Cuando se quema gas natural, qué sustancias se forman. Características de los productos de combustión emitidos por las calderas a la atmósfera. Cambio en la carga del quemador

La principal condición para la combustión del gas es la presencia de oxígeno (y por lo tanto de aire). Sin la presencia de aire, la combustión del gas es imposible. En el proceso de combustión del gas, tiene lugar una reacción química de la combinación del oxígeno del aire con el carbono y el hidrógeno del combustible. La reacción ocurre con la liberación de calor, luz, así como dióxido de carbono y vapor de agua.

Dependiendo de la cantidad de aire que interviene en el proceso de combustión del gas, se produce su combustión completa o incompleta.

Con suficiente suministro de aire, se produce una combustión completa del gas, como resultado de lo cual sus productos de combustión contienen gases no combustibles: dióxido de carbono CO2, nitrógeno N2, vapor de agua H20. Sobre todo (en volumen) en los productos de combustión de nitrógeno - 69.3-74%.

Para la combustión completa del gas, también es necesario que se mezcle con el aire en ciertas cantidades (para cada gas). Cuanto mayor sea el poder calorífico del gas, más aire se requiere. Entonces, para quemar 1 m3 de gas natural, se requieren aproximadamente 10 m3 de aire, artificial, aproximadamente 5 m3, mixto, aproximadamente 8,5 m3.

En caso de suministro de aire insuficiente, se produce una combustión incompleta de gas o subcombustión química de los componentes combustibles; aparecen gases combustibles en los productos de combustión - monóxido de carbono CO, metano CH4 e hidrógeno H2

Con la combustión incompleta del gas, se observa una antorcha larga, humeante, luminosa, opaca y amarilla.

Así, la falta de aire conduce a una combustión incompleta del gas, y un exceso de aire conduce a un enfriamiento excesivo de la temperatura de la llama. La temperatura de ignición del gas natural es 530 °C, coque - 640 °C, mixto - 600 °C. Además, con un exceso significativo de aire, también se produce una combustión incompleta del gas. En este caso, el extremo de la antorcha es amarillento, no completamente transparente, con un centro borroso de color verde azulado; la llama es inestable y se desprende del quemador.

Arroz. 1. Llama de gas i - sin mezcla preliminar de gas con aire; b -con anterior parcial. mezcla fiduciaria de gas con aire; c - con mezcla preliminar completa de gas con aire; 1 - zona oscura interior; 2 - cono luminoso ahumado; 3 - capa ardiente; 4 - productos de combustión

En el primer caso (Fig. 1a), la antorcha es larga y consta de tres zonas. El gas puro se quema en el aire atmosférico. En la primera zona oscura interior, el gas no se quema: no se mezcla con el oxígeno atmosférico y no se calienta a la temperatura de ignición. En la segunda zona, el aire entra en cantidades insuficientes: es retrasado por la capa de combustión y, por lo tanto, no puede mezclarse bien con el gas. Esto se evidencia por el color ahumado amarillo claro brillantemente luminoso de la llama. En la tercera zona, el aire ingresa en cantidades suficientes, cuyo oxígeno se mezcla bien con el gas, el gas se quema en un color azulado.

Con este método, el gas y el aire se introducen en el horno por separado. En el horno no solo tiene lugar la combustión de la mezcla gas-aire, sino también el proceso de preparación de la mezcla. Este método de combustión de gas es ampliamente utilizado en plantas industriales.

En el segundo caso (Fig. 1.6), la combustión de gas es mucho mejor. Como resultado de la mezcla preliminar parcial de gas con aire, la mezcla preparada de gas y aire ingresa a la zona de combustión. La llama se vuelve más corta, no luminosa, tiene dos zonas: interna y externa.

La mezcla de gas y aire en la zona interior no se quema, ya que no se calentó a la temperatura de ignición. En la zona exterior, la mezcla de gas y aire se quema, mientras que la temperatura aumenta bruscamente en la parte superior de la zona.

Con la mezcla parcial de gas con aire, en este caso, la combustión completa del gas ocurre solo con un suministro adicional de aire a la antorcha. En el proceso de combustión de gas, el aire se suministra dos veces: la primera vez, antes de ingresar al horno (aire primario), la segunda vez, directamente al horno (aire secundario). Este método de combustión de gas es la base para la construcción de quemadores de gas para electrodomésticos y calderas de calefacción.

En el tercer caso, la antorcha se acorta significativamente y el gas se quema de manera más completa, ya que la mezcla de gas y aire se preparó previamente. La integridad de la combustión del gas se evidencia mediante una antorcha azul transparente corta (combustión sin llama), que se utiliza en dispositivos de radiación infrarroja para calentar gas.

Información general. Otra fuente importante de contaminación interna, un fuerte factor de sensibilización para los humanos, es el gas natural y sus productos de combustión. El gas es un sistema multicomponente que consta de docenas de compuestos diferentes, incluidos los agregados especialmente (Tabla 1).

Existe evidencia directa de que el uso de aparatos que queman gas natural (cocinas y calderas de gas) tiene un efecto adverso en la salud humana. Además, las personas con mayor sensibilidad a los factores ambientales reaccionan de manera inadecuada a los componentes del gas natural y los productos de su combustión.

El gas natural en el hogar es una fuente de muchos contaminantes diferentes. Estos incluyen compuestos que están directamente presentes en el gas (odorantes, hidrocarburos gaseosos, complejos organometálicos tóxicos y gas radiactivo radón), productos de combustión incompleta (monóxido de carbono, dióxido de nitrógeno, partículas orgánicas en aerosol, hidrocarburos aromáticos policíclicos y pequeñas cantidades de compuestos orgánicos volátiles ). Todos estos componentes pueden afectar al cuerpo humano tanto por sí mismos como en combinación entre sí (efecto sinérgico).

Tabla 12.3

Composición del combustible gaseoso

Olores. Los odorantes son compuestos aromáticos orgánicos que contienen azufre (mercaptanos, tioéteres y compuestos tioaromáticos). Se añaden al gas natural para detectarlo en caso de fugas. Aunque estos compuestos están presentes en concentraciones muy bajas, por debajo del umbral que no se consideran tóxicos para la mayoría de las personas, su olor puede causar náuseas y dolores de cabeza en personas sanas.

La experiencia clínica y los datos epidemiológicos indican que las personas químicamente sensibles reaccionan de forma inadecuada a las sustancias químicas presentes incluso en concentraciones por debajo del umbral. Las personas con asma a menudo identifican el olor como un promotor (desencadenante) de los ataques de asma.

Los odorantes incluyen, por ejemplo, metanotiol. El metanotiol, también conocido como metilmercaptano (mercaptometano, tiometilalcohol), es un compuesto gaseoso comúnmente utilizado como aditivo aromático del gas natural. La mayoría de las personas experimentan el mal olor en una concentración de 1 parte por 140 millones, pero este compuesto puede ser detectado en concentraciones mucho más bajas por personas altamente sensibles.

Los estudios toxicológicos en animales han demostrado que el metanotiol al 0,16 %, el etanotiol al 3,3 % o el sulfuro de dimetilo al 9,6 % pueden inducir estados comatosos en el 50 % de las ratas expuestas a estos compuestos durante 15 minutos.

Otro mercaptano, también utilizado como aditivo aromático del gas natural, es el mercaptoetanol (C2H6OS), también conocido como 2-tioetanol, etil mercaptano. Irritante severo para los ojos y la piel, capaz de ejercer un efecto tóxico a través de la piel. Es inflamable y se descompone cuando se calienta para formar humos de SOx altamente tóxicos.

Los mercaptanos, al ser contaminantes del aire interior, contienen azufre y pueden capturar mercurio elemental. En altas concentraciones, los mercaptanos pueden causar problemas de circulación periférica y aumento del ritmo cardíaco, pueden estimular la pérdida de conciencia, el desarrollo de cianosis o incluso la muerte.

Aerosoles. La combustión del gas natural da como resultado la formación de partículas orgánicas finas (aerosoles), incluidos hidrocarburos aromáticos cancerígenos, así como algunos compuestos orgánicos volátiles. Se sospecha que los DOS son agentes sensibilizantes que son capaces de inducir, junto con otros componentes, el síndrome del "edificio enfermo", así como la sensibilidad química múltiple (SQM).

DOS también incluye formaldehído, que se forma en pequeñas cantidades durante la combustión del gas. El uso de aparatos de gas en un hogar donde viven personas sensibles aumenta la exposición a estos irritantes, lo que posteriormente exacerba los signos de enfermedad y también promueve una mayor sensibilización.

Los aerosoles formados durante la combustión del gas natural pueden convertirse en centros de adsorción para una variedad de compuestos químicos presentes en el aire. Así, los contaminantes del aire pueden concentrarse en microvolúmenes, reaccionar entre sí, especialmente cuando los metales actúan como catalizadores de las reacciones. Cuanto más pequeña es la partícula, mayor es la actividad de concentración de tal proceso.

Además, el vapor de agua generado durante la combustión del gas natural es un enlace de transporte para partículas de aerosol y contaminantes cuando se transfieren a los alvéolos pulmonares.

Durante la combustión del gas natural también se forman aerosoles que contienen hidrocarburos aromáticos policíclicos. Tienen efectos adversos sobre el sistema respiratorio y son cancerígenos conocidos. Además, los hidrocarburos pueden provocar intoxicaciones crónicas en personas susceptibles.

La formación de benceno, tolueno, etilbenceno y xileno al quemar gas natural también es desfavorable para la salud humana. Se sabe que el benceno es cancerígeno en dosis muy por debajo del umbral. La exposición al benceno se ha correlacionado con un mayor riesgo de cáncer, especialmente leucemia. Se desconocen los efectos sensibilizantes del benceno.

compuestos organometálicos. Algunos componentes del gas natural pueden contener altas concentraciones de metales pesados ​​tóxicos, como plomo, cobre, mercurio, plata y arsénico. Con toda probabilidad, estos metales están presentes en el gas natural en forma de complejos organometálicos del tipo trimetilarsenito (CH3)3As. La asociación con la matriz orgánica de estos metales tóxicos los hace liposolubles. Esto conduce a un alto nivel de absorción y una tendencia a la bioacumulación en el tejido adiposo humano. La alta toxicidad de la tetrametilplumbita (CH3)4Pb y el dimetilmercurio (CH3)2Hg sugiere un impacto en la salud humana, ya que los compuestos metilados de estos metales son más tóxicos que los metales mismos. De particular peligro son estos compuestos durante la lactancia en las mujeres, ya que en este caso hay una migración de lípidos de los depósitos de grasa del cuerpo.

El dimetilmercurio (CH3)2Hg es un compuesto organometálico particularmente peligroso debido a su alta lipofilia. El metilmercurio se puede incorporar al cuerpo a través de la inhalación y también a través de la piel. La absorción de este compuesto en el tracto gastrointestinal es casi del 100%. El mercurio tiene un efecto neurotóxico pronunciado y la capacidad de influir en la función reproductiva humana. Toxicología no tiene datos sobre niveles seguros de mercurio para organismos vivos.

Los compuestos orgánicos de arsénico también son muy tóxicos, especialmente cuando se destruyen metabólicamente (activación metabólica), dando como resultado la formación de formas inorgánicas altamente tóxicas.

Productos de combustión del gas natural. El dióxido de nitrógeno es capaz de actuar sobre el sistema pulmonar, lo que facilita el desarrollo de reacciones alérgicas a otras sustancias, reduce la función pulmonar, susceptibilidad a enfermedades infecciosas de los pulmones, potencia el asma bronquial y otras enfermedades respiratorias. Esto es especialmente pronunciado en los niños.

Existe evidencia de que el N02 producido al quemar gas natural puede inducir:

• inflamación del sistema pulmonar y disminución de la función vital de los pulmones;
• mayor riesgo de síntomas parecidos al asma, incluyendo sibilancias, dificultad para respirar y ataques de asma. Esto es especialmente común en mujeres que cocinan en estufas de gas, así como en niños;
• una disminución de la resistencia a las enfermedades pulmonares bacterianas debido a una disminución de los mecanismos inmunológicos de protección pulmonar;
• proporcionando efectos adversos en general sobre el sistema inmunológico de humanos y animales;
• impacto como adyuvante en el desarrollo de reacciones alérgicas a otros componentes;
• aumento de la sensibilidad y aumento de la respuesta alérgica a los alérgenos secundarios.

Los productos de combustión del gas natural contienen una concentración bastante alta de sulfuro de hidrógeno (H2S), que contamina el medio ambiente. Es venenoso en concentraciones inferiores a 50 ppm y en concentraciones de 0,1 a 0,2 % es mortal incluso con una exposición breve. Dado que el cuerpo tiene un mecanismo para desintoxicar este compuesto, la toxicidad del sulfuro de hidrógeno está más relacionada con la concentración de exposición que con la duración de la exposición.

Aunque el sulfuro de hidrógeno tiene un olor fuerte, la exposición continua a bajas concentraciones conduce a la pérdida del sentido del olfato. Esto hace posible un efecto tóxico para las personas que, sin saberlo, pueden estar expuestas a niveles peligrosos de este gas. Concentraciones insignificantes en el aire de los locales residenciales provocan irritación de los ojos y la nasofaringe. Los niveles moderados causan dolor de cabeza, mareos, así como tos y dificultad para respirar. Los niveles altos provocan shock, convulsiones, coma, que termina en la muerte. Los sobrevivientes de la exposición tóxica aguda al sulfuro de hidrógeno experimentan disfunciones neurológicas como amnesia, temblores, desequilibrio y, a veces, daño cerebral más grave.

La toxicidad aguda a concentraciones relativamente altas de sulfuro de hidrógeno es bien conocida, sin embargo, desafortunadamente, hay poca información disponible sobre los efectos crónicos de dosis bajas de este componente.

Radón. El radón (222Rn) también está presente en el gas natural y puede transportarse a través de tuberías hasta las estufas de gas, que se convierten en fuentes de contaminación. Dado que el radón se descompone en plomo (210Pb tiene una vida media de 3,8 días), esto da como resultado una fina capa de plomo radiactivo (con un espesor promedio de 0,01 cm) que recubre las superficies interiores de las tuberías y los equipos. La formación de una capa de plomo radiactivo aumenta el valor de fondo de la radiactividad en varios miles de desintegraciones por minuto (sobre un área de 100 cm2). Quitarlo es muy difícil y requiere la sustitución de tuberías.

Debe tenerse en cuenta que simplemente apagar el equipo de gas no es suficiente para eliminar los efectos tóxicos y brindar alivio a los pacientes químicamente sensibles. Los equipos de gas deben retirarse por completo de las instalaciones, ya que incluso una estufa de gas que no funciona sigue liberando compuestos aromáticos que ha absorbido a lo largo de los años de uso.

Los efectos acumulativos del gas natural, los compuestos aromáticos y los productos de combustión en la salud humana no se conocen con exactitud. Se supone que los efectos de varios compuestos pueden multiplicarse, mientras que la respuesta de la exposición a varios contaminantes puede ser mayor que la suma de los efectos individuales.

Así, las características del gas natural que preocupan a la salud humana y animal son:

• inflamabilidad y carácter explosivo;
• propiedades asfixiantes;
• contaminación por productos de la combustión del aire interior;
• la presencia de elementos radiactivos (radón);
• el contenido de compuestos altamente tóxicos en los productos de combustión;
• la presencia de trazas de metales tóxicos;
• el contenido de compuestos aromáticos tóxicos añadidos al gas natural (especialmente para personas con sensibilidades químicas múltiples);
• la capacidad de los componentes del gas para sensibilizarse.

El gas natural es el combustible más utilizado en la actualidad. El gas natural se llama gas natural porque se extrae de las entrañas mismas de la Tierra.

El proceso de combustión de gas es una reacción química en la que el gas natural interactúa con el oxígeno contenido en el aire.

En el combustible gaseoso hay una parte combustible y una parte no combustible.

El principal componente combustible del gas natural es el metano - CH4. Su contenido en gas natural alcanza el 98%. El metano es inodoro, insípido y no tóxico. Su límite de inflamabilidad es del 5 al 15%. Son estas cualidades las que hicieron posible el uso del gas natural como uno de los principales tipos de combustible. La concentración de metano es superior al 10% peligrosa para la vida, por lo que puede producirse asfixia por falta de oxígeno.

Para detectar una fuga de gas, el gas se somete a odorización, es decir, se agrega una sustancia de olor fuerte (etilmercaptano). En este caso, el gas ya se puede detectar a una concentración del 1%.

Además del metano, el gas natural puede contener gases combustibles como propano, butano y etano.

Para garantizar una combustión de gas de alta calidad, es necesario llevar aire a la zona de combustión en cantidades suficientes y lograr una buena mezcla de gas con aire. Se considera óptima la proporción de 1: 10. Es decir, diez partes de aire caen sobre una parte del gas. Además, es necesario crear el régimen de temperatura deseado. Para que el gas se encienda, debe calentarse a su temperatura de ignición y en el futuro la temperatura no debe caer por debajo de la temperatura de ignición.

Es necesario organizar la eliminación de los productos de combustión en la atmósfera.

La combustión completa se logra si no hay sustancias combustibles en los productos de combustión liberados a la atmósfera. En este caso, el carbono y el hidrógeno se combinan y forman dióxido de carbono y vapor de agua.

Visualmente, con combustión completa, la llama es de color azul claro o violeta azulado.

Además de estos gases, el nitrógeno y el oxígeno restante ingresan a la atmósfera con gases combustibles. N 2 + O 2

Si la combustión del gas no se completa, se emiten sustancias combustibles a la atmósfera: monóxido de carbono, hidrógeno, hollín.

La combustión incompleta del gas ocurre debido a la falta de aire. Al mismo tiempo, lenguas de hollín aparecen visualmente en la llama.

El peligro de la combustión incompleta del gas es que el monóxido de carbono puede provocar el envenenamiento del personal de la sala de calderas. El contenido de CO en el aire 0,01-0,02% puede causar una intoxicación leve. Concentraciones más altas pueden provocar intoxicaciones graves y la muerte.

El hollín resultante se deposita en las paredes de las calderas, lo que empeora la transferencia de calor al refrigerante, lo que reduce la eficiencia de la sala de calderas. El hollín conduce el calor 200 veces peor que el metano.

Teóricamente, se necesitan 9m3 de aire para quemar 1m3 de gas. En condiciones reales, se necesita más aire.

Es decir, se necesita una cantidad excesiva de aire. Este valor, denominado alfa, muestra cuántas veces más aire se consume del teóricamente necesario.

El coeficiente alfa depende del tipo de un quemador en particular y generalmente se prescribe en el pasaporte del quemador o de acuerdo con las recomendaciones de la organización encargada.

Con un aumento en la cantidad de exceso de aire por encima del recomendado, aumentan las pérdidas de calor. Con un aumento significativo en la cantidad de aire, puede ocurrir una separación de llamas, creando una emergencia. Si la cantidad de aire es inferior a la recomendada, la combustión será incompleta, lo que creará un riesgo de intoxicación para el personal de la sala de calderas.

Para un control más preciso de la calidad de la combustión del combustible, existen dispositivos: analizadores de gases que miden el contenido de ciertas sustancias en la composición de los gases de escape.

Los analizadores de gases se pueden suministrar con calderas. Si no están disponibles, las mediciones pertinentes las lleva a cabo la organización responsable de la puesta en servicio utilizando analizadores de gases portátiles. Se compila un mapa de régimen en el que se prescriben los parámetros de control necesarios. Al adherirse a ellos, puede garantizar la combustión completa normal del combustible.

Los principales parámetros para el control de la combustión de combustible son:

• la proporción de gas y aire suministrado a los quemadores.

• relación de exceso de aire.

• grieta en el horno.

• Factor de eficiencia de la caldera.

Al mismo tiempo, la eficiencia de la caldera significa la relación entre el calor útil y el valor del calor total gastado.

Composición del aire

odorización

Los gases combustibles no tienen olor. Para la determinación oportuna de su presencia en el aire, la detección rápida y precisa de fugas, el gas se odoriza (da olor). El etil mercaptano (C 2 H 5 SH) se utiliza para la odorización. La tasa de odorización es de 16 g de etil mercaptano por 1000 m 3 de gas, 8 g de etil mercaptano azufre por 1000 m³. La odorización se realiza en las estaciones de distribución de gas (GDS). Si hay un 1% de gas natural en el aire, se debe sentir su olor.

El 20% de gas en una habitación provoca asfixia

5-15% de explosión

0,15 % de monóxido de carbono ASI QUE- envenenamiento; 0,5 % CO = 30 min. respirar muerte; 1% de monóxido de carbono fatal.

El metano y otros gases de hidrocarburos no son venenosos, pero su inhalación causa mareos y una cantidad significativa en el aire provoca asfixia debido a la falta de oxígeno.

La combustión del combustible es completa e incompleta:

Se necesitan 10m³ de aire para quemar 1m³ de gas.

La combustión del gas natural es una reacción en la que la energía química del combustible se convierte en calor.

La quema puede ser completa o incompleta. La combustión completa ocurre con suficiente oxígeno.

Con la combustión completa del gas, se forma CO 2 (dióxido de carbono), H 2 O

(agua). La combustión incompleta del gas da como resultado la pérdida de calor. Falta de oxígeno O 2 oxidante.

Productos de combustión incompleta de CO - monóxido de carbono, efectos tóxicos, carbono C, hollín.

La combustión incompleta es una mezcla insatisfactoria de gas con aire, enfriamiento excesivo de la llama hasta que se completa la reacción de combustión.

La reacción de combustión de los principales componentes del gas natural:

1:10 metano CH 4 + 20 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O \u003d dióxido de carbono + agua

combustión incompleta del gas CH 4 + 1.5O 2 \u003d 2H 2 O + CO - monóxido de carbono

Ventajas y desventajas del gas natural frente a otros combustibles.

ventajas:

El costo de extracción del gas es mucho más bajo que el del carbón y el petróleo;

Alto calor de combustión;

Se asegura la integridad de la combustión y el alivio de las condiciones del personal de servicio;

La ausencia de monóxido de carbono y sulfuro de hidrógeno en los gases naturales evita intoxicaciones en caso de fugas de gas;

Cuando se quema gas, se requiere un mínimo de aire residual en el horno y no hay costos como resultado de la poscombustión mecánica;

Cuando se quema combustible gaseoso, se proporciona un control de temperatura más preciso;

Al quemar gas, los quemadores se pueden colocar en un lugar accesible en el horno, lo que permite una mejor transferencia de calor y la necesidad de control de temperatura;

La capacidad de cambiar la forma de la llama para calentar en un lugar específico.

Defectos:

Explosivo y peligroso para el fuego;

El proceso de combustión de gas solo es posible cuando se desplaza el oxígeno;

El efecto de una explosión durante la combustión espontánea;

La posibilidad de detonación de una mezcla de gas y aire.