Koje se tvari oslobađaju pri izgaranju prirodnog plina. Proizvodi izgaranja plina i kontrola procesa izgaranja. Fizikalna i kemijska svojstva prirodnog plina

Sadržaj odjeljka

Prilikom izgaranja organskih goriva u kotlovskim pećima nastaju različiti produkti izgaranja, kao što su ugljični oksidi CO x \u003d CO + CO 2, vodena para H 2 O, oksidi sumpora SO x = SO 2 + SO 3, dušikovi oksidi NO x \ u003d NO + NO 2 , policiklički aromatski ugljikovodici (PAH), fluoridi, vanadijevi spojevi V 2 O 5 , čestice, itd. (vidi tablicu 7.1.1). U slučaju nepotpunog izgaranja goriva u pećima, ispušni plinovi mogu sadržavati i ugljikovodike CH4, C2H4 itd. Svi produkti nepotpunog izgaranja su štetni, ali se njihovo stvaranje može minimizirati suvremenom tehnologijom izgaranja goriva [1].

Tablica 7.1.1. Specifične emisije iz spaljivanja organskih goriva u energetskim kotlovima [3]

Simboli: A p, S p – sadržaj pepela i sumpora po radnoj masi goriva, %.

Kriterij za sanitarnu ocjenu okoliša je najveća dopuštena koncentracija (MPC) štetne tvari u atmosferskom zraku na razini tla. MPC treba shvatiti kao takvu koncentraciju raznih tvari i kemijskih spojeva, koja uz svakodnevnu dugotrajnu izloženost ljudskom tijelu ne uzrokuje nikakve patološke promjene ili bolesti.

Maksimalno dopuštene koncentracije (MPC) štetnih tvari u atmosferskom zraku naseljenih mjesta date su u tablici. 7.1.2 [4]. Maksimalna jednokratna koncentracija štetnih tvari određuje se uzorcima uzetim u roku od 20 minuta, prosječna dnevna - po danu.

Tablica 7.1.2. Najveće dopuštene koncentracije štetnih tvari u atmosferskom zraku naseljenih mjesta

Proračuni se provode za svaku štetnu tvar posebno, tako da koncentracija svake od njih ne prelazi vrijednosti navedene u tablici. 7.1.2. Za kotlovnice ovi uvjeti su pooštreni uvođenjem dodatnih zahtjeva o potrebi zbrajanja učinaka sumpornih i dušikovih oksida, što je određeno izrazom

Istodobno, zbog lokalnog nedostatka zraka ili nepovoljnih toplinskih i aerodinamičkih uvjeta, u pećima i komorama za izgaranje nastaju produkti nepotpunog izgaranja, koji se uglavnom sastoje od ugljičnog monoksida CO (ugljični monoksid), vodika H2 i raznih ugljikovodika, koji karakteriziraju toplinu. gubici u kotlovskom agregatu zbog kemijske nepotpunosti izgaranja (kemijsko dogaranje).

Osim toga, tijekom procesa izgaranja dobiva se niz kemijskih spojeva koji nastaju kao rezultat oksidacije različitih komponenti goriva i dušika u zraku N 2. Najznačajniji dio njih su dušikovi oksidi NO x i sumpor SO x .

Dušikovi oksidi nastaju zbog oksidacije i molekularnog dušika u zraku i dušika sadržanog u gorivu. Eksperimentalna istraživanja su pokazala da glavni udio NOx koji nastaje u pećima kotlova, odnosno 96÷100%, otpada na dušikov monoksid (oksid) NO. Dušikov dioksid NO 2 i dušikov hemioksid N 2 O nastaju u znatno manjim količinama, a njihov udio je približno: za NO 2 - do 4%, a za N 2 O - stoti dio postotka ukupne emisije NOx. U tipičnim uvjetima spaljivanja goriva u kotlovima, koncentracije dušikovog dioksida NO 2 su u pravilu zanemarive u odnosu na sadržaj NO i obično se kreću od 0÷7 ppm do 20÷30 ppm. Istodobno, brzo miješanje toplih i hladnih područja u turbulentnom plamenu može dovesti do relativno velikih koncentracija dušikovog dioksida u hladnim zonama strujanja. Osim toga, do djelomične emisije NO 2 dolazi u gornjem dijelu peći i u horizontalnom dimovodu (na T> 900÷1000 K) i pod određenim uvjetima može doseći i zapažene veličine.

Dušikov hemoksid N 2 O, koji nastaje tijekom izgaranja goriva, je, po svemu sudeći, kratkotrajni međuprodukt. N 2 O praktički nema u produktima izgaranja iza kotlova.

Sumpor sadržan u gorivu izvor je stvaranja sumpornih oksida SO x: sumpornog SO 2 (sumpornog dioksida) i sumpornog SO 3 (sumpornog trioksida) anhidrida. Ukupna masena emisija SO x ovisi samo o sadržaju sumpora u gorivu S p , a njihova koncentracija u dimnim plinovima ovisi i o koeficijentu strujanja zraka α. U pravilu, udio SO 2 iznosi 97÷99%, a udio SO 3 je 1÷3% ukupnog izlaza SO x . Stvarni sadržaj SO 2 u plinovima koji izlaze iz kotlova kreće se od 0,08 do 0,6%, a koncentracija SO 3 - od 0,0001 do 0,008%.

Među štetnim komponentama dimnih plinova posebno mjesto zauzima velika skupina policikličkih aromatskih ugljikovodika (PAH). Mnogi PAH-i imaju visoku kancerogenu i (ili) mutagenu aktivnost, aktiviraju fotokemijski smog u gradovima, što zahtijeva strogu kontrolu i ograničenje njihovih emisija. U isto vrijeme, neki PAH-ovi, kao što su fenantren, fluoranten, piren i niz drugih, gotovo su fiziološki inertni i nisu kancerogeni.

PAH nastaju kao rezultat nepotpunog izgaranja bilo kojeg ugljikovodika. Potonje nastaje zbog inhibicije reakcija oksidacije ugljikovodika goriva hladnim stijenkama uređaja za izgaranje, a može biti uzrokovano i nezadovoljavajućom mješavinom goriva i zraka. To dovodi do stvaranja u pećima (komorama za izgaranje) lokalnih oksidacijskih zona s niskom temperaturom ili zona s viškom goriva.

Zbog velikog broja različitih PAH-ova u dimnim plinovima i teškoće mjerenja njihovih koncentracija, uobičajeno je da se razina kancerogene kontaminacije produkata izgaranja i atmosferskog zraka procjenjuje koncentracijom najjačeg i najstabilnijeg kancerogena, benzo(a) piren (B(a)P) C 20 H 12 .

Zbog visoke toksičnosti, posebno treba istaknuti proizvode izgaranja loživog ulja kao što su vanadijevi oksidi. Vanadij se nalazi u mineralnom dijelu loživog ulja i pri izgaranju stvara vanadijeve okside VO, VO 2 . Međutim, tijekom stvaranja naslaga na konvektivnim površinama, vanadijevi oksidi prisutni su uglavnom u obliku V 2 O 5 . Vanadijev pentoksid V 2 O 5 je najotrovniji oblik vanadijevih oksida, stoga se njihove emisije računaju u smislu V 2 O 5 .

Tablica 7.1.3. Približna koncentracija štetnih tvari u produktima izgaranja tijekom spaljivanja organskih goriva u električnim kotlovima

Tijekom izgaranja loživog ulja i krutih goriva, emisije također sadrže čestice, koje se sastoje od letećeg pepela, čestica čađe, PAH-a i neizgorjelog goriva kao posljedica mehaničkog nedovoljno izgaranja.

Rasponi koncentracija štetnih tvari u dimnim plinovima tijekom izgaranja različitih vrsta goriva dani su u tablici. 7.1.3.

Opće informacije. Drugi važan izvor unutarnjeg onečišćenja, snažan faktor senzibilizacije za ljude, je prirodni plin i produkti njegovog izgaranja. Plin je višekomponentni sustav koji se sastoji od desetaka različitih spojeva, uključujući i one posebno dodane (tablica 1.).

Postoje izravni dokazi da korištenje uređaja koji sagorevaju prirodni plin (plinske peći i kotlovi) štetno djeluje na zdravlje ljudi. Osim toga, osobe s povećanom osjetljivošću na čimbenike okoliša neadekvatno reagiraju na komponente prirodnog plina i produkte njegovog izgaranja.

Prirodni plin u kući izvor je mnogih različitih zagađivača. To uključuje spojeve koji su izravno prisutni u plinu (mirisi, plinoviti ugljikovodici, toksični organometalni kompleksi i radioaktivni plin radon), produkte nepotpunog izgaranja (ugljični monoksid, dušikov dioksid, organske čestice aerosola, policiklički aromatski ugljikovodici i male količine hlapljivih organskih spojeva ). Sve ove komponente mogu utjecati na ljudski organizam kako same tako i u kombinaciji jedna s drugom (sinergijski učinak).

Tablica 12.3

Sastav plinovitog goriva

Mirisi. Mirisi su organski aromatični spojevi koji sadrže sumpor (merkaptani, tioeteri i tioaromatski spojevi). Dodaju se prirodnom plinu kako bi ga otkrili u slučaju curenja. Iako su ovi spojevi prisutni u vrlo niskim koncentracijama ispod praga koje se ne smatraju toksičnim za većinu pojedinaca, njihov miris može uzrokovati mučninu i glavobolju kod inače zdravih osoba.

Klinička iskustva i epidemiološki podaci ukazuju na to da kemijski osjetljive osobe neprikladno reagiraju na kemikalije prisutne čak i pri koncentracijama ispod praga. Osobe s astmom često prepoznaju miris kao promotor (okidač) napadaja astme.

Mirisi uključuju, na primjer, metanetiol. Metanetiol, također poznat kao metilmerkaptan (merkaptometan, tiometilalkohol), je plinoviti spoj koji se obično koristi kao aromatski dodatak prirodnom plinu. Većina ljudi osjeti neugodan miris u koncentraciji od 1 dijela na 140 milijuna, ali vrlo osjetljive osobe mogu otkriti ovaj spoj u mnogo nižim koncentracijama.

Toksikološke studije na životinjama pokazale su da 0,16% metanetiola, 3,3% etanetiola ili 9,6% dimetil sulfida može izazvati komatozna stanja u 50% štakora izloženih tim spojevima tijekom 15 minuta.

Drugi merkaptan, koji se također koristi kao aromatski dodatak prirodnom plinu, je merkaptoetanol (C2H6OS) također poznat kao 2-tioetanol, etil merkaptan. Jako nadražuje oči i kožu, može imati toksični učinak kroz kožu. Zapaljiv je i razgrađuje se kada se zagrije stvarajući vrlo otrovne pare SOx.

Merkaptani, kao zagađivači zraka u zatvorenom prostoru, sadrže sumpor i mogu uhvatiti elementarnu živu. U visokim koncentracijama merkaptani mogu uzrokovati poremećenu perifernu cirkulaciju i ubrzan rad srca, mogu potaknuti gubitak svijesti, razvoj cijanoze, pa čak i smrt.

Aerosoli. Izgaranjem prirodnog plina nastaju fine organske čestice (aerosoli), uključujući kancerogene aromatske ugljikovodike, kao i neke hlapljive organske spojeve. DOS su za koje se sumnja da su senzibilizirajuća sredstva koja mogu, zajedno s drugim komponentama, izazvati sindrom "bolesne zgrade", kao i višestruku kemijsku osjetljivost (MCS).

DOS također uključuje formaldehid, koji nastaje u malim količinama tijekom izgaranja plina. Korištenje plinskih uređaja u domu u kojem žive osjetljive osobe povećava izloženost tim nadražujućim tvarima, pogoršavajući znakove bolesti i također promičući daljnju senzibilizaciju.

Aerosoli nastali tijekom izgaranja prirodnog plina mogu postati adsorpcijski centri za razne kemijske spojeve prisutne u zraku. Tako se onečišćivači zraka mogu koncentrirati u mikrovolumenima, međusobno reagirati, posebno kada metali djeluju kao katalizatori reakcija. Što je čestica manja, to je veća koncentracijska aktivnost takvog procesa.

Štoviše, vodena para nastala tijekom izgaranja prirodnog plina je transportna veza za čestice aerosola i onečišćujuće tvari kada se prenose u plućne alveole.

Tijekom izgaranja prirodnog plina također nastaju aerosoli koji sadrže policikličke aromatske ugljikovodike. Imaju štetne učinke na dišni sustav i poznati su kancerogeni. Osim toga, ugljikovodici mogu dovesti do kronične intoksikacije kod osjetljivih ljudi.

Stvaranje benzena, toluena, etilbenzola i ksilena pri izgaranju prirodnog plina također je nepovoljno za ljudsko zdravlje. Poznato je da je benzen kancerogen u dozama znatno ispod praga. Izloženost benzenu povezana je s povećanim rizikom od raka, posebno leukemije. Senzibilizirajuće djelovanje benzena nije poznato.

organometalni spojevi. Neke komponente prirodnog plina mogu sadržavati visoke koncentracije otrovnih teških metala, uključujući olovo, bakar, živu, srebro i arsen. Po svoj prilici, ovi metali su prisutni u prirodnom plinu u obliku organometalnih kompleksa tipa trimetilarsenita (CH3)3As. Povezanost s organskom matricom ovih toksičnih metala čini ih topljivim u lipidima. To dovodi do visoke razine apsorpcije i sklonosti bioakumulaciji u ljudskom masnom tkivu. Visoka toksičnost tetrametilplumbita (CH3)4Pb i dimetil žive (CH3)2Hg ukazuje na utjecaj na ljudsko zdravlje, budući da su metilirani spojevi ovih metala toksičniji od samih metala. Od posebne su opasnosti ovi spojevi tijekom dojenja kod žena, jer u ovom slučaju dolazi do migracije lipida iz masnih depoa tijela.

Dimetil živa (CH3)2Hg je posebno opasan organometalni spoj zbog svoje visoke lipofilnosti. Metil živa se može ugraditi u tijelo udisanjem kao i kroz kožu. Apsorpcija ovog spoja u gastrointestinalnom traktu je gotovo 100%. Živa ima izražen neurotoksični učinak i sposobnost utjecaja na reproduktivnu funkciju čovjeka. Toksikologija ne raspolaže podacima o sigurnim razinama žive za žive organizme.

Organski spojevi arsena također su vrlo otrovni, posebno kada su metabolički uništeni (metabolička aktivacija), što rezultira stvaranjem visoko toksičnih anorganskih oblika.

Proizvodi izgaranja prirodnog plina. Dušikov dioksid je u stanju djelovati na plućni sustav, što olakšava razvoj alergijskih reakcija na druge tvari, smanjuje funkciju pluća, sklonost zaraznim bolestima pluća, potencira bronhijalnu astmu i druge bolesti dišnog sustava. To je posebno izraženo kod djece.

Postoje dokazi da N02 proizveden spaljivanjem prirodnog plina može izazvati:

• upala plućnog sustava i smanjenje vitalne funkcije pluća;
• povećan rizik od simptoma sličnih astmi, uključujući piskanje, otežano disanje i napade astme. To je osobito često kod žena koje kuhaju na plinskim štednjacima, kao i kod djece;
• smanjenje otpornosti na bakterijske bolesti pluća zbog smanjenja imunoloških mehanizama zaštite pluća;
• pružanje štetnih učinaka općenito na imunološki sustav ljudi i životinja;
• utjecaj kao pomoćno sredstvo na razvoj alergijskih reakcija na druge komponente;
• povećana osjetljivost i povećani alergijski odgovor na bočne alergene.

Produkti izgaranja prirodnog plina sadrže prilično visoku koncentraciju sumporovodika (H2S), koji onečišćuje okoliš. Otrovan je u koncentracijama manjim od 50.ppm, a u koncentracijama od 0,1-0,2% smrtonosan je i pri kratkom izlaganju. Budući da tijelo ima mehanizam za detoksikaciju ovog spoja, toksičnost sumporovodika je više povezana s koncentracijom izloženosti nego s trajanjem izlaganja.

Iako sumporovodik ima jak miris, kontinuirano izlaganje niskim koncentracijama dovodi do gubitka osjeta mirisa. To omogućuje toksični učinak za ljude koji bi nesvjesno mogli biti izloženi opasnim razinama ovog plina. Neznatne koncentracije u zraku stambenih prostorija dovode do iritacije očiju, nazofarinksa. Umjerene razine uzrokuju glavobolju, vrtoglavicu, kao i kašalj i otežano disanje. Visoke razine dovode do šoka, konvulzija, kome, što završava smrću. Preživjeli nakon akutne toksične izloženosti sumporovodiku doživljavaju neurološke disfunkcije kao što su amnezija, drhtanje, neravnoteža, a ponekad i teža oštećenja mozga.

Akutna toksičnost pri relativno visokim koncentracijama sumporovodika dobro je poznata, međutim, nažalost, malo je podataka dostupno o kroničnim učincima niske doze ove komponente.

Radon. Radon (222Rn) također je prisutan u prirodnom plinu i može se transportirati cjevovodima do plinskih peći, koje postaju izvori onečišćenja. Budući da se radon raspada u olovo (210Pb ima poluživot od 3,8 dana), to rezultira tankim slojem radioaktivnog olova (prosječno debljine 0,01 cm) koji prekriva unutarnje površine cijevi i opreme. Formiranje sloja radioaktivnog olova povećava pozadinu radioaktivnosti za nekoliko tisuća dezintegracija u minuti (na površini od 100 cm2). Uklanjanje je vrlo teško i zahtijeva zamjenu cijevi.

Treba imati na umu da jednostavno isključivanje plinske opreme nije dovoljno za uklanjanje toksičnih učinaka i donošenje olakšanja kemijski osjetljivim pacijentima. Plinska oprema mora biti potpuno uklonjena iz prostora, jer čak i plinski štednjak koji ne radi nastavlja ispuštati aromatične spojeve koje je apsorbirao tijekom godina korištenja.

Kumulativni učinci prirodnog plina, aromatskih spojeva i produkata izgaranja na ljudsko zdravlje nisu točno poznati. Pretpostavlja se da se utjecaj nekoliko spojeva može umnožiti, dok odgovor na izloženost nekoliko onečišćujućih tvari može biti veći od zbroja pojedinačnih učinaka.

Dakle, karakteristike prirodnog plina koje su od značaja za zdravlje ljudi i životinja su:

• zapaljivost i eksplozivnost;
• svojstva gušenja;
• onečišćenje zraka u zatvorenom prostoru produktima izgaranja;
• prisutnost radioaktivnih elemenata (radon);
• sadržaj vrlo otrovnih spojeva u produktima izgaranja;
• prisutnost u tragovima otrovnih metala;
• sadržaj toksičnih aromatskih spojeva koji se dodaju prirodnom plinu (osobito za osobe s više kemijskih osjetljivosti);
• sposobnost senzibiliziranja komponenti plina.

Glavni uvjet za izgaranje plina je prisutnost kisika (a time i zraka). Bez prisustva zraka izgaranje plina je nemoguće. U procesu izgaranja plina odvija se kemijska reakcija kombinacije kisika u zraku s ugljikom i vodikom u gorivu. Reakcija se događa oslobađanjem topline, svjetlosti, kao i ugljičnog dioksida i vodene pare.

Ovisno o količini zraka koja je uključena u proces izgaranja plina, dolazi do njegovog potpunog ili nepotpunog izgaranja.

Uz dovoljnu opskrbu zrakom, dolazi do potpunog izgaranja plina, uslijed čega njegovi proizvodi izgaranja sadrže nezapaljive plinove: ugljični dioksid CO2, dušik N2, vodenu paru H20. Najviše (po volumenu) u produktima izgaranja dušika - 69,3-74%.

Za potpuno izgaranje plina također je potrebno da se miješa sa zrakom u određenim (za svaki plin) količinama. Što je veća kalorijska vrijednost plina, potrebno je više zraka. Dakle, za sagorijevanje 1 m3 prirodnog plina potrebno je oko 10 m3 zraka, umjetnog - oko 5 m3, miješanog - oko 8,5 m3.

U slučaju nedovoljne opskrbe zrakom dolazi do nepotpunog izgaranja plina ili kemijskog dogaranja zapaljivih komponenti; u produktima izgaranja pojavljuju se zapaljivi plinovi - ugljični monoksid CO, metan CH4 i vodik H2

Uz nepotpuno izgaranje plina, uočava se duga, zadimljena, svjetleća, neprozirna, žuta baklja.

Dakle, nedostatak zraka dovodi do nepotpunog izgaranja plina, a višak zraka dovodi do prekomjernog hlađenja temperature plamena. Temperatura paljenja prirodnog plina je 530 °C, koksa - 640 °C, miješanog - 600 °C. Osim toga, uz značajan višak zraka, dolazi i do nepotpunog izgaranja plina. U ovom slučaju, kraj baklje je žućkast, ne potpuno proziran, s mutnom plavkasto-zelenom jezgrom; plamen je nestabilan i odvaja se od plamenika.

Riža. 1. Plinski plamen i - bez prethodnog miješanja plina sa zrakom; b -s djelomičnim prev. fiducijarno miješanje plina sa zrakom; c - s preliminarnim potpunim miješanjem plina sa zrakom; 1 - unutarnja tamna zona; 2 - dimljeni svjetleći stožac; 3 - gorući sloj; 4 - proizvodi izgaranja

U prvom slučaju (slika 1a) baklja je dugačka i sastoji se od tri zone. Čisti plin gori u atmosferskom zraku. U prvoj unutarnjoj tamnoj zoni plin ne gori: ne miješa se s atmosferskim kisikom i ne zagrijava se do temperature paljenja. U drugoj zoni zrak ulazi u nedovoljnim količinama: odgađa ga gorući sloj i stoga se ne može dobro miješati s plinom. O tome svjedoči jarko svjetleća, svijetložuta dimna boja plamena. U trećoj zoni ulazi zrak u dovoljnim količinama, čiji se kisik dobro miješa s plinom, plin gori u plavičastoj boji.

Ovom metodom plin i zrak se odvojeno dovode u peć. U peći se ne odvija samo izgaranje mješavine plina i zraka, već i proces pripreme smjese. Ova metoda izgaranja plina ima široku primjenu u industrijskim postrojenjima.

U drugom slučaju (slika 1.6), izgaranje plina je puno bolje. Kao rezultat djelomičnog prethodnog miješanja plina sa zrakom, pripremljena mješavina plina i zraka ulazi u zonu izgaranja. Plamen postaje kraći, nesvijetli, ima dvije zone - unutarnju i vanjsku.

Mješavina plina i zraka u unutarnjoj zoni ne gori, jer nije zagrijana do temperature paljenja. U vanjskoj zoni gori mješavina plina i zraka, dok temperatura naglo raste u gornjem dijelu zone.

S djelomičnim miješanjem plina sa zrakom, u ovom slučaju, potpuno izgaranje plina događa se samo uz dodatni dovod zraka u plamenik. U procesu izgaranja plina, zrak se dovodi dva puta: prvi put - prije ulaska u peć (primarni zrak), drugi put - izravno u peć (sekundarni zrak). Ova metoda izgaranja plina osnova je za izgradnju plinskih plamenika za kućanske aparate i kotlove za grijanje.

U trećem slučaju, plamenik se značajno skraćuje i plin potpunije izgara, budući da je prethodno pripremljena mješavina plina i zraka. Potpunost izgaranja plina dokazuje kratka prozirna plava baklja (beskoplamensko izgaranje), koja se koristi u uređajima za infracrveno zračenje za grijanje plina.

Fizikalna i kemijska svojstva prirodnog plina

Prirodni plin je bezbojan, bez mirisa i okusa, netoksičan.

Gustoća plinova pri t = 0°C, R = 760 mm Hg. Art.: metan - 0,72 kg / m 3, zrak -1,29 kg / m 3.

Temperatura samozapaljenja metana je 545 - 650°C. To znači da će se svaka mješavina prirodnog plina i zraka zagrijana na ovu temperaturu zapaliti bez izvora paljenja i izgorjeti.

Temperatura izgaranja metana je 2100°C u pećima od 1800°C.

Kalorična vrijednost metana: Q n = 8500 kcal / m 3, Q u = 9500 kcal / m 3.

Eksplozivnost. razlikovati:

- donja granica eksplozivnosti je najniži sadržaj plina u zraku pri kojem dolazi do eksplozije, za metan je 5%.

Uz manji sadržaj plina u zraku neće doći do eksplozije zbog nedostatka plina. Prilikom uvođenja izvora energije treće strane - iskače.

- gornja granica eksplozivnosti je najveći sadržaj plina u zraku pri kojem dolazi do eksplozije, za metan je 15%.

Uz veći sadržaj plina u zraku neće doći do eksplozije zbog nedostatka zraka. Kada se uvede izvor energije treće strane - vatra, vatra.

Za eksploziju plina, osim zadržavanja u zraku u granicama njegove eksplozivnosti, potreban je vanjski izvor energije (iskra, plamen i sl.).

Prilikom eksplozije plina u zatvorenom volumenu (prostorija, ložište, spremnik i sl.) dolazi do više razaranja nego na otvorenom.

Prilikom sagorijevanja plina s nedostatkom kisika, odnosno s nedostatkom kisika, u produktima izgaranja nastaje ugljični monoksid (CO) ili ugljični monoksid, koji je vrlo otrovan plin.

Brzina širenja plamena je brzina kojom se fronta plamena pomiče u odnosu na mlaz svježe smjese.

Procijenjena brzina širenja plamena metana - 0,67 m / s. Ovisi o sastavu, temperaturi, tlaku smjese, omjeru plina i zraka u smjesi, promjeru fronte plamena, prirodi kretanja smjese (laminarno ili turbulentno) i određuje stabilnost izgaranja.

Odorizacija plina- ovo je dodavanje tvari jakog mirisa (odoransa) plinu kako bi plin dobio miris prije isporuke potrošačima.

Zahtjevi za mirise:

- oštar specifičan miris;

- ne smije spriječiti izgaranje;

- ne smije se otapati u vodi;

– moraju biti bezopasni za ljude i opremu.

Etil merkaptan (C 2 H 5 SH) koristi se kao odorant, dodaje se metanu - 16 g na 1000 m 3, zimi se stopa udvostručuje.

Osoba bi trebala osjetiti miris mirisa u zraku kada je sadržaj plina u zraku 20% donje granice eksplozivnosti metana - 1% volumena.

Ovo je kemijski proces spajanja zapaljivih komponenti (vodika i ugljika) s kisikom sadržanim u zraku. Pojavljuje se oslobađanjem topline i svjetlosti.

Pri sagorijevanju ugljika nastaje ugljični dioksid (CO 2), a vodik u vodenu paru (H 2 0).

Faze izgaranja: dovod plina i zraka, stvaranje mješavine plina i zraka, paljenje smjese, njeno izgaranje, uklanjanje produkata izgaranja.

Teoretski, kada sav plin izgori i sva potrebna količina zraka sudjeluje u izgaranju, reakcija izgaranja 1 m 3 plina:

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

Za sagorijevanje 1 m 3 metana potrebno je 9,52 m 3 zraka.

Praktički neće sav zrak koji se dovodi za izgaranje sudjelovati u izgaranju.

Stoga će se u produktima izgaranja osim ugljičnog dioksida (CO 2 ) i vodene pare ( H 2 0 ) pojaviti:

- ugljični monoksid, odnosno ugljični monoksid (CO), ako uđe u prostoriju, može izazvati trovanje djelatnika;

- atomski ugljik, odnosno čađa (C), koji se taloži u plinskim kanalima i pećima, pogoršava vuču i prijenos topline na grijaćim površinama.

- neizgorjeli plin i vodik - nakupljajući se u pećima i plinskim kanalima, tvore eksplozivnu smjesu.

S nedostatkom zraka dolazi do nepotpunog izgaranja goriva - proces izgaranja se događa s nedostatkom izgaranja. Do izgaranja dolazi i kod lošeg miješanja plina sa zrakom i niske temperature u zoni izgaranja.

Za potpuno izgaranje plina, zrak za izgaranje se dovodi u dovoljnoj količini, zrak i plin moraju biti dobro izmiješani, a potrebna je visoka temperatura u zoni izgaranja.

Za potpuno izgaranje plina, zrak se dovodi u većoj količini nego što je teoretski potrebno, tj. s viškom, neće sav zrak sudjelovati u izgaranju. Dio topline će se potrošiti na zagrijavanje tog viška zraka i ispustit će se u atmosferu.

Koeficijent viška zraka α je broj koji pokazuje koliko je puta stvarna potrošnja za izgaranje veća nego što je teoretski potrebna:

α = V d / V t

gdje je V d - stvarna potrošnja zraka, m 3;

V t - teoretski potreban zrak, m 3.

α = 1,05 - 1,2.

Metode spaljivanja plina

Zrak za izgaranje može biti:

- primarni - dovodi se u plamenik, miješa se s plinom, a mješavina plina i zraka se koristi za izgaranje;

- sekundarni - ulazi u zonu izgaranja.

Metode izgaranja plina:

1. Metoda difuzije - plin i zrak za izgaranje se dovode odvojeno i miješaju u zoni izgaranja, sav zrak je sekundarni. Plamen je dug, potreban je veliki prostor za peć.

2. Mješoviti način - dio zraka se dovodi u plamenik, pomiješan s plinom (primarni zrak), dio zraka se dovodi u zonu izgaranja (sekundarni). Plamen je kraći nego kod difuzijske metode.

3. Kinetička metoda - sav zrak se miješa s plinom unutar plamenika, tj. sav zrak je primarni. Plamen je kratak, potreban je mali prostor za peć.

Uređaji za plinski plamenik

Plinski plamenici su uređaji koji dovode plin i zrak na frontu izgaranja, tvore mješavinu plina i zraka, stabiliziraju frontu izgaranja i osiguravaju potreban intenzitet procesa izgaranja.

Plamenik opremljen dodatnim uređajem (tunel, uređaj za distribuciju zraka itd.) naziva se uređaj plinskog plamenika.

Zahtjevi plamenika:

1) mora biti tvornički proizveden i proći državna ispitivanja;

2) mora osigurati potpunost izgaranja plina u svim režimima rada uz minimalni višak zraka i minimalnu emisiju štetnih tvari u atmosferu;

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) mora stabilno raditi unutar propisa o radu, po potrebi imati stabilizatore za sprječavanje odvajanja i povratnog plamena;

6) za radne plamenike razina buke ne smije biti veća od 85 dB, a temperatura površine ne smije biti veća od 45 ° C.

Parametri plinskih plamenika

1) toplinska snaga plamenika N g - količina topline koja se oslobađa tijekom izgaranja plina u 1 satu;

2) najniža granica stabilnog rada plamenika N n. .P. . - najmanja snaga pri kojoj plamenik radi stabilno bez odvajanja i preskoka plamena;

3) minimalna snaga N min - snaga donje granice, povećana za 10%;

4) gornja granica stabilnog rada plamenika N in. .P. . - najveća snaga pri kojoj plamenik radi stabilno bez odvajanja i bljeskanja plamena;

5) maksimalna snaga N max - snaga gornje granice, smanjena za 10%;

6) nazivna snaga N nom - najveća snaga s kojom plamenik radi dulje vrijeme uz najveću učinkovitost;

7) područje upravljanja radom - vrijednosti snage od N min do N nom;

8) koeficijent regulacije rada - omjer nazivne snage prema minimalnoj.

Klasifikacija plinskih plamenika:

1) prema načinu dovoda zraka za izgaranje:

- bez eksplozije - zrak ulazi u peć zbog razrjeđivanja u njoj;

- ubrizgavanje - zrak se usisava u plamenik zbog energije mlaza plina;

- mlaz - zrak se dovodi u plamenik ili u peć pomoću ventilatora;

2) prema stupnju pripremljenosti zapaljive smjese:

– bez prethodnog miješanja plina sa zrakom;

- uz potpuno prethodno miješanje;

- s nepotpunim ili djelomičnim prethodnim miješanjem;

3) brzinom odljeva produkata izgaranja (niska - do 20 m / s, srednja - 20-70 m / s, visoka - više od 70 m / s);

4) prema tlaku plina ispred plamenika:

- nizak do 0,005 MPa (do 500 mm vodenog stupca);

- prosjek od 0,005 MPa do 0,3 MPa (od 500 mm vodenog stupca do 3 kgf / cm 2);

- visoka više od 0,3 MPa (više od 3 kgf / cm 2);

5) prema stupnju automatizacije upravljanja plamenikom - s ručnim upravljanjem, poluautomatski, automatski.

Prema načinu dovoda zraka plamenici mogu biti:

1) Difuzija. Sav zrak ulazi u baklju iz okolnog prostora. Plin se dovodi u plamenik bez primarnog zraka i, napuštajući kolektor, miješa se sa zrakom izvan njega.

Najjednostavniji plamenik u dizajnu, obično cijev s rupama izbušenim u jednom ili dva reda.

Raznolikost - plamenik za ognjište. Sastoji se od plinskog kolektora izrađenog od čelične cijevi, začepljenog na jednom kraju. U cijevi se buše rupe u dva reda. Kolektor je ugrađen u utor, izrađen od vatrostalnih opeka, na temelju rešetke. Plin kroz rupe u kolektoru izlazi u otvor. Zrak ulazi u isti prorez kroz rešetku zbog razrjeđivanja u peći ili uz pomoć ventilatora. Tijekom rada, vatrostalna obloga utora se zagrijava, osiguravajući stabilizaciju plamena u svim načinima rada.

Prednosti plamenika: jednostavan dizajn, pouzdan rad (povratak plamena je nemoguć), bešumnost, dobra regulacija.

Nedostaci: mala snaga, neekonomičan, veliki plamen.

2) Injekcioni plamenici:

a) niskotlačne ili atmosferske (odnosi se na plamenike s djelomičnim prethodnim miješanjem). Mlaz plina velikom brzinom izlazi iz mlaznice i zbog svoje energije hvata zrak u konfuzer, povlačeći ga unutar plamenika. Miješanje plina sa zrakom odvija se u mješalici koja se sastoji od grla, difuzora i vatrene mlaznice. Vakuum koji stvara injektor povećava se s povećanjem tlaka plina, dok se mijenja količina primarnog zraka koji se uvlači. Količina primarnog zraka može se mijenjati pomoću podloške za podešavanje. Promjenom razmaka između perilice i konfuzora regulira se dovod zraka.

Kako bi se osiguralo potpuno izgaranje goriva, dio zraka ulazi zbog razrjeđivanja u peći (sekundarni zrak). Regulacija njegove potrošnje provodi se promjenom vakuuma.

Imaju svojstvo samoregulacije: s povećanjem opterećenja povećava se tlak plina, koji ubrizgava povećanu količinu zraka u plamenik. Kako se opterećenje smanjuje, količina zraka se smanjuje.

Plamenici se ograničeno koriste na opremi velikog kapaciteta (više od 100 kW). To je zbog činjenice da se kolektor plamenika nalazi izravno u peći. Tijekom rada zagrijava se na visoke temperature i brzo nestaje. Imaju visok omjer viška zraka, što dovodi do neekonomičnog izgaranja plina.

b) Srednji pritisak. Kada se tlak plina poveća, ubrizgava se sav zrak potreban za potpuno izgaranje plina. Sav zrak je primarni. Rade pri tlaku plina od 0,005 MPa do 0,3 MPa. Odnosi se na plamenike potpunog prethodnog miješanja plina sa zrakom. Kao rezultat dobrog miješanja plina i zraka, rade s malim omjerom viška zraka (1,05-1,1). Plamenik Kazantsev. Sastoji se od regulatora primarnog zraka, mlaznice, mješalice, mlaznice i pločastog stabilizatora. Prilikom izlaska iz mlaznice plin ima dovoljno energije da ubrizga sav zrak potreban za izgaranje. U mješalici je plin potpuno pomiješan sa zrakom. Regulator primarnog zraka istovremeno prigušuje buku koja nastaje zbog velike brzine mješavine plin-zrak. prednosti:

- jednostavnost dizajna;

- stabilan rad pri promjeni opterećenja;

- nedostatak dovoda zraka pod tlakom (bez ventilatora, elektromotora, zračnih kanala);

– mogućnost samoregulacije (održavanje konstantnog omjera plin-zrak).

nedostaci:

- velike dimenzije plamenika po dužini, posebno plamenika povećane produktivnosti;

– visoka razina buke.

3) Plamenici s prisilnim dovodom zraka. Formiranje mješavine plina i zraka počinje u plameniku i završava u peći. Zrak se dovodi ventilatorom. Opskrba plinom i zrakom provodi se kroz zasebne cijevi. Rade na plin niskog i srednjeg tlaka. Za bolje miješanje strujanje plina se usmjerava kroz rupe pod kutom u odnosu na strujanje zraka.

Kako bi se poboljšalo miješanje, struja zraka dobiva rotacijsko kretanje pomoću vrtložaca s konstantnim ili podesivim kutom lopatice.

Vrtložni plinski plamenik (GGV) - plin iz razdjelnog razvodnika izlazi kroz rupe izbušene u jednom redu, te pod kutom od 90 0 ulazi u strujanje zraka vrtložnim vrtložnim lopaticom. Lopatice su zavarene pod kutom od 45 0 na vanjsku površinu plinskog kolektora. Unutar plinskog kolektora nalazi se cijev za praćenje procesa izgaranja. Pri radu na loživom ulju u njega se ugrađuje parno-mehanička mlaznica.

Plamenici dizajnirani za izgaranje nekoliko vrsta goriva nazivaju se kombinirani.

Prednosti plamenika: velika toplinska snaga, širok raspon regulacije rada, mogućnost kontrole 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, pilot baklja itd.).

Nesreće na plameniku

Količina zraka u mješavini plina i zraka najvažniji je čimbenik koji utječe na brzinu širenja plamena. U smjesama u kojima sadržaj plina prelazi gornju granicu njegova paljenja, plamen se uopće ne širi. S povećanjem količine zraka u smjesi, brzina širenja plamena raste, dostižući najveću vrijednost kada je sadržaj zraka oko 90% njegove teorijske količine potrebne za potpuno izgaranje plina. Povećanjem protoka zraka u plamenik stvara se smjesa koja je siromašnija plinom, sposobna brže izgorjeti i izazvati bljesak plamena u plameniku. Stoga, ako je potrebno povećati opterećenje, prvo povećajte dovod plina, a zatim i zrak. Ako je potrebno smanjiti opterećenje, rade suprotno - prvo smanjuju dovod zraka, a zatim i plina. U trenutku paljenja plamenika zrak ne bi trebao ući u njih i plin se pali u difuzijskom načinu rada zbog zraka koji ulazi u peć, nakon čega slijedi prijelaz na dovod zraka u plamenik

1. Odvajanje plamena - pomicanje zone plamenika od izlaza plamenika u smjeru izgaranja goriva. Javlja se kada brzina mješavine plina i zraka postane veća od brzine širenja plamena. Plamen postaje nestabilan i može se ugasiti. Plin nastavlja strujati kroz ugašeni plamenik, što dovodi do stvaranja eksplozivne smjese u peći.

Odvajanje se događa kada: povećanje tlaka plina iznad dopuštenog, naglo povećanje opskrbe primarnog zraka, povećanje vakuuma u peći, rad plamenika u transcendentalnim načinima u odnosu na one navedene u putovnici.

2. Flashback - pomicanje zone plamena prema zapaljivoj smjesi. To se događa samo u plamenicima s prethodnom mješavinom plina i zraka. Javlja se kada brzina mješavine plina i zraka postane manja od brzine širenja plamena. Plamen skače unutar plamenika, gdje nastavlja gorjeti, uzrokujući deformaciju plamenika zbog pregrijavanja. Kada je moguće proklizavanje, moguć je mali pucanje, plamen će se ugasiti, do plina iz peći i plinskih kanala doći će kroz plamenik u praznom hodu.

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, smanjujući performanse plamenika prethodnim miješanjem plina i zraka ispod vrijednosti navedenih u putovnici. Nije moguće s difuzijskom metodom izgaranja plina.

Radnje osoblja u slučaju nesreće na plameniku:

- ugasite plamenik,

- ventilirati peć,

- saznati uzrok nesreće,

- napraviti upis u dnevnik

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.

Potpuno izgaranje plina.

metan + kisik = ugljični dioksid + voda

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

Osim ovih plinova, u atmosferu s zapaljivim plinovima ulaze dušik i preostali kisik. N 2 + O 2

Ako izgaranje plina nije potpuno, 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 precizniju 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.

Istodobno, učinkovitost kotla znači omjer korisne topline i vrijednosti ukupne potrošene topline.

Sastav zraka