Rapporto gas/aria. Gas naturale. Processo di combustione

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Le cause della combustione incompleta sono associate alla sottocombustione chimica e al trascinamento meccanico del carburante.  

Uno dei motivi della combustione incompleta nelle fiamme all'aperto è la formazione di sostanze difficili da bruciare. Abbiamo effettuato studi sperimentali sui prodotti condensati che si formano nelle fiamme all'aperto di varie classi di combustibili.  

La mancanza di tiraggio può anche essere causa di combustione incompleta del gas per mancanza di aria secondaria. Il monossido di carbonio formato durante la combustione incompleta può esso stesso provocare un'esplosione di gas nei camini o nei camini se vi viene infiltrata aria.  

Schema del tiraggio naturale.

Un vuoto insufficiente nel forno può causare una combustione incompleta del gas a causa della mancanza di aria secondaria quando si utilizzano bruciatori a diffusione o bruciatori con iniezione parziale di aria. Il monossido di carbonio formato durante la combustione incompleta mescolato con l'aria può causare un'esplosione di gas nei camini o nei maiali.  

Una diminuzione del vuoto nel focolare al di sotto del limite consentito provoca una combustione incompleta del gas e la formazione di monossido di carbonio, che può esplodere nei camini o incepparsi in caso di fuoriuscita di aria al loro interno.  

Presenza nel carburante grande quantità Le sostanze resinose possono provocare la combustione incompleta del carburante e la formazione di depositi solidi, che si depositano principalmente sulla bocca dell'ugello che taglia il carburante. I depositi di agar compromettono l'atomizzazione del carburante nella camera di combustione e possono ridurre o interrompere il flusso di carburante ai cilindri del motore.  

La presenza di una grande quantità di sostanze resinose nel carburante può provocare una combustione incompleta del carburante e la formazione di depositi solidi, che si depositano principalmente sulla bocca dell'ugello che taglia il carburante e nell'impianto di scarico del motore. I depositi di carbonio compromettono il processo di taglio del carburante nella camera di combustione e possono ridurre o interrompere la fornitura di carburante ai cilindri del motore.  

La perdita di 73 si verifica quando nei gas di scarico sono presenti prodotti di combustione incompleta: monossido di carbonio CO, idrogeno H2, metano CH4, ecc. Il motivo della combustione incompleta del carburante potrebbe essere la mancanza di aria nel forno, bassa temperatura in esso, miscelazione insoddisfacente delle particelle di carburante con l'aria, instabilità del processo di combustione, volume ridotto del focolare.  

Il dispositivo proposto consente di effettuare la parte principale e più difficile della combustione senza la supervisione dello sperimentatore e, soprattutto, impedisce il surriscaldamento della sostanza, eliminando così la possibilità di evaporazione o decomposizione troppo rapida, che di solito sono le cause causa di combustione incompleta o esplosione nel tubo di combustione.  

Burlage e Brese hanno compilato una tabella dei prodotti della combustione incompleta, classificandoli in base ai diversi motivi della loro formazione, alle proprietà dei combustibili e alle condizioni del motore che più probabilmente contribuiscono alla loro formazione. Va ricordato che queste relazioni sono fortemente influenzate dalla progettazione del motore e che se il motore è mal progettato, molte delle cause di combustione incompleta possono verificarsi contemporaneamente. Questa tabella (Tabella 31) non può essere presa come una guida infallibile.  

I depositi di nerofumo possono essere causati anche da ragioni non legate alla corretta scelta della candela per il motore. Di conseguenza possono formarsi depositi di questo tipo lungo lavoro motore in modalità velocità al minimo o a bassa velocità dell'albero motore. La formazione di depositi di nerofumo può essere causata anche da una miscela di carburante troppo ricca. A volte causato da una combustione incompleta miscela di carburante e come risultato di questa fuliggine nera si verifica un malfunzionamento del sistema di accensione della batteria.  

La velocità con cui la zona di combustione si muove in direzione perpendicolare alla zona stessa è chiamata velocità di propagazione della fiamma. La velocità di propagazione della fiamma caratterizza la velocità di riscaldamento della miscela gas-aria alla temperatura di accensione. La velocità di propagazione più alta è per la fiamma di idrogeno e gas d'acqua (3 m/sec), la più bassa è per la fiamma di gas naturale e miscela propano-NO-butano. Un'elevata velocità di propagazione della fiamma ha un effetto benefico sulla completezza della combustione del gas, mentre una bassa velocità, al contrario, è uno dei motivi della combustione incompleta del gas. La velocità di propagazione della fiamma aumenta quando si utilizza una miscela ossigeno-gas invece che aria-gas.  

Se si tiene conto del volume totale dell'anidride carbonica, la buretta di misurazione deve fungere allo stesso tempo da collettore e il suo volume deve essere sufficiente a contenere tutto il gas prodotto durante la combustione. Per eliminare il flusso di ossigeno in eccesso, lo spazio in cui avviene la combustione dovrebbe essere il più piccolo possibile. Pertanto, al lavaggio delle bottiglie con una miscela di acido cromico e solforico, sono da preferire le spirali in rete di rame proposte da Kinder oM 2, che vengono inserite nel tubo di combustione per assorbire gli ossidi di zolfo e che, quindi, riducono lo spazio morto. È necessario anche quando si esegue il processo di masterizzazione. L'iniezione del gas può iniziare solo quando il campione introdotto si è riscaldato così tanto da iniziare immediatamente la combustione del ferro. Durante la combustione non è necessario fornire più ossigeno di quello consumato. La misura corretta deve ritenersi soddisfatta quando il livello del liquido nell'espansione della buretta di misura scende solo leggermente durante la combustione. L'immediato avvio della combustione è facilitato dalle elevate temperature di riscaldamento; Una combustione rapida e completa è assicurata dall'utilizzo di additivi che rilasciano ossigeno. Se queste condizioni vengono soddisfatte, il tempo di combustione viene notevolmente ridotto, anche per materiali in lega difficili da bruciare. Per quanto riguarda i tubi di porcellana utilizzati, i tubi ad alto contenuto di allumina sono meno fragili; Assicurarsi sempre che il raffreddamento avvenga gradualmente. I tubi che durano di più sono quelli che si riscaldano continuamente, come avviene, ad esempio, nella produzione continua. La riduzione delle scorie in un flusso di idrogeno aiuta a prevenire un'eccessiva formazione di scorie nei tubi. Il metallo che viene ripristinato in questo caso è morbido quando riscaldato e può essere facilmente rimosso dal tubo. Coprire le barche impedisce parzialmente l'accesso dell'ossigeno e ciò può causare una combustione incompleta. Sebbene gli additivi stessi interferiscano anche con la formazione di scorie, hanno un effetto altamente corrosivo sulla porcellana. Permeabilità ai gas a alte temperature ah non si osserva nemmeno nei tubi non smaltati su entrambi i lati; Pertanto, sia i tubi smaltati che quelli non smaltati possono essere utilizzati per la combustione.  

Categoria K: Fornitura di gas

Processo di combustione del gas

La condizione principale per la combustione del gas è la presenza di ossigeno (e quindi di aria). Senza la presenza di aria la combustione del gas è impossibile. Durante la combustione del gas, reazione chimica composti di ossigeno nell'aria con carbonio e idrogeno nel carburante. La reazione avviene con il rilascio di calore, luce e anidride carbonica e vapore acqueo.

A seconda della quantità di aria coinvolta nel processo di combustione del gas, si verifica una combustione completa o incompleta.

Con una fornitura d'aria sufficiente, avviene la combustione completa del gas, a seguito della quale i suoi prodotti di combustione contengono gas non combustibili: anidride carbonica C02, azoto N2, vapore acqueo H20. Soprattutto (in volume) nei prodotti della combustione l'azoto è del 69,3-74%.

Per la combustione completa del gas è inoltre necessario che questo sia miscelato con aria in determinate quantità (per ciascun gas). Maggiore è il potere calorifico del gas, maggiore è la quantità di aria necessaria. Pertanto, per bruciare 1 m3 di gas naturale, sono necessari circa 10 m3 di aria, artificiale - circa 5 m3, miscelata - circa 8,5 m3.

Se la fornitura d'aria è insufficiente, si verifica una combustione incompleta del gas o una combustione chimica di materiali combustibili. componenti; I gas combustibili compaiono nei prodotti della combustione: monossido di carbonio CO, metano CH4 e idrogeno H2

Con combustione incompleta del gas, si forma una macchia lunga, fumosa, luminosa, opaca, giallo torcia.

Pertanto, una mancanza d'aria porta ad una combustione incompleta del gas, mentre un eccesso porta ad un eccessivo raffreddamento della temperatura della fiamma. La temperatura di accensione del gas naturale è 530 °C, del gas coke - 640 °C, del gas misto - 600 °C. Inoltre, con un significativo eccesso di aria, si verifica anche una combustione incompleta del gas. In questo caso l'estremità della fiaccola è di colore giallastro, non del tutto trasparente, con un vago nucleo verde-bluastro; la fiamma è instabile e si stacca dal bruciatore.

Riso. 1. Fiamma del gas - senza miscelazione preliminare del gas con l'aria; b -c parziale prec. miscelazione verificabile del gas con l'aria; c - con miscelazione preliminare completa del gas con l'aria; 1 - zona oscura interna; 2 - cono luminoso fumé; 3 - strato in fiamme; 4 - prodotti della combustione

Nel primo caso (Fig. 1,a) la torcia ha lunghezza maggiore e si compone di tre zone. IN aria atmosferica il gas puro brucia. Nella prima zona oscura interna il gas non brucia: non si mescola con l'ossigeno presente nell'aria e non viene riscaldato alla temperatura di accensione. L'aria entra nella seconda zona in quantità insufficiente: viene trattenuta dallo strato in fiamme, e quindi non riesce a mescolarsi bene con il gas. Ciò è evidenziato dal colore brillantemente luminoso, giallo chiaro e fumoso della fiamma. L'aria entra in quantità sufficiente nella terza zona, il cui ossigeno si mescola bene con il gas, il gas brucia bluastro.

Con questo metodo il gas e l'aria vengono alimentati separatamente al forno. Nel focolare avviene non solo la combustione della miscela gas-aria, ma anche il processo di preparazione della miscela. Questo metodo di combustione del gas è ampiamente utilizzato negli impianti industriali.

Nel secondo caso (Fig. 1.6), la combustione del gas avviene molto meglio. Come risultato della miscelazione preliminare parziale del gas con l'aria, la miscela gas-aria preparata entra nella zona di combustione. La fiamma diventa più corta, non luminosa e ha due zone: interna ed esterna.

La miscela gas-aria nella zona interna non brucia poiché non è stata riscaldata alla temperatura di accensione. Nella zona esterna brucia la miscela gas-aria, mentre nella parte superiore della zona la temperatura aumenta bruscamente.

Con la miscelazione parziale del gas con l'aria, in questo caso, la combustione completa del gas avviene solo con un'ulteriore alimentazione d'aria alla torcia. Durante la combustione del gas l'aria viene immessa due volte: la prima volta prima dell'ingresso nel forno (aria primaria), la seconda direttamente nel forno (aria secondaria). Questo metodo di combustione del gas è la base del dispositivo bruciatori a gas Per elettrodomestici e riscaldamento di caldaie.

Nel terzo caso il cannello viene notevolmente accorciato e il gas brucia in modo più completo, poiché la miscela gas-aria è stata precedentemente preparata. Una breve fiamma trasparente indica la completezza della combustione del gas colore blu(combustione senza fiamma), che viene utilizzata nei dispositivi radiazione infrarossa con riscaldamento a gas.

- Processo di combustione del gas

La combustione è una reazione che converte l'energia chimica di un combustibile in calore.

La combustione può essere completa o incompleta. La combustione completa avviene quando c'è sufficiente ossigeno. La sua mancanza provoca una combustione incompleta, durante la quale viene rilasciato meno calore rispetto alla combustione completa, e il monossido di carbonio (CO), che ha un effetto velenoso sul personale operativo, si forma fuliggine, che si deposita sulla superficie riscaldante della caldaia e aumenta la perdita di calore, che porta ad un consumo eccessivo di carburante e una diminuzione dell'efficienza della caldaia, inquinamento atmosferico.

Per bruciare 1 m 3 di metano sono necessari 10 m 3 di aria, che contengono 2 m 3 di ossigeno. Per garantire la completa combustione del gas naturale, l'aria viene fornita al forno con un leggero eccesso. Il rapporto tra il volume d'aria effettivamente consumato V d e il V t teoricamente richiesto è chiamato coefficiente d'aria in eccesso = V d / V t Questo indicatore dipende dal design del bruciatore a gas e del forno: più sono perfetti, più piccoli . È necessario assicurarsi che il coefficiente di eccesso d'aria non sia inferiore a 1, poiché ciò porta ad una combustione incompleta del gas. Un aumento del rapporto d'aria in eccesso riduce l'efficienza della caldaia.

La completezza della combustione del carburante può essere determinata utilizzando un analizzatore di gas e visivamente - dal colore e dalla natura della fiamma:

bluastro trasparente - combustione completa;

rosso o giallo: la combustione è incompleta.

La combustione viene regolata aumentando l'apporto di aria al forno della caldaia o diminuendo l'apporto di gas. Questo processo utilizza aria primaria (miscelata con il gas nel bruciatore - prima della combustione) e secondaria (combinata con gas o miscela gas-aria nel forno della caldaia durante la combustione).

Nelle caldaie dotate di bruciatori a diffusione (senza alimentazione d'aria forzata), l'aria secondaria, sotto l'influenza del vuoto, entra nel forno attraverso le porte di spurgo.

Nelle caldaie dotate di bruciatori ad iniezione: l'aria primaria entra nel bruciatore per effetto dell'iniezione ed è regolata da una rondella di regolazione, e l'aria secondaria entra attraverso le porte di spurgo.

Nelle caldaie con bruciatori miscelatori, l'aria primaria e secondaria viene fornita al bruciatore da un ventilatore e controllata da valvole dell'aria.

La violazione del rapporto tra la velocità della miscela gas-aria all'uscita del bruciatore e la velocità di propagazione della fiamma porta alla separazione o al salto della fiamma sui bruciatori.

Se la velocità della miscela gas-aria all'uscita del bruciatore è maggiore della velocità di propagazione della fiamma si ha separazione, se è inferiore si ha sfondamento.

Se la fiamma scoppia e si propaga, il personale addetto alla manutenzione deve spegnere la caldaia, ventilare il focolare e le canne fumarie e riaccendere la caldaia.

I combustibili gassosi si trovano sempre di più ogni anno ampia applicazione in vari settori economia nazionale. Nella produzione agricola, il combustibile gassoso è ampiamente utilizzato per scopi tecnologici (per il riscaldamento di serre, serre, essiccatoi, complessi di bestiame e pollame) e domestici. IN ultimamente cominciò ad essere sempre più utilizzato per i motori a combustione interna.

Rispetto ad altri tipi, i combustibili gassosi presentano i seguenti vantaggi:

brucia in una quantità teorica di aria, che garantisce elevata efficienza termica e temperatura di combustione;

alla combustione non si formano prodotti indesiderati di distillazione secca e composti di zolfo, fuliggine e fumo;

viene fornito con relativa facilità tramite gasdotti a impianti di consumo remoti e può essere immagazzinato a livello centrale;

si accende facilmente a qualsiasi temperatura ambiente;

richiede comparativamente costi bassi durante la produzione, il che significa che è un tipo di carburante più economico rispetto ad altri;

può essere utilizzato in forma compressa o liquefatta per motori a combustione interna;

ha elevate proprietà antidetonanti;

non forma condensa durante la combustione, il che garantisce una significativa riduzione dell'usura delle parti del motore, ecc.

Allo stesso tempo, il carburante gassoso ha anche alcune proprietà negative, tra cui: un effetto velenoso, la formazione di miscele esplosive se miscelate con aria, un facile flusso attraverso perdite nei collegamenti, ecc. Pertanto, quando si lavora con carburante gassoso, è necessario rispettare attentamente le sono necessarie le norme di sicurezza pertinenti.

L'uso di combustibili gassosi è determinato dalla loro composizione e dalle proprietà della parte idrocarburica. I più utilizzati sono il gas naturale o associato proveniente da giacimenti di petrolio o gas, nonché i gas industriali provenienti da raffinerie di petrolio e altri impianti. I componenti principali di questi gas sono gli idrocarburi con un numero di atomi di carbonio in una molecola da uno a quattro (metano, etano, propano, butano e loro derivati).

I gas naturali provenienti dai giacimenti di gas sono costituiti quasi interamente da metano (82...98%), con piccola applicazione combustibile gassoso per motori a combustione interna Il parco veicoli in continua crescita richiede sempre più carburante. È possibile risolvere i più importanti problemi economici nazionali con la fornitura stabile di motori automobilistici con vettori energetici efficienti e la riduzione del consumo di combustibili liquidi di origine petrolifera attraverso l'uso di combustibili gassosi - petrolio liquefatto e gas naturali.

Per le automobili vengono utilizzati solo gas ad alto o medio contenuto calorico. Quando si utilizza gas a basso contenuto calorico, il motore non si sviluppa potenza richiesta e si riduce anche l’autonomia del veicolo, il che non è economicamente vantaggioso. Pa). Vengono prodotti i seguenti tipi di gas compressi: coke naturale, meccanizzato e coke arricchito

Il principale componente infiammabile di questi gas è il metano. Come nel caso del carburante liquido, la presenza di idrogeno solforato nel carburante gassoso è indesiderabile a causa del suo effetto corrosivo sulle apparecchiature a gas e sulle parti del motore. Il numero di ottano dei gas consente di potenziare i motori delle auto in termini di rapporto di compressione (fino a 10...12).

La presenza di cianogeno CN nel gas per automobili è estremamente indesiderabile. In combinazione con l'acqua forma acido cianidrico, sotto l'influenza del quale si formano minuscole crepe nelle pareti dei cilindri. La presenza di sostanze resinose e impurità meccaniche nel gas porta alla formazione di depositi e contaminanti sulle apparecchiature a gas e sulle parti del motore.

Informazioni generali. Un'altra importante fonte di inquinamento interno, forte fattore di sensibilizzazione per l'uomo, è il gas naturale e i suoi prodotti di combustione. Il gas è un sistema multicomponente composto da dozzine vari collegamenti, compresi quelli appositamente aggiunti (Tabella.

Esistono prove dirette che l'uso di apparecchi che bruciano gas naturale (stufe e caldaie a gas) ha un effetto negativo sulla salute umana. Inoltre, gli individui con maggiore sensibilità ai fattori ambientali reagiscono in modo inadeguato ai componenti del gas naturale e ai suoi prodotti di combustione.

Gas naturale in casa - una fonte di molti inquinanti diversi. Tra questi rientrano i composti direttamente presenti nel gas (sostanze odoranti, idrocarburi gassosi, complessi organometallici tossici e gas radon radioattivo), prodotti di combustione incompleta (monossido di carbonio, biossido di azoto, particelle organiche aerosolizzate, idrocarburi policiclici aromatici e piccole quantità di composti organici volatili ). Tutti questi componenti possono agire sul corpo umano da soli o in combinazione tra loro (effetto sinergico).

Tabella 12.3

Composizione del combustibile gassoso

Odoranti. Gli odori sono composti aromatici organici contenenti zolfo (mercaptani, tioeteri e composti tio-aromatici). Aggiunto al gas naturale per rilevare perdite. Sebbene questi composti siano presenti in concentrazioni molto piccole e sottosoglia che non sono considerate tossiche per la maggior parte degli individui, il loro odore può causare nausea e mal di testa in individui sani.

L'esperienza clinica e i dati epidemiologici indicano che le persone chimicamente sensibili reagiscono in modo inappropriato ai composti chimici presenti anche a concentrazioni sottosoglia. Gli individui con asma spesso identificano l’odore come promotore (innesco) degli attacchi asmatici.

Gli odori includono, ad esempio, metantiolo. Il metantiolo, noto anche come metil mercaptano (mercaptometano, alcol tiometilico), è un composto gassoso comunemente utilizzato come additivo aromatico nel gas naturale. Odore sgradevole viene riscontrato dalla maggior parte delle persone ad una concentrazione di 1 parte su 140 ppm, tuttavia questo composto può essere rilevato a concentrazioni significativamente più basse da individui altamente sensibili. Studi tossicologici sugli animali hanno dimostrato che lo 0,16% di metantiolo, il 3,3% di etantiolo o il 9,6% di dimetilsolfuro sono in grado di indurre il coma nel 50% dei ratti esposti a questi composti per 15 minuti.

Un altro mercaptano, utilizzato anche come additivo aromatico per il gas naturale, è il mercaptoetanolo (C2H6OS) noto anche come 2-tioetanolo, etil mercaptano. Forte irritante per gli occhi e la pelle, capace di provocare effetti tossici attraverso la pelle. È infiammabile e si decompone se riscaldato formando vapori SOx altamente tossici.

I mercaptani, essendo inquinanti dell'aria interna, contengono zolfo e sono in grado di catturare il mercurio elementare. In concentrazioni elevate, i mercaptani possono causare disturbi della circolazione periferica e aumento della frequenza cardiaca e possono stimolare la perdita di coscienza, lo sviluppo di cianosi o addirittura la morte.

Aerosol. La combustione del gas naturale produce piccole particelle organiche (aerosol), inclusi idrocarburi aromatici cancerogeni, nonché alcuni volatili composti organici. I DOS sono presunti agenti sensibilizzanti in grado di indurre, insieme ad altri componenti, la sindrome dell'edificio malato e la sensibilità chimica multipla (MCS).

Il DOS comprende anche la formaldeide, che si forma in piccole quantità durante la combustione del gas. Utilizzo apparecchi a gas in una casa dove vivono individui sensibili aumenta l'esposizione a queste sostanze irritanti, aumentando successivamente i sintomi della malattia e promuovendo anche un'ulteriore sensibilizzazione.

Gli aerosol generati durante la combustione del gas naturale possono diventare siti di adsorbimento per una varietà di composti chimici presenti nell’aria. Pertanto, gli inquinanti atmosferici possono concentrarsi in microvolumi e reagire tra loro, soprattutto quando i metalli agiscono come catalizzatori di reazione. Più piccola è la particella, maggiore è l'attività di concentrazione di questo processo.

Inoltre, il vapore acqueo generato durante la combustione del gas naturale costituisce un collegamento di trasporto per le particelle di aerosol e gli inquinanti durante il loro trasferimento agli alveoli polmonari.

La combustione del gas naturale produce anche aerosol contenenti idrocarburi policiclici aromatici. Hanno un effetto negativo su sistema respiratorio e sono noti come cancerogeni. Inoltre, gli idrocarburi possono portare a intossicazione cronica nelle persone sensibili.

Anche la formazione di benzene, toluene, etilbenzene e xilene durante la combustione del gas naturale è sfavorevole per la salute umana. È noto che il benzene è cancerogeno a dosi ben al di sotto dei livelli soglia. L’esposizione al benzene è correlata ad un aumento del rischio di cancro, in particolare di leucemia. Gli effetti sensibilizzanti del benzene non sono noti.

Composti organometallici. Alcuni componenti del gas naturale possono contenere elevate concentrazioni di metalli pesanti tossici, tra cui piombo, rame, mercurio, argento e arsenico. Con ogni probabilità questi metalli sono presenti nel gas naturale sotto forma di complessi organometallici come la trimetilarsenite (CH3)3As. L'associazione di questi metalli tossici con la matrice organica li rende liposolubili. Ciò porta ad alti livelli di assorbimento e ad una tendenza al bioaccumulo nel tessuto adiposo umano. L’elevata tossicità del tetrametilplumbite (CH3)4Pb e del dimetilmercurio (CH3)2Hg suggerisce un impatto sulla salute umana, poiché i composti metilati di questi metalli sono più tossici dei metalli stessi. Questi composti rappresentano un pericolo particolare durante l’allattamento nelle donne, poiché in questo caso i lipidi migrano dai depositi di grasso corporeo.

Il dimetilmercurio (CH3)2Hg è un composto organometallico particolarmente pericoloso a causa della sua elevata lipofilicità. Il metilmercurio può essere incorporato nel corpo attraverso l'inalazione e anche attraverso la pelle. L'assorbimento di questo composto nel tratto gastrointestinale è quasi del 100%. Il mercurio ha un pronunciato effetto neurotossico e la capacità di influenzare la funzione riproduttiva umana. La tossicologia non dispone di dati sui livelli sicuri di mercurio per gli organismi viventi.

Anche i composti organici dell'arsenico sono molto tossici, soprattutto quando vengono distrutti metabolicamente (attivazione metabolica), dando luogo alla formazione di forme inorganiche altamente tossiche.

Prodotti della combustione del gas naturale. Il biossido di azoto è in grado di agire sul sistema polmonare, facilitandone lo sviluppo reazioni allergiche ad altre sostanze, riduce la funzione polmonare, suscettibilità a malattie infettive polmoni, potenzia l’asma bronchiale e altre malattie respiratorie. Ciò è particolarmente pronunciato nei bambini.

Esistono prove che l’NO2 prodotto dalla combustione del gas naturale può indurre:

• infiammazione del sistema polmonare e diminuzione della funzione vitale dei polmoni;
• aumento del rischio di sintomi simili all’asma, inclusi respiro sibilante, mancanza di respiro e attacchi. Ciò è particolarmente comune nelle donne che cucinano su fornelli a gas, così come nei bambini;
• diminuzione della resistenza a malattie batteriche polmoni a causa di una diminuzione dei meccanismi immunologici di difesa polmonare;
• provocando effetti negativi in ​​generale sul sistema immunitario dell'uomo e degli animali;
• influenza come coadiuvante sullo sviluppo di reazioni allergiche ad altri componenti;
• aumento della sensibilità e aumento della risposta allergica agli allergeni avversi.

I prodotti della combustione del gas naturale contengono una concentrazione piuttosto elevata di idrogeno solforato (H2S), che inquina ambiente. È velenoso in concentrazioni inferiori a 50 ppm e in concentrazioni dello 0,1-0,2% è fatale anche con una breve esposizione. Poiché il corpo dispone di un meccanismo per disintossicare questo composto, la tossicità dell’idrogeno solforato è correlata più alla concentrazione di esposizione che alla durata dell’esposizione.

Sebbene l'idrogeno solforato abbia odore forte, la sua esposizione continua a basse concentrazioni porta alla perdita dell'olfatto. Ciò rende possibile che si verifichino effetti tossici in persone che potrebbero essere inconsapevolmente esposte a livelli pericolosi di questo gas. Piccole concentrazioni di esso nell'aria dei locali residenziali causano irritazione agli occhi e al rinofaringe. Causa di livelli moderati mal di testa, vertigini, tosse e difficoltà respiratorie. Livelli elevati portano a shock, convulsioni, coma, che termina con la morte. I sopravvissuti alla tossicità acuta da idrogeno solforato sperimentano disfunzioni neurologiche come amnesia, tremori, squilibrio e talvolta danni cerebrali più gravi.

La tossicità acuta di concentrazioni relativamente elevate di idrogeno solforato è ben nota, ma sfortunatamente sono disponibili poche informazioni sull’esposizione cronica a BASSE DOSE a questo componente.

Radon. Il radon (222Rn) è presente anche nel gas naturale e può essere trasportato attraverso le condotte fino alle stufe a gas, che diventano fonti di inquinamento. Poiché il radon decade in piombo (il 210Pb ha un tempo di dimezzamento di 3,8 giorni), crea un sottile strato di piombo radioattivo (spessore medio di 0,01 cm) che ricopre superfici interne tubi e attrezzature. La formazione di uno strato di piombo radioattivo aumenta il valore di fondo della radioattività di diverse migliaia di decadimenti al minuto (su un'area di 100 cm2). La sua rimozione è molto difficile e richiede la sostituzione dei tubi.

Va tenuto presente che il semplice spegnimento delle apparecchiature a gas non è sufficiente per eliminare gli effetti tossici e portare sollievo ai pazienti chimicamente sensibili. Apparecchiature a gas dovranno essere completamente allontanati dai locali, poiché anche non funzionanti stufa a gas continua a rilasciare i composti aromatici assorbiti negli anni di utilizzo.

Gli effetti cumulativi del gas naturale, dell’influenza dei composti aromatici e dei prodotti della combustione sulla salute umana non sono conosciuti con precisione. Si ipotizza che gli effetti di più composti possano moltiplicarsi e che la risposta derivante dall'esposizione a più inquinanti possa essere maggiore della somma dei singoli effetti.

In sintesi, le caratteristiche del gas naturale che destano preoccupazione per la salute umana e animale sono:

• natura infiammabile ed esplosiva;
• proprietà asfittiche;
• inquinamento dell'aria interna causato dai prodotti della combustione;
• presenza di elementi radioattivi (radon);
• contenuto di composti altamente tossici nei prodotti della combustione;
• la presenza di tracce di metalli tossici;
• composti aromatici tossici aggiunti al gas naturale (soprattutto per persone con sensibilità chimiche multiple);
• la capacità dei componenti del gas di sensibilizzare.

Proprietà fisico-chimiche del gas naturale

Il gas naturale è incolore, inodore, insapore e non tossico.

Densità del gas a t = 0°C, P = 760 mm Hg. Art.: metano - 0,72 kg/m 3, aria -1,29 kg/m 3.

La temperatura di autoaccensione del metano è 545 – 650°C. Ciò significa che qualsiasi miscela di gas naturale e aria riscaldata a questa temperatura si accenderà senza una fonte di accensione e brucerà.

La temperatura di combustione del metano è di 2100°C nei forni 1800°C.

Calore di combustione del metano: Qn = 8500 kcal/m3, Qv = 9500 kcal/m3.

Esplosività. Ci sono:

– il limite inferiore di esplosività è il contenuto minimo di gas nell'aria al quale avviene un'esplosione, per il metano è pari al 5%;

Con un contenuto di gas inferiore nell'aria non si verificherà alcuna esplosione per mancanza di gas. Quando viene introdotta una fonte di energia di terze parti, si sente un rumore scoppiettante.

– il limite superiore di esplosività è il massimo contenuto di gas nell'aria al quale avviene un'esplosione è del 15%;

Con un contenuto di gas maggiore nell'aria non si verificherà alcuna esplosione per mancanza d'aria. Quando viene introdotta una fonte di energia di terze parti, si verifica un incendio.

Per un'esplosione di gas, oltre a mantenerlo nell'aria entro i limiti della sua esplosività, è necessaria una fonte di energia terza (scintilla, fiamma, ecc.).

Quando un gas esplode in un volume chiuso (stanza, fornace, serbatoio, ecc.), si verifica una maggiore distruzione che all'aria aperta.

Quando il gas viene bruciato con underburning, cioè con carenza di ossigeno, nei prodotti della combustione si forma monossido di carbonio (CO) oppure monossido di carbonio, che è un gas altamente tossico.

La velocità di propagazione della fiamma è la velocità con cui si muove il fronte di fiamma rispetto al flusso di miscela fresca.

La velocità approssimativa di propagazione della fiamma del metano è 0,67 m/s. Dipende dalla composizione, dalla temperatura, dalla pressione della miscela, dal rapporto tra gas e aria nella miscela, dal diametro del fronte di fiamma, dalla natura del movimento della miscela (laminare o turbolento) e determina la stabilità della combustione.

Odorizzazione del gas- Si tratta dell'aggiunta di una sostanza dall'odore forte (odorante) al gas per conferire odore al gas prima della consegna ai consumatori.

Requisiti per gli odoranti:

– odore pungente specifico;

– non deve interferire con la combustione;

– non deve sciogliersi in acqua;

– deve essere innocuo per le persone e le apparecchiature.

Come odorizzante viene utilizzato l'etil mercaptano (C 2 H 5 SH), viene aggiunto al metano - 16 g per 1000 m 3, la velocità raddoppia in inverno.

Una persona dovrebbe sentire l'odore dell'odore nell'aria quando il contenuto di gas nell'aria è pari al 20% del limite inferiore di esplosività per il metano - 1% in volume.

Questo processo chimico combinazioni di componenti infiammabili (idrogeno e carbonio) con l'ossigeno contenuto nell'aria. Si verifica con il rilascio di calore e luce.

Quando il carbonio viene bruciato, si forma anidride carbonica (C0 2) e l'idrogeno produce vapore acqueo (H 2 0).

Fasi della combustione: fornitura di gas e aria, formazione di una miscela gas-aria, accensione della miscela, sua combustione, rimozione dei prodotti della combustione.

In teoria, quando tutto il gas viene bruciato e tutto il resto quantità richiesta l'aria partecipa alla combustione, reazione di combustione di 1 m 3 di gas:

CH4 + 202 = CO2 + 2H2O + 8500 kcal/m3.

Per bruciare 1 m 3 di metano sono necessari 9,52 m 3 di aria.

Quasi non tutta l'aria comburente prenderà parte alla combustione.

Pertanto, oltre all'anidride carbonica (C0 2) e al vapore acqueo (H 2 0), i prodotti della combustione conterranno:

– il monossido di carbonio, o il monossido di carbonio (CO), se rilasciato nei locali, può causare intossicazioni al personale operativo;

– il carbonio atomico, o fuliggine (C), depositato nelle canne fumarie e nei forni, compromette il tiraggio e il trasferimento di calore sulle superfici riscaldanti.

– nei focolari e nelle canne fumarie i gas incombusti e l'idrogeno si accumulano formando una miscela esplosiva.

Quando manca l'aria, si verifica una combustione incompleta del carburante: il processo di combustione avviene con sottocombustione. La sottocombustione si verifica anche quando il gas è scarsamente miscelato con l'aria e la temperatura nella zona di combustione è bassa.

Per una combustione completa del gas, l'aria comburente viene fornita in quantità sufficiente, l'aria e il gas devono essere ben miscelati e nella zona di combustione è necessaria una temperatura elevata.

Per la combustione completa del gas, viene fornita aria Di più di quanto richiesto teoricamente, cioè in eccesso, non tutta l'aria prenderà parte alla combustione. Parte del calore verrà utilizzata per riscaldare l'aria in eccesso e verrà rilasciata nell'atmosfera.

Il coefficiente di aria in eccesso α è un numero che indica quante volte il consumo effettivo di combustione è maggiore di quanto teoricamente richiesto:

α = V d / V t

dove V d - flusso d'aria effettivo, m 3;

V t - teoricamente aria necessaria, m 3.

α = 1,05 – 1,2.

Metodi di combustione del gas

L'aria comburente può essere:

– primario – alimentato nel bruciatore, miscelato con gas, e la miscela gas-aria viene utilizzata per la combustione;

– secondario – entra nella zona di combustione.

Metodi di combustione del gas:

1. Metodo di diffusione: il gas e l'aria di combustione vengono forniti separatamente e miscelati nella zona di combustione, tutta l'aria è secondaria. La fiamma è lunga e richiede un ampio spazio di combustione.

2. Metodo misto - parte dell'aria viene fornita all'interno del bruciatore, miscelata con gas (aria primaria), parte dell'aria viene fornita alla zona di combustione (secondaria). La fiamma è più corta rispetto al metodo di diffusione.

3. Metodo cinetico: tutta l'aria viene miscelata con il gas all'interno del bruciatore, ovvero tutta l'aria è primaria. La fiamma è corta ed è necessario un piccolo spazio di combustione.

Dispositivi con bruciatore a gas

I bruciatori a gas sono dispositivi che forniscono gas e aria al fronte di combustione, formano una miscela gas-aria, stabilizzano il fronte di combustione e garantiscono l'intensità richiesta del processo di combustione.

Bruciatore attrezzato dispositivo aggiuntivo(tunnel, dispositivo di distribuzione dell'aria, ecc.) è chiamato dispositivo bruciatore a gas.

Requisiti del bruciatore:

1) deve essere fabbricato in fabbrica e superare i test statali;

2) deve garantire la completa combustione del gas in tutte le condizioni operative con un eccesso d'aria minimo ed emissioni minime sostanze nocive nell'atmosfera;

3) essere in grado di utilizzare sistemi automatici di controllo e sicurezza, nonché di misurare i parametri del gas e dell'aria davanti al bruciatore;

4) deve avere design semplice, essere disponibile per riparazioni e revisioni;

5) deve funzionare stabilmente entro i limiti del regolamento operativo, se necessario, disporre di stabilizzatori per impedire la separazione e lo sfondamento della fiamma;

6) durante il funzionamento dei bruciatori, il livello di rumore non deve superare gli 85 dB e la temperatura superficiale non deve superare i 45°C.

Parametri del bruciatore a gas

1) potenza termica bruciatori N g - la quantità di calore rilasciata durante la combustione del gas in 1 ora;

2) il limite inferiore di funzionamento stabile del bruciatore N n. .P. . – la potenza più bassa alla quale il bruciatore funziona stabilmente senza separazione di fiamma o flashover;

3) potenza minima N min – potenza del limite più basso, aumentata del 10%;

4) limite superiore di funzionamento stabile del bruciatore N in. .P. . - potere più alto, in cui il bruciatore funziona stabilmente senza separazione o sfondamento della fiamma;

5) potenza massima N max – potenza limite superiore, ridotta del 10%;

6) potenza nominale N nom – la potenza massima con cui funziona il bruciatore a lungo con la massima efficienza;

7) range di regolazione di funzionamento – valori di potenza da N min a N nom;

8) coefficiente di regolazione operativa - il rapporto tra potenza nominale e minima.

Classificazione dei bruciatori a gas:

1) secondo il metodo di fornitura dell'aria comburente:

– senza soffio – l’aria entra nel forno a causa della rarefazione al suo interno;

– iniezione – l'aria viene aspirata nel bruciatore a causa dell'energia del flusso di gas;

– soffiaggio – l'aria viene fornita al bruciatore o al forno tramite un ventilatore;

2) in base al grado di preparazione della miscela combustibile:

– senza miscelazione preliminare del gas con l'aria;

– con premiscelazione completa;

– con premiscelazione incompleta o parziale;

3) dalla velocità del flusso dei prodotti della combustione (bassa – fino a 20 m/s, media – 20-70 m/s, alta – oltre 70 m/s);

4) dalla pressione del gas davanti ai bruciatori:

– bassa fino a 0,005 MPa (fino a 500 mm di colonna d'acqua);

– media da 0,005 MPa a 0,3 MPa (da 500 mm colonna d'acqua a 3 kgf/cm 2);

– elevata superiore a 0,3 MPa (più di 3 kgf/cm 2);

5) in base al grado di automazione del controllo del bruciatore - con controllo manuale, semiautomatico, automatico.

Secondo il metodo di alimentazione dell'aria, i bruciatori possono essere:

1) Diffusione. Tutta l'aria arriva alla torcia dallo spazio circostante. Il gas viene alimentato al bruciatore senza aria primaria e, uscendo dal collettore, si miscela con l'aria esterna allo stesso.

Il bruciatore più semplice nel design è solitamente un tubo con fori praticati su una o due file.

Una varietà è un bruciatore del focolare. Composto da un collettore gas in tubo d'acciaio, collegato ad un'estremità. I fori vengono praticati nel tubo su due file. Il collettore è installato in una fessura, realizzata con mattoni refrattari appoggiati grattugiare. Il gas esce attraverso i fori nel collettore nello spazio vuoto. L'aria entra nella stessa feritoia attraverso la griglia grazie alla depressione del focolare o con l'ausilio di un ventilatore. Durante il funzionamento il rivestimento refrattario della fessura si riscalda garantendo la stabilizzazione della fiamma in tutte le modalità operative.

Vantaggi del bruciatore: semplicità di progettazione, funzionamento affidabile (impossibilità di perdita di fiamma), silenziosità, buona regolazione.

Screpolatura: bassa potenza, antieconomico, fiamma alta.

2) Bruciatori ad iniezione:

UN) bassa pressione o atmosferici (fare riferimento a bruciatori con premiscelazione parziale). Dall'ugello esce un getto di gas ad alta velocità e, grazie alla sua energia, cattura l'aria nel confusore, richiamandola all'interno del bruciatore. La miscelazione del gas con l'aria avviene in un miscelatore costituito da un collo, un diffusore e una bocchetta antincendio. Il vuoto creato dall'iniettore aumenta con l'aumentare della pressione del gas e la quantità di aria primaria aspirata cambia. La quantità di aria primaria può essere modificata utilizzando una rondella di regolazione. Modificando la distanza tra la lavatrice e il confusore, viene regolata la fornitura d'aria.

Per garantire la completa combustione del combustibile, parte dell'aria viene immessa per rarefazione nel focolare (aria secondaria). La sua portata è regolata modificando il vuoto.

Hanno la proprietà di autoregolazione: all'aumentare del carico aumenta la pressione del gas, che inietta una maggiore quantità di aria nel bruciatore. Man mano che il carico diminuisce, la quantità di aria diminuisce.

I bruciatori vengono utilizzati in misura limitata sulle apparecchiature grande produttività(più di 100 kW). Ciò è dovuto al fatto che il collettore del bruciatore si trova direttamente nel focolare. Durante il funzionamento si riscalda fino a temperature elevate e si guasta rapidamente. Hanno un elevato rapporto d'aria in eccesso, che porta ad una combustione antieconomica del gas.

b) Media pressione. Aumentando la pressione del gas viene immessa tutta l'aria necessaria per la completa combustione del gas. Tutta l'aria è primaria. Funzionano a una pressione del gas compresa tra 0,005 MPa e 0,3 MPa. Fare riferimento ai bruciatori per la premiscelazione completa del gas con l'aria. Grazie alla buona miscelazione di gas e aria, funzionano con un basso rapporto di eccesso d'aria (1,05-1,1). Bruciatore Kazantsev. Composto da regolatore d'aria primaria, ugello, miscelatore, ugello e stabilizzatore a piastra. Uscendo dall'ugello, il gas ha energia sufficiente per iniettare tutta l'aria necessaria alla combustione. Nel miscelatore gas e aria sono completamente miscelati. Il regolatore dell'aria primaria smorza contemporaneamente il rumore dovuto all'elevata velocità della miscela gas-aria. Vantaggi:

– semplicità del design;

– funzionamento stabile al variare del carico;

– mancanza di alimentazione d'aria in pressione (assenza di ventilatore, motore elettrico, condotti dell'aria);

– possibilità di autoregolazione (mantenimento di un rapporto gas-aria costante).

Screpolatura:

– grandi dimensioni dei bruciatori nel senso della lunghezza, soprattutto bruciatori con maggiore produttività;

– alto livello rumore.

3) Bruciatori con alimentazione d'aria forzata. La formazione della miscela gas-aria inizia nel bruciatore e termina nel forno. L'aria è fornita da un ventilatore. Il gas e l'aria vengono forniti tramite tubi separati. Funzionano con gas a bassa e media pressione. Per una migliore miscelazione, il flusso di gas viene diretto attraverso i fori obliquamente rispetto al flusso d'aria.

Per migliorare la miscelazione, il flusso d'aria viene regolato movimento rotatorio, utilizzando swirler con costante o angolo regolabile installazione delle lame.

Bruciatore a vortice di gas (GGV) – gas da collettore di distribuzione esce attraverso i fori praticati in una fila e con un angolo di 90 0 entra nel flusso d'aria fatto roteare utilizzando un vortice a lama. Le lame sono saldate con un angolo di 45° rispetto alla superficie esterna del collettore gas. All'interno del collettore gas è presente un tubo per monitorare il processo di combustione. Quando si lavora con olio combustibile, al suo interno è installato un ugello meccanico a vapore.

I bruciatori progettati per bruciare diversi tipi di combustibile sono chiamati bruciatori combinati.

Vantaggi dei bruciatori: elevata potenza termica, ampia gamma di regolazione operativa, capacità di regolare il rapporto d'aria in eccesso, capacità di preriscaldare gas e aria.

Svantaggi dei bruciatori: sufficiente complessità di progettazione; sono possibili la separazione e lo sfondamento della fiamma, il che rende necessario l'utilizzo di stabilizzatori di combustione (tunnel ceramico, torcia pilota, ecc.).

Incidenti con bruciatori

La quantità di aria nella miscela gas-aria fattore più importante, influenzando la velocità di propagazione della fiamma. Nelle miscele in cui il contenuto di gas supera il limite superiore della sua accensione, la fiamma non si propaga affatto. All'aumentare della quantità di aria nella miscela aumenta la velocità di propagazione della fiamma, raggiungendo il suo valore massimo quando il contenuto di aria è circa il 90% della sua quantità teorica necessaria per la completa combustione del gas. All'aumentare del flusso d'aria al bruciatore, si crea una miscela più povera di gas, che può bruciare più velocemente e causare la fuoriuscita della fiamma nel bruciatore. Pertanto, se è necessario aumentare il carico, aumentare prima l'erogazione del gas e poi quella dell'aria. Se è necessario ridurre il carico, fare il contrario: ridurre prima l'alimentazione dell'aria e poi quella del gas. Al momento dell'avvio dei bruciatori, l'aria non deve entrare negli stessi e il gas viene acceso in modalità diffusione a causa dell'ingresso dell'aria nel focolare, seguito dal passaggio all'alimentazione dell'aria al bruciatore

1. Separazione della fiamma - movimento della zona della torcia dalle uscite del bruciatore nella direzione della combustione del carburante. Si verifica quando la velocità della miscela gas-aria diventa maggiore della velocità di propagazione della fiamma. La fiamma diventa instabile e potrebbe spegnersi. Il gas continua a fluire attraverso il bruciatore spento, il che porta alla formazione di una miscela esplosiva nel focolare.

La separazione si verifica quando: un aumento della pressione del gas al di sopra del livello consentito, un forte aumento della fornitura di aria primaria, un aumento del vuoto nel forno, funzionamento del bruciatore in modalità estreme rispetto a quelle indicate nel passaporto.

2. Sfondamento della fiamma: movimento della zona della torcia verso la miscela combustibile. Si verifica solo nei bruciatori con premiscelazione di gas e aria. Si verifica quando la velocità della miscela gas-aria diventa inferiore alla velocità di propagazione della fiamma. La fiamma salta all'interno del bruciatore, dove continua a bruciare, provocando la deformazione del bruciatore per surriscaldamento. Se si verifica una svolta, potrebbe verificarsi un piccolo scoppio, la fiamma si spegnerà e si verificherà una contaminazione da gas del focolare e dei condotti di scarico attraverso il bruciatore non funzionante.

Il picco si verifica quando: la pressione del gas a monte del bruciatore scende al di sotto del livello consentito; accensione del bruciatore durante l'immissione di aria primaria; grande fornitura di gas a bassa pressione dell'aria, riduzione della produttività del bruciatore premiscelando gas e aria al di sotto dei valori specificati nel passaporto. Non possibile con il metodo di diffusione della combustione del gas.

Azioni del personale in caso di incidente al bruciatore:

– spegnere il bruciatore,

– ventilare il focolare,

- scoprire la causa dell'incidente,

- effettuare una registrazione nel diario,