Qué sustancias se liberan cuando se quema gas natural. Productos de la combustión de gases y control del proceso de combustión. Propiedades físicas y químicas del gas natural.

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Al quemar combustibles orgánicos en hornos de calderas, se forman varios productos de combustión, como óxidos de carbono CO x \u003d CO + CO 2, vapor de agua H 2 O, óxidos de azufre SO x \u003d SO 2 + SO 3, óxidos de nitrógeno NO x \ u003d NO + NO 2 , hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP), fluoruros, compuestos de vanadio V 2 O 5 , material particulado, etc. (ver Tabla 7.1.1). En el caso de la combustión incompleta del combustible en los hornos, los gases de escape también pueden contener hidrocarburos CH4, C2H4, etc. Todos los productos de la combustión incompleta son dañinos, pero su formación se puede minimizar con la tecnología moderna de combustión de combustible [1].

Tabla 7.1.1. Emisiones específicas de la quema de combustibles orgánicos en calderas de potencia [3]

Símbolos: A p, S p – respectivamente, el contenido de ceniza y azufre por masa de trabajo de combustible, %.

El criterio para la evaluación sanitaria del medio ambiente es la concentración máxima permisible (MPC) de una sustancia nociva en el aire atmosférico a nivel del suelo. MPC debe entenderse como una concentración tal de diversas sustancias y compuestos químicos que, con la exposición diaria durante mucho tiempo al cuerpo humano, no causa ningún cambio patológico o enfermedad.

Las concentraciones máximas permitidas (MPC) de sustancias nocivas en el aire atmosférico de las áreas pobladas se dan en la Tabla. 7.1.2 [4]. La concentración máxima de una sola vez de sustancias nocivas se determina mediante muestras tomadas dentro de los 20 minutos, el promedio diario, por día.

Tabla 7.1.2. Concentraciones máximas permisibles de sustancias nocivas en el aire atmosférico de áreas pobladas

Los cálculos se realizan para cada sustancia nociva por separado, de modo que la concentración de cada uno de ellos no supere los valores indicados en la Tabla. 7.1.2. Para las salas de calderas, estas condiciones se endurecen mediante la introducción de requisitos adicionales sobre la necesidad de sumar los efectos de los óxidos de azufre y nitrógeno, que se determina mediante la expresión

Al mismo tiempo, debido a deficiencias locales de aire o condiciones térmicas y aerodinámicas desfavorables, se forman productos de combustión incompletos en los hornos y cámaras de combustión, que consisten principalmente en monóxido de carbono CO (monóxido de carbono), hidrógeno H 2 y varios hidrocarburos, que caracterizan el calor. pérdidas en la unidad de caldera debido a una combustión química incompleta (quemado químico inferior).

Además, durante el proceso de combustión, se obtienen una serie de compuestos químicos, que se forman como resultado de la oxidación de varios componentes del combustible y nitrógeno en el aire N 2. La parte más significativa de ellos son los óxidos de nitrógeno NO x y el azufre SO x .

Los óxidos de nitrógeno se forman debido a la oxidación tanto del nitrógeno molecular del aire como del nitrógeno contenido en el combustible. Los estudios experimentales han demostrado que la mayor parte del NO x formado en los hornos de las calderas, a saber, el 96 ÷ 100 %, recae sobre el monóxido de nitrógeno (óxido) NO. El dióxido de nitrógeno NO 2 y el hemióxido de nitrógeno N 2 O se forman en cantidades mucho más pequeñas, y su participación es aproximadamente: para NO 2 - hasta 4%, y para N 2 O - centésimas de porcentaje de la emisión total de NO x. En condiciones típicas de quema de combustibles en calderas, las concentraciones de dióxido de nitrógeno NO 2 son, por regla general, insignificantes en comparación con el contenido de NO y normalmente oscilan entre 0 y 7 ppm hasta 20÷30 ppm. Al mismo tiempo, la rápida mezcla de regiones frías y calientes en una llama turbulenta puede conducir a concentraciones relativamente grandes de dióxido de nitrógeno en las zonas frías del flujo. Además, se produce una emisión parcial de NO 2 en la parte superior del horno y en la chimenea horizontal (en T> 900÷1000 K) y bajo ciertas condiciones también puede alcanzar tamaños apreciables.

El hemóxido de nitrógeno N 2 O, formado durante la combustión de combustibles, es, aparentemente, un intermedio de corta duración. El N 2 O está prácticamente ausente en los productos de combustión detrás de las calderas.

El azufre contenido en el combustible es fuente de formación de óxidos de azufre SOx: SO 2 sulfuroso (dióxido de azufre) y SO 3 sulfúrico (trióxido de azufre) anhídridos. La emisión másica total de SO x depende únicamente del contenido de azufre en el combustible S p , y su concentración en los gases de combustión también depende del coeficiente de flujo de aire α. Por regla general, la proporción de SO 2 es del 97 ÷ 99 % y la proporción de SO 3 es del 1 ÷ 3 % de la producción total de SO x . El contenido real de SO 2 en los gases que salen de las calderas varía de 0,08 a 0,6%, y la concentración de SO 3, de 0,0001 a 0,008%.

Entre los componentes nocivos de los gases de combustión, un nutrido grupo de hidrocarburos aromáticos policíclicos (HAP) ocupa un lugar especial. Muchos HAP tienen alta actividad cancerígena y (o) mutagénica, activan el smog fotoquímico en las ciudades, lo que requiere un estricto control y limitación de sus emisiones. Al mismo tiempo, algunos HAP, como el fenantreno, el fluoranteno, el pireno y otros, son casi fisiológicamente inertes y no cancerígenos.

Los PAH se forman como resultado de la combustión incompleta de cualquier combustible de hidrocarburo. Esto último ocurre debido a la inhibición de las reacciones de oxidación de los hidrocarburos combustibles por las paredes frías de los dispositivos de combustión, y también puede ser causado por una mezcla insatisfactoria de combustible y aire. Esto conduce a la formación en los hornos (cámaras de combustión) de zonas oxidantes locales con baja temperatura o zonas con exceso de combustible.

Debido al gran número de PAH diferentes en los gases de combustión y la dificultad de medir sus concentraciones, se acostumbra estimar el nivel de contaminación cancerígena de los productos de combustión y el aire atmosférico por la concentración del carcinógeno más fuerte y estable, el benzo(a). pireno (B(a)P) C 20 H 12 .

Debido a la alta toxicidad, se debe hacer una mención especial a productos de combustión de fuel oil como los óxidos de vanadio. El vanadio está contenido en la parte mineral del fuel oil y, cuando se quema, forma óxidos de vanadio VO, VO 2 . Sin embargo, durante la formación de depósitos sobre superficies convectivas, los óxidos de vanadio están presentes principalmente en forma de V 2 O 5 . El pentóxido de vanadio V 2 O 5 es la forma más tóxica de los óxidos de vanadio, por lo que sus emisiones se contabilizan en términos de V 2 O 5 .

Tabla 7.1.3. Concentración aproximada de sustancias nocivas en los productos de combustión durante la quema de combustibles orgánicos en calderas de potencia

Durante la combustión de fueloil y combustibles sólidos, las emisiones también contienen material particulado, consistente en cenizas volantes, partículas de hollín, HAP y combustible no quemado como resultado de la subcombustión mecánica.

Los rangos de concentración de sustancias nocivas en los gases de combustión durante la combustión de varios tipos de combustibles se dan en la Tabla. 7.1.3.

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 ppm, 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 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 dicho 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 corta. 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 capa delgada de plomo radiactivo (con un grosor 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 naturaleza explosiva;
• 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.

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.

Propiedades físicas y químicas del gas natural.

El gas natural es incoloro, inodoro e insípido, no tóxico.

Densidad de los gases a t = 0°C, Р = 760 mm Hg. Art.: metano - 0,72 kg / m 3, aire -1,29 kg / m 3.

La temperatura de autoignición del metano es de 545 a 650 °C. Esto significa que cualquier mezcla de gas natural y aire calentado a esta temperatura se encenderá sin una fuente de ignición y se quemará.

La temperatura de combustión del metano es de 2100°C en hornos de 1800°C.

Valor calorífico del metano: Q n \u003d 8500 kcal / m 3, Q en \u003d 9500 kcal / m 3.

Explosividad. Distinguir:

- el límite explosivo inferior es el contenido de gas más bajo en el aire en el que se produce una explosión, es del 5% para el metano.

Con un menor contenido de gas en el aire, no habrá explosión por falta de gas. Al introducir una fuente de energía de terceros, pops.

- el límite explosivo superior es el contenido de gas más alto en el aire en el que se produce una explosión, es del 15% para el metano.

Con un mayor contenido de gas en el aire, no habrá explosión por falta de aire. Cuando se introduce una fuente de energía de terceros: fuego, fuego.

Para una explosión de gas, además de mantenerlo en el aire dentro de los límites de su explosividad, se necesita una fuente de energía externa (chispa, llama, etc.).

Durante una explosión de gas en un volumen cerrado (una habitación, una cámara de combustión, un tanque, etc.), hay más destrucción que al aire libre.

Cuando se quema gas con subcombustión, es decir, con falta de oxígeno, se forma monóxido de carbono (CO) o monóxido de carbono en los productos de combustión, que es un gas altamente tóxico.

La velocidad de propagación de la llama es la velocidad a la que se mueve el frente de la llama en relación con el chorro de mezcla fresca.

Velocidad estimada de propagación de llama metano - 0,67 m / s. Depende de la composición, la temperatura, la presión de la mezcla, la proporción de gas y aire en la mezcla, el diámetro del frente de llama, la naturaleza del movimiento de la mezcla (laminar o turbulento) y determina la estabilidad de la combustión.

odorización de gases- esta es la adición de una sustancia de olor fuerte (odorante) al gas para darle un olor antes de entregarlo a los consumidores.

Requisitos para los odorantes:

- un fuerte olor específico;

- no debe impedir la combustión;

- no debe disolverse en agua;

– debe ser inofensivo para las personas y los equipos.

El etil mercaptano (C 2 H 5 SH) se usa como odorante, se agrega al metano: 16 g por 1000 m 3, en invierno la tasa se duplica.

Una persona debe oler el olor en el aire cuando el contenido de gas en el aire es del 20 % del límite explosivo inferior para el metano: 1 % por volumen.

Este es un proceso químico de combinación de componentes combustibles (hidrógeno y carbono) con el oxígeno contenido en el aire. Ocurre con la liberación de calor y luz.

Cuando el carbono se quema, se forma dióxido de carbono (CO 2 ) y el hidrógeno se convierte en vapor de agua (H 2 0).

Etapas de combustión: suministro de gas y aire, formación de una mezcla gas-aire, encendido de la mezcla, su combustión, eliminación de los productos de la combustión.

Teóricamente, cuando todo el gas se quema y toda la cantidad de aire necesaria participa en la combustión, la reacción de combustión de 1 m 3 de gas:

CH 4 + 20 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O + 8500 kcal / m 3.

Para quemar 1 m 3 de metano se necesitan 9,52 m 3 de aire.

Prácticamente no todo el aire aportado a la combustión participará en la combustión.

Por tanto, además del dióxido de carbono (CO 2 ) y el vapor de agua (H 2 0), en los productos de la combustión aparecerán:

- el monóxido de carbono, o monóxido de carbono (CO), si entra en la habitación, puede provocar la intoxicación de los asistentes;

- el carbono atómico u hollín (C), al depositarse en conductos de gas y hornos, empeora la tracción y la transferencia de calor en las superficies de calefacción.

- gas sin quemar e hidrógeno - acumulados en hornos y conductos de gas, forman una mezcla explosiva.

Con falta de aire, se produce una combustión incompleta del combustible: el proceso de combustión se produce con subcombustión. La subcombustión también ocurre con una mala mezcla de gas con aire y baja temperatura en la zona de combustión.

Para una combustión completa del gas, el aire de combustión se suministra en cantidad suficiente, el aire y el gas deben estar bien mezclados y se requiere una temperatura alta en la zona de combustión.

Para la combustión completa del gas, se aporta aire en mayor cantidad que la teóricamente necesaria, es decir, con exceso, no todo el aire participará en la combustión. Parte del calor se gastará en calentar este exceso de aire y se liberará a la atmósfera.

El coeficiente de exceso de aire α es un número que indica cuántas veces el consumo real para la combustión es mayor que el requerido teóricamente:

α = V re / V t

donde V d - consumo real de aire, m 3;

V t - aire teóricamente necesario, m 3.

α = 1,05 - 1,2.

Métodos de quema de gas

El aire de combustión puede ser:

- primario: se alimenta al quemador, se mezcla con gas y la mezcla de gas y aire se usa para la combustión;

- secundario - entra en la zona de combustión.

Métodos de combustión de gas:

1. Método de difusión: el gas y el aire de combustión se suministran por separado y se mezclan en la zona de combustión, todo el aire es secundario. La llama es larga, se requiere un gran espacio de horno.

2. Método mixto: parte del aire se suministra al quemador, mezclado con gas (aire primario), parte del aire se suministra a la zona de combustión (secundario). La llama es más corta que con el método de difusión.

3. Método cinético: todo el aire se mezcla con gas dentro del quemador, es decir, todo el aire es primario. La llama es corta, se requiere un pequeño espacio en el horno.

Dispositivos quemadores de gas

Los quemadores de gas son dispositivos que suministran gas y aire al frente de combustión, forman una mezcla gas-aire, estabilizan el frente de combustión y aseguran la intensidad requerida del proceso de combustión.

Un quemador equipado con un dispositivo adicional (túnel, dispositivo de distribución de aire, etc.) se denomina dispositivo quemador de gas.

Requisitos del quemador:

1) debe estar hecho en fábrica y pasar las pruebas estatales;

2) debe garantizar la integridad de la combustión del gas en todos los modos de funcionamiento con un mínimo exceso de aire y una mínima emisión de sustancias nocivas a la atmósfera;

3) poder utilizar control automático y seguridad, así como medir los parámetros de gas y aire frente al quemador;

4) debe tener un diseño simple, ser accesible para reparación y revisión;

5) debe trabajar de manera estable dentro del reglamento de funcionamiento, si es necesario, tener estabilizadores para evitar la separación y el retroceso de la llama;

6) para quemadores en funcionamiento, el nivel de ruido no debe exceder los 85 dB y la temperatura de la superficie no debe exceder los 45 ° C.

Parámetros de los quemadores de gas.

1) potencia térmica del quemador N g - la cantidad de calor liberado durante la combustión de gas en 1 hora;

2) el límite inferior de funcionamiento estable del quemador N n. .PAG. . - la potencia más baja a la que el quemador funciona de manera estable sin separación ni descarga disruptiva de la llama;

3) potencia mínima N min - la potencia del límite inferior, aumentada en un 10%;

4) el límite superior de funcionamiento estable del quemador N in. .PAG. . - la potencia más alta a la que el quemador funciona de manera estable sin separación ni descarga disruptiva de la llama;

5) potencia máxima N max - potencia del límite superior, reducida en un 10%;

6) potencia nominal N nom: la potencia más alta con la que funciona el quemador durante mucho tiempo con la mayor eficiencia;

7) rango de control operativo: valores de potencia de N min a N nom;

8) coeficiente de regulación de trabajo: la relación entre la potencia nominal y el mínimo.

Clasificación de los quemadores de gas:

1) según el método de suministro de aire para la combustión:

- sin explosión: el aire ingresa al horno debido a la rarefacción en él;

- inyección: el aire es aspirado en el quemador debido a la energía del chorro de gas;

- explosión: se suministra aire al quemador o al horno mediante un ventilador;

2) según el grado de preparación de la mezcla combustible:

– sin mezcla preliminar de gas con aire;

- con mezcla previa completa;

- con mezcla previa incompleta o parcial;

3) por la velocidad de salida de los productos de combustión (baja - hasta 20 m / s, media - 20-70 m / s, alta - más de 70 m / s);

4) según la presión del gas frente a los quemadores:

- bajo hasta 0,005 MPa (hasta 500 mm de columna de agua);

- promedio de 0,005 MPa a 0,3 MPa (de 500 mm de columna de agua a 3 kgf / cm 2);

- alto más de 0,3 MPa (más de 3 kgf / cm 2);

5) según el grado de automatización del control del quemador: con control manual, semiautomático, automático.

Según el método de suministro de aire, los quemadores pueden ser:

1) Difusión. Todo el aire entra en la antorcha desde el espacio circundante. El gas se alimenta al quemador sin aire primario y, al salir del colector, se mezcla con el aire del exterior.

El quemador de diseño más simple, por lo general un tubo con orificios perforados en una o dos filas.

Variedad - quemador de hogar. Consiste en un colector de gas hecho de un tubo de acero, tapado en un extremo. Los agujeros se perforan en dos filas en la tubería. El colector está instalado en una ranura, hecha de ladrillos refractarios, a base de una rejilla. El gas a través de los orificios del colector sale al espacio. El aire entra por la misma ranura a través de la rejilla debido a la rarefacción en el horno o con la ayuda de un ventilador. Durante el funcionamiento, el revestimiento refractario de la ranura se calienta, lo que garantiza la estabilización de la llama en todos los modos de funcionamiento.

Ventajas del quemador: diseño simple, operación confiable (el retroceso de la llama es imposible), silencio, buena regulación.

Desventajas: bajo consumo, antieconómico, llama alta.

2) Quemadores de inyección:

a) baja presión o atmosférica (aplica a quemadores con premezclado parcial). El chorro de gas sale por la boquilla a gran velocidad y, debido a su energía, capta aire en el confusor, arrastrándolo al interior del quemador. La mezcla de gas con aire se lleva a cabo en un mezclador que consta de un cuello, un difusor y una boquilla contra incendios. El vacío creado por el inyector aumenta con el aumento de la presión del gas, mientras cambia la cantidad de aire primario aspirado. La cantidad de aire primario se puede cambiar usando una arandela de ajuste. Al cambiar la distancia entre la arandela y el confusor, se regula el suministro de aire.

Para asegurar la combustión completa del combustible, parte del aire entra por rarefacción en el horno (aire secundario). La regulación de su consumo se realiza cambiando el vacío.

Tienen la propiedad de autorregulación: al aumentar la carga, aumenta la presión del gas, lo que inyecta una mayor cantidad de aire en el quemador. A medida que disminuye la carga, disminuye la cantidad de aire.

Los quemadores se utilizan de forma limitada en equipos de alta capacidad (más de 100 kW). Esto se debe al hecho de que el colector del quemador está ubicado directamente en el horno. Durante el funcionamiento, se calienta a altas temperaturas y falla rápidamente. Tienen una alta relación de exceso de aire, lo que conduce a una combustión de gas antieconómica.

b) Media presión. Cuando se aumenta la presión del gas, se inyecta todo el aire necesario para la combustión completa del gas. Todo el aire es primario. Operan a una presión de gas de 0,005 MPa a 0,3 MPa. Se refieren a quemadores de premezcla completa de gas con aire. Como resultado de una buena mezcla de gas y aire, funcionan con una pequeña proporción de exceso de aire (1,05-1,1). Quemador Kazantsev. Consta de regulador de aire primario, tobera, mezclador, tobera y placa estabilizadora. Al salir de la tobera, el gas tiene energía suficiente para inyectar todo el aire necesario para la combustión. En el mezclador, el gas se mezcla completamente con el aire. El regulador de aire primario al mismo tiempo amortigua el ruido que se produce debido a la alta velocidad de la mezcla gas-aire. ventajas:

- simplicidad de diseño;

- funcionamiento estable cuando cambia la carga;

- falta de suministro de aire a presión (sin ventilador, motor eléctrico, conductos de aire);

– la posibilidad de autorregulación (manteniendo una relación gas-aire constante).

Desventajas:

- grandes dimensiones de los quemadores a lo largo, especialmente quemadores con mayor productividad;

– alto nivel de ruido.

3) Quemadores con suministro de aire forzado. La formación de la mezcla gas-aire comienza en el quemador y termina en el horno. El aire es suministrado por un ventilador. El suministro de gas y aire se realiza a través de tuberías separadas. Funcionan con gas de baja y media presión. Para una mejor mezcla, el flujo de gas se dirige a través de los orificios en ángulo con respecto al flujo de aire.

Para mejorar la mezcla, se le da al flujo de aire un movimiento de rotación utilizando remolinos con un ángulo de pala constante o ajustable.

Quemador de gas de remolino (GGV): el gas del colector de distribución sale a través de orificios perforados en una fila y, en un ángulo de 90 0, ingresa al flujo de aire girando con un remolino de palas. Las paletas están soldadas en un ángulo de 45° a la superficie exterior del colector de gas. Dentro del colector de gas hay una tubería para monitorear el proceso de combustión. Cuando se trabaja con fuel oil, se instala una boquilla mecánica de vapor.

Los quemadores diseñados para quemar varios tipos de combustible se denominan combinados.

Ventajas de los quemadores: alta potencia térmica, amplio rango de regulación de funcionamiento, capacidad de controlar la relación de exceso de aire, posibilidad de precalentamiento de gas y aire.

Desventajas de los quemadores: suficiente complejidad de diseño; es posible el desprendimiento y la ruptura de la llama, en relación con lo cual se hace necesario el uso de estabilizadores de combustión (túnel de cerámica, antorcha piloto, etc.).

Accidentes de quemadores

La cantidad de aire en la mezcla gas-aire es el factor más importante que afecta la velocidad de propagación de la llama. En mezclas en las que el contenido de gas supera el límite superior de su ignición, la llama no se propaga en absoluto. A medida que aumenta la cantidad de aire en la mezcla, aumenta la velocidad de propagación de la llama, alcanzando el valor más alto cuando el contenido de aire es aproximadamente el 90% de su cantidad teórica necesaria para la combustión completa del gas. Aumentar el flujo de aire al quemador crea una mezcla que es más pobre en gas, capaz de quemarse más rápido y provocar un destello de llama en el quemador. Por lo tanto, si se requiere aumentar la carga, primero aumente el suministro de gas y luego el de aire. Si es necesario reducir la carga, hacen lo contrario: primero reducen el suministro de aire y luego el gas. Al momento de encender los quemadores, no debe entrar aire en ellos y el gas se enciende en un modo de difusión debido al aire que ingresa al horno, seguido de una transición al suministro de aire al quemador.

1. Separación de llamas: movimiento de la zona de la antorcha desde las salidas de los quemadores en la dirección de combustión del combustible. Ocurre cuando la velocidad de la mezcla gas-aire se hace mayor que la velocidad de propagación de la llama. La llama se vuelve inestable y puede apagarse. El gas continúa fluyendo a través del quemador extinguido, lo que conduce a la formación de una mezcla explosiva en el horno.

La separación ocurre cuando: un aumento en la presión del gas por encima de lo permitido, un fuerte aumento en el suministro de aire primario, un aumento en el vacío en el horno, el funcionamiento del quemador en modos trascendentes en relación con los indicados en el pasaporte.

2. Flashback: mover la zona de la llama hacia la mezcla combustible. Ocurre solo en quemadores con una mezcla preliminar de gas y aire. Ocurre cuando la velocidad de la mezcla gas-aire se vuelve menor que la velocidad de propagación de la llama. La llama salta dentro del quemador, donde continúa ardiendo, provocando que el quemador se deforme por sobrecalentamiento. Cuando es posible un resbalón, es posible un pequeño estallido, la llama se apagará, se producirá gas en el horno y los conductos de gas a través del quemador inactivo.

El avance ocurre cuando: la presión del gas frente al quemador cae por debajo del valor permitido; encendido del quemador cuando se suministra aire primario; gran suministro de gas a baja presión de aire, lo que reduce el rendimiento de los quemadores al premezclar gas y aire por debajo de los valores especificados en el pasaporte. No es posible con el método de difusión de combustión de gas.

Actuaciones del personal en caso de accidente en el quemador:

- apagar el quemador,

- ventilar el horno,

- averiguar la causa del accidente,

- hacer una entrada en el diario

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.

Combustión completa de gas.

metano + oxígeno = dióxido de carbono + agua

CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O

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 controlar con mayor precisión 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