вуглекислоти, а в приміщеннях, призначених для куріння, враховується і необхідність видалення тютюнового диму.

Крім регламентації кількості припливного повітря та його хімічного складу відоме значеннядля забезпечення повітряного комфорту у закритому приміщенні має електричну характеристику повітряного середовища. Остання визначається іонним режимом приміщень, тобто рівнем позитивної та негативної аероіонізації. Негативний впливна організм надає як недостатня, і надлишкова іонізація повітря.

Проживання у місцевостях із вмістом негативних аероіонів порядку 1000-2000 на 1 мл повітря сприятливо впливає стан здоров'я населення.

Присутність людей у ​​приміщеннях спричиняє зниження вмісту легких аероіонів. При цьому іонізація повітря змінюється тим інтенсивніше, чим більше в приміщенні людей і менше його площа.

Зменшення кількості легких іонів пов'язують із втратою повітрям освіжаючих властивостей, з його меншою фізіологічною та хімічною активністю, що несприятливо діє на організм людини та викликає скарги на задуху та "нестачу кисню". Тому особливий інтерес представляють процеси деіонізації та штучної іонізації повітря у приміщенні, які, природно, повинні мати гігієнічну регламентацію.

Необхідно наголосити, що штучна іонізація повітря приміщень без достатнього повітропостачання в умовах високої вологостіі запилення повітря веде до неминучого зростання кількості важких іонів. Крім того, у разі іонізації запиленого повітря відсоток затримки пилу в дихальних шляхах різко зростає (пил, що несе електричні заряди, затримується в дихальних шляхах людини в набагато більшій кількості, ніж нейтральна).

Отже, штучна іонізація повітря є універсальною панацеєю для оздоровлення повітря закритих приміщень. Без покращення всіх гігієнічних параметрів повітряного середовища штучна іонізація не тільки не покращує умов проживання людини, але, навпаки, може мати негативний ефект.

Оптимальними сумарними концентраціями легких іонів є рівні близько 3 х 10 а мінімально необхідними 5 х 10 в 1 см 3 . Ці рекомендації лягли в основу діючих у Російської Федераціїсанітарно-гігієнічних норм допустимих рівнів іонізації повітря виробничих та громадських приміщень (табл. 6.1).

Горіння природного газу є складним фізико-хімічним процесом взаємодії горючих його складових з окислювачем, при цьому відбувається перетворення хімічної енергії палива в тепло. Горіння буває повним та неповним. При перемішуванні газу з повітрям, досить високою для горіння температури в топці, безперервної подачі палива та повітря здійснюється повне згоряння палива. Неповне згоряння палива відбувається при недотриманні цих правил, що призводить до меншого виділення тепла, (СО), водню (Н2), метану (СН4), і як наслідок, до осідання сажі на поверхнях нагрівання, погіршуючи теплообмін та збільшуючи втрати кількості тепла, що у свою чергу призводить до перевитрати палива та зниження ККД котла та відповідно до забруднення атмосфери.

Коефіцієнт надлишку повітря залежить від конструкції газового пальника та топки. Коефіцієнт надлишку повітря повинен бути не менше 1, інакше це може призвести до неповного згоряння газу. А також збільшення коефіцієнта надлишку повітря знижує ККД тепловикористовуючої установки за рахунок великих втрат теплоти з газами, що йдуть.

Визначається повнота згоряння за допомогою газоаналізатора та за кольором та запахом.

Повне згоряння газу. метан + кисень = вуглекислий газ + вода СН4 + 2О2 = СО2 + 2Н2 Крім цих газів в атмесферу з горючими газами виходить азот і кисень, що залишився. N2 + O2 Якщо згоряння газу відбувається не повністю, то в атмосферу викидаються горючі речовини – чадний газ, водень, сажа.

Неповне згоряння газу відбувається через недостатню кількість повітря. При цьому візуально в полум'ї з'являються мови кіптяви. Небезпека неповного згоряння газу полягає в тому, що чадний газ може спричинити отруєння персоналу котельні. Зміст СО повітря 0,01-0,02% може викликати легке отруєння. Більш висока концентрація може призвести до важкого отруєння і смерті. Сажа, що утворюється, осідає на стінках котлів, погіршивши, тим самим передачу тепла теплоносія знижує ефективність роботи котельні. Сажа проводить тепло гірше метану в 200 разів. Теоретично для спалювання 1м3 газу необхідно 9м3 повітря. В реальних умовах повітря потрібно більше. Тобто потрібна надмірна кількість повітря. Ця величина позначається альфа показує у скільки разів повітря витрачається більше, ніж необхідно теоретично. Зі збільшенням кількості надлишкового повітря вище за рекомендоване, зростають втрати тепла. За значного збільшення кількості повітря може статися відрив полум'я, створивши аварійну ситуацію. Якщо кількість повітря менша за рекомендоване, то горіння буде неповним, створюючи тим самим загрозу отруєння персоналу котельні. Неповне горіння визначається: ,

Горіння – це реакція, коли відбувається перетворення хімічної енергії палива на тепло.

Горіння буває повним та неповним. Повне горіння відбувається за достатньої кількості кисню. Нестача його викликає неповне згоряння, при якому виділяється менша кількість тепла, ніж при повному, і окис вуглецю (СО), що отруйно діє на обслуговуючий персонал, утворюється сажа, що осідає на поверхні нагрівання котла і збільшує втрати тепла, що призводить до перевитрати палива та зниження к.п.д. котла, забруднення атмосфери.

Для згоряння 1 м3 метану потрібно 10 м3 повітря, в якому знаходиться 2 м3 кисню. Для повного спалювання природного газу повітря подають у топку з невеликим надлишком. Відношення дійсно витраченого обсягу повітря V д до теоретично необхідного V т називається коефіцієнтом надлишку повітря a = V д / V т. Цей показник залежить від конструкції газового пальника та топки: чим вони досконаліші тим менше a. Необхідно стежити, щоб коефіцієнт надлишку повітря не був меншим за 1, оскільки це призводить до неповного згоряння газу. Збільшення коефіцієнта надлишку повітря знижує к.п.д. котлоагрегату.

Повноту згоряння палива можна визначити за допомогою газоаналізатора та візуально – за кольором та характером полум'я: прозоро-блакитне – згоряння повне;

червоний чи жовтий – згоряння неповне.

Швидкість просування зони горіння у напрямі, перпендикулярному самій зоні, називається швидкістю поширення полум'я. Швидкість поширення полум'я характеризує швидкість нагрівання газоповітряної суміші до температури займання. Найбільшу швидкість поширення має полум'я водню, водяного газу (3 м/сек), найменшу - полум'я природного газу та пропано-бутанової суміші. Велика швидкість поширення полум'я сприятливо впливає повноту горіння газу, а мала, навпаки, є однією з причин неповного згоряння газу. Швидкість поширення полум'я збільшується при застосуванні газокисневої суміші замість газоповітряної.

Горіння регулюється збільшенням подачі повітря на топку котла або зменшенням подачі газу. У цьому процесі використовується первинне (змішується з газом у пальнику – до горіння) і вторинне (з'єднується з газом або газоповітряною сумішшю в топці котла в процесі горіння) повітря.

У котлах, обладнаних дифузійними пальниками (без примусової подачі повітря), вторинне повітря під дією розрядження надходить у топку через дверцята.

У котлах, обладнаних інжекційними пальниками: первинне повітря надходить у пальник рахунок інжекції і регулюється регулювальною шайбою, а вторинний – через піддувні дверцята.

У котлах зі змішувальними пальниками первинне та вторинне повітря подається в пальник вентилятором і регулюється повітряними засувками.

Порушення співвідношення між швидкістю газоповітряної суміші на виході з пальника та швидкістю поширення полум'я призводить до відриву або проскакування полум'я на пальниках.

Якщо швидкість газоповітряної суміші на виході з пальника більша за швидкість поширення полум'я – відрив, а якщо менше – проскок.

При відриві та проскакуванні полум'я обслуговуючий персонал повинен погасити котел, провентилювати топку та газоходи і знову розпалити котел.

До категорії: Газопостачання

Процес горіння газу

Основною умовою для горіння газу є наявність кисню (а отже, повітря). Без присутності повітря горіння газу неможливе. У процесі горіння газу відбувається хімічна реакція з'єднання кисню повітря з вуглецем та воднем палива. Реакція відбувається з виділенням тепла, світла, а також вуглекислого газу та водяної пари.

Залежно кількості повітря, що у процесі горіння газу, відбувається повне чи неповне його згоряння.

При достатньому надходженні повітря відбувається повне згоряння газу, внаслідок якого продукти його горіння містять негорючі гази: вуглекислий газ С02 азот N2 водяні пари Н20. Найбільше (за обсягом) у продуктах горіння азоту – 69,3-74%.

Для повного згоряння газу також необхідно, щоб він змішувався з повітрям у певних кількостях. Чим вище калорійність газу, тим потрібні більша кількістьповітря. Так, для спалювання 1 м3 природного газу потрібно близько 10 м3 повітря, штучного – близько 5 м3, змішаного – близько 8,5 м3.

При недостатньому надходженні повітря відбувається неповне згоряння газу або хімічний недопал горючих складових частин; у продуктах згоряння з'являються горючі гази-окис вуглецю СО, метан СН4 та водень Н2

При неповному згорянні газу спостерігається довгий, коптить, світиться, непрозорий, жовтого кольоруфакел.

Таким чином, нестача повітря призводить до неповного згоряння газу, а надлишок - надмірного охолодження температури полум'я. Температура займання природного газу становить 530 °С, коксового - 640 °С, змішаного - 600 °С. Крім того, при значному надлишку повітря також відбувається неповне згоряння газу. При цьому спостерігається кінець факела жовтуватого кольору, не цілком прозорий, з розпливчастим блакитно-зеленим ядром; полум'я нестійке і відривається від пальника.

Рис. 1. Полум'я газу я - без попереднього змішування газу з повітрям; б -з частковим перед. вірним змішуванням газу з повітрям; в - із попереднім повним змішуванням газу з повітрям; 1 – внутрішня темна зона; 2 - конус, що світиться, що копиться; 3 - палаючий шар; 4 – продукти згоряння

У першому випадку (мал. 1,а) факел має велику довжину і складається із трьох зон. В атмосферному повітрісвітиться чистий газ. У першій внутрішній темній зоні газ не горить: він не змішаний із киснем повітря і не нагрітий до температури займання. У другу зону повітря надходить у недостатній кількості: його затримує палаючий шар, і тому воно не може добре змішатися з газом. Про це свідчить яскраво світиться, світло-жовтий колір полум'я. У третю зону повітря надходить у достатній кількості, кисень якого добре змішується з газом, газ горить блакитним кольором.

При цьому способі газ та повітря подаються в топку окремо. У топці відбувається як спалювання газоповітряної суміші, а й процес приготування суміші. Такий метод спалювання газу широко застосовують у промислових установках.

У другому випадку (мал. 1,6) спалювання газу відбувається значно краще. Внаслідок часткового попереднього змішування газу з повітрям у зону горіння надходить приготовлена ​​газоповітряна суміш. Полум'я стає коротшим, що не світиться, має дві зони - внутрішню та зовнішню.

Газоповітряна суміш у внутрішній зоні не горить, оскільки вона нагрівалася до температури займання. У зовнішній зоні згоряє газоповітряна суміш, причому у верхній частині зони різко підвищується температура.

При частковому змішуванні газу з повітрям у разі повне згоряння газу відбувається лише за додатковому підведенні повітря до факелу. У процесі горіння газу повітря підводять двічі: перший раз - до надходження в топку (первинне повітря), другий раз - безпосередньо в топку (вторинне повітря). Цей метод спалювання газу покладено в основу пристрою газових пальниківдля побутових приладівта опалювальних котелень.

У третьому випадку факел значно коротшає і газ згоряє повніше, так як газоповітряна суміш була попередньо приготовлена. Про повноту згоряння газу свідчить короткий прозорий смолоскип блакитного кольору (безполум'яне горіння), яке застосовують у приладах інфрачервоного випромінюванняпри газовому опаленні.

- процес горіння газу