La combustione è una reazione in cui l'energia chimica di un combustibile viene convertita 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 ad una diminuzione dell’efficienza 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 una combustione completa 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 a = V d / V t. Questo indicatore dipende dal design del bruciatore a gas e del forno: più sono perfetti, il più piccolo a. È necessario assicurarsi che il coefficiente di eccesso d'aria non sia inferiore a 1, poiché ciò porta ad una combustione incompleta del gas. L’aumento del rapporto d’aria in eccesso riduce l’efficienza. 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 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. Massima velocità La fiamma dell'idrogeno e del gas d'acqua (3 m/sec) ha la diffusione più piccola; la fiamma del gas naturale e della miscela propano-butano ha la diffusione più piccola; 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.
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 bruciatore a diffusione (senza alimentazione d'aria forzata), l'aria secondaria, sotto l'influenza del vuoto, entra nel forno attraverso le porte di scarico.
Nelle caldaie attrezzate bruciatori ad iniezione: l'aria primaria entra nel bruciatore tramite iniezione ed è regolata da una rondella di regolazione, mentre 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.
La combustione del gas naturale è un complesso processo fisico e chimico di interazione dei suoi componenti combustibili con un ossidante, durante il quale l'energia chimica del combustibile viene convertita in calore. La combustione può essere completa o incompleta. Quando il gas viene miscelato con l'aria, la temperatura nel forno è sufficientemente elevata per la combustione e la fornitura continua di combustibile e aria garantisce la completa combustione del combustibile. Quando queste regole non vengono rispettate si verifica una combustione incompleta del carburante, il che porta ad un minore rilascio di calore (CO), idrogeno (H2), metano (CH4) e di conseguenza alla deposizione di fuliggine sulle superfici riscaldanti, peggiorando il trasferimento di calore e l’aumento della perdita di calore, che a sua volta porta a un consumo eccessivo di carburante e a una diminuzione dell’efficienza della caldaia e, di conseguenza, all’inquinamento atmosferico.
Il coefficiente di eccesso d'aria dipende dalla progettazione del bruciatore a gas e del forno. Il coefficiente di eccesso d'aria deve essere almeno pari a 1, altrimenti potrebbe portare ad una combustione incompleta del gas. Inoltre, un aumento del coefficiente d'aria in eccesso riduce l'efficienza dell'impianto che utilizza il calore a causa delle grandi perdite di calore con i gas di scarico.
La completezza della combustione viene determinata utilizzando un analizzatore di gas e in base al colore e all'odore.
Combustione completa del gas. metano + ossigeno = anidride carbonica+ acqua CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O Oltre a questi gas, l'azoto e l'ossigeno residuo entrano nell'atmosfera con gas infiammabili. N2 + O2 Se la combustione del gas non avviene completamente si liberano nell'atmosfera sostanze infiammabili - monossido di carbonio, idrogeno, fuliggine.CO + H + C
La combustione incompleta del gas avviene a causa della mancanza di aria. Allo stesso tempo, nella fiamma compaiono visivamente lingue di fuliggine. Il pericolo di combustione incompleta del gas è che il monossido di carbonio può causare avvelenamento del personale del locale caldaia. Un contenuto di CO nell'aria pari allo 0,01-0,02% può causare un lieve avvelenamento. Una concentrazione più elevata può causare gravi avvelenamenti e morte. La fuliggine risultante si deposita sulle pareti delle caldaie, compromettendo così il trasferimento del calore al liquido di raffreddamento e riducendo l'efficienza del locale caldaia. La fuliggine conduce il calore 200 volte peggio del metano. Teoricamente, per bruciare 1 m3 di gas, sono necessari 9 m3 di aria. In condizioni reali è necessaria più aria. Cioè, è necessaria una quantità eccessiva di aria. Questo valore, denominato alfa, mostra quante volte viene consumata più aria di quanto teoricamente necessario. Il coefficiente alfa dipende dal tipo di bruciatore specifico e di solito è prescritto nel passaporto del bruciatore o in conformità con le raccomandazioni dell'organizzazione del lavoro di messa in servizio eseguito. . Quando la quantità di aria in eccesso aumenta oltre il livello consigliato, aumenta la perdita di calore. Con un aumento significativo della quantità di aria, la fiamma potrebbe spegnersi creando una situazione di emergenza. Se la quantità di aria è inferiore a quella consigliata, la combustione sarà incompleta, creando così un pericolo di avvelenamento per il personale della sala caldaie. La combustione incompleta è determinata da:
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, avviene una reazione chimica quando l'ossigeno presente nell'aria si combina con il carbonio e l'idrogeno presenti nel carburante. La reazione avviene con il rilascio di calore, luce, 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 contenuto calorico del gas, maggiore è la quantità necessaria Di più aria. 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. Nel primo interno zona oscura il gas non brucia: non si mescola con l'ossigeno dell'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
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 costituito da decine di composti diversi, compresi quelli aggiunti appositamente (Tabella 12.3).
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.
Il gas naturale in casa è 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 Componenti Contenuto, % Metano 75-99 Etano 0,2-6,0 Propano 0,1-4,0 Butano 0,1-2,0 Pentano Fino a 0,5 Etilene Contenuto in depositi singoli Propilene Butilene Benzene Anidride solforosa Idrogeno solforato Anidride carbonica 0,1-0,7 Monossido di carbonio 0,001 Idrogeno Up a 0,001
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, sottosoglia, non considerate tossiche per la maggior parte degli individui, il loro odore può causare nausea e mal di testa nelle persone sane.
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 composti organici volatili. 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).
JIOC 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 lipofilia. 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 durante la loro distruzione metabolica (attivazione metabolica), con conseguente 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;
Fornire 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 collaterali.
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 ad una concentrazione 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 portare 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 dosi 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: infiammabilità e natura 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;
il contenuto di composti aromatici tossici aggiunti al gas naturale (soprattutto per le persone con sensibilità chimiche multiple);
la capacità dei componenti del gas di sensibilizzare.
La combustione del combustibile gassoso è una combinazione dei seguenti fattori fisici e processi chimici: miscelazione di gas infiammabile con aria, riscaldamento della miscela, decomposizione termica di componenti infiammabili, accensione e composto chimico elementi combustibili con ossigeno atmosferico.
La combustione stabile di una miscela gas-aria è possibile con l'apporto continuo delle quantità necessarie di gas combustibile e aria al fronte di combustione, la loro accurata miscelazione e il riscaldamento alla temperatura di accensione o autoaccensione (Tabella 5).
L'accensione della miscela gas-aria può essere effettuata:
- riscaldando l'intero volume della miscela gas-aria alla temperatura di autoaccensione. Questo metodo viene utilizzato nei motori a combustione interna, dove la miscela gas-aria viene riscaldata mediante compressione rapida ad una determinata pressione;
- l'uso di fonti di accensione esterne (accenditori, ecc.). In questo caso non viene riscaldata l'intera miscela gas-aria, ma una parte di essa fino alla temperatura di accensione. Questo metodo utilizzato durante la combustione di gas nei bruciatori di apparecchi a gas;
- torcia esistente continuamente durante il processo di combustione.
Per avviare la reazione di combustione del combustibile gassoso, è necessario spendere una certa quantità di energia per rompere i legami molecolari e crearne di nuovi.
Formula chimica per la combustione del gas combustibile che indica l'intero meccanismo di reazione associato alla comparsa e alla scomparsa grande quantità atomi liberi, radicali e altre particelle attive è complesso. Pertanto, per semplificazione, vengono utilizzate equazioni che esprimono gli stati iniziale e finale delle reazioni di combustione del gas.
Se i gas idrocarburici sono indicati con C m H n, allora l'equazione reazione chimica prenderà forma la combustione di questi gas in ossigeno
C m H n + (m + n/4) O 2 = mCO 2 + (n/2) H 2 O,
dove m è il numero di atomi di carbonio nel gas idrocarburo; n è il numero di atomi di idrogeno nel gas; (m + n/4) - la quantità di ossigeno richiesta per la completa combustione del gas.
Secondo la formula, si derivano le equazioni di combustione del gas:
- metano CH 4 + 2O 2 = CO 2 + 2H 2 O
- etano C2H6 + 3,5O2 = 2CO2 + ZH2O
- butano C 4 H 10 + 6,5 O 2 = 4 CO 2 + 5 H 2 0
- propano C 3 H 8 + 5O 3 = ZCO 2 + 4H 2 O.
IN condizioni pratiche Quando si brucia il gas, l'ossigeno non viene assunto nella sua forma pura, ma fa parte dell'aria. Poiché l'aria è composta in volume dal 79% di azoto e dal 21% di ossigeno, per ogni volume di ossigeno sono necessari 100: 21 = 4,76 volumi di aria o 79: 21 = 3,76 volumi di azoto. Quindi la reazione della combustione del metano nell'aria può essere scritta come segue:
CH4 + 2O2 + 2 * 3,76N2 = CO2 + 2H2O + 7,52N2.
Dall'equazione risulta chiaro che per bruciare 1 m 3 di metano sono necessari 1 m 3 di ossigeno e 7,52 m 3 di azoto ovvero 2 + 7,52 = 9,52 m 3 di aria.
Come risultato della combustione di 1 m 3 di metano, si ottengono 1 m 3 di anidride carbonica, 2 m 3 di vapore acqueo e 7,52 m 3 di azoto. La tabella seguente mostra questi dati per i gas infiammabili più comuni.
Per il processo di combustione di una miscela gas-aria è necessario che la quantità di gas e aria nella miscela gas-aria rientri entro determinati limiti. Questi limiti sono chiamati limiti di infiammabilità o limiti di esplosività. Esistono limiti di infiammabilità inferiore e superiore. Il contenuto minimo di gas in una miscela gas-aria, espresso in percentuale in volume, al quale avviene l'accensione è chiamato limite inferiore di infiammabilità. Il contenuto massimo di gas in una miscela gas-aria, al di sopra del quale la miscela non si accende senza apporto di calore aggiuntivo, è chiamato limite superiore di infiammabilità.
La quantità di ossigeno e aria durante la combustione di determinati gas
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Per bruciare 1 m 3 di gas necessario, m 3 |
Quando viene bruciato 1 m 3, viene rilasciato gas, m 3 |
Calore di combustione He, kJ/m 3 |
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ossigeno |
biossido carbonio |
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Monossido di carbonio |
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Se la miscela gas-aria contiene gas inferiore al limite inferiore di infiammabilità, non brucerà. Se nella miscela aria-gas non c'è abbastanza aria la combustione non procede completamente.
Le impurità inerti nei gas hanno una grande influenza sui limiti di esplosione. L'aumento del contenuto di zavorra (N 2 e CO 2) nel gas restringe i limiti di infiammabilità e quando il contenuto di zavorra aumenta oltre determinati limiti, la miscela gas-aria non si accende in nessun rapporto gas-aria (tabella sotto).
Il numero di volumi di gas inerte per 1 volume di gas infiammabile al quale la miscela gas-aria cessa di essere esplosiva
La quantità minima di aria necessaria per la combustione completa del gas è chiamata portata d'aria teorica ed è denominata Lt, cioè se il potere calorifico inferiore del gas combustibile è 33520 kJ/m 3 , quindi teoricamente quantità richiesta aria comburente 1 m 3 gas
L T= (33.520/4190)/1,1 = 8,8 m3.
Tuttavia, la portata d'aria effettiva supera sempre quella teorica. Ciò è spiegato dal fatto che è molto difficile ottenere la combustione completa del gas alle portate d'aria teoriche. Pertanto qualsiasi impianto del gas per bruciare gas funziona con un po' d'aria in eccesso.
Quindi, il flusso d'aria pratico
L n = αL T,
Dove Ln- flusso d'aria pratico; α - coefficiente di eccesso d'aria; L T- portata d'aria teorica.
Il coefficiente di eccesso d'aria è sempre maggiore di uno. Per il gas naturale sì α = 1,05 - 1,2. Coefficiente α mostra quante volte la portata d'aria effettiva supera quella teorica presa come unità. Se α = 1, allora si chiama la miscela gas-aria stechiometrico.
A α = 1,2 La combustione del gas avviene con un eccesso d'aria del 20%. Di norma, la combustione dei gas dovrebbe avvenire con un valore minimo a, poiché con una diminuzione dell'aria in eccesso si riducono le perdite di calore dai gas di scarico. L'aria che prende parte alla combustione è primaria e secondaria. Primario ha chiamato l'aria che entra nel bruciatore per essere miscelata con il gas; secondario- aria in ingresso nella zona di combustione non miscelata con il gas, ma separatamente.