Prirodni plin je danas najčešće korišteno gorivo. Prirodni plin nazivamo prirodnim plinom jer se vadi iz same utrobe Zemlje.
Proces izgaranja plina je kemijska reakcija u kojoj prirodni plin stupa u interakciju s kisikom sadržanim u zraku.
U plinovitom gorivu postoji gorivi dio i negorivi dio.
Glavna zapaljiva komponenta prirodnog plina je metan - CH4. Njegov sadržaj u prirodnom plinu doseže 98%. Metan je bez mirisa, okusa i netoksičan. Njegova granica zapaljivosti je od 5 do 15%. Upravo su te kvalitete omogućile korištenje prirodnog plina kao jedne od glavnih vrsta goriva. Koncentracija metana je više od 10% opasna za život pa može doći do gušenja zbog nedostatka kisika.
Kako bi se otkrilo curenje plina, plin se podvrgava odorizaciji, drugim riječima, dodaje se tvar jakog mirisa (etil merkaptan). U tom slučaju se plin može detektirati već u koncentraciji od 1%.
Osim metana, u prirodnom plinu mogu biti prisutni zapaljivi plinovi kao što su propan, butan i etan.
Da bi se osiguralo kvalitetno izgaranje plina, potrebno je u zonu izgaranja unijeti zrak u dovoljnim količinama i postići dobro miješanje plina sa zrakom. Optimalnim se smatra omjer 1: 10. To jest, deset dijelova zraka pada na jedan dio plina. Osim toga, potrebno je stvoriti željeni temperaturni režim. Da bi se plin zapalio, mora se zagrijati do temperature paljenja i ubuduće temperatura ne smije pasti ispod temperature paljenja.
Potrebno je organizirati uklanjanje produkata izgaranja u atmosferu.
Potpuno izgaranje postiže se ako u produktima izgaranja koji se ispuštaju u atmosferu nema zapaljivih tvari. U tom se slučaju ugljik i vodik spajaju i tvore ugljični dioksid i vodenu paru.
Vizualno, s potpunim izgaranjem, plamen je svijetloplave ili plavkasto-ljubičaste boje.
Osim ovih plinova, u atmosferu s zapaljivim plinovima ulaze dušik i preostali kisik. N 2 + O 2
Ako se izgaranje plina ne dogodi u potpunosti, tada se u atmosferu emitiraju zapaljive tvari - ugljični monoksid, vodik, čađa.
Nepotpuno izgaranje plina nastaje zbog nedovoljne količine zraka. Istodobno se u plamenu vizualno pojavljuju jezici čađe.
Opasnost od nepotpunog izgaranja plina je da ugljični monoksid može uzrokovati trovanje osoblja kotlovnice. Sadržaj CO u zraku 0,01-0,02% može izazvati blago trovanje. Veće koncentracije mogu dovesti do teškog trovanja i smrti.
Nastala čađa se taloži na zidovima kotlova, čime se pogoršava prijenos topline na rashladnu tekućinu, što smanjuje učinkovitost kotlovnice. Čađa provodi toplinu 200 puta lošije od metana.
Teoretski, za sagorijevanje 1m3 plina potrebno je 9m3 zraka. U stvarnim uvjetima potrebno je više zraka.
Odnosno, potrebna je suvišna količina zraka. Ova vrijednost, označena alfa, pokazuje koliko se puta više zraka troši nego što je teoretski potrebno.
Alfa koeficijent ovisi o vrsti pojedinog plamenika i obično je propisan u putovnici plamenika ili u skladu s preporukama organizacije za puštanje u rad.
S povećanjem količine viška zraka iznad preporučene povećavaju se gubici topline. Uz značajno povećanje količine zraka, može doći do odvajanja plamena, stvarajući hitan slučaj. Ako je količina zraka manja od preporučene, tada će izgaranje biti nepotpuno, što stvara opasnost od trovanja osoblja kotlovnice.
Za točniju kontrolu kvalitete izgaranja goriva postoje uređaji - plinski analizatori koji mjere sadržaj određenih tvari u sastavu ispušnih plinova.
Analizatori plina se mogu isporučiti s kotlovima. Ako nisu dostupni, relevantna mjerenja provodi organizacija za puštanje u rad pomoću prijenosnih plinskih analizatora. Sastavlja se režimska karta u kojoj su propisani potrebni parametri upravljanja. Pridržavajući se njih, možete osigurati normalno potpuno izgaranje goriva.
Glavni parametri za kontrolu izgaranja goriva su:
- omjer plina i zraka koji se dovode u plamenike.
- omjer viška zraka.
- pukotina u peći.
- Faktor učinkovitosti kotla.
U ovom slučaju učinkovitost kotla znači omjer korisne topline i vrijednosti ukupne potrošene topline.
Sastav zraka
| Naziv plina | Kemijski element | Sadržaj u zraku |
| Dušik | N2 | 78 % |
| Kisik | O2 | 21 % |
| Argon | Ar | 1 % |
| Ugljični dioksid | CO2 | 0.03 % |
| helij | On | manje od 0,001% |
| Vodik | H2 | manje od 0,001% |
| Neon | Ne | manje od 0,001% |
| Metan | CH4 | manje od 0,001% |
| Kripton | kr | manje od 0,001% |
| Ksenon | Xe | manje od 0,001% |
Sastav i svojstva prirodnog plina. Prirodni gas (zapaljivi prirodni plin; GGP) - Plinovita smjesa koja se sastoji od metana i težih ugljikovodika, dušika, ugljičnog dioksida, vodene pare, spojeva koji sadrže sumpor, inertnih plinova . Metan je glavna komponenta GGP-a. HGP obično također sadrži količine u tragovima drugih komponenti (slika 1).
1. Zapaljive komponente uključuju ugljikovodike:
a) metan (CH 4) - glavna komponenta prirodnog plina, do 98% volumena (ostale komponente su prisutne u malim količinama ili ih nema). Bezbojan, bez mirisa i okusa, neotrovan, eksplozivan, lakši od zraka;
b) teški (ograničavajući) ugljikovodici [etan (C 2 H 6), propan (C h H 8), butan (C 4 H 10) itd.] - bezbojni, bez mirisa i okusa, neotrovni, eksplozivni, teži od zrak.
2. Nezapaljive komponente (balast) :
a) dušik (N 2) - sastojak zraka, bez boje, mirisa i okusa; inertni plin, jer ne stupa u interakciju s kisikom;
b) kisik (O 2) - sastavni dio zraka; bez boje, mirisa i okusa; oksidacijsko sredstvo.
c) ugljični dioksid (ugljični dioksid CO 2) – bez boje s blago kiselkastim okusom. Kada je sadržaj u zraku više od 10% otrovan, teži od zraka;
Zrak . Suhi atmosferski zrak je višekomponentna plinska mješavina koja se sastoji od (vol.%): dušika N 2 - 78%, kisika O 2 - 21%, inertnih plinova (argon, neon, kripton, itd.) - 0,94% i ugljični dioksid - 0,03%.
 sl.2. Sastav zraka. |
Zrak također sadrži vodenu paru i nasumične nečistoće - amonijak, sumpor dioksid, prašinu, mikroorganizme itd. ( riža. 2). Plinovi koji čine zrak ravnomjerno su raspoređeni u njemu i svaki od njih zadržava svoja svojstva u smjesi.
3. Štetne komponente :
a) sumporovodik (H 2 S) - bezbojan, s mirisom pokvarenih jaja, otrovan, gorući, teži od zraka.
b) cijanovodična (cijanovodična) kiselina (HCN) - bezbojna svijetla tekućina, u plinu ima plinovito stanje. Otrovno, uzrokuje koroziju metala.
4. Mehaničke nečistoće (sadržaj ovisi o uvjetima transporta plina):
a) smole i prašina - kada se pomiješaju, mogu stvoriti začepljenja u plinovodima;
b) voda - smrzava se na niskim temperaturama, stvarajući ledene čepove, što dovodi do smrzavanja redukcijskih uređaja.
GGPna toksikološka karakterizacija pripadaju tvarima ΙV-te klase opasnosti prema GOST 12.1.007. To su plinoviti, niskotoksični, eksplozivni proizvodi.
Gustoća: gustoća atmosferskog zraka u normalnim uvjetima - 1,29 kg / m 3, i metan - 0,72 kg / m 3 Stoga je metan lakši od zraka.
Zahtjevi GOST 5542-2014 za GGP indikatore:
1) masena koncentracija sumporovodika- ne više od 0,02 g/m 3 ;
2) masena koncentracija merkaptan sumpora- ne više od 0,036 g/m 3 ;
3) molni udio kisika- ne više od 0,050%;
4) dopušteni sadržaj mehaničkih nečistoća- ne više od 0,001 g/m 3;
5) molni udio ugljičnog dioksida u prirodnom plinu ne više od 2,5%.
6) Neto kalorijska vrijednost GGP pod standardnim uvjetima izgaranja prema GOST 5542-14 - 7600 kcal / m 3 ;
8) intenzitet mirisa plina za kućanske svrhe s volumnim udjelom od 1% u zraku - najmanje 3 boda, i za plin za industrijsku uporabu, ovaj se pokazatelj postavlja u dogovoru s potrošačem.
Jedinica troška prodaje GGP - 1 m 3 plina pri tlaku od 760 mm Hg. Umjetnost. i temperatura 20oC;
Temperatura automatskog paljenja- najniža temperatura zagrijane površine koja u zadanim uvjetima zapaljuje zapaljive tvari u obliku mješavine plina ili para-zrak. Za metan je 537 °C. Temperatura izgaranja (maksimalna temperatura u zoni izgaranja): metan - 2043 °C.
Specifična toplina izgaranja metana: najniži - Q H \u003d 8500 kcal / m 3, najviši - Qv - 9500 kcal / m 3. U svrhu usporedbe vrsta goriva, koncept ekvivalentno gorivo (c.f.) , u RF po jedinici kalorijska vrijednost 1 kg kamenog ugljena uzeta je jednakom 29,3 MJ ili 7000 kcal/kg.
Uvjeti za mjerenje protoka plina su:
· normalnim uvjetima(n. na): standardni fizikalni uvjeti s kojima su svojstva tvari obično povezana. Referentne uvjete definira IUPAC (Međunarodna unija praktične i primijenjene kemije) kako slijedi: Atmosferski tlak 101325 Pa = 760 mmHg sv..Temperatura zraka 273,15 tisuća = 0°C .Gustoća metana pri dobro.- 0,72 kg / m 3,
· standardnim uvjetima(s. na) volumen pri međusobnom ( komercijalni) obračuni s potrošačima - GOST 2939-63: temperatura 20°S, tlak 760 mm Hg. (101325 N/m), vlažnost je nula. (Po GOST 8.615-2013 normalni uvjeti nazivaju se "standardnim uvjetima"). Gustoća metana pri s.u.- 0,717 kg / m 3.
Brzina širenja plamena (brzina gorenja)- brzina fronte plamena u odnosu na svježi mlaz zapaljive smjese u zadanom smjeru. Procijenjena brzina širenja plamena: propan - 0,83 m/s, butan - 0,82 m/s, metan - 0,67 m/s, vodik - 4,83 m/s, ovisi o sastavu, temperaturi, tlaku smjese, omjeru plina i zraka u smjesi, promjeru fronte plamena, prirodi kretanja smjese (laminarno ili turbulentno) te određuje stabilnost izgaranja..
Na nedostatke (opasna svojstva) GGP uključuju: eksplozivnost (zapaljivost); intenzivno gori; brzo širenje u prostoru; nemogućnost određivanja mjesta; učinak gušenja, s nedostatkom kisika za disanje .
Eksplozivnost (zapaljivost) . Razlikovati:
a) donja granica zapaljivosti ( NPS) - najmanja količina plina u zraku pri kojoj se plin zapali (metan - 4,4%) . Uz manji sadržaj plina u zraku neće doći do paljenja zbog nedostatka plina; (slika 3)
b) gornja granica zapaljivosti ( ERW) - najveći sadržaj plina u zraku pri kojem dolazi do procesa paljenja ( metan - 17%) . Kod većeg udjela plina u zraku neće doći do paljenja zbog nedostatka zraka. (slika 3)
NA FNP NPS i ERW pozvao donja i gornja granica koncentracije širenja plamena ( NKPRP i VKPRP) .
Na povećanje tlaka plina raspon između gornje i donje granice tlaka plina se smanjuje (slika 4).
Za eksploziju plina (metan) Osim njegov sadržaj u zraku unutar zapaljivog područja potrebna vanjski izvor energije (iskra, plamen, itd.) . Uz eksploziju plina u zatvorenom volumenu (prostorija, peć, spremnik itd.), više razaranja nego eksplozije na otvorenom (riža. 5).
Najveće dopuštene koncentracije ( MPC) štetne tvari GGP u zraku radnog područja utvrđene su u GOST 12.1.005.
Maksimalni jednokratni MPC u zraku radnog prostora (u smislu ugljika) je 300 mg / m 3.
opasna koncentracija GGP (volumenski udio plina u zraku) je koncentracija jednaka 20% niža granica zapaljivosti plina.
Toksičnost - sposobnost trovanja ljudskog tijela. Plinovi ugljikovodika nemaju jak toksikološki učinak na ljudski organizam, ali njihovo udisanje izaziva vrtoglavicu kod čovjeka, a njihov značajan sadržaj u udahnutom zraku. Kada se kisik reducira na 16% ili manje može dovesti do gušenje.
Na gorući plin s nedostatkom kisika, tj. s nedogaranjem, u produktima izgaranja nastaje ugljični monoksid (CO), ili ugljični monoksid, koji je vrlo otrovan plin.
Odorizacija plina - dodavanje tvari jakog mirisa (odoransa) plinu za dobivanje mirisa GGP prije isporuke potrošačima u gradskim mrežama. Na koristiti za odorizaciju etil merkaptana (C 2 H 5 SH - prema stupnju utjecaja na tijelo pripada ΙΙ-toj klasi toksikološke opasnosti prema GOST 12.1.007-76 ), dodaje se 16 g na 1000 m 3 . Intenzitet mirisa odoriziranog HGP-a s volumnim udjelom od 1% u zraku mora biti najmanje 3 boda prema GOST 22387.5.
Plin bez mirisa može se isporučiti industrijskim poduzećima, jer intenzitet mirisa prirodnog plina za industrijska poduzeća koja troše plin iz magistralnih plinovoda određuje se u dogovoru s potrošačem.
Gorući plinovi. Peć kotla (peći) u kojoj se plinovito (tekuće) gorivo sagorijeva u baklji odgovara konceptu "stacionarne komorne peći kotla".
Izgaranje ugljikovodičnih plinova - kemijska kombinacija komponenti zapaljivog plina (ugljik C i vodik H) s atmosferskim kisikom O 2 (oksidacija) uz oslobađanje topline i svjetlosti: CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O .
Kod potpunog izgaranja nastaje ugljik ugljični dioksid (CO 2), ali voda vrsta - vodena para (H 2 O) .
U teoriji za sagorijevanje 1 m 3 metana potrebno je 2 m 3 kisika koji se nalazi u 9,52 m 3 zraka (slika 6.). Ako je a nedovoljno zraka za izgaranje , tada za dio molekula zapaljivih komponenti neće biti dovoljno molekula kisika i u produktima izgaranja, osim ugljičnog dioksida (CO2), dušika (N2) i vodene pare (H2O), proizvodi nepotpuno izgaranje plina :
-ugljični monoksid (CO), koji, ako se pusti u prostor, može izazvati trovanje operativnog osoblja;
- čađa (C) , koji se taloži na grijaćim površinama ometa prijenos topline;
- neizgorjeli metan i vodik , koji se može nakupljati u pećima i dimnjacima (dimnjacima), stvarajući eksplozivnu smjesu. Kada nedostaje zraka, nepotpuno izgaranje goriva ili, kako kažu, proces izgaranja događa se s podgorijevanjem. Izgaranje se također može pojaviti kada loše miješanje plina sa zrakom i niska temperatura u zoni izgaranja.
Za potpuno izgaranje plina potrebno je: prisutnost zraka na mjestu izgaranja dosta i dobro miješanje s plinom; visoka temperatura u zoni izgaranja.
Da bi se osiguralo potpuno izgaranje plina, zrak se dovodi u većoj količini nego što je teoretski potrebno, tj. u višku, dok u izgaranju neće sudjelovati sav zrak. Dio topline će se potrošiti na zagrijavanje tog viška zraka i ispuštat će se u atmosferu zajedno s dimnim plinom.
Potpunost izgaranja utvrđuje se vizualno (treba biti plavkasto-plavkasti plamen s ljubičastim krajevima) ili analizom sastava dimnih plinova.
Teorijski (stehiometrijski) volumen zraka za izgaranje je količina zraka potrebna za potpuno izgaranje jediničnog volumena ( 1 m 3 suhog plina ili mase goriva, izračunato iz kemijskog sastava goriva ).
Valjano (stvarno, obavezno) Volumen zraka za izgaranje je količina zraka koja se stvarno koristi za sagorijevanje jedinice volumena ili mase goriva.
Omjer zraka za izgaranje α je omjer stvarnog volumena zraka za izgaranje i teoretskog: α = V f / V t >1,
gdje: V f - stvarni volumen dovedenog zraka, m 3 ;
V t - teoretski volumen zraka, m 3.
Koeficijent višak emisija koliko puta stvarna potrošnja zraka za izgaranje plina premašuje teoretsku ovisi o dizajnu plinskog plamenika i peći: što su savršeniji, koeficijent α manji. Kada je koeficijent viška zraka za kotlove manji od 1, to dovodi do nepotpunog izgaranja plina. Povećanje omjera viška zraka smanjuje učinkovitost. plinsko postrojenje. Za brojne peći u kojima se metal topi, kako bi se izbjegla korozija kisikom - α < 1 a nakon peći se ugrađuje komora za naknadno izgaranje za neizgorene gorive komponente.
Za kontrolu propuha koriste se lopatice, zasuni, rotacijski amortizeri i elektromehaničke spojke.
Prednosti plinovitih goriva u odnosu na kruta i tekuća– niska cijena, olakšava rad osoblja, mala količina štetnih nečistoća u produktima izgaranja, poboljšani okolišni uvjeti, nema potrebe za cestovnim i željezničkim transportom, dobro miješanje sa zrakom (manje od α), potpuna automatizacija, visoka učinkovitost.
Metode izgaranja plina. Zrak za izgaranje može biti:
1) primarni, dovodi se u plamenik, gdje se miješa s plinom (za izgaranje se koristi mješavina plina i zraka).
2) sekundarni, ulazi izravno u zonu izgaranja.
Postoje sljedeće metode izgaranja plina:
1. Metoda difuzije- plin i zrak za izgaranje se dovode odvojeno i miješaju u zoni izgaranja, t.j. sav zrak je sekundaran. Plamen je dug, potreban je veliki prostor za peć. (slika 7a).
2. Kinetička metoda - sav zrak je pomiješan s plinom unutar plamenika, t.j. sav zrak je primarni. Plamen je kratak, potreban je mali prostor za izgaranje (slika 7c).
3. mješovita metoda - dio zraka se dovodi unutar plamenika, gdje se miješa s plinom (to je primarni zrak), a dio zraka se dovodi u zonu izgaranja (sekundarni). Plamen je kraći nego difuzijskom metodom (slika 7b).
Uklanjanje produkata izgaranja. Razrjeđivanje u peći i uklanjanje produkata izgaranja nastaje vučnom silom koja nadilazi otpor dimnog puta i nastaje zbog razlike tlaka između stupova vanjskog hladnog zraka jednake visine i lakšeg vrućeg dimnog plina. U tom slučaju dimni plinovi prelaze iz peći u cijev, a na njihovo mjesto u peć ulazi hladni zrak (slika 8).
Sila vuče ovisi o: temperatura zraka i dimnih plinova, visina, promjer i debljina stijenke dimnjaka, barometarski (atmosferski) tlak, stanje plinovoda (dimnjaka), usis zraka, razrjeđivanje u peći .
Prirodno sila propuha - stvorena visinom dimnjaka, i Umjetna, što je dimovod s nedovoljnim prirodnim propuhom. Vučna sila regulirana je vratima, vodilicama dimovoda i drugim uređajima.
Omjer viška zraka (α ) ovisi o izvedbi plinskog plamenika i peći: što su savršeniji, to je niži koeficijent i pokazuje: koliko puta stvarna potrošnja zraka za izgaranje plina premašuje teoretsku.
Supercharging - uklanjanje produkata izgaranja goriva zbog rada puhala .Pri radu “pod nadpunjavanjem” potrebna je jaka, gusta komora za izgaranje (ložište) koja može izdržati višak tlaka koji stvara ventilator.
Plinski plamenici.Plinski plamenici- osiguravaju dovod potrebne količine plina i zraka, njihovo miješanje i regulaciju procesa izgaranja, a opremljen tunelom, uređajem za distribuciju zraka i sl., naziva se uređajem za plinski plamenik.
zahtjevi plamenika:
1) plamenici moraju ispunjavati zahtjeve odgovarajućih tehničkih propisa (imati certifikat ili izjavu o sukladnosti) ili položiti ispit o industrijskoj sigurnosti;
2) osigurati potpunost izgaranja plina u svim režimima rada uz minimalni višak zraka (osim nekih plamenika plinskih peći) i minimalnu emisiju štetnih tvari;
3) znati koristiti automatsku kontrolu i sigurnost, kao i mjerenje parametara plina i zraka ispred plamenika;
4) mora imati jednostavan dizajn, biti dostupan za popravak i reviziju;
5) raditi stabilno u okviru radne regulacije, po potrebi imati stabilizatore za sprječavanje odvajanja i povratnog plamena;
Parametri plinskih plamenika(slika 9). Prema GOST 17356-89 (Plinski plamenici, tekuće gorivo i kombinirani. Pojmovi i definicije. Rev. N 1) :Granica stabilnosti plamenika , na kojem još ne nastaju izumiranje, slom, odvojenost, prasak plamena i neprihvatljive vibracije.
Bilješka. postojati gornji i donji granice održivosti.
1) Toplinski učinak plamenika N g. - količina topline koja nastaje kao rezultat izgaranja goriva dostavljenog plameniku u jedinici vremena, N g \u003d V. Q kcal/h, gdje je V satna potrošnja plina, m 3 /h; Q n. - toplina izgaranja plina, kcal / m 3.
2) Granice stabilnosti plamenika , na kojem još ne nastaju gašenje, zastoj, odvajanje, povratni bljesak i neprihvatljive vibracije . Bilješka. postojati gornji - N v.p . a niži -N n.p. granice održivosti.
3) minimalna snaga N min. - toplinska snaga plamenika, koja iznosi 1,1 snagu, što odgovara donjoj granici njegovog stabilnog rada, t.j. donja granica snage povećana za 10%, N min. =1,1N n.p.
4) gornja granica stabilnog rada plamenika N v.p. – najveća stabilna snaga, rad bez odvajanja i bljeskanja plamena.
5) maksimalna snaga plamenika N max - toplinska snaga plamenika, koja iznosi 0,9 snage, što odgovara gornjoj granici njegovog stabilnog rada, t.j. gornja granica snage smanjena za 10%, N max. = 0,9 N v.p.
6) nazivna snaga N nom - najveća toplinska snaga plamenika, kada su pokazatelji učinka u skladu s utvrđenim standardima, tj. najveća snaga s kojom plamenik radi dugo vremena uz visoku učinkovitost.
7) područje regulacije rada (toplinski učinak plamenika) – regulirano područje u kojem se toplinski učinak plamenika može mijenjati tijekom rada, t.j. vrijednosti snage od N min do N nom. .
8) koeficijent regulacije rada K rr. je omjer nazivne toplinske snage plamenika i minimalne radne snage, tj. pokazuje koliko puta nazivna snaga prelazi minimalnu: K rr. = N nominalno / N min
Režimska kartica.Prema "Pravilima za korištenje plina ...", odobrenim od strane Vlade Ruske Federacije od 17. svibnja 2002. br. 317(izmijenjeno 19.06.2017.) , po završetku građevinskih i instalacijskih radova na izgrađenoj, rekonstruiranoj ili moderniziranoj plinskoj opremi i opremi prevedenoj na plin iz drugih vrsta goriva, izvode se radovi puštanja u pogon i održavanja. Lansiranje plina na izgrađenu, rekonstruiranu ili moderniziranu opremu koja koristi plin i opremu pretvorenu u plin iz drugih vrsta goriva za izvođenje puštanje u rad (integrirano testiranje) a prijem opreme u pogon provodi se na temelju akta o spremnosti plinovodne mreže i plinske opreme objekta kapitalne izgradnje za priključenje (tehnološki priključak). Pravila navode da:
· oprema koja koristi plin - kotlovi, proizvodne peći, procesne linije, postrojenja za povrat otpadne topline i druge instalacije koje koriste plin kao gorivo za proizvodnju toplinske energije za centralizirano grijanje, opskrbu toplom vodom, u tehnološkim procesima različitih industrija, kao i drugih uređaja, aparata, jedinica, procesne opreme i instalacija koji koriste plin kao sirovinu;
· puštanje u rad- kompleks radova, uključujući pripremu za puštanje u rad i puštanje u rad opreme koja koristi plin s komunikacijama i opremom, dovodeći teret opreme koja koristi plin do razine dogovorene s organizacijom - vlasnikom opreme, a također podešavanje načina izgaranja opreme koja koristi plin bez optimizacije učinkovitosti;
· režima i radova prilagodbe- skup radova, uključujući prilagodbu opreme koja koristi plin kako bi se postigla projektna (putovnica) učinkovitost u rasponu radnih opterećenja, prilagodba automatske kontrole procesa izgaranja goriva, postrojenja za povrat topline i pomoćne opreme, uključujući opremu za pročišćavanje vode za kotlovnice.
Prema GOST R 54961-2012 (Sustavi za distribuciju plina. Mreže potrošnje plina) preporučuje se:Načini rada oprema koja koristi plin u poduzećima iu kotlovnicama mora odgovarati režimskim kartama odobren od strane tehničkog rukovoditelja poduzeća i P izrađuje najmanje jednom u tri godine uz prilagodbu (po potrebi) režimskih kartica .
Neplanirana prilagodba režima opreme koja koristi plin provodi se u sljedećim slučajevima: nakon većeg remonta plinske opreme ili izvođenja strukturnih promjena koje utječu na učinkovitost korištenja plina, kao iu slučaju sustavnih odstupanja kontroliranih parametara opreme koja koristi plin iz režimskih karata.
Klasifikacija plinskih plamenika Prema GOST-u plinski plamenici se razvrstavaju prema: način opskrbe komponentom; stupanj pripreme zapaljive smjese; brzina isteka produkata izgaranja; priroda protoka smjese; nazivni tlak plina; stupanj automatizacije; sposobnost kontrole koeficijenta viška zraka i karakteristika baklje; lokalizacija zone izgaranja; mogućnost korištenja topline produkata izgaranja.
NA komorna peć postrojenja koje koristi plin plinoviti gorivo sagorijeva u baklji.
Prema načinu dovoda zraka plamenici mogu biti:
1) Atmosferski plamenici -zrak ulazi u zonu izgaranja izravno iz atmosfere:
a. Difuzija – ovo je najjednostavniji plamenik u dizajnu, koji je, u pravilu, cijev s rupama izbušenim u jednom ili dva reda. Plin ulazi u zonu izgaranja iz cijevi kroz rupe, i zrak - zbog difuziju i energija mlaza plina (riža. 10 ), sav zrak je sekundaran .
Prednosti plamenika : jednostavnost dizajna, pouzdanost rada ( nije moguć preskok ), tihi rad, dobra regulacija.
nedostatke: male snage, neekonomičan, visoki (dugi) plamen, potrebni su usporivači plamena kako bi se spriječilo da plamen plamenika ne ugasi pri razdvajanju .
b. injekcija - zrak se ubrizgava, tj. usisan u unutrašnjost plamenika zbog energije mlaza plina koji izlazi iz mlaznice . Mlaz plina stvara vakuum u području mlaznice, gdje se zrak usisava kroz razmak između perača zraka i tijela plamenika. Unutar plamenika miješaju se plin i zrak, a mješavina plina i zraka ulazi u zonu izgaranja, a ostatak zraka neophodan za izgaranje plina (sekundarni) zbog difuzije ulazi u zonu izgaranja (Sl. 11, 12, 13 ).
Ovisno o količini ubrizganog zraka, postoje injekcioni plamenici: uz nepotpuno i potpuno prethodno miješanje plina i zraka.
Plamenik plin srednjeg i visokog tlaka usisava se sav potreban zrak, t.j. sav zrak je primarni, dolazi do potpunog prethodnog miješanja plina sa zrakom. Potpuno pripremljena mješavina plina i zraka ulazi u zonu izgaranja i nema potrebe za sekundarnim zrakom.
Plamenik niski pritisak dio zraka potrebnog za izgaranje se usisava (nastaje nepotpuno ubrizgavanje zraka, ovaj zrak je primarni), a ostatak zraka (sekundarni) ulazi direktno u zonu izgaranja.
Omjer "plin - zrak" u ovim plamenicima reguliran je položajem perača zraka u odnosu na tijelo plamenika. Plamenici su jednostruki i višestruki sa središnjim i perifernim dovodom plina (BIG i BIGm) koji se sastoje od seta cijevi - mješalica 1 promjera 48x3, spojenih zajedničkim plinskim razdjelnikom 2 (Sl. 13 ).
Prednosti plamenika: jednostavnost dizajna i regulacije snage.
Nedostaci plamenika: visoka razina buke, mogućnost povratnog plamena, mali raspon regulacije rada.
2) Plamenici s prisilnim zrakom - To su plamenici u kojima se zrak za izgaranje dovodi iz ventilatora. Plin iz plinovoda ulazi u unutarnju komoru plamenika (Sl. 14 ).
Zrak koji potiskuje ventilator dovodi se u zračnu komoru 2 , prolazi kroz vrtlog zraka 4 , uviti i miksati u mikseru 5 s plinom koji iz plinskog kanala ulazi u zonu izgaranja 1 kroz izlaze za plin 3 .Izgaranje se odvija u keramičkom tunelu 7 .
 Riža. 14. Plamenik s prisilnim dovodom zraka: 1 - plinski kanal; 2 - zračni kanal; 3 - izlazi plina; 4 - vrtlog; 5 - mikser; 6 – keramički tunel (stabilizator izgaranja). |  Riža. 15. Kombinirani plamenik s jednim protokom: 1 - ulaz plina; 2 – ulaz loživog ulja; 3 - otvori za izlaz plina za ulaz pare; 4 - ulaz primarnog zraka; 5 – mješalica za ulaz sekundarnog zraka; 6 - mlaznica za parno ulje; 7 - montažna ploča; 8 - vrtlog primarnog zraka; 9 - kovitlac sekundarnog zraka; 10 - keramički tunel (stabilizator izgaranja); 11 - plinski kanal; 12 - sekundarni zračni kanal. |
Prednosti plamenika: velika toplinska snaga, širok raspon regulacije rada, mogućnost regulacije omjera viška zraka, mogućnost predgrijavanja plina i zraka.
Nedostaci plamenika: dovoljna složenost dizajna; moguće je odvajanje i probijanje plamena, u vezi s čime postaje potrebno koristiti stabilizatore izgaranja (keramički tunel).
Zovu se plamenici namijenjeni izgaranju nekoliko vrsta goriva (plinovito, tekuće, kruto). kombinirano (riža. 15 ). Mogu biti jednostruki i dvonitni, t.j. s jednim ili više dovoda plina u plamenik.
3) blok plamenik – to je automatski plamenik s prisilnim dovodom zraka (riža. 16 ), raspoređenih s ventilatorom u jednu jedinicu. Plamenik je opremljen automatskim upravljačkim sustavom.
Procesom izgaranja goriva u blok plamenicima upravlja elektronički uređaj koji se naziva upravitelj izgaranja.
Za uljne plamenike, ova jedinica uključuje pumpu za gorivo ili pumpu za gorivo i predgrijač goriva.
Upravljačka jedinica (upravljač izgaranjem) kontrolira i kontrolira rad plamenika, primajući naredbe od termostata (regulatora temperature), elektrode za kontrolu plamena i senzora tlaka plina i zraka.
Protok plina kontrolira leptir ventil koji se nalazi izvan tijela plamenika.
Potporna podloška je odgovorna za miješanje plina sa zrakom u konusnom dijelu plamene cijevi i služi za kontrolu ulaznog zraka (podešavanje na strani pritiska). Druga mogućnost za promjenu količine dovedenog zraka je promjena položaja zračnog leptira u kućištu regulatora zraka (podešavanje na usisnoj strani).
Regulacija omjera plin-zrak (kontrola plinskih i zračnih leptirastih ventila) može biti:
spojeno, iz jednog aktuatora:
· frekvencijska regulacija strujanja zraka, promjenom brzine motora ventilatora pomoću invertera, koji se sastoji od frekventnog pretvarača i senzora pulsa.
Paljenje plamenika vrši se automatski pomoću uređaja za paljenje pomoću elektrode za paljenje. Prisutnost plamena prati elektroda za kontrolu plamena.
Radni redoslijed za uključivanje plamenika:
Zahtjev za proizvodnju topline (od termostata);
· uključivanje elektromotora ventilatora i preliminarne ventilacije ložišta;
Omogućavanje elektronskog paljenja
otvaranje elektromagnetnog ventila, dovod plina i paljenje plamenika;
signal senzora za kontrolu plamena o prisutnosti plamena.
Nezgode (incidente) na plamenicima. Prekid plamena - pomicanje korijenske zone baklje od izlaza plamenika u smjeru strujanja goriva ili zapaljive smjese. Javlja se kada brzina plinsko-zračne mješavine ili plina postane veća od brzine širenja plamena. Plamen se odmiče od plamenika, postaje nestabilan i može se ugasiti. Plin nastavlja strujati kroz ugašeni plamenik i može nastati eksplozivna smjesa u peći.
Odvajanje se događa kada: povećanje tlaka plina iznad dopuštenog, naglo povećanje opskrbe primarnog zraka, povećanje razrjeđivanja u peći. Za zaštita od suza primijeniti stabilizatori izgaranja (riža. 17): tobogani i stupovi od opeke; keramički tuneli raznih vrsta i utori za cigle; slabo aerodinamična tijela koja se zagrijavaju tijekom rada plamenika (kada se plamen ugasi, iz stabilizatora će se zapaliti svježi mlaz), kao i posebni pilot plamenici.
Svjetiljka - pomicanje zone baklje prema zapaljivoj smjesi, u kojoj plamen prodire u plamenik . Ova pojava se javlja samo kod plamenika s prethodnom mješavinom plina i zraka i događa se kada brzina mješavine plina i zraka postane manja od brzine širenja plamena. Plamen skače u unutrašnjost plamenika, gdje nastavlja gorjeti, uzrokujući deformaciju plamenika od pregrijavanja.
Do proboja dolazi kada: tlak plina ispred plamenika padne ispod dopuštene vrijednosti; paljenje plamenika kada se dovodi primarni zrak; velika opskrba plinom pri niskom tlaku zraka. Tijekom klizanja može doći do malog pucanja, uslijed čega će se plamen ugasiti, a plin može nastaviti strujati kroz plamenik u praznom hodu te se može stvoriti eksplozivna smjesa u peći i plinskim kanalima plinske instalacije. Za zaštitu od klizanja koriste se pločasti ili mrežasti stabilizatori., budući da kroz uske proreze i male rupice nema probijanja plamena.
Postupci osoblja u slučaju nesreće na plamenicima
U slučaju nezgode na plameniku (odvajanje, bljesak ili gašenje plamena) tijekom paljenja ili u procesu regulacije, potrebno je: odmah zaustaviti dovod plina ovom plameniku (plamenicima) i uređaju za paljenje; ventilirajte peć i plinske kanale najmanje 10 minuta; saznati uzrok problema; prijaviti odgovornu osobu; nakon otklanjanja uzroka kvarova i provjere nepropusnosti zapornog ventila ispred plamenika, prema uputi odgovorne osobe, prema uputama, ponovno zapaliti.
Promjena opterećenja plamenika.
Postoje plamenici s različitim načinima promjene toplinskog učinka:
Plamenik s višestupanjskom regulacijom toplinskog učinka- ovo je plamenik, tijekom kojeg se regulator protoka goriva može postaviti u nekoliko položaja između maksimalnog i minimalnog radnog položaja.
Plamenik s trostupanjskom regulacijom toplinskog učinka- ovo je plamenik, tijekom čijeg rada se regulator protoka goriva može postaviti u položaje "maksimalni protok" - "minimalni protok" - "zatvoreno".
Plamenik s dvostupanjskom regulacijom toplinskog učinka- plamenik koji radi u položaju "otvoreno - zatvoreno".
Modulirajući plamenik- ovo je plamenik, tijekom kojeg se regulator protoka goriva može ugraditi u bilo koji položaj između maksimalnog i minimalnog radnog položaja.
Toplinsku snagu instalacije moguće je regulirati brojem plamenika koji rade, ako ih daje proizvođač i kartica režima.
Ručna promjena toplinske snage, kako bi se izbjeglo odvajanje plamena, provodi se:
Kod povećanja: prvo povećajte dovod plina, a zatim i zrak.
Kod smanjenja: prvo smanjite dovod zraka, a zatim plina;
Kako bi se spriječile nezgode na plamenicima, promjena njihove snage mora se odvijati glatko (u nekoliko faza) prema karti režima.
Ld. - stvarna količina zraka dovedena u peć, obično se isporučuje u višku. Odnos između teoretskog i stvarnog protoka izražava se jednadžbom:gdje je α koeficijent viška zraka (obično veći od 1).
Nepotpuno izgaranje plina dovodi do prekomjerne potrošnje goriva i povećava rizik od trovanja produktima nepotpunog izgaranja plina, koji također uključuju ugljični monoksid (CO).
Proizvodi izgaranja plina i kontrola nad procesom izgaranja.
Produkti izgaranja prirodnog plina su ugljični dioksid (ugljični dioksid), vodena para, nešto viška kisika i dušika. Višak kisika sadržan je u produktima izgaranja samo u onim slučajevima kada do izgaranja dolazi s viškom zraka, a dušik je uvijek sadržan u produktima izgaranja, budući da je sastavni dio zraka i ne sudjeluje u izgaranju.
Produkti nepotpunog izgaranja plina mogu biti ugljični monoksid (ugljični monoksid), neizgorjeli vodik i metan, teški ugljikovodici, čađa.
O procesu izgaranja najtočnije se može prosuditi pomoću uređaja za analizu dimnih plinova koji pokazuju sadržaj ugljičnog dioksida i kisika u njemu. Ako je plamen u kotlovskoj peći izduljen i ima tamnožutu boju, to ukazuje na nedostatak zraka, a ako plamen postane kratak i ima blistavo bijelu boju, onda je njegov višak.
Postoje dva načina reguliranja rada kotlovske jedinice promjenom toplinske snage svih plamenika ugrađenih u kotao, ili isključivanjem dijela njih. Način regulacije ovisi o lokalnim uvjetima i mora biti naveden u uputama za proizvodnju. Promjena toplinske snage plamenika dopuštena je ako ne prelazi granice stabilnog rada. Odstupanje toplinske snage izvan granica stabilnog rada može dovesti do odvajanja ili povratnog plamena.
Podesite rad pojedinih plamenika u dva koraka, polako i postupno mijenjajući protok zraka i plina.
Kada smanjujete toplinski učinak, prvo smanjite dovod zraka, a zatim plin; s povećanjem toplinske snage, prvo povećajte opskrbu plinom, a zatim zrak.
U tom slučaju podtlak u peći treba regulirati promjenom položaja zasuna s kotlom ili lopatica vodeće lopatice ispred dimovoda.
Ako je potrebno povećati toplinski učinak plamenika, povećati vakuum u peći; sa smanjenjem toplinske snage, prvo se regulira rad plamenika, a zatim se smanjuje vakuum u peći.
Metode izgaranja plina.
Ovisno o načinu obrazovanja PTV metode izgaranja mogu se podijeliti na difuzijski, mješoviti i kinetički.
Na difuziju Kod ove metode plin ulazi u frontu izgaranja pod tlakom, a zrak iz okolnog prostora uslijed molekularne ili turbulentne difuzije, stvaranje smjese teče istovremeno s procesom izgaranja, stoga je brzina procesa izgaranja određena brzinom stvaranja smjese.
Proces izgaranja počinje nakon stvaranja kontakta između plina i zraka i stvaranja tople vode potrebnog sastava. U tom slučaju zrak difundira u mlaz plina, a plin difundira iz plinskog mlaza u zrak. Tako se u blizini plinskog mlaza stvara opskrba toplom vodom, uslijed čijeg izgaranja nastaje zona primarnog izgaranja plina (2) . Izgaranje glavnog dijela plina događa se u zoni (Z), u zoni (4) pokretni proizvodi izgaranja.
Ova metoda izgaranja uglavnom se koristi u svakodnevnom životu (pećnice, plinske peći itd.)
Kod mješovitog načina izgaranja plina plamenik osigurava da se plin prethodno miješa samo s dijelom zraka potrebnog za potpuno izgaranje plina. Ostatak zraka dolazi iz okoline izravno u baklju.
U ovom slučaju, samo dio plina pomiješan s primarni zrak (50%-60%), a ostatak plina, razrijeđen produktima izgaranja, izgara nakon dodavanja kisika iz sekundarnog zraka.
Zrak koji okružuje plamen naziva se sekundarni .
Kinetičkom metodom izgaranja plina, topla voda se dovodi do mjesta izgaranja potpuno pripremljenog unutar plamenika.
Klasifikacija plinskih plamenika .
Plinski plamenik je uređaj koji osigurava stabilno izgaranje plinovitog goriva i regulaciju procesa izgaranja.
Glavne funkcije plinskih plamenika:
Dovod plina i zraka na frontu izgaranja;
stvaranje smjese;
Stabilizacija prednje strane paljenja;
Osiguravanje potrebnog intenziteta procesa izgaranja plina.
Prema načinu izgaranja plina, svi plamenici se mogu podijeliti u tri skupine:
Difuzija - bez prethodnog miješanja plina sa zrakom;
Difuzijsko-kinetički - s nepotpunim preliminarnim miješanjem plina sa zrakom;
Kinetički - s potpunim prethodnim miješanjem plina sa zrakom.
Prema načinu dovoda zraka, plamenici se dijele na:
Bez puhanja - u kojem zrak ulazi u peć zbog ispuštanja u njoj.
Injekcija – u kojoj se zrak usisava zbog energije mlaza plina.
Blast - u kojem se zrak dovodi u plamenik ili peć pomoću ventilatora.
Prema tlaku plina na kojem plamenici rade:
- niski tlak do 0,05 kgf/cm 2;
- srednji tlak preko 0,05 do 3 kgf/cm 2 ;
- visoki tlak preko 3 kgf/cm 2 .
Opći zahtjevi za sve plamenike:
Osiguravanje potpunosti izgaranja plina;
Stabilnost pri promjeni toplinske snage;
Pouzdanost tijekom rada;
Kompaktnost;
Upotrebljivost.
Sličan nedostatak povezan je s kvarom sustava automatizacije kotla. Imajte na umu da je strogo zabranjeno raditi s kotlom s isključenom automatizacijom (na primjer, ako je tipka za pokretanje prisilno zaglavljena u pritisnutom stanju). To može dovesti do tragičnih posljedica, jer ako se nakratko prekine opskrba plinom ili ako se plamen ugasi jakim strujanjem zraka, plin će početi strujati u prostoriju. Da bismo razumjeli uzroke takvog kvara, razmotrimo detaljnije rad sustava automatizacije. Na sl. Slika 5 prikazuje pojednostavljeni dijagram ovog sustava. Krug se sastoji od elektromagneta, ventila, senzora propuha i termoelementa. Da biste uključili upaljač, pritisnite gumb za pokretanje. Šipka spojena na gumb pritišće membranu ventila, a plin počinje teći do upaljača. Nakon toga se pali upaljač. Plamen zapaljivača dodiruje tijelo senzora temperature (termoelement). Nakon nekog vremena (30 ... 40 s), termoelement se zagrijava i na njegovim se terminalima pojavljuje EMF, što je dovoljno za pokretanje elektromagneta. Potonji, zauzvrat, fiksira šipku u donjem (kao na slici 5) položaju. Sada se tipka za pokretanje može otpustiti. Senzor propuha sastoji se od bimetalne ploče i kontakta (slika 6). Senzor se nalazi u gornjem dijelu kotla, u blizini cijevi za odvođenje produkata izgaranja u atmosferu. U slučaju začepljenja cijevi, njegova temperatura naglo raste. Bimetalna ploča se zagrijava i prekida dovodni krug napona do elektromagneta - elektromagnet više ne drži šipku, ventil se zatvara i dovod plina prestaje.
Položaj elemenata uređaja za automatizaciju prikazan je na sl. 7. Pokazuje da je elektromagnet zatvoren zaštitnim poklopcem. Žice od senzora nalaze se unutar cijevi tankih stijenki koje su pričvršćene na elektromagnet pomoću čepova. Vodovi tijela senzora spojeni su na elektromagnet kroz tijelo samih cijevi.
A sada razmotrite metodu pronalaženja gornje greške.
Provjera počinje s "najslabijom karikom" uređaja za automatizaciju - senzorom potiska. Senzor nije zaštićen kućištem, pa nakon 6 ... 12 mjeseci rada "preraste" debelim slojem prašine. Bimetalna ploča (vidi sliku 6) brzo oksidira, što dovodi do lošeg kontakta.
Zaštitni sloj uklanja se mekom četkom. Zatim se ploča povuče iz kontakta i očisti finim brusnim papirom. Ne treba zaboraviti da je potrebno očistiti sam kontakt. Dobri rezultati postižu se čišćenjem ovih elemenata posebnim sprejom "Kontakt". Sadrži tvari koje aktivno uništavaju oksidni film. Nakon čišćenja, tanak sloj tekućeg maziva nanosi se na ploču i kontakt.
Sljedeći korak je provjera ispravnosti termoelementa. Radi u teškim toplinskim uvjetima, jer je stalno u plamenu zapaljivača, naravno, njegov vijek trajanja je mnogo kraći od ostalih elemenata kotla.
Glavni nedostatak termoelementa je izgaranje (uništenje) njegovog tijela. U tom slučaju, prijelazni otpor na mjestu zavarivanja (spoj) naglo raste. Kao rezultat toga, struja u krugu Termoelement - elektromagnet
- Bimetalna ploča bit će niža od nazivne vrijednosti, što dovodi do činjenice da elektromagnet više neće moći fiksirati vreteno (slika 5.).
Za provjeru termoelementa, odvrnite spojnu maticu (slika 7) koja se nalazi na lijevoj strani 
strane elektromagneta. Zatim se uključi upaljač i voltmetrom se izmjeri konstantni napon (termo-EMF) na kontaktima termoelementa (slika 8). Zagrijani servisni termoelement stvara EMF od oko 25 ... 30 mV. Ako je ova vrijednost manja, termoelement je neispravan. Za konačnu provjeru, cijev se odspoji od kućišta elektromagneta i izmjeri otpor termoelementa Otpor grijanog termoelementa je manji od 1 ohma. Ako je otpor termoelementa stotine ohma ili više, mora se zamijeniti. Niska vrijednost termo-EMF-a koju stvara termoelement može biti uzrokovana sljedećim razlozima: - začepljenje mlaznice za paljenje (kao rezultat toga, temperatura zagrijavanja termoelementa može biti niža od nazivne). Sličan nedostatak se "liječi" čišćenjem otvora za paljenje bilo kojom mekom žicom prikladnog promjera;
- pomicanjem položaja termoelementa (naravno, on se također ne može dovoljno zagrijati). Otklonite kvar na sljedeći način - otpustite vijak za pričvršćivanje olovke za oči u blizini upaljača i podesite položaj termoelementa (Sl. 10);
- nizak tlak plina na ulazu u kotao.
Ako je EMF na vodovima termoelementa normalan (uz zadržavanje gore navedenih simptoma kvara), tada se provjeravaju sljedeći elementi:
- integritet kontakata na spojnim točkama termoelementa i osjetnika propuha.
Oksidirani kontakti moraju se očistiti. Sindikalne matice se zatežu, kako kažu, "ručno". U ovom slučaju, nepoželjno je koristiti ključ, jer je lako slomiti žice prikladne za kontakte;
- integritet namota elektromagneta i, ako je potrebno, lemiti njegove zaključke.
Rad elektromagneta može se provjeriti na sljedeći način. Odspojite se 
olovo termoelementa. Pritisnite i držite tipku za pokretanje, a zatim upalite upaljač. Od zasebnog izvora istosmjernog napona do otpuštenog kontakta elektromagneta (iz termoelementa), primjenjuje se napon od oko 1 V u odnosu na kućište (pri struji do 2 A). Da biste to učinili, možete koristiti običnu bateriju (1,5 V), sve dok osigurava potrebnu radnu struju. Sada se gumb može otpustiti. Ako se upaljač ne ugasi, elektromagnet i senzor propuha rade;
- senzor potiska. Prvo se provjerava sila pritiskanja kontakta na bimetalnu ploču (s naznačenim znakovima kvara, često je nedostatna). Da biste povećali steznu silu, olabavite sigurnosnu maticu i pomaknite kontakt bliže ploči, a zatim zategnite maticu. U tom slučaju nisu potrebna dodatna podešavanja - sila stezanja ne utječe na temperaturu reakcije senzora. Senzor ima veliku marginu za kut otklona ploče, osiguravajući pouzdan prekid električnog kruga u slučaju nesreće.
Izgaranje plinovitog goriva je kombinacija sljedećih fizikalno-kemijskih procesa: miješanje zapaljivog plina sa zrakom, zagrijavanje smjese, toplinska razgradnja gorivih komponenti, paljenje i kemijska kombinacija gorivih elemenata s atmosferskim kisikom.
Stabilno izgaranje plinsko-zračne smjese moguće je uz kontinuiranu opskrbu potrebnim količinama gorivog plina i zraka na frontu izgaranja, njihovo temeljito miješanje i zagrijavanje do temperature paljenja ili samozapaljenja (tablica 5.).
Paljenje mješavine plina i zraka može se izvesti:
- zagrijavanje cjelokupnog volumena mješavine plina i zraka do temperature samozapaljenja. Ova metoda se koristi u motorima s unutarnjim izgaranjem, gdje se mješavina plina i zraka zagrijava brzim kompresijom do određenog tlaka;
- korištenje stranih izvora paljenja (zapaljivači i sl.). U tom slučaju se ne zagrijava cijela mješavina plina i zraka do temperature paljenja, već dio. Ova metoda se koristi kod spaljivanja plinova u plamenicima plinskih uređaja;
- postojeće baklje kontinuirano u procesu izgaranja.
Da bi se pokrenula reakcija izgaranja plinovitog goriva, potrebno je potrošiti određenu količinu energije potrebnu za razbijanje molekularnih veza i stvaranje novih.
Kemijska formula za izgaranje plinskog goriva, koja ukazuje na cjelokupni reakcijski mehanizam povezan s nastankom i nestankom velikog broja slobodnih atoma, radikala i drugih aktivnih čestica, složena je. Stoga se radi pojednostavljenja koriste jednadžbe koje izražavaju početno i konačno stanje reakcija izgaranja plina.
Ako ugljikovodične plinove označimo C m H n, tada će jednadžba za kemijsku reakciju izgaranja tih plinova u kisiku imati oblik
C m H n + (m + n/4)O 2 = mCO 2 + (n/2)H 2 O,
gdje je m broj ugljikovih atoma u plinu ugljikovodika; n je broj atoma vodika u plinu; (m + n/4) - količina kisika potrebna za potpuno izgaranje plina.
U skladu s formulom izvedene su jednadžbe za izgaranje plinova:
- metan CH 4 + 2O 2 \u003d CO 2 + 2H 2 O
- etan C 2 H 6 + 3,5 O 2 = 2CO 2 + ZH 2 O
- butan C 4 H 10 + 6,5O 2 = 4CO 2 + 5H 2 0
- propan C 3 H 8 + 5O 3 \u003d ZSO 2 + 4H 2 O.
U praktičnim uvjetima izgaranja plina, kisik se ne uzima u svom čistom obliku, već je dio zraka. Budući da se zrak sastoji od 79% dušika i 21% kisika po volumenu, za svaki volumen kisika potrebno je 100:21 = 4,76 volumena zraka ili 79:21 = 3,76 volumena dušika. Tada se reakcija izgaranja metana u zraku može zapisati na sljedeći način:
CH 4 + 2O 2 + 2 * 3,76N 2 \u003d CO 2 + 2H2O + 7,52N 2.
Jednadžba pokazuje da je za izgaranje 1 m 3 metana potrebno 1 m 3 kisika i 7,52 m 3 dušika ili 2 + 7,52 = 9,52 m 3 zraka.
Izgaranjem 1 m 3 metana, 1 m 3 ugljičnog dioksida, 2 m 3 vodene pare i 7,52 m 3 dušika dobiva se. Donja tablica prikazuje ove podatke za najčešće zapaljive plinove.
Za proces izgaranja mješavine plina i zraka potrebno je da količina plina i zraka u mješavini plina i zraka bude u određenim granicama. Te se granice nazivaju granice zapaljivosti ili granice eksplozivnosti. Postoje donja i gornja granica zapaljivosti. Minimalni sadržaj plina u mješavini plina i zraka, izražen kao volumni postotak, pri kojem dolazi do paljenja, naziva se donja granica zapaljivosti. Maksimalni sadržaj plina u mješavini plina i zraka, iznad kojeg se smjesa ne zapali bez dovoda dodatne topline, naziva se gornja granica zapaljivosti.
Količina kisika i zraka tijekom izgaranja određenih plinova
|
Za sagorijevanje 1 m 3 plina potrebno je, m 3 |
Prilikom sagorijevanja oslobađa se 1 m 3 plina, m 3 |
Toplina izgaranja He, kJ / m 3 |
|||||
|
kisik |
dioksid ugljik |
||||||
|
ugljični monoksid |
|||||||
Ako mješavina plina i zraka sadrži plin manje od donje granice zapaljivosti, tada neće izgorjeti. Ako u mješavini plina i zraka nema dovoljno zraka, tada se izgaranje ne odvija u potpunosti.
Inertne nečistoće u plinovima imaju veliki utjecaj na veličinu granica eksplozivnosti. Povećanje sadržaja balasta (N 2 i CO 2) u plinu sužava granice zapaljivosti, a kada se sadržaj balasta poveća iznad određenih granica, mješavina plina i zraka se ne zapali ni u kojem omjeru plina i zraka (tablica ispod) .
Broj volumena inertnog plina po 1 volumenu zapaljivog plina pri kojem mješavina plina i zraka prestaje biti eksplozivna
Najmanja količina zraka potrebna za potpuno izgaranje plina naziva se teoretski protok zraka i označava se s Lt, odnosno ako je neto kalorijska vrijednost plinskog goriva 33520 kJ/m 3 , zatim teoretski potrebna količina zraka za izgaranje 1 m 3 plin
L T\u003d (33 520/4190) / 1,1 \u003d 8,8 m 3.
Međutim, stvarni protok zraka uvijek premašuje teoretski. To se objašnjava činjenicom da je vrlo teško postići potpuno izgaranje plina pri teoretskim brzinama protoka zraka. Stoga svako postrojenje za izgaranje plina radi s nešto viška zraka.
Dakle, praktičan protok zraka
L n = αL T,
gdje L n- praktično strujanje zraka; α - koeficijent viška zraka; L T- teoretska potrošnja zraka.
Koeficijent viška zraka uvijek je veći od jedan. Za prirodni plin jest α = 1,05 - 1,2. Koeficijent α pokazuje koliko puta stvarni protok zraka premašuje teoretski, uzet kao jedinica. Ako je a α = 1, tada se smjesa plin-zrak naziva stehiometrijski.
Na α = 1,2 izgaranje plina provodi se s viškom zraka za 20%. U pravilu se izgaranje plinova treba odvijati uz minimalnu vrijednost a, budući da se smanjenjem viška zraka smanjuju gubici topline s ispušnim plinovima. Zrak uključen u izgaranje je primarni i sekundarni. Primarni naziva se zrak koji ulazi u plamenik radi miješanja s plinom u njemu; sekundarni- zrak koji ulazi u zonu izgaranja ne miješa se s plinom, već odvojeno.
